大型開式齒輪潤滑及維保

沈裕歡，馬紅軍，何 偉，劉 俊

（1.廣研檢測（廣州）有限公司，廣東廣州 510535；2.廣州機械科學研究院有限公司設備潤滑與檢測研究所，廣東廣州 510700）

0 引言

齒輪是機械設備中關鍵的傳動部件之一，是設備轉化動力的一種主要形式。隨著機械裝備向高效、高速、精密、多功能方向發展，對齒輪傳動的功能和性能要求越來越高。齒輪潤滑對設備傳動具有極其重要的意義，直接決定了設備的性能、使用壽命、能耗物耗、振動噪聲等不同要素。大型開式齒輪體積大、結構簡單，潤滑環境惡劣、維修難度和維修費用高。隨著新材料的不斷出現和加工技術的進步，開式齒輪傳遞的功率越來越高，而齒寬尺寸卻在不斷減小，對開式齒輪的維護保養提出越來越苛刻的要求。

針對大型開式齒輪的維保問題，已有學者分析了不同潤滑產品用于開式齒輪潤滑的特點，開展了流體脂類產品在油浴式潤滑中的應用[1]。從設備潤滑可靠性的技術體系入手，旨在避免設備磨損事故、降低設備故障率。此外，通過監測檢測評價等的多維度評價方法，預警和預防設備的異常磨損和機械故障，通過提前設定加換油和檢修等工藝規程，避免出現重大設備潤滑故障。

1 開式齒輪常見磨損形式

1.1 開式齒輪的失效模式

開式齒輪主要失效模式有點蝕、剝落、塑性變形、膠合、斷齒、擦傷等。

（1）點蝕。形成點蝕的主要原因，是齒輪表界面的接觸性疲勞強度不足。

（2）剝落。由于高的循環赫茲應力造成的破裂和表面金屬的塊狀分離所導致，也就是點蝕面積隨齒輪運行時間增長而擴散。

（3）塑變。由于摩擦擠壓變形、疲勞等因素，齒輪齒面材料產生滑移現象。

（4）膠合。齒面金屬的表面溫度高于再結晶溫度時產生的塑性變形，齒面上沿滑移方向形成明顯的波峰和溝槽。

（5）其他損傷形式。擦傷、斷齒、壓傷和生銹等。

1.2 大型開式齒輪潤滑要求及潤滑形式

大型開式齒輪對潤滑的要求：黏度較高，運轉時能較好的附著在齒輪表面，不易甩落；具有較強的抗磨損和較高的抗極壓性能，FZG＞12 級，四球燒結負荷＞650 kg；具有較高的承載能力；噴灑式潤滑要求好的泵送性，油浴式潤滑有好的流動性能；潤滑劑的工作溫度適用于冬夏季；油品的物理、化學穩定性好，對高溫、粉塵、水沖淋有較好的抵抗能力；對操作人員身體沒有影響，對環境沒有危害[2]。

目前，大型開式齒輪的潤滑形式包含噴灑式潤滑、油浴式潤滑等，其各有優缺點。采用噴灑式潤滑方式，齒輪齒面的潤滑效果較好，潤滑劑的排污也比較好控制，可使現場環境整潔干凈，但噴灑潤滑需要一次性的設備投入，用油成本較高，且增加了維護點。噴灑式潤滑是目前客戶主流選擇方向；采用浸浴式潤滑方式，齒輪齒面潤滑效果明顯、用油成本較低、維保人員勞動強度較小，但若受到粉塵泄漏等污染后，齒面損傷較快，且換油時浪費很大。

2 潤滑劑的選擇與應用

2.1 開式齒輪潤滑劑的種類

（1）瀝青基類產品。直接從原油中提取，含有極壓添加劑與有機溶劑等。黏度高、容易卷吸形成厚的油膜，嚴重的會在齒根處形成堆積；此外，油品泄漏后難以處理，目前國家對此的環保政策已經收緊[3]。

（2）流體脂類產品。主要成分是高黏度基礎油和稠化劑，并含有一定比例的固體潤滑劑和極壓添加劑，由于承載荷能力高、油膜厚度厚、耐高溫和抗水沖淋，四球燒結載荷高，且具有一定的密封性能[4]。

（3）純油類產品。有礦物型和合成型兩種類型；其特點是基礎油黏度都較高，摩擦過程中油膜厚度較厚，顏色是透明或淡棕色，加有極壓添加劑以增加其承載能力，四球燒結載荷較高。

2.2 開式齒輪潤滑劑不同類型基礎油特點

（1）開式齒輪潤滑劑不同種類基礎油性能對比見表1。

（2）潤滑劑不同種類基礎油的特點

瀝青類油品的特點：成本便宜，但油品消耗量大；齒根易堆積結焦，難保持齒面干凈，易堵塞噴嘴；低溫時涂布性變差；齒面散熱性差，溫度較高；含有機溶劑，易漏油且廢油不易處理，不利于國家環保政策。

流體脂類油品的特點：價格高；粘附性強，含固體添加劑，承載能力好；工作溫度寬，散熱性好，泵送性好，抗水性好，潤滑效果好；油品消耗量較低，廢油不易處理。

純油類油品的特點：價格高，油品消耗量較高；齒面溫度較低，有利于齒面保護；抗粉塵能力弱；過濾可降級循環使用。

2.3 開式齒輪潤滑劑固體添加劑

由于開式齒輪的主要工況是重載和低速，因此需要開式齒輪潤滑劑含有固體潤滑劑支撐潤滑。固體潤滑劑可以有效防止金屬表面間的直接接觸。含有石墨、二硫化鉬等固體添加劑的，可以通過觀察齒面接觸應力的分布情況，來判斷齒面載荷的分布，掌握齒輪偏載對設備機械問題的影響。圖1 是華南某大型火力發電廠球磨機開式齒輪，使用流體脂類產品。可以判斷出齒面載荷分布情況，而且能清晰觀察到齒面節圓處有塑變情況，并且有偏載現象（齒輪左邊壓痕顏色很深）。

表1 不同類型基礎油參數對比

圖1 開式齒輪偏載

2.4 開式齒輪的潤滑體系

大型開式齒輪的工況十分惡劣，為滿足開式齒輪的運行特點，在不同運行階段使用不同的潤滑劑，以應對不同的工況。

（1）初始安裝階段[5]。潤滑劑用于開式齒輪的初始潤滑、防銹以及齒輪的安裝找正。

（2）磨合階段。潤滑劑用于降低齒面的粗糙度，增加齒輪嚙合的接觸面積，使齒面的載荷均勻分布，提高開式齒輪的承載能力。

（3）設備日常運行階段。潤滑劑保證開式齒輪在日常苛刻的工況下，能低磨損、長壽命地安全平穩運行。

（4）對于開式齒輪出現嚴重點蝕、剝落、偏載等情況，可以使用修復和強制磨合潤滑劑，采取強制磨損齒面的方法，但此類潤滑劑需慎重使用。

3 大型開式齒輪潤滑工藝

3.1 噴灑潤滑

大型開式齒輪采用噴灑式潤滑工藝，既要合理選取潤滑劑，還需合理的用油量；工業企業要根據設備的運轉頻率、負荷、溫度、齒輪齒寬、齒輪轉速以及齒面等影響因素，不可以一味降低用油量，并且要遵循“少量多次”的原則。此外，需經常檢查噴灑系統，如油壓、氣壓、噴灑的圖形、潤滑劑的用量等，以保障噴灑系統正常供油。

新裝噴灑系統時，要選擇適當的噴嘴數量，噴灑圖形見圖2a，噴嘴角度控制在30°，安裝距離150～200 mm 較為合適（圖2b）。

3.2 油池浸浴

油池浸浴潤滑方式，除了選對合適的油品之外，保持油池的清潔性是很重要的工作，也是常被忽視的環節。假如油池混入其他粉料雜質較多，就會造成潤滑劑干結，齒面短期內可出現較嚴重的擦傷凹痕等損傷。

另外，油池浸浴潤滑方式，油池里的油位也需要著重關注。開式齒輪油位建議到小齒輪底部1/2～1 個齒高，同時需要日常維護時經常觀察潤滑劑消耗，掌握設備的補加量和加油時間間隔。油位過低會導致齒面潤滑、散熱不足和磨損增加；油位過高會增加潤滑劑的攪動損失，導致更高的油溫和齒輪摩擦損失。

圖2 噴灑的圖形和角度

3.3 開式齒輪罩殼

齒輪罩殼的密封性能也需要注意，如果周圍粉塵污染嚴重，必須及時關注罩殼漏粉、積水、漏油、潤滑劑罩殼堆積等情況，發現問題及時處理。

3.4 潤滑劑不是萬能的

潤滑劑是維持設備正常運轉眾多條件中的一個，如果設備的齒輪不能正常運轉，應從多方面進行考慮，譬如設備設計、安裝、齒輪找正、齒輪軸承座等方面。齒輪出現損傷，將影響整個設備的正常使用，因此定期對開式齒輪進行檢測和記錄，發現數據不正常，應及時跟進處理，避免出現事故停機造成損失。

3.5 開式齒輪定量添加專用潤滑劑

大型開式齒輪的工作環境惡劣，因此其潤滑條件也很苛刻。潤滑劑必須選擇性能適合于惡劣工況的專用潤滑劑，不能用低性能產品代替高性能產品。一些設備管理人員用閉式齒輪油代替專用開式齒輪潤滑劑用在大型開式齒輪上是不正確的，會導致開式齒輪的快速損傷，以至生產線停工、停產，造成的損失不可預估。

例如，某水泥廠的混料機，其開式齒輪是油池浸浴方式潤滑，使用國產CKD460#閉式齒輪油，短期內就造成開式齒輪齒面嚴重點蝕和塑性變形，工廠被迫因此跟換小齒輪，造成較大的損失。部分小型開式齒輪設備或者功率較低的設備，才可以使用高粘度的閉式齒輪油代替使用，但要時刻檢查齒輪的磨損狀況，謹慎替換。

3.6 噴灑式潤滑的對象

齒輪之間的磨損是相互的，雖然開式齒輪小齒輪齒面硬度略高于大齒齒面硬度，磨損失效一般是從小齒輪開始，然后蔓延到大齒，小齒輪的磨損量高于大齒輪。這類磨損失效的機理，源于小齒輪的轉速比大齒輪的摩擦次數多，齒面的工作頻次也比大齒高，所以噴灑潤滑小齒才能給齒面最好的保護，從而保護大齒輪。

4 總結與建議

大型開式齒輪的典型工況是重載、低速、高溫、沖擊性載荷、粉塵污染、水沖淋等，在極端環境與惡劣工況下運行。此外，開式齒輪的設計結構簡單，但體積龐大，它所在的設備，一般是工廠生產線中最基礎、最關鍵的設備之一。因此，對大型開式齒輪的維護，建議使用快捷的油液監測技術、合適的潤滑劑、合理的潤滑方式、科學的管理方法。通過專業、合理、科學的設備維保，可以減少開式齒輪磨損、延長壽命，降低生產損失，提升設備的作業穩定性，支撐企業安全、可靠、高效生產。