某礦山溢流式球磨機開式齒輪潤滑脂的國產化替代

王明偉 劉鵬 王佳 高鷹

遼寧海華科技股份有限公司

大型開式齒輪一般用在原材料的工業傳動設備上，且開式齒輪常被作為設備的主要驅動單元，如礦山的球磨機、破碎機、混料機、電廠的磨煤機和制粒機等 。

臥式溢流型球磨機采用開式齒輪傳動，其使用一定數量的鋼球作為研磨介質，將破碎后的鐵礦石進行細破粉碎。主要特征為重載、低速、結構尺寸較大且齒面粗糙度較高，工作條件苛刻，如灰塵、高溫、沖擊載荷等，齒面承受極高的應力作用。

球磨機開式齒面在嚙合的過程中，齒輪從開始嚙合到脫離嚙合的運動過程中既存在滾動也存在滑動，在嚙合開始和即將結束時相對滑動速度最大。開式齒輪的潤滑要比滑動軸承困難很多，滑動軸承可建立穩定的潤滑油膜，而開式齒輪的輪齒的每一次嚙合都要重新建立潤滑油膜，通常都處于混合摩擦狀態，因此其潤滑條件是非常苛刻的［1］。要想使設備得到理想的潤滑保護，延長齒輪使用壽命，減少備件損耗、停機損失，提高設備的作業穩定性，就需要采用合適的潤滑劑，并要有合理的潤滑方式和方法。溢流式球磨機的結構見圖1。

某礦山股份有限公司（以下簡稱某礦山公司）磨磁車間共有8臺溢流式球磨機，分別為1～8號，磨機重525 t，每小時產量108～615 t，其開式齒輪部位的潤滑一直采用某進口品牌開式齒輪潤滑脂。該脂性能良好，但價格高，并且采購周期較長。為了滿足企業的降本要求，決定進行國產化替代。通過對球磨機設備參數了解及礦山現場調研，進行替代產品設計，確定選用開式齒輪潤滑脂HP800對該工礦球磨機齒面用脂進行國產化替代工作。該企業使用的溢流式球磨機設備參數及潤滑狀況見表1。

產品性能對比

考慮到開式齒輪的摩擦體系由滾動摩擦和滑動摩擦組成，通常處于混合摩擦狀態，齒輪每一次嚙合都要重新建立油膜，因此要求潤滑劑有較高的黏度才能形成較好的油膜［2］，且體系中既要有化學添加劑（S/P/N/Mo/Ca）的作用，也需要超級固體劑的協同作用［3］，同時要保證大黏度下開式齒輪脂的泵送噴射能力。因此在稠度、泵送性、防護性、極壓性、抗磨性方面對開式齒輪潤滑脂HP800與原用進口脂進行了指標性能對比，見表2。

由表2可以看出，與原用進口脂相比，開式齒輪潤滑脂HP800的極壓性、抗磨性、泵送性良好，防護性能相當。

相容性試驗

由于供脂系統及大小齒面上原用進口脂不可能完全地清理干凈，因此有必要進行與開式齒輪潤滑脂HP800的相容性試驗。

將開式齒輪潤滑脂HP800與進口脂分別以3∶7、5∶5、7∶3的質量比進行相容性試驗，對稠度、極壓性能、抗磨性能、防腐性能等指標進行檢測，見表3。

由表3可以看出，開式齒輪潤滑脂HP800與進口脂按不同比例混合后的相容性良好，沒有出現異常指標，各項指標變化有規律，均在合理范圍內，也驗證了2種產品的稠化劑體系、基礎油與添加劑體系是相容的。

上機試驗

圖1 溢流式球磨機結構示意

對于評估球磨機開式齒輪的潤滑效果，檢查小齒溫度是一種有效的方法。在球磨機大小齒嚙合時線速度相同，小齒的轉速更高，單個齒面摩擦頻率高，造成小齒面的溫度高于大齒，所以一般測量小齒溫度即可反映齒面潤滑狀況。而且在設計上，測量小齒也是方便操作的，小齒轉出面為嚙合面，因此該部位齒面溫度能夠準確地反映齒面的潤滑情況。

測量方法為：在小齒節圓線上從左至右平均取5點（圖2），用紅外測溫儀測量。

通過溝通，選用3號球磨機進行國產化潤滑脂的上機試驗，試驗周期為30 d，試驗期間每天對齒面進行監測，測量小齒溫度，觀察齒面狀態及油膜厚度。

進口脂使用效果

為了能夠更好地對比2種齒輪脂的潤滑效果，在國產化試驗前，對使用原進口潤滑脂的3號球磨機進行連續10天的齒面監測，檢查運轉齒面油膜狀態，測量小齒齒面溫度。試驗過程中確保供油系統管線及噴嘴暢通，設備運行正常。3號球磨機使用進口脂時小齒轉出面各點溫度曲線見圖3。

表1 溢流式球磨機設備參數及潤滑狀況

表2 產品指標性能對比

表3 產品相容性試驗

由圖3可見，使用進口脂的3號球磨機，小齒面溫度正常，各點溫度隨環境溫度而變化，期間最高環境溫度30.5 ℃，齒面平均最高溫度63.3 ℃。齒面平均最高溫度可快速比較設備的運轉狀況是否正常，設備狀況相同，潤滑劑質量差或潤滑量少會造成平均溫度高，造成溫度差異的因素是多方面的，如潤滑劑、齒面負載、散熱、環境溫度、裝配等，只要不超過報警值即可（一般溫度為80～90 ℃）。

設備運轉過程中借助頻閃儀檢查齒面油膜狀態，結果顯示小齒齒面烏黑，油膜完整（圖4）。

停機時，對使用進口脂的3號球磨機進行齒面檢查，確認小齒齒面光滑，無點蝕、疲勞磨損、塑性變形等不良現象（圖5）。對運行脂取樣分析，運行脂不工作錐入度為382單位，略稠于新脂（不工作錐入度420單位）。并進行鐵譜分析，結果中未發現大片剝落的疲勞磨粒，含有少量鐵質磁性的正常磨粒（圖6），表明潤滑正常，油膜較好。

圖2 小齒節圓線上的測溫點選擇示意

圖3 3號球磨機使用進口脂時小齒轉出面各點溫度曲線

開式齒輪潤滑脂HP800使用效果

試驗期間，3號球磨機供脂系統的打脂周期與進口潤滑脂使用時保持一致，間隔20 min，噴射60 s，確定噴嘴暢通，供脂泵脂壓及打脂量正常，與現場人員一起跟蹤監測，測量小齒轉出面溫度。3號球磨機使用開式齒輪潤滑脂HP800時小齒轉出面各點溫度曲線見圖7。

由圖7可以看出，開式齒輪潤滑脂HP800試驗期間，小齒齒面各點溫度隨環境溫度平穩變化。期間最高環境溫度32 ℃，齒面平均最高溫度66.2 ℃，單點最高溫度70.1 ℃，未出現溫度異常，表明潤滑效果較好。

將試驗前使用進口脂的10天齒面平均溫度與國產HP800潤滑脂試驗期間的第21至30天的齒面平均溫度進行對比，結果表明，環境溫度高，齒面平均溫度也隨之升高，規律性一致。3號球磨機使用開式齒輪潤滑脂HP800與進口脂的小齒轉出面平均溫度對比曲線見圖8。

借助頻閃儀對運轉齒面進行狀態檢查，小齒齒面烏黑，油膜較好，未發現點蝕、擦傷等磨損現象（圖9）。

試驗后，3號球磨機停機檢查，小齒齒面光滑無點蝕、擦傷、犁溝等現象（圖10）。運行脂狀態黑色拉絲有光澤，不工作錐入度362單位，略稠于新脂（不工作錐入度390單位），屬于正常情況，略稠的原因是留在齒面上的固體添加劑略多于油。對運行脂作了鐵譜分析，未發現大片剝落的疲勞磨粒，含有極少量鐵質顆粒的正常磨粒（圖11），表明潤滑膜及添加劑的協同作用可滿足設備的潤滑要求。

結束語

圖4 3號球磨機使用進口脂時的小齒齒面運轉狀態

圖5 3號球磨機使用進口脂時的小齒齒面停機狀態

圖6 3號球磨機使用進口脂時的運行脂鐵譜分析顯微鏡照片（稀釋30倍，顯微鏡500倍）

圖7 3號球磨機使用開式齒輪潤滑脂HP800時小齒轉出面各點溫度曲線

通過試驗效果評價，國產的開式齒輪潤滑脂HP800的極壓性、黏附性、防腐蝕性及泵送性等性能均滿足現場試用要求，設備的潤滑效果與進口油品一致，潤滑脂消耗量相當。在3號球磨機試驗成功的基礎上，已逐步擴大產品使用范圍至全生產線。目前，全部更換開式齒輪潤滑脂HP800的球磨機生產線設備運轉正常，沒有發生過因潤滑造成的故障，有力地保障了生產的順利進行。某礦山公司通過停止采購進口開式齒輪脂，選擇使用HP800開式齒輪潤滑脂，大幅地降低了潤滑脂的采購成本，取得了顯著的經濟效益，其球磨機開式齒潤滑脂國產化工作取得了圓滿成功。

圖8 3號球磨機使用開式齒輪潤滑脂HP800與進口脂的小齒轉出面平均溫度對比曲線

圖9 3號球磨機使用開式齒輪潤滑脂HP800時的小齒齒面運轉狀態

圖10 3號球磨機使用開式齒輪潤滑脂HP800時的小齒齒面停機狀態

圖11 3號球磨機使用開式齒輪潤滑脂HP800時的運行脂鐵譜分析顯微鏡照片（稀釋30倍，顯微鏡500倍）