某矿山溢流式球磨机开式齿轮润滑脂的国产化替代

王明伟 刘鹏 王佳 高鹰

辽宁海华科技股份有限公司

大型开式齿轮一般用在原材料的工业传动设备上，且开式齿轮常被作为设备的主要驱动单元，如矿山的球磨机、破碎机、混料机、电厂的磨煤机和制粒机等 。

卧式溢流型球磨机采用开式齿轮传动，其使用一定数量的钢球作为研磨介质，将破碎后的铁矿石进行细破粉碎。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，齿面承受极高的应力作用。

球磨机开式齿面在啮合的过程中，齿轮从开始啮合到脱离啮合的运动过程中既存在滚动也存在滑动，在啮合开始和即将结束时相对滑动速度最大。开式齿轮的润滑要比滑动轴承困难很多，滑动轴承可建立稳定的润滑油膜，而开式齿轮的轮齿的每一次啮合都要重新建立润滑油膜，通常都处于混合摩擦状态，因此其润滑条件是非常苛刻的［1］。要想使设备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，就需要采用合适的润滑剂，并要有合理的润滑方式和方法。溢流式球磨机的结构见图1。

某矿山股份有限公司（以下简称某矿山公司）磨磁车间共有8台溢流式球磨机，分别为1～8号，磨机重525 t，每小时产量108～615 t，其开式齿轮部位的润滑一直采用某进口品牌开式齿轮润滑脂。该脂性能良好，但价格高，并且采购周期较长。为了满足企业的降本要求，决定进行国产化替代。通过对球磨机设备参数了解及矿山现场调研，进行替代产品设计，确定选用开式齿轮润滑脂HP800对该工矿球磨机齿面用脂进行国产化替代工作。该企业使用的溢流式球磨机设备参数及润滑状况见表1。

产品性能对比

考虑到开式齿轮的摩擦体系由滚动摩擦和滑动摩擦组成，通常处于混合摩擦状态，齿轮每一次啮合都要重新建立油膜，因此要求润滑剂有较高的黏度才能形成较好的油膜［2］，且体系中既要有化学添加剂（S/P/N/Mo/Ca）的作用，也需要超级固体剂的协同作用［3］，同时要保证大黏度下开式齿轮脂的泵送喷射能力。因此在稠度、泵送性、防护性、极压性、抗磨性方面对开式齿轮润滑脂HP800与原用进口脂进行了指标性能对比，见表2。

由表2可以看出，与原用进口脂相比，开式齿轮润滑脂HP800的极压性、抗磨性、泵送性良好，防护性能相当。

相容性试验

由于供脂系统及大小齿面上原用进口脂不可能完全地清理干净，因此有必要进行与开式齿轮润滑脂HP800的相容性试验。

将开式齿轮润滑脂HP800与进口脂分别以3∶7、5∶5、7∶3的质量比进行相容性试验，对稠度、极压性能、抗磨性能、防腐性能等指标进行检测，见表3。

由表3可以看出，开式齿轮润滑脂HP800与进口脂按不同比例混合后的相容性良好，没有出现异常指标，各项指标变化有规律，均在合理范围内，也验证了2种产品的稠化剂体系、基础油与添加剂体系是相容的。

上机试验

图1 溢流式球磨机结构示意

对于评估球磨机开式齿轮的润滑效果，检查小齿温度是一种有效的方法。在球磨机大小齿啮合时线速度相同，小齿的转速更高，单个齿面摩擦频率高，造成小齿面的温度高于大齿，所以一般测量小齿温度即可反映齿面润滑状况。而且在设计上，测量小齿也是方便操作的，小齿转出面为啮合面，因此该部位齿面温度能够准确地反映齿面的润滑情况。

测量方法为：在小齿节圆线上从左至右平均取5点（图2），用红外测温仪测量。

通过沟通，选用3号球磨机进行国产化润滑脂的上机试验，试验周期为30 d，试验期间每天对齿面进行监测，测量小齿温度，观察齿面状态及油膜厚度。

进口脂使用效果

为了能够更好地对比2种齿轮脂的润滑效果，在国产化试验前，对使用原进口润滑脂的3号球磨机进行连续10天的齿面监测，检查运转齿面油膜状态，测量小齿齿面温度。试验过程中确保供油系统管线及喷嘴畅通，设备运行正常。3号球磨机使用进口脂时小齿转出面各点温度曲线见图3。

表1 溢流式球磨机设备参数及润滑状况

表2 产品指标性能对比

表3 产品相容性试验

由图3可见，使用进口脂的3号球磨机，小齿面温度正常，各点温度随环境温度而变化，期间最高环境温度30.5 ℃，齿面平均最高温度63.3 ℃。齿面平均最高温度可快速比较设备的运转状况是否正常，设备状况相同，润滑剂质量差或润滑量少会造成平均温度高，造成温度差异的因素是多方面的，如润滑剂、齿面负载、散热、环境温度、装配等，只要不超过报警值即可（一般温度为80～90 ℃）。

设备运转过程中借助频闪仪检查齿面油膜状态，结果显示小齿齿面乌黑，油膜完整（图4）。

停机时，对使用进口脂的3号球磨机进行齿面检查，确认小齿齿面光滑，无点蚀、疲劳磨损、塑性变形等不良现象（图5）。对运行脂取样分析，运行脂不工作锥入度为382单位，略稠于新脂（不工作锥入度420单位）。并进行铁谱分析，结果中未发现大片剥落的疲劳磨粒，含有少量铁质磁性的正常磨粒（图6），表明润滑正常，油膜较好。

图2 小齿节圆线上的测温点选择示意

图3 3号球磨机使用进口脂时小齿转出面各点温度曲线

开式齿轮润滑脂HP800使用效果

试验期间，3号球磨机供脂系统的打脂周期与进口润滑脂使用时保持一致，间隔20 min，喷射60 s，确定喷嘴畅通，供脂泵脂压及打脂量正常，与现场人员一起跟踪监测，测量小齿转出面温度。3号球磨机使用开式齿轮润滑脂HP800时小齿转出面各点温度曲线见图7。

由图7可以看出，开式齿轮润滑脂HP800试验期间，小齿齿面各点温度随环境温度平稳变化。期间最高环境温度32 ℃，齿面平均最高温度66.2 ℃，单点最高温度70.1 ℃，未出现温度异常，表明润滑效果较好。

将试验前使用进口脂的10天齿面平均温度与国产HP800润滑脂试验期间的第21至30天的齿面平均温度进行对比，结果表明，环境温度高，齿面平均温度也随之升高，规律性一致。3号球磨机使用开式齿轮润滑脂HP800与进口脂的小齿转出面平均温度对比曲线见图8。

借助频闪仪对运转齿面进行状态检查，小齿齿面乌黑，油膜较好，未发现点蚀、擦伤等磨损现象（图9）。

试验后，3号球磨机停机检查，小齿齿面光滑无点蚀、擦伤、犁沟等现象（图10）。运行脂状态黑色拉丝有光泽，不工作锥入度362单位，略稠于新脂（不工作锥入度390单位），属于正常情况，略稠的原因是留在齿面上的固体添加剂略多于油。对运行脂作了铁谱分析，未发现大片剥落的疲劳磨粒，含有极少量铁质颗粒的正常磨粒（图11），表明润滑膜及添加剂的协同作用可满足设备的润滑要求。

结束语

图4 3号球磨机使用进口脂时的小齿齿面运转状态

图5 3号球磨机使用进口脂时的小齿齿面停机状态

图6 3号球磨机使用进口脂时的运行脂铁谱分析显微镜照片（稀释30倍，显微镜500倍）

图7 3号球磨机使用开式齿轮润滑脂HP800时小齿转出面各点温度曲线

通过试验效果评价，国产的开式齿轮润滑脂HP800的极压性、黏附性、防腐蚀性及泵送性等性能均满足现场试用要求，设备的润滑效果与进口油品一致，润滑脂消耗量相当。在3号球磨机试验成功的基础上，已逐步扩大产品使用范围至全生产线。目前，全部更换开式齿轮润滑脂HP800的球磨机生产线设备运转正常，没有发生过因润滑造成的故障，有力地保障了生产的顺利进行。某矿山公司通过停止采购进口开式齿轮脂，选择使用HP800开式齿轮润滑脂，大幅地降低了润滑脂的采购成本，取得了显著的经济效益，其球磨机开式齿润滑脂国产化工作取得了圆满成功。

图8 3号球磨机使用开式齿轮润滑脂HP800与进口脂的小齿转出面平均温度对比曲线

图9 3号球磨机使用开式齿轮润滑脂HP800时的小齿齿面运转状态

图10 3号球磨机使用开式齿轮润滑脂HP800时的小齿齿面停机状态

图11 3号球磨机使用开式齿轮润滑脂HP800时的运行脂铁谱分析显微镜照片（稀释30倍，显微镜500倍）