论现代开式齿轮润滑技术

只休星期八

一、 前言
开式齿轮传动，主要用于矿山、冶金、化工、建材等重工业，其特点是：传动功率大、转速低、重量大、体积大、生产周期长、价格高。大型开式齿轮传动，多是全厂整个生产流程中关键设备的关键件。它的损坏，会导致全厂停工，给生产带来巨大的经济损失。延长开式齿轮的使用寿命，是完成生产计划、达到预定经济效益的保证。
2 ]/ ^) z$ y8 A4 Q0 H5 u保证开始齿轮的使用寿命，除了严格执行操作规程以外，重要一环，就是保证高性能的润滑。需要有高性能、满足开式齿轮特殊要求的润滑剂；需要有保证将油品及时、足量地供应到啮合部位的供油措施。也就是，既需要有好的油品，还需要有和先进的、可靠的供应润滑剂的方式和设备。
( \2 h& p! s# B0 f/ q# M二、 开式齿轮润滑剂的特点和高性能润滑剂
' l% m- g0 H  t2 p- l+ [' y开式齿轮润滑，历来不被重视。一般认为开式齿轮传动，属于“傻大黑粗”设备，齿面应力不大、转速不高、齿厚磨去一半还可以照用。过去开式齿轮润滑，常常是在废机油中加入沥青，加热后涂抹到齿面上。沥青在金属表面上附着能力强，并有防水作用；但沥青的高低温性能很差。在15℃时会硬化，在5~8℃时固化，润滑膜会裂纹、剥落，使齿面的金属裸露，加速齿面的磨损；温度在50~80℃时，又变稀，易于从齿面甩掉【1】，不仅增加润滑剂的消耗，还严重影响工作环境。
随着科学技术的进步，机械设备向功率大、转速高、寿命长的方向发展，引起人们对开式齿轮润滑的重视。开式齿轮传动的特点是：①没有严密的箱体，有的还工作在户外；②运转过程中，要经历寒暑，遇到风沙；③还要受环境中的湿气、腐蚀性气体的侵蚀。开式齿轮的工作特点，决定了开式齿轮润滑剂必须具备：①合适的高低温性能，低温不硬化、高温不流失；②具备较强的黏附性；③具备足够的挤压抗磨性能；④具有防锈、防腐蚀性能；⑤适应多灰尘、潮湿、有腐蚀性气体的环境。
" Y# T, o0 `; i' z7 _7 U! Y上世纪中后期，一些大油品公司，根据开式齿轮的特点，开发出一些高性能的开式齿轮油。新油品，以高粘度馏分油为基础油，加入极压抗磨剂、优质粘结剂以及超细固体润滑剂。新油品黏附性能强，具有极好的极压抗磨损性能。有的新油品不含沥青、氯、溶剂和重金属，符合环保要求，适用于各种大型开式齿轮传动。高性能开式齿轮油，以喷射方式供油，广泛应用于国内外先进的重型设备。
开式齿轮油用于喷射式润滑，存在的最大问题，是油的粘度随温度变化大。开式齿轮，多安装在户外或宽大、防寒不好的车间，冬夏温差大，润滑油粘度变化悬殊。一般情况，润滑油的工作温度上升25℃，其黏度将下降80%，由于喷油润滑时喷射流的图形和几何尺寸，随粘度变化，温差大，会严重影响润滑油喷射状态的稳定。解决办法，是在保证润滑性能的前提下，改变润滑剂的形态，改用润滑脂。润滑脂的稠度，受温度影响小，在达到滴点以前，脂的软硬程度变化不大，实践证明，开式齿轮润滑脂，是开式齿轮润滑剂的最佳选择。
近年来，国内外大油厂，开发出一批高性能开式齿轮润滑脂，很好地解决了开式齿轮的润滑问题，例如：德国Kluber公司的GRAFLOSCON CSG；德国Fuchs公司的CEPLATTYN MG15KG10（威力霸系列）；美孚公司的Mobil OGL-007；埃索公司的DYNAGEAR和我国的一坪公司的7420开式齿轮润滑脂。其性能如表1、表2：
! j% }6 b2 w; W表1 国外公司开式齿轮润滑脂理化性能
项目
# i5 h7 l0 x6 @- y+ C3 lQGL-007
DYNAGEAR
) U+ i5 r& ]8 F% c6 C* }* a+ m: D威力霸2500
; `$ H+ p) v* B' i基础油
矿油
矿油
- I/ y: g' V& r! O9 i# [- x# r; n7 j矿油
增加剂
高聚物
0 h3 ]( I* D% P" r/ W5 y- ?# s高聚物
高聚物
稠化剂
( ]5 B9 _4 b% p: y$ i& I4 D皂类
6 |3 p1 l6 c6 S皂类
皂类
固体润滑剂
石墨
石墨+MoS2
; k- N+ }& C- D5 M4 D/ p) {. E石墨
* o+ t7 l$ h. C- R4 d% R锥入度（1/10mm）
109
107
9 ^% Q2 @9 z# D9 Q/ W104
滴点（Pa.s）（-20℃，D=20s-1）
184
158
186
相似粘度（-20℃，D=20s-1）（Pa.s）
982
$ v3 ~: C% P% M5 D, n. R+ f7 n) Q1103
-
粘附性（66℃，15min）（%）
99.9
8 s9 t  q. Z+ |4 A& z99.8
! J8 w2 c  w' E( s) x, ?! K-
四球试验（常温，1500r/min）
-
2 T7 ]: g3 j3 H* O9 c) E-
/ j& o" w+ L# @4 G-
Ps（N）
980
980
# S1 r# \0 @; V7 G735
PD（N）
6076
/ w4 @2 g8 j. B9 l; D% V8 Z7 @6076
4900
d（392N，60min）（mm）
/ G. L/ B1 S+ w, I0 C) R$ w: a0.45
0.47
0.5
表2 一坪公司研制的开式齿轮润滑脂典型性能
: e; P" X5 l8 M2 @2 [, ?5 g: j7 E项目
0#
00#
使用方法
基础油40℃粘度（mm2/s）
& A0 \& _( z! H& p" k  M) {4 M2504
5 s/ [; L4 B- Y7 [& Z2504
/ D& R* u/ P' P# W- \' p' ~GB/T 265
锥入度（1/10mm）
385
426
+ z# J& p$ F/ {+ t. {- DGB/T 269
滴点（℃）
* m! O4 V/ r! N6 `! M/ f9 N* Y; O192
190
5 W) i6 y, p) V' M3 @9 J9 hGB/T 3498
" N( h# V' o/ f, @粘附性（66℃，15min）（%）
99.7
  G* {5 F, T4 n* h9 V9 j99.5
GB/T 0469附A
9 m7 F! p4 }6 W0 z: \5 r  j& Z腐蚀（45#钢，100℃，3h）
合格
8 u: ^6 A3 |+ U  a: m% O合格
SH/T 0331
+ K) h0 j/ W" k4 s6 w( r相似粘度（-20℃，D=20s-1）（Pa.s）
! Y; b% ~1 r3 a: U  y% O530
# I3 `; R# W* z498
+ W" M! g. h* }1 \" s. b( v. ?SH/T 0048
四球试验（常温，1500r/min）
% F, \0 x+ H  m+ R% b-
/ ^/ A7 L' U% G! T-
GB/T 3142
Ps（N）
980
' ]( R  _1 W9 o% |980
-
. |$ t. b6 h; y" R2 {3 V3 B+ S. o7 cPD（N）
>6076
' Q3 D7 {+ d, Z3 V( r% v4 h- {5 ~; ]>6076
-
! Q: p- N6 F' w0 ?4 Y* g9 S6 q梯母肯OK值（N）
7 ?# e3 r, ^* Q7 c264.6
364.6
SH/T 0203
FZG齿轮试验（级）
>12
; }5 b& q7 F! Q>12
1 w  X: R( _1 s$ E4 {SH/T 0306
从表中可以看到，新油品，具有如下特点：①无沥青，高低温性能好。②加有粘接剂，粘附性强，粘附性达到99.5%。③极压抗磨性能好，其极压性能力大于FZG12极。④加有10%，纯度为99%，粒度为5μm的固体润滑剂——石墨或二硫化钼，大幅度提高了抗磨性能【1】。这些油品，满足当代开式齿轮传动对润滑剂的要求。
一、 供油（脂）方式的现代化
% m. o* d0 P% Y2 @1、 目前使用的润滑方式
/ [1 s' x# h) V0 b9 W- e: c7 w机械设备的润滑方式，主要是两类：连续润滑和间歇润滑。理论上讲，连续润滑，可以是啮合部位不断得到新的润滑剂，可以保证润滑性能；保证齿轮长寿命，应是正确的选择。但具体到实际中的开式齿轮润滑，效果并不理想。其原因是：①开式齿轮传动，没有封闭良好的箱体；油品易于混入沙尘，增加齿轮的磨损；易于混入水分和腐蚀性物质，促使油品性能劣化。开式齿轮传动，采用浸油润滑或喷油循环润滑时由于油品迅速劣化，需频频换油，会造成成巨大的浪费。②目前。润滑油品中，都加入了高性能添加剂，使润滑性能大幅度提高。极压抗磨添加剂，可以在金属表面上生成化学反应膜，化学反应膜具有残余效应，一次成膜，可以抗多次磨损；高性能开式齿轮润滑脂，还加有固体润滑剂——石墨，石墨易于在金属表面上形成化学转移膜，保护金属表面，从开式齿轮的具体工况和现代科学技术角度看，开式齿轮传动最好的润滑方式，应是：使用高性能开式齿轮润滑脂的间歇式喷射润滑。
) n$ c; C$ R$ ~+ `4 |' o, l8 j( Q' C 目前，使用效果好的润滑系统，是如图1【2】所示的喷射系统，该系统可以喷润滑油也可以喷半流体润滑脂，其工作原理如下：润滑系统工作时，空压机供给的压缩空气，经滤水器、电磁阀、F1二连体以后，分两路：一路经电磁阀F2减压阀、油雾器进入油泵，作为油泵的动力；另一路直接经管路到达喷咀板，喷咀板上，根据被润滑齿轮的齿宽，安装一定数量的喷咀，润滑剂从容器中泵出，经溢流阀到达喷嘴，当喷嘴打开时，润滑剂与压缩空气混合，呈雾状喷出，在齿面上形成润滑膜，使齿轮保持良好的润滑。
. p' j0 P" I  e5 R3 D) t2、 喷射方式的现代化
目前存在的干油喷雾润滑系统，可以实现程序控制，满足生产需要，但从发展的角度看，仍有不足，其不足是：①由两条线分别供油供汽；②油（脂）被雾化，有部分油品雾化飞散，即浪费油品，有污染环境。
  E, c( b* g- s" C 科微公司在KYS-500/10型高压气动注油装置的基础上，以全新的设计理念开发出集机电一体化的开式齿轮喷射润滑系统（图2），新系统的特点是：①去掉了气路，只有一条油路连接油泵和喷咀，简化了结构；②使用可调式高压注油泵，调节压力，可以得到最佳的喷射状态；③使用进口高科技硬质合金喷嘴（图3），该喷嘴结构先进耐磨使用寿命长，当污物赌咀时，可将咀芯转180°进行反冲，清除污物后，转回到初始位置，即可恢复工作；换新喷咀时，关闭阀门，卸下手柄喷咀组件，插入新组件即可，不需任何工具；④喷射流的长短和形状，也可以通过选用不同喷咀、不同压力进行调整；⑤改进了喷射状态（见图4）：油汽喷射时，油的颗粒较小，油粒子与气体粒子混合物易飞散；由于比重小，一部分油气粒子长时间漂浮于空气中造成润滑剂流失，环境污染。新型喷射的特点：a.油不雾化，喷射物是100%的油粒子，液滴颗粒较大；b.喷射速度大，油冲击齿面与齿面吸附牢固，不易飞散；c.喷射流可以调成椭圆型（图4），使长轴与齿面同向，油脂利用率可达到85~90%以上。
: |. D. f8 R8 ~: j, h0 g新的开式齿轮喷射装置，具备以下特点：①体积小、重量轻、结构简单；②油脂不雾化，利用率可达90%以上，符合节能环保要求；③喷射压力、喷射距离、喷射范围调整范围广，适用于不用油品、不同大小齿轮的要求；④利用反冲，很容易解决赌咀问题，维护方便；⑤可预设喷射时间、停止时间，易于实现自动化。
. S0 O" ~$ }9 t+ C+ H3 W+ E文章关键词： 齿轮、润滑、机械