冶金设备中齿轮组润滑系统失效因素的研究

吴前进， 李 杰

（安钢集团永通球墨铸铁管有限责任公司， 河南 安阳 455000）

试（实）验研究

冶金设备中齿轮组润滑系统失效因素的研究

吴前进， 李 杰

（安钢集团永通球墨铸铁管有限责任公司， 河南 安阳 455000）

提出了齿轮组润滑系统失效形式，基于matlab软件来分别分析冶金设备中齿轮组润滑系统失效的因素，得到了该润滑系统在不同载荷、速度等因素下的曲线图，同时也为其他型号的齿轮传动润滑系统失效分析提供了经验。

冶金设备 齿轮组 润滑失效 影响因素

润滑与机械设备的运转息息相关，有人形象地把润滑油比喻为机械设备的血液，可以说失去了润滑，就没有机械设备的存在。冶金行业作为工业的基础，其工作各个环节离不开齿轮传递。由于齿轮之间的相对滑动造成的磨损加剧了齿轮的损坏，加入润滑介质提高传递效率和降低齿轮的摩擦磨损具有重要的作用。齿轮组含有减速机、齿轮、滚动轴承、滑动轴承等需要润滑的部件，提高这些部件的润滑效率，就提高了生产的安全性和增加了设备的寿命，降低了劳动强度，提高了企业的经济效益[1-4]，因此，对润滑失效问题研究刻不容缓。润滑问题直接关系着企业的经济和社会效益，关系着企业的财产和生命的安全，因此对润滑问题研究具有重要意义。

关于齿轮组润滑系统失效问题，前人已经开展了相关的研究，并且取得了很好的研究成果。本文在前人研究的基础上，在分析齿轮组润滑系统失效形式的基础上，基于matlab计算平台来分别分析冶金设备中齿轮组润滑系统失效的因素，得到了该润滑系统在不同温度、载荷、速度等因素下的曲线图，同时也为其他型号的齿轮传动润滑系统失效分析提供了一种方法。

1 齿轮组润滑系统失效形式

在齿轮传动的过程中，由于润滑油具有一定的黏性，因此很容易形成具有一定厚度的弹性润滑油膜，油膜的厚度决定了润滑的效果。太厚的油膜厚度会加剧传动设备的振动进而影响传动效率；太薄的油膜厚度会加剧传动部件之间的磨损进而降低使用寿命。因此研究外因参数对油膜厚度的影响是分析齿轮组润滑系统失效的关键所在。

综合前人的研究成果，目前关于齿轮组润滑系统失效形式有以下两种情况[5]：

1）没有正确选用润滑油，从而超出润滑油本身的使用性能。这种形式在齿轮组润滑失效形式中占很少一部分。

2）正确选用齿轮组润滑油。由于高温、重载、高速与工作环境恶劣等原因导致失效，这种形式在齿轮组润滑失效形式中占绝大部分。

2 冶金设备中齿轮组润滑系统失效因素

冶金设备中齿轮组运行的时候，润滑效果受到很多因素的影响，以下分别从温度、载荷、速度三个主要影响方面来考虑其对摇臂润滑系统的影响。

2.1 温度

目前，齿轮组用润滑介质都有一定的挥发性，加之工作时的持续高温，润滑介质受高温会蒸发，蒸发导致润滑系统缺油，会引起润滑不足，造成齿轮箱齿轮和轴承磨损和划伤，严重时导致齿面胶合和抱轴事故的发生。参考润滑油的化学特性，当润滑油的温度在70℃以上的环境中持续使用的时候，会大大降低润滑油的黏性，进而影响到工作效率[6]。

润滑油作为一种液体材料，其黏度收到温度的影响很大。一般情况下，润滑油的黏度随着温度的升高表现出降低的变化趋势。下页图1给出了齿轮组润滑系统润滑界面示意图，可以看出边界润滑效果对流体油膜的形成影响很大。边界润滑是润滑油和齿轮表面的相对滑动，如果温度过高会降低相对滑动的效率，也就是说会使得润滑油像水一样，这无形中会加剧齿轮的表面点蚀的发生，进而使得润滑失效的加剧发生。

图1 齿轮组润滑系统润滑界面示意图

2.2 载荷

载荷能够加剧油膜的压力变形，进而对油膜厚度造成很大的影响，为此研究载荷对润滑的时效影响。图2给出了四种不同载荷（0.3×105N/m、0.5× 105N/m、1×105N/m和2×105N/m）下齿轮润滑过程中油膜厚度的变化结果。可以看出：无论是在何种载荷条件下，在曲线的颈缩处，油膜厚度均达到最小值。图3给出了最小油膜厚度与载荷之间的关系，对应四种不同载荷下的最小油膜厚度一次为0.835 2 μm、0.574 6 μm、0.185 3 μm、0.063 1 μm。随着载荷的增加，油膜厚度表现出明显的减小趋势，太小的油膜厚度会影响到润滑油的流动，降低润滑效果。这也是重载运输设备润滑效果失效率高，容易产生齿轮点蚀的原因。

图2 不同载荷下油膜厚度随油膜位置的变化

2.3 速度对润滑失效影响

齿轮的旋转速度影响到润滑油的移动速度，油膜的形成与润滑油的移动速度影响很大，为此研究齿轮旋转速度对润滑的时效的影响。图4给出了4种不同齿轮旋转速度（0.5 m/s、0.85 m/s、1.2 m/s和1.5 m/s）下齿轮润滑过程中油膜厚度的变化结果。可以看出：无论是在何种齿轮旋转速度条件下，油膜厚度随着齿轮旋转速度的增加表现出明显的增加趋势，齿轮旋转速度对油膜厚度分布影响很大。图5给出了最小油膜厚度与齿轮旋转速度之间的关系，对应4种不同齿轮旋转速度下的最小油膜厚度一次为0.177 1 μm、0.258 2 μm、0.322 0 μm、0.374 0 μm。

图3 最小油膜厚度与载荷的关系

图4 不同旋转速度下油膜厚度随油膜位置的变化

图5 最小油膜厚度与齿轮旋转速度的关系

综合上述分析可以得出，当速度增加时，膜厚相应增加，油膜的平行部分缩短，说明速度是影响弹流膜厚重要的因素。

3 结语

本文主要分析了基于matlab的冶金设备中齿轮组润滑系统失效因素，不仅提供了该齿轮组摇臂系统有效工作的理论分析依据，而且也解决了齿轮组摇臂润滑系统之前靠工人经验来工作而导致的效率不高、成本升高的问题。冶金设备中齿轮组润滑系统目前运行良好，功率得到较好的利用。

[1] 谢锡纯，李晓豁.矿山机械与设备[M].北京：中国矿业大学出版社，2000.

[2] 闫晓林，孙月华，刘春生，等.齿轮组齿轮传动润滑状态分析[J].煤炭技术，1996（1）：12-15.

[3] 沈文卫，陈征宇，李丹，等.高炉炉顶水冷齿轮箱原理及故障分析[J].山西冶金，2014（1）：80-81；99.

[4] 赵荣华.有关冶金轧钢设备润滑的问题研究[J].科技与企业，2013（13）：357-358.

[5] 王家益.浅析重载油膜轴承的润滑理论[J].山西冶金，2015（1）：53-54；66.

[6] 王永恒.浅析冶金轧钢设备润滑的若干问题[J].科技促进发展，2012（S1）：101-102.

（编辑：苗运平）

Research on Failure Factors of Gears Lubrication System for Metallurgical Equipment

Wu Qianjin,Li Jie
（Angang Group Yongtong Ductile Iron Pipe Co.,Ltd.,Anyang Henan 455000）

This paper puts forward gears lubrication system failure forms,respectively based on matlab software analyzes the failure factors of gears in lubrication system of metallurgical equipment,obtains the curves of lubrication system under different load,speed and other factors,providing experience for failure analysis of other types of gear lubrication system.

metallurgical equipment,gears,lubrication failure,influencing factors

TH117

A

1672-1152（2017）01-0008-03

10.16525/j.cnki.cn14-1167/tf.2017.01.04

2016-12-17

吴前进（1986—），男，现于安钢集团永通球墨铸铁管有限责任公司运行保障车间从事设备管理、设备检修计划及备品备件的编制、申报工作，助理工程师。