重型开式齿轮润滑应用浅谈

摘要：重型开式齿轮是原材料加工工业中常见的传动方式，广泛应用于矿山、水泥、电力、钢铁、化工、造纸等行业的大型设备，如：球磨机、管磨机、棒磨机、回转窑、干燥机、造粒机、鼓式碎浆机等。开式齿轮传动的主要特征为：重载、低速、结构尺寸较大且齿面粗糙度较高，工作条件苛刻（如灰尘、高温、冲击载荷等），它可以传递很高的力和力矩（有些双小齿驱动装置可以达到﹥2×8500KW的传动功率），因而齿面承受极高的应力作用，而且开式齿轮除在节圆位置为滚动摩擦之外，在其啮合的过程中还存在大量的滑动摩擦，开式齿轮通常处于混合摩擦状态（启动、停机期间、剪切力过大、冲击载荷等），因此其润滑条件是非常苛刻的，要想得到理想的润滑保护，延长齿轮使用寿命，减少备件损耗、停机损失，提高设备的作业稳定性，需要采用合适的润滑剂，并要有合理的润滑方式和方法。

关键词：球磨机 开式齿轮 滑剂 磨合机理 润滑装置 合理润滑 降本增效

前言

开式齿轮所使用的润滑剂，在最初选用时没能选到完全符合以上条件的润滑剂，那么必将导致花费大量人力物力，却仍然达不到开式齿轮理想的润滑状态，油品的消耗量巨大，齿轮依然会存在过度磨损、塑性变形、点蚀、剥落、更严重发生崩齿等问题，对开式齿轮来说，最容易出现的问题便是擦伤、塑性变形、点蚀、剥落和磨粒磨损等，如下图：

点蚀、严重擦伤（胶合）和塑性变形的典型图例

出现这类问题的原因除了与齿轮本身的材质、设计、加工、安装等因素有关之外，还有重要的一个因素便是润滑剂的性能所致。

一、开式齿轮润滑剂

开式齿轮的工况特点决定了所使用的润滑剂必须具有良好的黏附性能、极压抗磨性能、抗冲击载荷，并视具体操作条件和环境需要能抗高温、抗水冲蚀、密封性强、降低灰尘影响、喷洒性能、流动性能，不含有重金属和可能对环境和人体有损害的物质等等。可以简单归结为以下几点：

1.粘附力强（粘附性好，不易甩落和损耗）

2.高的抗磨损和抗极压性能（FZG测试级别≥12，四球焊接负荷>620KG）

3.具备一定的油膜强度（能减弱冲击负荷对齿面的影响）

4.含有一定比例的固体添加剂和EP（抗极压）添加剂（满足边界润滑和紧急润滑的要求）

5.良好的喷洒（喷洒系统）或流动性能（油池润滑）

6.工作温度范围宽（适用于冬夏季）

7.油品的物理、化学稳定性好（寿命长、损耗小、不易变质，抗热氧化安定性对回转窑开放式齿轮尤其重要）

8.对外部环境（如粉尘、水等）的影响有一定程度的抗阻能力

9.便于操作使用及维护

10.对环境和操作人员没有危害

二、润滑方式

要保证开式齿轮获得最佳的承载能力和平稳传动，齿轮的正确加工制造，传动装置的精确找正（端跳、径跳、齿顶隙、齿侧隙等），正确地实施涂底、磨合和操作润滑体系的一系列工作程序，选用合适的高黏附性的润滑剂以及合理的润滑方式等都是缺一不可的因素。

常见的润滑方式主要有喷洒式（依靠自动润滑系统）、油池浸浴式（靠齿轮或带油轮将润滑剂带入啮合）和涂抹式（人工方式）。

开式齿轮润滑方式的比较

三、润滑剂选择与应用

选择合适的润滑剂，是保证设备能够得到良好润滑的第一步，需要根据设备的工况和设计特点等综合考虑相关因素后才会得到准确的判断，主要是根据设备的载荷、温度、环境、速度以及润滑方式等；若设备处于超负荷运转、齿面基础状态较差时，需提高润滑等级（品质与用量等级）才能有更可靠的润滑保护。

以下用常见、比较有代表性的三种类型润滑剂品牌产品为例做一性能对比：

1.油品只有含有石墨固体润滑剂，才会具备紧急润滑功能，以防喷洒系统等供油装置出现故障不能及时处理时为齿面提供应急润滑保护（如防止擦伤和胶合）；

2.稠化剂的作用增强油膜的黏附性能（同时提高油膜抗冲击能力），以使油膜不需要靠高粘度黏附于齿面，而可以控制使用适当等级粘度基础油，减少齿面摩擦阻力节省能耗，同时对防止泄漏有很好的预防作用，相对消耗量也较低；

3.含有石墨对观察齿面的接触应力分布起到辅助指示的作用，而沥青和纯油却无法提供此功能；同时结合齿面温度分布梯度可以对偏载等机械问题起到预警的作用；而沥青由于高粘度的掩饰作用，即使设备存在隐患也很难及时发现，如造成齿轮长时间的偏载没有及时解决而突然断齿。

除以上性能差别之外，黏附性润滑剂和沥青基与纯油型油品还有以下特性区别：

以上性能对比对开式齿轮润滑剂的选择和应用具有指导意义。

（一）磨合的重要性与磨合机理、磨合油品性能

防治齿轮传动失效，应注重避免粘着磨损、磨粒磨损、点蚀、胶合，并降低噪声，通常需要降低齿面粗糙度、保持齿面光滑；而高性能润滑剂利用其新型的添加剂技术，通过化学跑合可以降低齿面粗糙度、改善接触条件。

同时高性能润滑剂具有更低的摩擦系数，和良好的抗磨剂，可以极大的延长齿轮的接触疲劳寿命，将疲劳点蚀的发生概率降低，从而起到延长齿轮寿命的作用。

有关研究表明，通过改变润滑油的粘度，可以使齿轮的接触疲劳寿命提高近2倍，而通过调整润滑剂的化学成分，可以使其接触疲劳寿命提高近10倍。

对于磨合期使用的油品，要求除了含有能起到磨合作用的有效活性成分以外，同样要具备优秀开齿润滑剂的性能，那就是黏附性、耐极压、良好润滑性能。

如下：为某矿山大型磨机开式齿轮安装后，使用类似ET G-OG开齿专用磨合润滑剂磨合一周后，齿面的接触面积由最初的50%增加到了85%以上，很好的均布了齿面接触应力，对预防齿轮疲劳点蚀就起到了积极的作用。

▲磨合前，齿面接触面积为50%

▲磨合后，齿面接触面积达85%

（二）完整的开式齿轮润滑体系

为满足开式齿轮的上述特点，应当选用合适的润滑剂用于开式齿轮不同应用阶段：

1.初始阶段――涂底润滑：防止齿轮在安装调试阶段运转时齿面的损伤；在正式投入运转前防止齿轮的锈蚀；填平齿面的不平（高点和凹部），从而达到安全初始润滑；通过辅助装置转动齿轮，使实际接触图案反映到工作齿面，易于齿轮找正。

2.试运转阶段――磨合润滑：降低齿面粗糙度，改善齿面质量，增加啮合/接触面积，均匀齿面的载荷分布，提高承载能力；消除小的制造和安装误差；通过局部接触高点的反应校平作用，防止齿面的微振磨损；避免因载荷分布不均造成的疲劳点蚀。

3.运行阶段――操作润滑：保证开齿传动装置在苛刻的工况下能够低磨损、无损伤、长寿命地安全运行。

4、损伤较重的齿面――特种修复剂的润滑体系产品：消除齿面较大的擦伤、刮伤和由于较大损伤造成的接触面积的损失，控制齿面失效速度加剧。

以上系列的润滑剂，比较知名的欧洲开式齿轮润滑剂厂家都有成熟产品和应用经验可以参考和借鉴，而随着我国大型装备制造、生产维护应用水平的提高和经验积累，中国润滑剂的研发和现场服务能力亦得到了快速发展提升，表现出了明显的后发优势，个别品牌的润滑剂品质与服务，已可与欧洲品牌竞争，现场使用表现优秀，值得学习推广。

（三）应用中的注意事项

在开式齿轮润滑剂的使用当中，有些方面与润滑效果息息相关，需要注意：

1.喷洒润滑方式：除了选对合适的润滑剂以外，还需确定合适的用油量，这要根据设备的负荷、温度、齿轮宽度、齿轮转速以及齿面状况和设备运行状况综合考量和调整，不可一味降低用油量，并且要遵循“少量频繁”的加油原则；同时要经常检查喷洒系统的状况，如气压、油压、喷洒图形、油桶油位等，确保系统能够正常供油；如果设备属于新装喷洒装置，还要选择安装合适的喷嘴数量（每个喷嘴控制150mm宽齿面）和喷洒角度（300）、安装距离（20cm左右为宜）；（如图示）

2.齿轮罩壳的密封性能在环境灰尘污染较大的情况下必须密切关注，发现问题要及时处理，以免对齿面造成更大的伤害。

3.润滑剂不是万能的，它只是维持设备能够正常运转的一个组成部分，如果设备不正常，如安装、找正、轴承座等出现问题，齿轮也有可能会出现损伤，影响到正常的使用，因此需定期对齿面温差、轴承座振动等进行检测和记录，发现问题及时处理，避免出现更大的问题而造成事故停机等损失。

4.重型开式齿轮的润滑条件比较苛刻，必须选用性能合适的专用润滑剂，不可以低性能产品代替高规格产品应用于现代设计的大型设备上；更不可以闭式齿轮油VG460或VG680代替专用的开式齿轮润滑剂，否则导致的备品备件消耗、人工投入、临时停机等损失，都是不可预估的。

综述

通常主张喷洒大齿的观点认为喷洒大齿可以“让大齿带有更多的油膜”，那么这样大齿磨损的几率就小，就不容易出问题；但是我们要看到，齿轮之间的磨损是相互的，即使小齿轮的齿面硬度高于大齿，小齿的磨损还是多于大齿，而往往齿面出现问题都是从小齿轮开始，然后才影响到大齿，这是因为问题的关键在于小齿的速度比大齿快将近10倍！工作的频次也要比大齿高出10倍！所以要想给予大齿更多的保护就要从小齿入手，喷洒小齿才是最佳的选择，目前欧洲很多开式齿轮的润滑设计往往也都采用了喷洒小齿的方式。

▲引用自Lincoln系统

新型的开式齿轮润滑剂以复合稠化剂稠化含有固体润滑剂的高粘度油，稠化剂在这里使油品具有了非常好的黏附性能，不会轻易从小齿上面甩掉（通常使用沥青溶剂类油品容易随小齿轮甩落，故会设计为喷射大齿轮），并具有良好的极压、抗磨性能，因含有固体润滑剂保障了油品的边界润滑性能和紧急润滑功能，同时不含沥青和溶剂（对环境和人体健康有危害）也不易泄漏，越来越得到众多厂家的认可和推荐，尤其是在欧洲更为普遍，所以基于前述的润滑维护观点，大多都采用了喷洒小齿的润滑方式，目前国内也有很多成熟的应用。

同时，我们还可以看到，并不会因为喷洒小齿而使大齿上的油膜减少，因为在啮合的过程中，油膜早已通过小齿传递给了大齿，大齿工作面上的油膜不仅不少，还有很多富余黏附在齿顶。与此同时我们还可以看到ET G-OG高性能开齿润滑剂喷射小齿方式，小齿齿面的油膜状况是非常理想的（如图示）：

因此，采用科学、成熟、合理的润滑方式（喷洒小齿）配合以高性能的新型润滑剂，对设备的维护保养来说，是非常明智的选择。

最后，我们知道设备维护管理的主要责任是保障安全的生产能力，而润滑管理是设备管理和资产管理的重要组成部分，涉及到设备资产、人员保障和管理机制，要想做到合理润滑，让润滑产生的效益最大化，那么我们的润滑维护就不能仅仅只关注润滑剂，而是要关注到润滑材料、润滑设备和技术保障（现场服务支持），只有兼顾这三方面，我们才能真正做到合理润滑，实现节能降耗、降本增效和环保安全的目标。