馬國興 劉海元 劉 俊

(1.南方水泥有限公司 上海 200126；2.廣州機(jī)械科學(xué)研究院有限公司 廣東廣州 510535)

開式齒輪因其重載、高溫的工況環(huán)境一直以來都是水泥企業(yè)動設(shè)備維護(hù)中的一個難點(diǎn)，也是經(jīng)常發(fā)生故障的設(shè)備。但開式齒輪又是水泥企業(yè)兩大關(guān)鍵設(shè)備——水泥磨和回轉(zhuǎn)窯的核心部件，造價(jià)昂貴且更換費(fèi)時費(fèi)力，因而潤滑維護(hù)是開式齒輪日常維護(hù)中的重要環(huán)節(jié)，對于保障水泥企業(yè)的正常生產(chǎn)至關(guān)重要。某水泥企業(yè)一直以來使用某進(jìn)口品牌油品作為球磨機(jī)開式齒輪潤滑劑，但國外油品不僅價(jià)格昂貴，而且采購周期較長，因而尋找國內(nèi)可替代的產(chǎn)品不論是從經(jīng)濟(jì)上還是從保障供應(yīng)上，都具有重要意義。

在水泥企業(yè)兩大關(guān)鍵設(shè)備中，球磨機(jī)開式齒輪的工況相比回轉(zhuǎn)窯開式齒輪較好[1-2]，因此，本文作者選擇球磨機(jī)開式齒輪為研究對象進(jìn)行油品的國產(chǎn)化選型研究，在替代成功的基礎(chǔ)上再進(jìn)一步推廣到回轉(zhuǎn)窯上。同時，針對目前開式齒輪油品選用標(biāo)準(zhǔn)不明確的現(xiàn)狀，提出將油品的黏附性作為篩選油品的初步評價(jià)指標(biāo)，然后實(shí)際使用時在齒面上能否能形成良好油膜作為最終選用標(biāo)準(zhǔn)來開展球磨機(jī)開式齒輪油品國產(chǎn)化選型研究。

1 開式齒輪油品的初步篩選

開式齒輪潤滑劑經(jīng)歷了從早期的瀝青型和溶劑稀釋型產(chǎn)品，目前市場上的開式齒輪潤滑劑以高黏度齒輪油型和流體脂型產(chǎn)品為主。某水泥企業(yè)球磨機(jī)開式齒輪目前使用的就是高黏度齒輪油型潤滑劑。開式齒輪潤滑劑是選擇高黏度齒輪油型產(chǎn)品好，還是選擇流體脂型產(chǎn)品好，目前并無明確規(guī)定。因而參照該開式齒輪使用的進(jìn)口油品A的基本性能，選取了國內(nèi)知名潤滑劑廠家生產(chǎn)的一款高黏度齒輪油型產(chǎn)品B作為備選油品。同時，還選取了該潤滑劑廠家生產(chǎn)的一款流體脂型產(chǎn)品C作為備選油品。3種油品基本參數(shù)對比見表1?？梢钥闯觯?種油品除了類型上的差別，在基本性能指標(biāo)上無明顯差別，例如極壓抗磨性能指標(biāo)基本接近。這也導(dǎo)致開式齒輪油品依靠基本性能指標(biāo)很難選擇[3]。

表1 3種油品基本參數(shù)對比

2 開式齒輪油品選型方案設(shè)計(jì)

2.1 油品黏附性評價(jià)

研究表明，油品的黏附性是開式齒輪潤滑劑一項(xiàng)重要的性能指標(biāo)?，F(xiàn)場使用經(jīng)驗(yàn)也證明了這一點(diǎn)。在日常開式齒輪的點(diǎn)檢中，除了查看齒面的磨損情況，另一重要點(diǎn)檢項(xiàng)目就是查看齒面油膜附著情況。如果齒面油膜附著情況不好，就很容易導(dǎo)致齒面出現(xiàn)磨損，而齒面油膜附著性能的好壞與油品的黏附性能密切相關(guān)[4-5]。

目前國內(nèi)有關(guān)開式齒輪潤滑劑的標(biāo)準(zhǔn)是SH/T 0363—92《普通開式齒輪油》，該標(biāo)準(zhǔn)制定年代較早，部分技術(shù)指標(biāo)要求已與目前市面上的產(chǎn)品脫節(jié)，且標(biāo)準(zhǔn)中對油品的黏附性并無要求。國外的開式齒輪潤滑劑標(biāo)準(zhǔn)可參考ANSI/AGMA 9005-E02annex D-2，但該標(biāo)準(zhǔn)中對油品黏附性也無要求。另外，國內(nèi)2017年新制定了一個關(guān)于開式齒輪潤滑劑的標(biāo)準(zhǔn)，即GB/T 33540.2—2017《風(fēng)力發(fā)電機(jī)組專用潤滑劑 第2部分：開式齒輪潤滑脂》。該標(biāo)準(zhǔn)中對開式齒輪潤滑劑的黏附性作出了要求，雖然是針對風(fēng)力發(fā)電機(jī)組開式齒輪的，但也可作為其他開式齒輪選油的參考。該標(biāo)準(zhǔn)通過潤滑劑滑落試驗(yàn)對其黏附性能進(jìn)行評價(jià)，即在一塊鋼片上規(guī)定區(qū)域內(nèi)涂上一層非常薄(0.4 mm)的潤滑劑，然后將鋼片豎直懸掛，放到70 ℃烘箱中，觀察潤滑劑在48 h內(nèi)的滴落情況。如果在鋼片上規(guī)定區(qū)域外出現(xiàn)了潤滑劑，則判斷該潤滑劑滑落試驗(yàn)不合格[6-8]。

由于GB/T 33540.2—2017標(biāo)準(zhǔn)較新，滑落試驗(yàn)暫無標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法，因而委托某檢測機(jī)構(gòu)參照GB/T 33540.2—2017中的附錄A對3種油品在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了滑落試驗(yàn)。3種油品的試驗(yàn)結(jié)果如圖1—3所示。

嚴(yán)格來說，油品A和油品B屬于潤滑油型，并不適用于滑落試驗(yàn)，但仍不可將該試驗(yàn)結(jié)果作為選油的參考[9-10]。另外，在對油品A和油品B進(jìn)行滑落試驗(yàn)時并沒有嚴(yán)格按照GB/T 33540.2—2017規(guī)定方法，而是在室溫下進(jìn)行30 min滑落試驗(yàn)；而油品C則是嚴(yán)格按照GB/T 33540.2—2017規(guī)定的試驗(yàn)方法。

如圖1所示，鋼片在室溫下豎直懸掛30 min后，試驗(yàn)的三塊試驗(yàn)鋼片上的油品A都出現(xiàn)了滑落現(xiàn)象(見圖1(b))，但仔細(xì)觀察發(fā)現(xiàn)油品滑落后鋼片上仍然留有一層較厚的油膜。如圖2所示，試驗(yàn)的三塊試驗(yàn)鋼片上的油品B也都出現(xiàn)了滑落現(xiàn)象(見圖2(b))，但相比油品A，油品B滑落后在鋼片上僅留下一層很薄的油膜。如圖3所示，在試驗(yàn)12、36、48 h后鋼片上的油品C都沒有出現(xiàn)滑落，按照判定標(biāo)準(zhǔn)該油品滑落試驗(yàn)合格。

圖1 進(jìn)口油品A滑落試驗(yàn)結(jié)果

圖2 國產(chǎn)油品B滑落試驗(yàn)結(jié)果

圖3 國產(chǎn)油品C滑落試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)滑落試驗(yàn)的結(jié)果，可知油品C的黏附性最好，油品A次之，油品B黏附性最差?？紤]到油品B在常溫、無負(fù)載情況下的黏附性能也較差，其在高溫、高負(fù)載的實(shí)際工況條件下更難以滿足黏附性要求。所以通過3個油品的滑落試驗(yàn)，可直接將油品B排除出備選之列。

2.2 設(shè)備使用評價(jià)

油品C雖然在滑落試驗(yàn)中表現(xiàn)出良好的黏附性，但滑落試驗(yàn)是在無負(fù)載條件下進(jìn)行的，而實(shí)際使用工況下開式齒輪間的接觸負(fù)載很大，因而要在實(shí)際工況下對油品C能否滿足設(shè)備使用要求進(jìn)行檢驗(yàn)。為此，選取了2種不同規(guī)格的球磨機(jī)開展油品性能評價(jià)。2種球磨機(jī)的結(jié)構(gòu)基本一致，都為開式齒輪邊緣傳動，其主要差異在于負(fù)載大小不同。2種球磨機(jī)的規(guī)格參數(shù)見表2。

表2 2種球磨機(jī)參數(shù)

主要通過2個方面來判斷油品能否滿足球磨機(jī)開式齒輪潤滑要求[11]。一是油品能否在齒面形成良好的油膜附著，尤其是在大小齒輪嚙合處能否保持良好的油膜附著，因?yàn)榇笮↓X輪嚙合處是接觸應(yīng)力最大的地方，強(qiáng)大的應(yīng)力容易把該處的油膜“擠開”。根據(jù)現(xiàn)場經(jīng)驗(yàn)，如果油品黏附性不能滿足要求，在大小齒輪嚙合處容易形成一條明顯的“亮紋”。該亮紋是油膜被擠開后齒面金屬直接接觸造成的，因而可通過換油后大小齒輪嚙合處有沒有產(chǎn)生明顯的“亮紋”，作為油品黏附性是否滿足要求的判定標(biāo)準(zhǔn)。二是可通過對換油后開式齒輪在用油的持續(xù)取樣跟蹤監(jiān)測，來判斷開式齒輪的潤滑磨損狀態(tài)。該方法可作為油品是否滿足要求的間接依據(jù)[12-14]。

在油品切換前，對兩臺球磨機(jī)開式齒輪均進(jìn)行了徹底的齒面清洗，以減少原用油品殘留的影響。油品切換后，對球磨機(jī)開式齒輪運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行跟蹤監(jiān)測，監(jiān)測的參數(shù)包括齒面油膜狀態(tài)、齒面溫度、振動、噪聲。

圖4(a)所示為球磨機(jī)A開式齒輪更換油品C后齒面油膜狀態(tài)，可見整體上齒面油膜附著較少，尤其是在大小齒嚙合處存在明顯的“亮紋”，且齒面溫度較換油前上升了10 ℃左右?，F(xiàn)場采取了提高噴油頻率的措施，但齒面油膜附著的情況仍然不理想。圖4(b)所示為球磨機(jī)B開式齒輪更換油品C后齒面油膜狀態(tài)，整體上齒面上都有油膜附著，且大小齒嚙合處油膜附著較好，無明顯“亮紋”存在，開式齒輪的其他參數(shù)如溫度、振動等在換油后也無明顯異常。

根據(jù)圖4(a)所示的結(jié)果，可知油品C不能在球磨機(jī)A開式齒輪上形成良好油膜附著；且換油后齒面溫度明顯上升，表明齒面局部存在干摩擦，長時間運(yùn)行可能導(dǎo)致開式齒輪的異常磨損。這種狀況在提高了噴油頻率后仍無改善，表明油品C不能滿足球磨機(jī)A開式齒輪的潤滑要求。根據(jù)圖4(a)所示的結(jié)果，可知油品C能在球磨機(jī)B開式齒輪表面形成良好的油膜附著，且換油后開式齒輪的各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)也無異常，表明油品C能滿足球磨機(jī)B開式齒輪潤滑要求。

圖4 兩臺球磨機(jī)開式齒輪更換油品C后齒面油膜狀態(tài)

球磨機(jī)B開式齒輪在換油運(yùn)行一段時間后，對潤滑油進(jìn)行了多次取樣檢測分析，以了解油品的性能和齒輪的磨損情況。相關(guān)監(jiān)測數(shù)據(jù)見表3?？煽闯?，球磨機(jī)B開式齒輪在換油后油品性能和齒輪磨損狀況均保持穩(wěn)定。這也間接證明了油品C能滿足球磨機(jī)B開式齒輪的潤滑要求。

表3 球磨機(jī)B開式齒輪換油后監(jiān)測數(shù)據(jù)

3 結(jié)束語

通過油品黏附性試驗(yàn)和設(shè)備使用效果評價(jià)相結(jié)合的方法，開展了球磨機(jī)開式齒輪油品國產(chǎn)化選型研究。結(jié)果表明，油品黏附性試驗(yàn)可作為球磨機(jī)開式齒輪油品選用的依據(jù)。但通過油品黏附性評價(jià)項(xiàng)目的油品，使用在中等或以下負(fù)載球磨機(jī)開式齒輪上通常是可行的；而對于重載球磨機(jī)開式齒輪油品選用的標(biāo)準(zhǔn)，是油品能否在齒面形成良好的油膜附著，尤其該油品潤滑下在大小齒嚙合處是否會出現(xiàn)明顯“亮紋”，有“亮紋”出現(xiàn)表明油品的黏附性不能滿足開式齒輪的工況要求。

需要說明的是，文中開展的研究主要是定性研究，且部分試驗(yàn)還存在不規(guī)范的情況。如重載開式齒輪的準(zhǔn)確界定；油品A和油品B屬于齒輪油型，但采用了GB/T 33540.2—2017中的潤滑脂滑落試驗(yàn)方法。但考慮到目前國內(nèi)缺乏相關(guān)油品標(biāo)準(zhǔn)和相關(guān)設(shè)備選油規(guī)范，對于開式齒輪這類較特殊的摩擦副，特別是非重載型開式齒輪，采用文中的油品選型方案進(jìn)行油品的國產(chǎn)化研究，可大幅提高經(jīng)濟(jì)效益。以球磨機(jī)B開式齒輪從進(jìn)口油品A更換為國產(chǎn)油品C后為例，油品采購成本下降50%以上，這對于開式齒輪油這種單價(jià)成本較高、使用量較大(損耗式潤滑)的特殊油品來說經(jīng)濟(jì)效益可觀。

通過研究也發(fā)現(xiàn)，黏附性是開式齒輪油品一項(xiàng)重要的評價(jià)指標(biāo)，未來開式齒輪油品標(biāo)準(zhǔn)中應(yīng)當(dāng)考慮這一指標(biāo)。另外，GB/T 33540.2—2017《風(fēng)力發(fā)電機(jī)組專用潤滑劑 第2部分：開式齒輪潤滑脂》標(biāo)準(zhǔn)中對開式齒輪潤滑脂的黏附性評價(jià)項(xiàng)目存在一定缺陷，即標(biāo)準(zhǔn)中試驗(yàn)沒有考慮負(fù)載的影響，而實(shí)際工況中負(fù)載對油品黏附性的影響很大。此外，對于齒輪油型開式齒輪油品。如何評價(jià)其黏附性也值得進(jìn)一步開展相關(guān)研究。