论现代开式齿轮润滑技术

只休星期八

一、 前言
1 L# p; r+ H7 b! ~6 v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。
9 B/ G, c% q. f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。
二、 开式齿轮润滑剂的特点和高性能润滑剂
4 O1 @( o: J7 y  R$ v- g1 m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。
, f9 k; L9 p& y' i+ W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。
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：
表1 国外公司开式齿轮润滑脂理化性能
项目
" A2 t% W) G+ Q; U1 AQGL-007
: P- E+ P: S1 B# d4 F( nDYNAGEAR
1 ^- `7 m( y; _) X+ x威力霸2500
基础油
- E2 a# W1 }# Q, p. s) M矿油
矿油
4 A/ j' F' u+ Q1 z* I$ b矿油
增加剂
高聚物
高聚物
1 J' {/ A+ v" r0 W3 ]9 \高聚物
/ {- D9 ^! _0 V8 A稠化剂
8 g) d* x2 F, W3 \& J8 ^) u皂类
皂类
9 j8 F$ m& L, _0 ]7 l皂类
固体润滑剂
石墨
石墨+MoS2
, p  h8 q' j8 c( f8 e石墨
& L5 \' M5 i% y  ^9 I! r锥入度（1/10mm）
% W6 l1 E- l5 S! B; _109
107
104
滴点（Pa.s）（-20℃，D=20s-1）
4 L3 o$ M( |' \3 i+ T, Y184
158
186
相似粘度（-20℃，D=20s-1）（Pa.s）
7 l* D* |+ Z9 g" ?8 N982
7 K2 p* p- {- e2 k1103
$ @6 u- n& ^3 E+ \8 w# w-
粘附性（66℃，15min）（%）
+ M; y0 W' c; _9 Y9 y3 \. V7 T( |# p99.9
- S; h$ j5 |) C3 l* |8 D1 V% T8 G. p99.8
-
四球试验（常温，1500r/min）
) U3 O1 |2 F0 }/ x3 r1 b6 o-
) X) u: @' C, u& A0 t-
-
' A7 e4 t, R7 C1 H0 r* P# I# C4 fPs（N）
9 c0 m2 u7 ?1 O! h4 U) r- \980
980
735
9 p6 g6 m# t) L- h4 gPD（N）
" ]$ k/ F7 q* T7 O  `6076
6076
4900
d（392N，60min）（mm）
0.45
0.47
0.5
+ ^9 V  g9 m+ e) a! U9 O表2 一坪公司研制的开式齿轮润滑脂典型性能
% I' j5 L. b* H2 z" G项目
0#
; H: W3 k" K8 p2 N! C00#
: q/ b: ]6 f: [3 @/ N! h使用方法
0 \- q( ~+ A3 w% ]8 ?基础油40℃粘度（mm2/s）
2504
' v% S/ X9 X) L: T2504
GB/T 265
锥入度（1/10mm）
$ s/ l+ Q0 a: _& [385
4 v3 v/ Q/ e- U426
GB/T 269
滴点（℃）
  P2 S5 J4 a+ h192
190
; t1 d' c6 d7 d6 J' ^5 ~GB/T 3498
5 n! j7 ?2 t- V! ]& a! ~粘附性（66℃，15min）（%）
0 R( l5 k: _$ _: ^99.7
99.5
! J) g& j# h) D3 M* |GB/T 0469附A
腐蚀（45#钢，100℃，3h）
% u0 {* y1 l! B; p合格
合格
SH/T 0331
% R+ a; s6 ^1 s$ _, n2 L: D相似粘度（-20℃，D=20s-1）（Pa.s）
% W+ v9 V* P0 L) ]8 a5 M530
6 ]3 ], a5 y9 _' Q$ W498
$ ^9 q9 w1 l7 m2 J5 KSH/T 0048
四球试验（常温，1500r/min）
-
( {# [# {  F6 O; C-
. H' u  j, l* Z, z6 K/ z$ pGB/T 3142
Ps（N）
& C* B7 X* Z' m( z* O% |980
3 g' L6 W! z8 J# J/ v980
  L2 c# e# e/ A% f: K-
PD（N）
>6076
>6076
4 \4 I; D8 Y8 ?-
/ p2 G' O0 H% K梯母肯OK值（N）
264.6
4 k4 B% \# F  K* a364.6
- R8 z0 a  q0 `  z" Y3 GSH/T 0203
FZG齿轮试验（级）
$ s4 p5 F% \( H>12
>12
SH/T 0306
; N7 \% J  P2 {! L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。
0 v1 y. c8 S  q) Q一、 供油（脂）方式的现代化
! @) ]1 p# _8 H1、 目前使用的润滑方式
  K" q" I- O  ?+ g8 p: g0 }+ Q' o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。
% {5 k" n; b. s4 E+ K* i 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。
2、 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。
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。
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。
* g. G# W6 t/ X1 i; u( s! G8 a文章关键词： 齿轮、润滑、机械