大型开式齿轮润滑及维保

沈裕欢，马红军，何 伟，刘 俊

（1.广研检测（广州）有限公司，广东广州 510535；2.广州机械科学研究院有限公司设备润滑与检测研究所，广东广州 510700）

0 引言

齿轮是机械设备中关键的传动部件之一，是设备转化动力的一种主要形式。随着机械装备向高效、高速、精密、多功能方向发展，对齿轮传动的功能和性能要求越来越高。齿轮润滑对设备传动具有极其重要的意义，直接决定了设备的性能、使用寿命、能耗物耗、振动噪声等不同要素。大型开式齿轮体积大、结构简单，润滑环境恶劣、维修难度和维修费用高。随着新材料的不断出现和加工技术的进步，开式齿轮传递的功率越来越高，而齿宽尺寸却在不断减小，对开式齿轮的维护保养提出越来越苛刻的要求。

针对大型开式齿轮的维保问题，已有学者分析了不同润滑产品用于开式齿轮润滑的特点，开展了流体脂类产品在油浴式润滑中的应用[1]。从设备润滑可靠性的技术体系入手，旨在避免设备磨损事故、降低设备故障率。此外，通过监测检测评价等的多维度评价方法，预警和预防设备的异常磨损和机械故障，通过提前设定加换油和检修等工艺规程，避免出现重大设备润滑故障。

1 开式齿轮常见磨损形式

1.1 开式齿轮的失效模式

开式齿轮主要失效模式有点蚀、剥落、塑性变形、胶合、断齿、擦伤等。

（1）点蚀。形成点蚀的主要原因，是齿轮表界面的接触性疲劳强度不足。

（2）剥落。由于高的循环赫兹应力造成的破裂和表面金属的块状分离所导致，也就是点蚀面积随齿轮运行时间增长而扩散。

（3）塑变。由于摩擦挤压变形、疲劳等因素，齿轮齿面材料产生滑移现象。

（4）胶合。齿面金属的表面温度高于再结晶温度时产生的塑性变形，齿面上沿滑移方向形成明显的波峰和沟槽。

（5）其他损伤形式。擦伤、断齿、压伤和生锈等。

1.2 大型开式齿轮润滑要求及润滑形式

大型开式齿轮对润滑的要求：黏度较高，运转时能较好的附着在齿轮表面，不易甩落；具有较强的抗磨损和较高的抗极压性能，FZG＞12 级，四球烧结负荷＞650 kg；具有较高的承载能力；喷洒式润滑要求好的泵送性，油浴式润滑有好的流动性能；润滑剂的工作温度适用于冬夏季；油品的物理、化学稳定性好，对高温、粉尘、水冲淋有较好的抵抗能力；对操作人员身体没有影响，对环境没有危害[2]。

目前，大型开式齿轮的润滑形式包含喷洒式润滑、油浴式润滑等，其各有优缺点。采用喷洒式润滑方式，齿轮齿面的润滑效果较好，润滑剂的排污也比较好控制，可使现场环境整洁干净，但喷洒润滑需要一次性的设备投入，用油成本较高，且增加了维护点。喷洒式润滑是目前客户主流选择方向；采用浸浴式润滑方式，齿轮齿面润滑效果明显、用油成本较低、维保人员劳动强度较小，但若受到粉尘泄漏等污染后，齿面损伤较快，且换油时浪费很大。

2 润滑剂的选择与应用

2.1 开式齿轮润滑剂的种类

（1）沥青基类产品。直接从原油中提取，含有极压添加剂与有机溶剂等。黏度高、容易卷吸形成厚的油膜，严重的会在齿根处形成堆积；此外，油品泄漏后难以处理，目前国家对此的环保政策已经收紧[3]。

（2）流体脂类产品。主要成分是高黏度基础油和稠化剂，并含有一定比例的固体润滑剂和极压添加剂，由于承载荷能力高、油膜厚度厚、耐高温和抗水冲淋，四球烧结载荷高，且具有一定的密封性能[4]。

（3）纯油类产品。有矿物型和合成型两种类型；其特点是基础油黏度都较高，摩擦过程中油膜厚度较厚，颜色是透明或淡棕色，加有极压添加剂以增加其承载能力，四球烧结载荷较高。

2.2 开式齿轮润滑剂不同类型基础油特点

（1）开式齿轮润滑剂不同种类基础油性能对比见表1。

（2）润滑剂不同种类基础油的特点

沥青类油品的特点：成本便宜，但油品消耗量大；齿根易堆积结焦，难保持齿面干净，易堵塞喷嘴；低温时涂布性变差；齿面散热性差，温度较高；含有机溶剂，易漏油且废油不易处理，不利于国家环保政策。

流体脂类油品的特点：价格高；粘附性强，含固体添加剂，承载能力好；工作温度宽，散热性好，泵送性好，抗水性好，润滑效果好；油品消耗量较低，废油不易处理。

纯油类油品的特点：价格高，油品消耗量较高；齿面温度较低，有利于齿面保护；抗粉尘能力弱；过滤可降级循环使用。

2.3 开式齿轮润滑剂固体添加剂

由于开式齿轮的主要工况是重载和低速，因此需要开式齿轮润滑剂含有固体润滑剂支撑润滑。固体润滑剂可以有效防止金属表面间的直接接触。含有石墨、二硫化钼等固体添加剂的，可以通过观察齿面接触应力的分布情况，来判断齿面载荷的分布，掌握齿轮偏载对设备机械问题的影响。图1 是华南某大型火力发电厂球磨机开式齿轮，使用流体脂类产品。可以判断出齿面载荷分布情况，而且能清晰观察到齿面节圆处有塑变情况，并且有偏载现象（齿轮左边压痕颜色很深）。

表1 不同类型基础油参数对比

图1 开式齿轮偏载

2.4 开式齿轮的润滑体系

大型开式齿轮的工况十分恶劣，为满足开式齿轮的运行特点，在不同运行阶段使用不同的润滑剂，以应对不同的工况。

（1）初始安装阶段[5]。润滑剂用于开式齿轮的初始润滑、防锈以及齿轮的安装找正。

（2）磨合阶段。润滑剂用于降低齿面的粗糙度，增加齿轮啮合的接触面积，使齿面的载荷均匀分布，提高开式齿轮的承载能力。

（3）设备日常运行阶段。润滑剂保证开式齿轮在日常苛刻的工况下，能低磨损、长寿命地安全平稳运行。

（4）对于开式齿轮出现严重点蚀、剥落、偏载等情况，可以使用修复和强制磨合润滑剂，采取强制磨损齿面的方法，但此类润滑剂需慎重使用。

3 大型开式齿轮润滑工艺

3.1 喷洒润滑

大型开式齿轮采用喷洒式润滑工艺，既要合理选取润滑剂，还需合理的用油量；工业企业要根据设备的运转频率、负荷、温度、齿轮齿宽、齿轮转速以及齿面等影响因素，不可以一味降低用油量，并且要遵循“少量多次”的原则。此外，需经常检查喷洒系统，如油压、气压、喷洒的图形、润滑剂的用量等，以保障喷洒系统正常供油。

新装喷洒系统时，要选择适当的喷嘴数量，喷洒图形见图2a，喷嘴角度控制在30°，安装距离150～200 mm 较为合适（图2b）。

3.2 油池浸浴

油池浸浴润滑方式，除了选对合适的油品之外，保持油池的清洁性是很重要的工作，也是常被忽视的环节。假如油池混入其他粉料杂质较多，就会造成润滑剂干结，齿面短期内可出现较严重的擦伤凹痕等损伤。

另外，油池浸浴润滑方式，油池里的油位也需要着重关注。开式齿轮油位建议到小齿轮底部1/2～1 个齿高，同时需要日常维护时经常观察润滑剂消耗，掌握设备的补加量和加油时间间隔。油位过低会导致齿面润滑、散热不足和磨损增加；油位过高会增加润滑剂的搅动损失，导致更高的油温和齿轮摩擦损失。

图2 喷洒的图形和角度

3.3 开式齿轮罩壳

齿轮罩壳的密封性能也需要注意，如果周围粉尘污染严重，必须及时关注罩壳漏粉、积水、漏油、润滑剂罩壳堆积等情况，发现问题及时处理。

3.4 润滑剂不是万能的

润滑剂是维持设备正常运转众多条件中的一个，如果设备的齿轮不能正常运转，应从多方面进行考虑，譬如设备设计、安装、齿轮找正、齿轮轴承座等方面。齿轮出现损伤，将影响整个设备的正常使用，因此定期对开式齿轮进行检测和记录，发现数据不正常，应及时跟进处理，避免出现事故停机造成损失。

3.5 开式齿轮定量添加专用润滑剂

大型开式齿轮的工作环境恶劣，因此其润滑条件也很苛刻。润滑剂必须选择性能适合于恶劣工况的专用润滑剂，不能用低性能产品代替高性能产品。一些设备管理人员用闭式齿轮油代替专用开式齿轮润滑剂用在大型开式齿轮上是不正确的，会导致开式齿轮的快速损伤，以至生产线停工、停产，造成的损失不可预估。

例如，某水泥厂的混料机，其开式齿轮是油池浸浴方式润滑，使用国产CKD460#闭式齿轮油，短期内就造成开式齿轮齿面严重点蚀和塑性变形，工厂被迫因此跟换小齿轮，造成较大的损失。部分小型开式齿轮设备或者功率较低的设备，才可以使用高粘度的闭式齿轮油代替使用，但要时刻检查齿轮的磨损状况，谨慎替换。

3.6 喷洒式润滑的对象

齿轮之间的磨损是相互的，虽然开式齿轮小齿轮齿面硬度略高于大齿齿面硬度，磨损失效一般是从小齿轮开始，然后蔓延到大齿，小齿轮的磨损量高于大齿轮。这类磨损失效的机理，源于小齿轮的转速比大齿轮的摩擦次数多，齿面的工作频次也比大齿高，所以喷洒润滑小齿才能给齿面最好的保护，从而保护大齿轮。

4 总结与建议

大型开式齿轮的典型工况是重载、低速、高温、冲击性载荷、粉尘污染、水冲淋等，在极端环境与恶劣工况下运行。此外，开式齿轮的设计结构简单，但体积庞大，它所在的设备，一般是工厂生产线中最基础、最关键的设备之一。因此，对大型开式齿轮的维护，建议使用快捷的油液监测技术、合适的润滑剂、合理的润滑方式、科学的管理方法。通过专业、合理、科学的设备维保，可以减少开式齿轮磨损、延长寿命，降低生产损失，提升设备的作业稳定性，支撑企业安全、可靠、高效生产。