劉海濤¹，王偉德²，張宏偉³，殷飛⁴，胡慶彪⁵

（1.新疆米東天山水泥有限責(zé)任公司；2.中材節(jié)能股份有限公司；3.江蘇天山水泥集團(tuán)有限公司；4.中材常德水泥有限責(zé)任公司；5.中材水泥有限責(zé)任公司）

輥壓機(jī)在我國(guó)水泥工業(yè)的應(yīng)用十分廣泛，不僅與管磨機(jī)形成多種組合用于粉磨水泥，還以終粉磨形式粉磨生料，Z近也有企業(yè)在進(jìn)一步以終粉磨形式粉磨水泥。輥壓機(jī)粉磨原理帶來(lái)的節(jié)能效果十分顯著，生料粉磨電耗可降至10 kWh/t，水泥粉磨電耗會(huì)因不同工藝有所不同，有向20 kWh/t趨近的勢(shì)頭。在生產(chǎn)中，輥壓機(jī)節(jié)能優(yōu)勢(shì)的發(fā)揮，還有賴于科學(xué)的管理和維護(hù)保養(yǎng)，這包括輥壓機(jī)行星齒輪減速箱（器）的潤(rùn)滑。輥壓機(jī)行星齒輪減速箱（器）潤(rùn)滑不合理會(huì)導(dǎo)致齒輪失效，從而影響輥壓機(jī)的安全運(yùn)轉(zhuǎn)。本文就輥壓機(jī)行星齒輪減速箱（器）潤(rùn)滑油的科學(xué)選擇進(jìn)行論述。

01　行星齒輪減速箱（器）的減速原理

行星齒輪減速箱（器）的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)是齒輪，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，由太陽(yáng)輪和行星輪組成，伺服電機(jī)帶動(dòng)減速箱（器）的太陽(yáng)輪，太陽(yáng)輪再驅(qū)動(dòng)支撐在內(nèi)齒環(huán)上的行星輪，行星輪通過(guò)其與外齒環(huán)的嚙合傳動(dòng)，驅(qū)動(dòng)與外齒環(huán)相連的輸出軸，從而達(dá)到減速的目的。行星齒輪減速箱（器）結(jié)構(gòu)比較緊湊，回程間隙小、精度較高，使用壽命長(zhǎng)，額定輸出扭矩可以根據(jù)輥壓機(jī)的需要進(jìn)行設(shè)計(jì)。目前，輥壓機(jī)規(guī)格越來(lái)越大，行星齒輪減速箱（器）都能根據(jù)需要進(jìn)行匹配。

02　行星齒輪減速箱（器）齒輪的失效及失效形式

2.1 齒輪的失效

從行星齒輪減速箱（器）的減速原理來(lái)看，齒輪承擔(dān)著動(dòng)力的傳遞，齒與齒之間的有效嚙合十分關(guān)鍵。實(shí)際生產(chǎn)中，齒輪的失效會(huì)導(dǎo)致行星齒輪減速箱（器）故障，導(dǎo)致粉磨系統(tǒng)停機(jī)，給企業(yè)帶來(lái)?yè)p失。輥壓機(jī)行星齒輪減速箱（器）齒輪失效的原因很多，比如減速器設(shè)計(jì)不合理，制造精度不夠或選取材質(zhì)存在問(wèn)題，或者是輥壓機(jī)系統(tǒng)的劇烈振動(dòng)和載荷大幅度波動(dòng)（一般來(lái)說(shuō)，喂入輥壓機(jī)的物料粒度不均勻、下料過(guò)程中存在堵料導(dǎo)致喂料斷斷續(xù)續(xù)等都會(huì)導(dǎo)致輥壓機(jī)系統(tǒng)的劇烈振動(dòng)和載荷大幅度波動(dòng)），另外，減速箱（器）的潤(rùn)滑不合理也會(huì)導(dǎo)致齒輪失效，這是一個(gè)不容忽視的重要原因。據(jù)TS水泥企業(yè)集團(tuán)統(tǒng)計(jì)，該集團(tuán)行星齒輪減速箱（器）因潤(rùn)滑不合理導(dǎo)致的齒輪失效占所有齒輪失效故障的28%左右。這引起了該公司的高度重視。

2.2 齒輪的失效形式

在輥壓機(jī)行星齒輪減速箱（器）的維護(hù)維修保養(yǎng)過(guò)程中，我們對(duì)齒輪的失效形式進(jìn)行了分類，包括輪齒折斷、齒面磨損、齒面膠合、齒面點(diǎn)蝕和齒體塑性變形。

輪齒折斷：輥壓機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，在喂入輥壓機(jī)的物料粒度不均勻、下料過(guò)程中存在堵料導(dǎo)致喂料斷斷續(xù)續(xù)等導(dǎo)致輥壓機(jī)系統(tǒng)的劇烈振動(dòng)和載荷大幅度波動(dòng)的情況下，齒輪根部受到的應(yīng)力超過(guò)齒輪材料的疲勞極限時(shí)，會(huì)在根部產(chǎn)生裂紋，繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)該裂紋并逐步擴(kuò)展，直至斷齒現(xiàn)象發(fā)生。減速器設(shè)計(jì)不合理、制造精度不夠或選取材質(zhì)存在問(wèn)題，也會(huì)引起斷齒。

齒面磨損：當(dāng)潤(rùn)滑油中進(jìn)入雜質(zhì)，這些雜質(zhì)隨潤(rùn)滑油進(jìn)入齒面，在運(yùn)行中會(huì)引起齒面磨粒磨損。長(zhǎng)期下去，這種磨損會(huì)導(dǎo)致齒面粗糙、齒廓改變、側(cè)隙加大，以至于齒輪過(guò)度減薄、齒輪減薄、抗折能力削弱，在負(fù)載不減時(shí)必然導(dǎo)致齒斷現(xiàn)象發(fā)生。

齒面膠合：齒面膠合多發(fā)生于高速重載的齒輪傳動(dòng)中，而輥壓機(jī)行星齒輪減速箱（器）屬于典型的低速重載的齒輪傳動(dòng)。在高速重載的齒輪傳動(dòng)中，齒面間的摩擦?xí)?dǎo)致嚙合區(qū)溫度過(guò)高，如果潤(rùn)滑條件不好，兩輪齒的金屬表面會(huì)因齒面間的油膜消失而直接接觸，導(dǎo)致相互粘結(jié)膠合，此時(shí)，齒面繼續(xù)相對(duì)運(yùn)動(dòng)會(huì)在表面形成溝紋。這種現(xiàn)象在低速重載齒輪傳動(dòng)輥壓機(jī)行星齒輪減速箱（器）中發(fā)生較少，但在潤(rùn)滑條件極差時(shí)也有發(fā)生，不可忽視。

疲勞點(diǎn)蝕：運(yùn)行較長(zhǎng)一段時(shí)間后齒面上會(huì)出現(xiàn)一些疲勞淺坑，這就是我們常說(shuō)的疲勞點(diǎn)蝕。齒與齒之間的有效嚙合，必然存在兩輪齒的接觸，并且接觸點(diǎn)是動(dòng)態(tài)變化的，在變化的接觸點(diǎn)上動(dòng)態(tài)的分布著齒面間的作用力和反作用力。持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的齒面在這種作用力下，會(huì)在齒面的薄弱處出現(xiàn)小的裂紋，日積月累，裂紋逐漸在表層發(fā)散擴(kuò)展，當(dāng)裂紋封閉成環(huán)后，開(kāi)始發(fā)生局部剝落，出現(xiàn)肉眼可見(jiàn)的疲勞淺坑，形成點(diǎn)蝕。

塑性變形：齒體變形，往往是在沖擊載荷或重載下，齒面局部變形，從而使?jié)u開(kāi)線齒廓的曲面發(fā)生變形。

03　做好齒輪減速箱潤(rùn)滑油的選擇工作

3.1 有效的潤(rùn)滑可以防止或延緩齒輪失效

上文對(duì)齒輪失效形式的分析，讓我們明白了齒輪失效的起因，我們可以采取有效的措施防止或延緩齒輪失效。加強(qiáng)減速箱（器）的潤(rùn)滑是一個(gè)十分有?的方法。潤(rùn)滑油能在工作零件的接觸面之間形成油膜，減少零件接觸面間的摩擦（減輕齒面磨損）；吸收減速器中所產(chǎn)生的熱量，并使它逸散，使零件溫度不致過(guò)高（防止齒面膠合）；吸收沖擊和振動(dòng)（減少齒輪斷裂和變形以及減輕點(diǎn)蝕的幾率），降低噪聲；排出污染物（減輕齒面磨損）。

3.2 傳統(tǒng)的潤(rùn)滑油選擇方法

在2000年前后，輥壓機(jī)行星減速箱（器）的潤(rùn)滑，一般直接選用高粘度潤(rùn)滑油。這種選擇，是為了確保在輥壓機(jī)行星減速箱（器）齒面上有效形成油膜，以有效防止或延緩齒輪失效。具體地講，一是依據(jù)輥壓機(jī)行星減速箱（器）運(yùn)行的特點(diǎn)：低速重載、載荷波動(dòng)，這種特點(diǎn)齒輪表面不容易形成油膜，須選擇高粘度的齒輪油；二是針對(duì)齒輪表面的疲勞點(diǎn)蝕、剝落、膠合以及磨損，齒面形成油膜能夠減輕這些癥狀和延緩這些現(xiàn)象的發(fā)生。沒(méi)有良好的油膜，一定沒(méi)有潤(rùn)滑充分的齒面。至今，高粘度的齒輪油或采用含極壓添加劑的工業(yè)齒輪油，比如L-CKC、L-CKD、L-CKT等，備受輥壓機(jī)用戶青睞；三是齒面局部變形或齒輪變形時(shí)，連續(xù)完整的油膜能吸收傳來(lái)的沖擊力和振動(dòng)力，減輕外力對(duì)齒面的傷害，這也需要高粘度的齒輪油。

3.3 高粘度潤(rùn)滑油的不足

實(shí)踐中，我們發(fā)現(xiàn)：使用高粘度潤(rùn)滑油，輥壓機(jī)行星減速箱（器）啟動(dòng)阻力大。如果降低潤(rùn)滑油的粘度，在啟動(dòng)瞬間潤(rùn)滑油難以形成油膜，難以給齒輪以保護(hù)，易縮短齒輪的使用壽命。

實(shí)踐中，我們還發(fā)現(xiàn)：潤(rùn)滑系統(tǒng)在運(yùn)行一段時(shí)間后隨著油品溫度逐漸上升，振幅加大、噪音增大、齒面疲勞而產(chǎn)生的點(diǎn)蝕、剝落隨之出現(xiàn)，傳動(dòng)精度下降，局部出現(xiàn)更高負(fù)載、油膜更薄條件下工作，這種情況下，齒輪箱故障和事故頻發(fā)。

另外，油泥、磨屑的產(chǎn)生不僅會(huì)堵塞過(guò)濾器，使油回路不暢還會(huì)造成潤(rùn)滑不足、腐蝕磨損，使表面越來(lái)越粗糙，同時(shí)積累在箱底和壁管上難以清理造成新的污染。特別是大量堵積在過(guò)濾口上造成回油不暢，甚至斷油現(xiàn)象，以致發(fā)生大面積擦傷和齒面膠合事故。

3.4 潤(rùn)滑油選擇新理念

根據(jù)高粘度潤(rùn)滑油存在的不足，我們對(duì)潤(rùn)滑油的選擇提出了明確的要求：粘度可以低一點(diǎn)，但啟動(dòng)時(shí)一定要形成Z佳的油膜保護(hù)；油品性能持久，降低齒面粗糙度（因?yàn)辇X面粗糙度影響油膜的壓力、膜厚和溫度，從而影響潤(rùn)滑效果）；油品清潔持久。

3.5 粘性高效齒輪油的特點(diǎn)

目前，市面上有一種粘性高效齒輪油，基本上符合我們提出的質(zhì)量和功能要求。該潤(rùn)滑油的特點(diǎn)是：低粘度、高極壓、高性能，能快速形成油膜，能有效控制啟動(dòng)瞬間對(duì)摩擦副造成的損傷，減少系統(tǒng)振動(dòng)；能夠改善摩擦表面擦傷程度。

（1）低粘度、高極壓、高性能是粘性高效齒輪油Z突出的特點(diǎn)：適當(dāng)降低粘度，可減少啟動(dòng)阻力提升啟動(dòng)力矩，節(jié)省能源；高極壓、高性能并不因?yàn)橛推氛扯冗m當(dāng)降低而受影響，卻能通過(guò)獨(dú)特性能的添加劑快速形成螺旋上升油膜，這種高性能油膜必須在啟動(dòng)瞬間形成，達(dá)到充分保護(hù)高速輸入齒輪的目的。其優(yōu)異的性能還表現(xiàn)在提升抗磨損能力，降低滑動(dòng)方向摩擦系數(shù)以及高抗水能力、高抗乳化能力等方面，后者能確保油品進(jìn)入水分后不會(huì)被乳化變質(zhì)。

（2）粘性高效齒輪油能夠改善摩擦表面擦傷程度，保持齒輪表面平整、光潔，可抑制點(diǎn)蝕剝落。在潤(rùn)滑劑化學(xué)物理機(jī)能作用下，可實(shí)現(xiàn)表面粗糙狀態(tài)的改善，使齒面單位面積受力均勻程度逐漸提高或保持Z初的表面狀態(tài)，達(dá)到有效抑制點(diǎn)蝕產(chǎn)生或擴(kuò)散的目的。這依賴于其優(yōu)異的抗氧化能力，這種能力可使油品保持長(zhǎng)久的清潔狀態(tài)。

保持油品清潔和摩擦副高清潔是傳動(dòng)件長(zhǎng)效運(yùn)行的表現(xiàn)。在以往的生產(chǎn)中，我們發(fā)現(xiàn)潤(rùn)滑不良產(chǎn)生的如油泥等軟顆粒和過(guò)度磨損產(chǎn)生的磨屑，這些顆粒會(huì)堵塞過(guò)濾器，使油回路不暢。油品被氧化而產(chǎn)生油泥，油泥附著在齒輪表面對(duì)機(jī)件造成潤(rùn)滑不足、腐蝕磨損，使表面越來(lái)越粗糙，同時(shí)積累在箱底和壁管上難以清理造成新的污染。特別是大量堵積在過(guò)濾口上造成回油不暢，甚至斷油現(xiàn)象，以致發(fā)生大面積擦傷和齒面膠合事故。

粘性高效齒輪油具有抑制溫升的能力和氧化物自分解能力，這就是所謂的自清潔能力。

我們將粘性高效齒輪油試用于輥壓機(jī)行星齒輪箱，油品壽命是之前的1.5倍，且在控制點(diǎn)蝕、齒面粗糙度得到明顯改善。

04　結(jié)束語(yǔ)

減速器的設(shè)計(jì)、制造缺陷和輥壓機(jī)系統(tǒng)的載荷異常是導(dǎo)致齒輪失效的重要原因，潤(rùn)滑不當(dāng)是導(dǎo)致齒輪失效的另外一個(gè)重要原因，我們應(yīng)當(dāng)引起重視。為了確保輥壓機(jī)行星齒輪減速箱（器）潤(rùn)滑的科學(xué)性，我們?cè)趯?duì)齒輪失效機(jī)理研究的基礎(chǔ)上，根據(jù)實(shí)踐中取得的有得有失經(jīng)驗(yàn)，主張選擇這樣的潤(rùn)滑油：粘度可以低一點(diǎn)，但啟動(dòng)時(shí)一定要形成Z佳的油膜保護(hù)；油?性能持久，降低齒面粗糙度（因?yàn)辇X面粗糙度影響油膜的壓力、膜厚和溫度，從而影響潤(rùn)滑效果）；油品清潔持久。

來(lái)源：《新世紀(jì)水泥導(dǎo)報(bào)》2020年4期