大型開式齒輪潤滑的實用性分析

摘 要：多年來，在水泥、電力、冶金、礦山等行業中的重型旋轉設備上，大型開式齒輪傳動裝置的應用十分普遍，如干燥機、磨碎機、回轉窯、礦山電鏟等，但人們對其設備的潤滑卻認識不足，導致事故時有發生。而開式齒輪油就是應用在大型旋轉設備上開式、半閉式齒輪箱潤滑系統的油品。使用中的大型開式齒輪齒面的單位面積負荷高，齒面成線接觸，容易產生噪音、振動及磨損，開式齒輪油品不僅要有較高的承載能力，而且還要降低摩擦副的摩擦系數。

關鍵詞：開式齒輪；開式齒輪潤滑劑；合成油；應用分析；磨合

1 潤滑特點和注意事項

大型開式齒輪（見圖1）廣泛應用在水泥、電廠、礦山、鋼鐵、造紙、化工等行業的大型設備，如：回轉窯、磨煤機、燒結窯、管磨機、棒磨機、干燥機、造粒機、鼓式碎漿機、烘干爐等（見圖2），是原材料加工工業中常用到的傳動方式。

開式齒輪傳動具有重載，低速，結構尺寸較大，齒面粗糙度較高；灰塵、高溫、沖擊載荷工作條件苛刻等特征。整個開式齒輪能夠傳遞較高力矩，在啟動、正常運轉、停機期間通常處于混合摩擦狀態，使齒面承受了極高的應力，例如大型鐵礦石研磨機，見圖3。

第一次使用開式齒輪潤滑劑產品時，要徹底清洗齒輪裝置，使開式齒輪潤滑劑能夠在潤滑表面形成完好的潤滑油膜。為了最大限度地減少磨損，設備操作人員應定出相應的施用/換油時間間隔。

2 產品特點及選用

（1）工作溫度范圍寬：在冬、夏季均有很好的粘附性。以確保有一層連續的油膜保持在齒輪表面上，夏季不易甩落和損耗；冬季需要避免在齒輪齒根部位出現堆積、其他部位潤滑不足等現象。（2）具有極高的承載能力：含有一定比例的固體潤滑劑（石墨，二硫化鉬）和EP（極壓）添加劑，具有極高的承載能力，高的抗磨損和抗極壓性能，防止金屬與金屬之間直接接觸摩擦，確保在振動載荷的情況下能保持穩定的潤滑保護能力。（3）具有良好的可噴霧性：對依靠自動潤滑系統的噴射系統，可防止系統堵塞造成潤滑事故，或具有良好的流動性能，滿足依靠齒輪或帶油輪將潤滑劑帶入嚙合部位的油池潤滑方式。（4）具備一定的油膜強度：降低齒輪接觸區溫度，減弱沖擊負荷對齒面影響，減少齒輪表面點蝕和爬行問題。（5）實現現場環境友善管理：不含可揮發性溶劑和重金屬鉛，不會對環境和操作人員造成危害，能夠避免潤滑劑和潤滑系統發生火災的可能。

3 油品總類

3.1 瀝青型、石油殘渣型產品（見圖4）

優點：具有承載能力強，黏附性好的特點，即使在最惡劣的運行條件下，仍能在裸露齒輪表面上形成強度高、韌性強的潤滑膜，防止了這些摩擦副表面的磨損。溶劑揮發以后，就會出現一層塑性的類似橡膠膜，全部覆蓋齒面，以此起到阻止磨損、灰塵和水進入形成的損害，達到永久保護齒輪的目的。缺點：夏季易流失，冬季難流動，粘溫性差，溶劑揮發后對周邊環境、安全和人身健康產生不利影響。

3.2 半流體潤滑脂型產品

采用高黏度基礎油、石墨、二硫化鉬和抗極高壓添加劑精制而成。具有半流動性的潤滑脂，見圖5，此類產品不含對環境和人體有害的溶劑。特點：（1）選擇合適的錐入度級別，適用于自動噴霧裝置，滿足現代化潤滑需求。此類產品有良好的極壓抗磨性、粘附性、抗水性和抗氧化性能，是當前市場普遍應用的產品。（2）具有優異的黏附特性、良好的防銹能力，不論溫度范圍多寬，都能保持適中的稠度，即使在高壓下也具有較強的耐水能力。

3.3 聚合物型開式齒輪潤滑劑

此類產品采用高黏度礦物型基礎油或合成型基礎油制成，使用聚合物稠化，配以優異的復合添加劑和固體潤滑材料，能夠有效提高油品的油膜厚度和邊界潤滑保護，是20世紀八十年代出現的產品。見圖6。特點：（1）不會在齒輪齒根部位發生堆積現象，在高沖擊負荷下，油膜不會破裂；（2）由于基礎油和聚合物不會產生分離現象，可以保障長期穩定使用。

3.4 高黏度全合成型產品

此類產品在20世紀九十年代開始出現，采用非常高黏度的全合成型基礎油，如PAO（聚α-烯烴）和多元醇酯，配合極壓抗磨劑、防銹抗腐蝕劑調和而成，見圖7。產品具有獨特的熱和氧化性能，對以很低速度運行的齒輪，在極高溫和低溫條件下操作時，具有卓越的潤滑性能。通過添加劑設計也提供了很好的極壓、抗磨性能、抑制銹蝕和腐蝕的能力。全合成型開齒油產品是未來開齒油的發展方向。優點：（1）新的高粘度合成油技術；（2）不含溶劑——相應工況下確定的粘度；（3）極壓添加劑適用于重載；（4）不含鉛和鋅——環保；（5）極為清潔——易于齒輪檢查，儲存，噴射系統的操作；（6）減少噴射系統的維護；（7）減少潤滑油的消耗；（8）提高齒輪壽命；（9）系統清潔——便于齒輪檢查和存放；（10）良好的低溫特性；（11）減少廢油處理/庫存的成本（可回收利用）；（12）油品轉換不需或僅需少量附加費用；（13）減少功率損耗。缺點：此類產品價格太高，目前應用場合并不多。

4 開式齒輪油的應用分析

4.1 開式齒輪潤滑劑潤滑方式

（1） 間歇噴射潤滑方法。需要非常高的粘度和高粘附性的潤滑劑，以便在噴射間歇期間也可保護輪齒免除磨損。需要一套完善的噴射供油系統見，圖8、圖9。（2） 連續潤滑方法（浸油式和循環潤滑）。需要比用EHL理論計算出的粘度更高的潤滑劑；需要在低溫時良好的流動性能；需要潤滑油過濾系統，以便保護輪齒以免受污染。

4.2 開式齒輪油的使用方法

4.2.1 連續潤滑方法

（1）磨。采用油循環潤滑系統，不浸潤小齒輪；每一個裝置應根據實際情況特制；在線和/或旁通過濾器（15-25微米）；要求使用電動泵。（2）窯。浸潤小齒輪或油循環潤滑系統；推薦使用在線和/或旁通過濾器，但許多裝置沒有使用；需要的初始費用比磨的潤滑小；要求控制溫度。

4.2.2 間歇潤滑方法

（1）磨。使用含溶劑的潤滑油，噴射在剛嚙合后的大齒輪上。（2）磨。使用不含溶劑潤滑油，噴射在剛進入嚙合的大齒輪上。（3）窯。使用含溶劑和不含溶劑的潤滑油，都噴射在小齒輪上。其它注意事項：歐洲間歇潤滑方法多用半流體滑脂；由于粘度較低，使用半流體滑脂前需要使用磨合油；在存在齒輪破壞的可能性時，小心不要減少潤滑油的用量。

4.3 開式齒輪潤滑油的轉換程序

（1）最好先清洗齒輪，齒輪護罩和噴射系統，但有時是不可行的，更簡單的方法是更換潤滑管路。（2）在轉換前要進行齒輪檢查，通常齒輪被瀝青/滑脂覆蓋遮擋，技術人員之前看不到齒面。（3）最好得到油品供應商技術代表的參與，若是老設備或是維護狀況差的的設備，有機會改造就可以提高設備的可靠性。（4）注意溫度和潤滑時機的控制。（5）讓客戶技術人員準備好轉換。（6）在初始階段需要“細心照料”。（7）合理使用磨合劑，化學活性的磨合劑設計用于除去齒面粗糙的部分。a.在新的齒輪組上通常不需要，滑脂除外。b.已磨損的齒輪或為大齒圈上配一個新的/舊的小齒輪，可能需要磨合劑。c.瀝青型產品和合成型的產品沒有相容性的問題。

4.4 如何在開式齒輪上使用高黏度合成型產品

為了流暢地供給高黏度合成型產品，需要對系統進行以下改造：（1）如果設備不是置于有采暖的室內，需設置預熱（加熱）系統，以便減小管路的壓力損失，并且可以考慮加大油管的尺寸，以減小泵的泵送率。（2）若有室內采暖設施，保證冬季溫度≥10℃時可不考慮預熱。

參考文獻

[1]夏延秋.齒輪傳動潤滑材料[Z].中科院蘭州化學物理研究所.

[2]張鵬順.彈性流體動力潤滑[D].哈爾濱工業大學.

[3]陳國定.齒輪潤滑油膜厚度的計算[D].西北工業大學.

作者簡介：張棟（1970-），男，內蒙古人，畢業于華北電力大學，工學學士，工程碩士，高級工程師，從事電廠專業技術管理工作。

張宏武（1972，7-），男，漢族，高級工程師，研究生學歷，主要從事火電廠熱控專業技術研究及管理工作。