矿山机械设备齿轮减速器的润滑分析

矿山机械设备齿轮减速器的润滑分析

王斌

四川矿山机器（集团）有限责任公司四川江油621701

摘要：矿山采掘作业中所使用的齿轮减速器，其工作性能、使用期限和材质、参数设置等诸多因素相关联，尤其是齿轮减速器润滑条件。对设备进行润滑，一方面可以形成油膜，以免因为减小摩擦表面接触造成的问题，另一方面也能够提升设备运行效率，加强散热性，避免锈蚀产生。通过相关资料显示，矿山机械设备齿轮减速器运行过程中，润滑问题发生频率非常高，需要有关部门引起注意。

关键词：矿山机械设备；齿轮减速器；润滑

引言：

矿山采掘行业用的齿轮减速器的工作性能和使用寿命不仅与材质、几何参数设计、加工方法、热处理过程、装配及使用操作等诸多因素有关，而且和润滑条件有着重要的关系。润滑的目的不仅能够形成适当厚度的油膜，防止和减轻摩擦副表面之间直接接触引起的危害，而且可以提高效率，增强散热，防止锈蚀，缓和冲击，降低工作时的噪声和振动，以及清除磨损的金属粉末，最终保证减速器的正常使用。据一些国家资料显示，每年因磨损失效而引起的损失约占国民经济总产值1%，据美国研究资料表明：机械设备的功能失效50%归因于磨损。因此，要充分发挥齿轮的承载能力，延长齿轮的寿命，提高齿轮的传动效率，润滑却是非常重要和值得注意的问题。

1.机械设备齿轮减速器润滑

1.1弹性流体动力润滑

弹性流体动力润滑主要是形容相互摩擦表面的摩擦，流体润滑膜厚度与摩擦表面材料弹性变形、润滑剂流变特性润滑有非常密切的关系。在弹性流体动力润滑状态之下，所有的负载均是通过油膜来承担，由此一来出现胶合和磨损等相关问题的几率非常小。若条件允许，建议将机械设备齿轮减速器润滑状态更改为弹性流体动力润滑状态。

1.2边界润滑状态

从液体摩擦过渡之后，转变为干摩擦之前的临界状态即为边界润滑。一旦处于边界润滑状态，相互摩擦界面会有一层和介质性质不相同的膜，润滑性能非常好。边界润滑状态下发挥润滑作用的膜也被叫做边界膜。因为润滑剂油膜的生成需要有一定的条件作为支持，加上机械本身工作条件与润滑条件存在很大差异，从而使摩擦界面基础上的油膜分布、润滑状态也具有诸多不同。

2.润滑对齿轮传动的影响

2.1边界润滑的失效对粘着胶合的影响

大多机械装置存在着大量的边界润滑。例如油脂润滑轴承在重载下的间隙振荡运动时就存在边界润滑条件，表面上的高点或突起发生接触，但彼此结合却被非常薄而软的固体膜所阻止。这种固体膜容易被剪断，可以阻止金属的剥落或表面的严重划伤。边界润滑的失效就是齿面的润滑膜完全失去了作用，发生金属直接接触，产生干磨擦，局部温度升高，使金属熔化相互粘连而又撕开，形成粘着或胶合。粘着是齿轮最常见的磨损现象。对不含油性剂和极压剂的矿物油，若油的粘度愈高，形成的油膜愈厚，粘附性愈强，容易阻止齿面的直接接触，抵抗粘着磨损的能力愈强。对于在矿物油中加入油性剂的复合矿物油，可以用物理和化学的吸附方式，形成比纯矿物油更牢固的边界油膜，抵抗粘着磨损的效果更显著；对含有极压剂的极压齿轮油，它能与齿轮表面发生化学反应，生成无机物覆盖膜，使粘着磨损失去产生的机会。极压添加剂的品种和添加数量不同，对粘着的影响也不一样。一般来说，极压油比非极压油抗粘性能好。供油量和供油方式对粘着也有影响。供油量充足，可以提高抗粘着的极限负荷。喷油方式比油浴方式的润滑冷却效果好，油温低，抗粘着磨损的能力强。从齿轮啮出侧喷油，比啮入侧喷油效果好。

2.2润滑对点蚀的影响

疲劳点蚀也是齿轮磨损的一种常见现象。点蚀的程度和发生的时间，主要取决于接触应力大小，载荷循环次数、材料硬度、表面微观几何形状及润滑状态和润滑膜厚度。因此，如果润滑油选用不当，或润滑方式不良，均会引起或促使疲劳点蚀。使用低粘度油，因为流动性较好，容易渗入表面裂纹中，加速裂纹的发展和金属块的脱落，易引起点蚀。高粘度的油对于渗入裂纹的作用没有稀油活泼，同时，粘度高有利于油膜的建立和油膜厚度的增大，并且油的弹性可缓和冲击，使接触应力的分布更趋于均匀，相对地降低了最大应力值，增强了齿面的耐点蚀能力。所以适当提高润滑油的粘度，可以减缓表面疲劳点蚀的发生和扩展。润滑油中的添加剂对点蚀也有影响，特别是极压添加剂，如果使用不当，往往造成腐蚀而加速点蚀的生成[1]。为了防止点蚀，使用极压添加剂必须慎重考虑，对添加剂的组分、用量、齿轮的材质、接触应力、负荷性质、速度、环境温度等都应十分注意，不能随便采用。润滑方式与供油量对点蚀也有影响。从防疲劳点蚀出发，供油量不宜过多。供油量过多，会有部分油因在啮合的齿面间，受到挤压，产生局部高压，反而增加接触应力。同时油在高压作用下渗入裂纹的量也增多，促进疲劳点蚀的发生和发展。但是为防止粘着，又必须有充分的浸渍量，所以，应综合全面考虑供油量的多少，以取得良好的润滑效果。

2.3润滑剂失效导致磨损

在依靠润滑剂克服摩擦和避免磨损的机械装置中，润滑剂失效的危害性是很大的。例如，当油因空气的存在而发热时，同时发生氧化。氧化增加了粘度和矿物油的有机酸浓度，结果在热金属表面上形成胶性和油漆状的沉积物而构成磨屑并以微切屑方式不断在切碎保护膜，最终造成动力学稳定性的丧失，并使金属接触表面被划伤和卡住。另外，润滑剂的化学分解、污染、过分发热以及润滑剂的流失都能造成润滑失效。

2.4润滑对磨料磨损的影响

若是润滑过程中混入了泥沙、灰尘和铁屑、金属粉末等就会产生磨料磨损，且磨损速度较快。各种润滑油对磨料磨损不起改善作用，油只能把外来杂质从齿面上冲洗掉。若磨损微粒悬浮在油中，将起研磨剂作用，促使磨料磨损继续发展。为了防止磨料磨损，保持润滑油的洁净是非常重要的。油浴润滑选用较低粘度的油品，有利于磨粒沉淀。油品必须经过滤之后才能使用。要定期对润滑系统油质进行取样化验，定期进行净化[2]。

3.矿山机械设备齿轮减速器润滑建议

矿山采掘作业过程中应用的设备比较复杂，且作业环境也非常恶劣，为此提出了以下几点建议：第一，以免磨料遭到磨损，需要保证润滑油洁净度；第二，以免发生点蚀现象，建议在啮合齿轮内掺加润滑油，如此便可以减轻磨损与点蚀，延长齿轮减速器使用期限；第三，选择润滑剂时，若齿轮减速器齿轮传动为低速重载齿轮，因为接触应力较大，油膜的形成条件欠佳，这时建议选择黏度大、油性好的润滑油。针对高速轻载齿轮，因为这种齿轮自身油膜形成条件非常好，只是运行过程中因为激烈搅动油液可能会损失非常多的能量，提高了油液氧化可能性，所以建议选择黏度低、抗氧化性能好的润滑油；第四，最大程度降减小低齿面粗糙程度，将齿轮调整到弹性流体动压润滑状态；第五，加强齿轮装配质量，避免局部齿面应力集中现象；第六，当完成齿轮装配之后，建议在添加硫与磷型极压添加剂的基础上实施走合处理，优化齿面粗糙度；第七，选择契合度最高的润滑模式与供油量，定期维修设备，提高油品质量。

结论：

简而言之，矿山机械设备性能直接关系到采掘工作是否能够顺利进行，同时齿轮减速器润滑性也是保证设备运行效果的重要因素。因此，相关人员务必要注意齿轮减速器润滑工作，合理选择润滑液，提高矿山机械设备性能的同时，推动我国矿山采掘行业发展[3]。

参考文献：

[1]陈海魁，郭晓春，纪武瑜.机械基础[M].北京：中国劳动社会保障出版社，2018：35-50.

[2]孙学强.机械制造基础[M]北京：机械工业出版社，2018：251-253.

[3]单小君，金属材料与热处理[M].北京：中国劳动社会保障出版社，2017：62-78.