磨合潤滑劑在重載開式齒輪的應(yīng)用

前言

　　管磨和轉(zhuǎn)窯類設(shè)備通常使用大型開式齒輪副作為動力傳動裝置，其主要工作條件是低速、重載、沖擊負(fù)荷等。但齒輪副的加工受限于機加工能力和制造成本，其幾何尺寸誤差較大，齒輪表面比較粗糙，即便是在齒輪副具有足夠安裝精度的條件下，其嚙合齒面的接觸比例最多只有50~60%。 這就意味著在設(shè)備的運轉(zhuǎn)過程中，局部齒面存在載荷集中的隱患，潤滑條件惡劣，導(dǎo)致齒面不可避免的出現(xiàn)先期損傷（如細(xì)微裂紋、輕度擦傷等），并持續(xù)擴(kuò)展成為點蝕、擦傷。為解決以上所述困難，采用專用磨合潤滑劑是一個有效途徑。

一、新制大型開式齒輪潤滑條件

　　對于大型開式齒輪，其典型工況是接觸壓力大、表面精度低、線速度低等。受機加工條件所限，大型開式齒輪的精度較低，用于轉(zhuǎn)窯類設(shè)備的開齒精度在8~9級 (AGMG 2000)，用于管磨類設(shè)備的開齒精度在9~10級 (AGMG 2000)， 圖1所示為一臺球磨機新制開式齒輪，齒面可見明顯加工痕跡。另外，由于小齒輪和大齒圈分別安裝在不同的支撐部件上，安裝時很難保證其軸線的平行度。

圖1  新制大型開式齒輪表面狀態(tài)

　　鑒于工作狀態(tài)的惡劣，大型開式齒輪副在運轉(zhuǎn)初期，不可避免存在局部過載，并導(dǎo)致潤滑狀態(tài)的惡化，使嚙合齒輪處于邊界摩擦或混合摩擦狀態(tài)。為最大限度地保護(hù)設(shè)備和延長輪齒的使用壽命，需在嚙合齒面形成良好的潤滑油膜，避免齒面的直接接觸，防止齒輪過度磨損和出現(xiàn)各種形式的損傷。因此對于此類摩擦點，必須選用高粘度、并能在嚙合齒面間形成保護(hù)層的潤滑劑，以防止齒面金屬材料的直接接觸。為達(dá)到前述目的，具有不同基礎(chǔ)油類型、不同基礎(chǔ)油粘度、含極壓添加劑、含各種類型固體添加劑的開式齒輪潤滑產(chǎn)品得到廣泛應(yīng)用。最近幾年，采用合成油或精煉礦物油作為基礎(chǔ)油、具有超高粘度、含粘附力改善劑、性能更好的極壓添加劑、且不含固體添加劑的潤滑劑已經(jīng)得到推廣，能夠提供更好的潤滑。

　　然而，改良后的開式齒輪潤滑產(chǎn)品也不能完全彌補齒輪載荷集中帶來的負(fù)面影響。對于齒輪傳動，齒輪的表面粗糙度對潤滑油膜能否形成、油膜厚度的大小有著直接的決定性作用。

　　摩擦學(xué)中常用油膜比厚的概念來描述潤滑狀態(tài)。油膜比厚是齒面之間的最小油膜厚度與兩齒面綜合粗糙度之比，其數(shù)學(xué)表達(dá)式如下所示。
                    　式1
               式2
式中：
 -油膜比厚
-最小油膜厚度
、 -小、大齒輪的表面粗糙度

  從公式中可以導(dǎo)出如下結(jié)論：油膜比厚越大，潤滑劑分離兩個嚙合齒面的趨勢就越強，即齒輪的潤滑狀態(tài)取決于兩個因素，潤滑劑的性能和齒面的粗糙度。
  潤滑劑性能決定了能夠形成的最小油膜厚度，越大，油膜比厚越大，潤滑狀態(tài)愈好；
  大、小齒輪的嚙合表面粗糙度、 越小，油膜比厚越大，潤滑狀態(tài)愈好。

 有潤滑劑的條件下，按照油膜比厚的大小，可以將齒輪傳動的潤滑狀態(tài)劃分為如下圖所示的三種潤滑狀態(tài)。

　　通過上述機理分析，選用壓粘系數(shù)和動力粘度大的潤滑劑可以顯著提高潤滑狀態(tài)，而齒輪的表面狀態(tài)對潤滑狀態(tài)有著至關(guān)重要的影響。平滑的齒面是達(dá)到良好潤滑狀態(tài)的先決條件，因此新制或翻面的大型開式齒輪必須借助專用磨合潤滑劑來降低表面粗糙度、提高接觸比例，為取得良好的潤滑狀態(tài)創(chuàng)造條件。

二、磨合潤滑劑的工作機理

　　磨合潤滑劑專用于新制或翻面齒輪副，潤滑劑內(nèi)含的特殊添加劑會在齒輪表面上產(chǎn)生腐蝕磨損，通過調(diào)整磨合潤滑劑的用量和磨合周期的長短，可以控制齒面的磨損量，此種有目的的磨損可以快速降低齒面的粗糙度，防止點蝕或其它類型損傷的出現(xiàn)。在齒輪副投入使用的初期，在接觸高點上形成載荷集中，潤滑油膜難以形成，存在擦傷的可能性，因此磨合潤滑劑必須含有極壓添加劑以期降低齒輪損傷的可能性。

　　基于磨合潤滑劑同時具有產(chǎn)生可控磨損量和提升接觸比例的功能，此類潤滑劑可以作為已損傷齒輪的修復(fù)潤滑，即在起到潤滑作用同時，提升齒面嚙合時的接觸比例，改善齒輪載荷的分布。

　　下圖為新齒輪使用專用磨合潤滑劑250小時后的齒面放大對比圖片。綜合對比齒面狀態(tài)和數(shù)據(jù)，不難發(fā)現(xiàn)通過磨合過程，齒輪表面狀態(tài)得到快速、有效的改善。

磨合前顯微圖片（放大50倍）

 磨合后顯微圖片（放大160倍）

圖3  磨合前后齒面狀態(tài)對比

　　若在新齒輪投入運行的初期，不采取針對性措施，粗糙的齒輪表面使齒輪長期處于邊界摩擦或混合摩擦狀態(tài)，齒輪齒面長期處于粗糙峰相接觸的狀態(tài)，接觸面積過小，局部過載會導(dǎo)致早期損傷的出現(xiàn)，如初期點蝕、擦傷等，隨著運行時間的增加，早期損傷會快速擴(kuò)展。

三、磨合潤滑劑的使用方法

　　開式齒輪應(yīng)用廣泛，潤滑方式有手工潤滑、油池潤滑、循環(huán)潤滑、噴灑潤滑等多種方式，因此磨合潤滑劑需適應(yīng)不同的潤滑方式，在水泥行業(yè)的轉(zhuǎn)窯類和管磨類設(shè)備中，大量采用自動噴灑和油池潤滑兩種方式。

1) 自動噴灑方式
　　在使用新齒輪的設(shè)備啟動之前，需預(yù)先將噴灑系統(tǒng)投入使用。在保證足夠磨合潤滑劑容量的前提下，調(diào)整系統(tǒng)控制參數(shù)，使系統(tǒng)處于“準(zhǔn)連續(xù)潤滑”工作方式，即間隔時間短、每次噴灑量??；并檢查噴灑系統(tǒng)的噴灑效果，保證潤滑劑能夠完整的覆蓋整個齒寬。磨合潤滑劑的用量主要取決于設(shè)備的類型和齒輪副的尺寸。通常磨合潤滑消耗量在180Kg~360Kg之間。下圖為某公司回轉(zhuǎn)窯使用Grafloscon B-SG 00 Ultra(180Kg)后的齒面狀態(tài)。

圖4  回轉(zhuǎn)窯使用磨合潤滑劑360Kg后的齒面狀態(tài)（自動噴灑潤滑）

2) 油池潤滑方式
　　使用新齒輪的設(shè)備啟動之前，需保證加注在油池中的磨合潤滑劑有足夠的液位高度。采用油池潤滑方式的設(shè)備，其帶油裝置有多種設(shè)計方案，如大齒輪帶油、小齒輪帶油或?qū)Ｓ玫膸в洼?，油池液位高度必須超過帶油裝置最低位置的一個齒高。在設(shè)備初次啟動時，須密切觀察油池液位的高度變化，這是由于大、小齒輪上會粘附、帶走大量的潤滑劑，從而明顯降低油池液位的高度。為避免潤滑劑的缺乏，須在啟動過程中，向油池中及時添加潤滑劑，使液位至少超過帶油部件的半個齒高。對于具有一定安裝斜度的設(shè)置，如水泥廠的回轉(zhuǎn)窯，液位高度應(yīng)以齒輪的高端為準(zhǔn)。

　　由于設(shè)備運行工況的不同，其磨合周期各不相同，通常磨合過程需歷時3000~5000運行小時，因此在磨合過程中，須密切觀察齒面狀態(tài)，達(dá)到磨合效果即可換用正常的操作潤滑劑。下圖為某公司回轉(zhuǎn)窯使用Kluberfluid B-F1 Ultra（5000運行小時）后的齒面狀態(tài)。

圖5  回轉(zhuǎn)窯使用磨合潤滑劑5000運行小時后的齒面狀態(tài)（油池潤滑）

四、結(jié)束語

　　通過開式齒輪潤滑理論分析和磨合潤滑劑的具體使用實例，可以看出新制造和翻面齒輪必須使用專用磨合潤滑劑，以達(dá)到如下目的：
 消除因載荷集中產(chǎn)生的細(xì)微裂紋、輕度擦傷等先期損傷，防止損傷惡化；
  快速提高齒面的接觸比例，以消除載荷集中現(xiàn)象。
  創(chuàng)造良好的先決條件，保障在后期運行中輪齒處于良好潤滑狀態(tài)。