前言     

    管磨和轉(zhuǎn)窯類設(shè)備通常使用大型開(kāi)式齒輪副作為動(dòng)力傳動(dòng)裝置，其主要工作條件是低速、重載、沖擊負(fù)荷等。但大型齒輪副的幾何尺寸誤差大，齒輪表面粗糙，即便是在齒輪副具有足夠安裝精度的條件下，其嚙合齒面的接觸比例最多只有50~60%。這就意味著齒面存在載荷集中的隱患，潤(rùn)滑條件惡劣，導(dǎo)致齒輪不可避免的出現(xiàn)先期損傷（如細(xì)微裂紋、輕度擦傷等），并持續(xù)擴(kuò)展成為點(diǎn)蝕、擦傷。齒輪的損傷會(huì)導(dǎo)致輪齒過(guò)早實(shí)效，輪齒在尺寸、形狀、振動(dòng)、噪音等方面達(dá)不到輪齒的設(shè)計(jì)目標(biāo)，輪齒壽命大大縮短。 

    為解決上述疑難，需針對(duì)大型開(kāi)式齒輪運(yùn)行初期的特殊條件，提供特殊的潤(rùn)滑條件。克魯勃針對(duì)其特殊潤(rùn)滑需求提供最佳的磨合潤(rùn)滑方案，同時(shí)致力于降低設(shè)備維護(hù)所需的人力、物力成本，保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境。 

一、新制開(kāi)式齒輪潤(rùn)滑條件 

　　對(duì)于大型開(kāi)式齒輪，其典型工況是接觸壓力大、表面精度低、線速度慢等。受機(jī)加工條件所限，大型開(kāi)式齒輪的精度較低，用于轉(zhuǎn)窯類設(shè)備的開(kāi)齒精度在8~9級(jí) (AGMG 2000)，用于管磨類設(shè)備的開(kāi)齒精度在9~10級(jí) (AGMG 2000)，圖1所示為某回轉(zhuǎn)窯新制開(kāi)式齒輪，齒面可見(jiàn)明顯粗糙的加工痕跡。另外，由于小齒輪和大齒圈分別安裝在不同的支撐部件上，安裝時(shí)很難保證其軸線的平行度。 

圖1  新制大型開(kāi)式齒輪表面狀態(tài) 

　　基于上述原因，大型開(kāi)式齒輪副在運(yùn)轉(zhuǎn)初期，接觸面積小，存在局部過(guò)載，齒輪的局部接觸應(yīng)力往往超過(guò)材料的接觸疲勞強(qiáng)度，疲勞裂紋的出現(xiàn)不可避免。若此類疲勞裂紋不能快速消除，疲勞裂紋會(huì)持續(xù)發(fā)展成初期點(diǎn)蝕、擴(kuò)展性點(diǎn)蝕、甚至出現(xiàn)片蝕或剝落，典型特征是齒面金屬材料遺失和出現(xiàn)凹坑。而具備一定深度的損傷，尤其是位于齒輪根部的點(diǎn)蝕，會(huì)大大降低齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度，嚴(yán)重時(shí)引起輪齒折斷。圖2~圖4分別顯示了齒輪運(yùn)行初期由于潤(rùn)滑不良而引發(fā)的初期點(diǎn)蝕、擴(kuò)展性點(diǎn)蝕和片蝕損傷。 

 圖2  開(kāi)式齒輪運(yùn)行初期出現(xiàn)的初期點(diǎn)蝕 

  
圖3  開(kāi)式齒輪運(yùn)行初期出現(xiàn)的擴(kuò)展性點(diǎn)蝕 

  
圖4  開(kāi)式齒輪運(yùn)行初期出現(xiàn)的片蝕 

二、新制開(kāi)式齒輪需要磨合 

　　為最大限度地保護(hù)設(shè)備和延長(zhǎng)輪齒的使用壽命，需在嚙合齒面間形成足夠厚度的潤(rùn)滑油膜，避免齒面出現(xiàn)損傷。為此，各種開(kāi)式齒輪專用潤(rùn)滑產(chǎn)品得到廣泛應(yīng)用。順應(yīng)設(shè)備朝大型、高產(chǎn)能、高載荷發(fā)展的趨勢(shì)，采用合成油或精煉礦物油作為基礎(chǔ)油、具有超高粘度、含粘附力改善劑、極壓添加劑、固體添加劑的潤(rùn)滑劑已經(jīng)得到廣泛使用。然而，改良后的開(kāi)式齒輪潤(rùn)滑產(chǎn)品也不能完全彌補(bǔ)齒面粗糙、齒輪載荷集中帶來(lái)的負(fù)面影響。 

　　對(duì)于齒輪傳動(dòng)，齒輪的表面粗糙度對(duì)潤(rùn)滑油膜能否形成、油膜厚度的大小有著直接的決定性作用。摩擦學(xué)中常用油膜比厚的概念來(lái)描述潤(rùn)滑狀態(tài)，油膜比厚越大，潤(rùn)滑劑分離兩個(gè)嚙合齒面的趨勢(shì)就越強(qiáng)。油膜比厚是齒面之間的最小油膜厚度與兩齒面綜合粗糙度之比，其數(shù)學(xué)表達(dá)式如下所示。 

                        式1       
式中： 
 — 油膜比厚      
     — 齒輪節(jié)圓處的油膜厚度     
 — 小、大齒輪的表面粗糙度 

　　從式1可以導(dǎo)出如下結(jié)論：齒輪的潤(rùn)滑狀態(tài)取決于兩個(gè)因素，潤(rùn)滑劑的性能和齒面的粗糙度。 

　　在既定的工況下，潤(rùn)滑劑性能決定了能夠形成的最小油膜厚度， 越大，油膜比厚 越大，潤(rùn)滑狀態(tài)愈好； 
　　大、小齒輪的嚙合表面粗糙度 越小，油膜比厚 越大，潤(rùn)滑狀態(tài)愈好。

　　按照油膜比厚的大小，可以將齒輪傳動(dòng)的潤(rùn)滑狀態(tài)劃分為如下圖所示的三種潤(rùn)滑狀態(tài)。  

圖5  潤(rùn)滑狀態(tài)的類型

1)   邊界潤(rùn)滑   當(dāng)<0.7，齒輪傳動(dòng)處于邊界潤(rùn)滑狀態(tài)，齒輪齒面有表面粗糙峰相接觸的情況發(fā)生。此時(shí)潤(rùn)滑劑的粘度不起作用，靠添加劑與齒面形成的物理吸附膜或化學(xué)反應(yīng)膜來(lái)保護(hù)齒面。 

2)   混合潤(rùn)滑   當(dāng)0.7< <2.0，齒輪傳動(dòng)處于混合潤(rùn)滑狀態(tài)。此時(shí)摩擦力由粗糙峰和潤(rùn)滑油內(nèi)部的摩擦力構(gòu)成，齒輪負(fù)荷由油膜和齒面粗糙峰共同承擔(dān)。潤(rùn)滑油中需要少量的極壓添加劑。 

3)   全膜潤(rùn)滑   當(dāng) >2.0，齒輪潤(rùn)滑處于全膜潤(rùn)滑狀態(tài)（液體動(dòng)壓潤(rùn)滑、彈流潤(rùn)滑）。此時(shí)潤(rùn)滑油膜的厚度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于表面粗糙度，兩運(yùn)動(dòng)表面完全被連續(xù)的油膜所隔開(kāi)。因此潤(rùn)滑劑的粘度起主導(dǎo)作用，不需要添加劑。 

　　通過(guò)上述機(jī)理分析，齒輪的表面狀態(tài)對(duì)潤(rùn)滑狀態(tài)有著至關(guān)重要的影響，平滑的齒面是達(dá)到良好潤(rùn)滑狀態(tài)的先決條件，而新制大型開(kāi)式齒輪由于表面粗糙，往往處于邊界潤(rùn)滑或混合潤(rùn)滑狀態(tài)，潤(rùn)滑油膜難以建立。因此新制大型開(kāi)式齒輪必須在運(yùn)行初期借助專用磨合潤(rùn)滑劑來(lái)降低表面粗糙度、提高接觸比例，為后期取得良好潤(rùn)滑狀態(tài)創(chuàng)造條件。 

三、克魯勃為開(kāi)式齒輪提供最佳磨合潤(rùn)滑方案 

　　由于粗糙的開(kāi)式齒輪齒面上出現(xiàn)疲勞裂紋的必然性，對(duì)齒輪的潤(rùn)滑劑提出了更高的要求，除具備正常的潤(rùn)滑功能外，還要求能夠抑制和消除疲勞裂紋，防止裂紋的持續(xù)擴(kuò)展。針對(duì)開(kāi)式齒輪在運(yùn)行初期的特殊潤(rùn)滑需求，克魯勃推出系列開(kāi)式齒輪磨合潤(rùn)滑劑，以滿足不同的潤(rùn)滑方式和要求，并已經(jīng)過(guò)多年的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)用。 

　　克魯勃的磨合機(jī)理： 

　　潤(rùn)滑劑內(nèi)含的特殊添加劑和固體添加劑在齒輪表面上產(chǎn)生腐蝕、磨損，通過(guò)調(diào)整磨合潤(rùn)滑劑的用量和磨合周期的長(zhǎng)短，可以控制齒面的磨損量，此種有目的的磨損可以快速消除疲勞裂紋，降低齒面的粗糙度，抑制疲勞裂紋的產(chǎn)生，防止點(diǎn)蝕或其它類型損傷的出現(xiàn)。在齒輪副投入使用的初期，在接觸高點(diǎn)上形成載荷集中，潤(rùn)滑油膜難以形成，存在擦傷的可能性，因此磨合潤(rùn)滑劑必須含有極壓添加劑以降低齒輪損傷的可能性。 

克魯勃提供適應(yīng)開(kāi)式齒輪實(shí)際工況的系列磨合潤(rùn)滑劑： 

1．  GRAFLOSCON B-SG 00 ULTRA   石墨基磨合潤(rùn)滑脂，適用于采用自動(dòng)噴射系統(tǒng)的間斷潤(rùn)滑方式。 

2． KLUBERFLUID B-F1 ULTRA   石墨基磨合潤(rùn)滑脂，適用于油浴、槳輪和循環(huán)潤(rùn)滑方式。 

　　上述兩產(chǎn)品分別適用于不同的潤(rùn)滑方式，在國(guó)內(nèi)外已得到廣泛、長(zhǎng)期地使用，對(duì)新齒輪的磨合效果已得到充分驗(yàn)證。圖5、圖6分別顯示了采用自動(dòng)噴射潤(rùn)滑、槳輪兩種潤(rùn)滑方式的實(shí)際磨合效果。 

 圖5  回轉(zhuǎn)窯使用磨合潤(rùn)滑劑GRAFLOSCON B-SG 00 ULTRA后的齒面狀態(tài)  

圖6  回轉(zhuǎn)窯使用磨合潤(rùn)滑劑KLUBERFLUID B-F1 ULTRA后的齒面狀態(tài) 

　　在取得良好磨合效果的同時(shí)，潤(rùn)滑劑中內(nèi)含的固體添加劑石墨也對(duì)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)用造成了不便： 

1．在磨合過(guò)程中，固體添加劑石墨從潤(rùn)滑脂中逐漸析出，粘附在齒輪、齒輪罩上或沉淀在油池的底部。當(dāng)磨合過(guò)程結(jié)束，換用操作潤(rùn)滑劑時(shí)，清理堆積的石墨需耗費(fèi)大量的人力和物力，耗時(shí)較長(zhǎng)，且不易清理干凈。 

2．由于磨合潤(rùn)滑劑中加入了一定含量的石墨，潤(rùn)滑劑整體呈黑色，黑色潤(rùn)滑劑一方面不利于日常觀測(cè)齒面，另外即便少量的泄漏，也會(huì)影響現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境。 

　　順應(yīng)客戶的需求，克魯勃研發(fā)出新一代磨合潤(rùn)滑脂： 

　　KLUBERFLUID B-F2 ULTRA   潔凈、透明磨合潤(rùn)滑脂，同時(shí)適用于油浴、漿輪、循環(huán)潤(rùn)滑、自動(dòng)噴射等多種潤(rùn)滑方式。 
新產(chǎn)品在繼續(xù)強(qiáng)調(diào)保障磨合效果和潤(rùn)滑效果的同時(shí)，用特殊的固體添加劑替代石墨，潤(rùn)滑劑整體呈亮黃色（如圖6所示）。當(dāng)潤(rùn)滑劑均勻地分布在齒面上時(shí)，潤(rùn)滑油膜可以通過(guò)UV燈觀測(cè)到，也可通過(guò)頻閃儀動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)齒輪狀態(tài)。尤其是對(duì)于回轉(zhuǎn)窯這類慢速較慢的設(shè)備，即便是在運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，也可通過(guò)肉眼觀察齒面狀態(tài)。 

　
        
圖6  KLUBERFLUID B-F2 ULTRA 

四、磨合潤(rùn)滑劑的齒輪修復(fù)功能 

　　基于磨合潤(rùn)滑劑同時(shí)具有產(chǎn)生可控磨損量和提升接觸比例的功能，此類潤(rùn)滑劑可以作為已損傷齒輪的修復(fù)潤(rùn)滑，即在起到潤(rùn)滑作用同時(shí)，提升齒面嚙合時(shí)的接觸比例，改善齒輪載荷的分布。 

五、結(jié)束語(yǔ) 

　　作為特種潤(rùn)滑劑的頂級(jí)供應(yīng)商，克魯勃研發(fā)的開(kāi)式齒輪磨合潤(rùn)滑劑，符合開(kāi)式齒輪初期磨合所需的潤(rùn)滑環(huán)境，同時(shí)滿足潤(rùn)滑和磨合需求。并不斷了解現(xiàn)場(chǎng)需求，通過(guò)持續(xù)研發(fā)，推出全球唯一的潔凈、透明磨合潤(rùn)滑劑KLUBERFLUID B-F2 ULTRA，持續(xù)降低客戶維護(hù)成本，進(jìn)一步保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境。 

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