冶金設(shè)備中齒輪組潤(rùn)滑系統(tǒng)失效因素的研究

吳前進(jìn)， 李 杰

（安鋼集團(tuán)永通球墨鑄鐵管有限責(zé)任公司， 河南 安陽(yáng) 455000）

試（實(shí)）驗(yàn)研究

冶金設(shè)備中齒輪組潤(rùn)滑系統(tǒng)失效因素的研究

吳前進(jìn)， 李 杰

（安鋼集團(tuán)永通球墨鑄鐵管有限責(zé)任公司， 河南 安陽(yáng) 455000）

提出了齒輪組潤(rùn)滑系統(tǒng)失效形式，基于matlab軟件來(lái)分別分析冶金設(shè)備中齒輪組潤(rùn)滑系統(tǒng)失效的因素，得到了該潤(rùn)滑系統(tǒng)在不同載荷、速度等因素下的曲線圖，同時(shí)也為其他型號(hào)的齒輪傳動(dòng)潤(rùn)滑系統(tǒng)失效分析提供了經(jīng)驗(yàn)。

冶金設(shè)備 齒輪組 潤(rùn)滑失效 影響因素

潤(rùn)滑與機(jī)械設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)息息相關(guān)，有人形象地把潤(rùn)滑油比喻為機(jī)械設(shè)備的血液，可以說(shuō)失去了潤(rùn)滑，就沒(méi)有機(jī)械設(shè)備的存在。冶金行業(yè)作為工業(yè)的基礎(chǔ)，其工作各個(gè)環(huán)節(jié)離不開(kāi)齒輪傳遞。由于齒輪之間的相對(duì)滑動(dòng)造成的磨損加劇了齒輪的損壞，加入潤(rùn)滑介質(zhì)提高傳遞效率和降低齒輪的摩擦磨損具有重要的作用。齒輪組含有減速機(jī)、齒輪、滾動(dòng)軸承、滑動(dòng)軸承等需要潤(rùn)滑的部件，提高這些部件的潤(rùn)滑效率，就提高了生產(chǎn)的安全性和增加了設(shè)備的壽命，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益[1-4]，因此，對(duì)潤(rùn)滑失效問(wèn)題研究刻不容緩。潤(rùn)滑問(wèn)題直接關(guān)系著企業(yè)的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，關(guān)系著企業(yè)的財(cái)產(chǎn)和生命的安全，因此對(duì)潤(rùn)滑問(wèn)題研究具有重要意義。

關(guān)于齒輪組潤(rùn)滑系統(tǒng)失效問(wèn)題，前人已經(jīng)開(kāi)展了相關(guān)的研究，并且取得了很好的研究成果。本文在前人研究的基礎(chǔ)上，在分析齒輪組潤(rùn)滑系統(tǒng)失效形式的基礎(chǔ)上，基于matlab計(jì)算平臺(tái)來(lái)分別分析冶金設(shè)備中齒輪組潤(rùn)滑系統(tǒng)失效的因素，得到了該潤(rùn)滑系統(tǒng)在不同溫度、載荷、速度等因素下的曲線圖，同時(shí)也為其他型號(hào)的齒輪傳動(dòng)潤(rùn)滑系統(tǒng)失效分析提供了一種方法。

1 齒輪組潤(rùn)滑系統(tǒng)失效形式

在齒輪傳動(dòng)的過(guò)程中，由于潤(rùn)滑油具有一定的黏性，因此很容易形成具有一定厚度的彈性潤(rùn)滑油膜，油膜的厚度決定了潤(rùn)滑的效果。太厚的油膜厚度會(huì)加劇傳動(dòng)設(shè)備的振動(dòng)進(jìn)而影響傳動(dòng)效率；太薄的油膜厚度會(huì)加劇傳動(dòng)部件之間的磨損進(jìn)而降低使用壽命。因此研究外因參數(shù)對(duì)油膜厚度的影響是分析齒輪組潤(rùn)滑系統(tǒng)失效的關(guān)鍵所在。

綜合前人的研究成果，目前關(guān)于齒輪組潤(rùn)滑系統(tǒng)失效形式有以下兩種情況[5]：

1）沒(méi)有正確選用潤(rùn)滑油，從而超出潤(rùn)滑油本身的使用性能。這種形式在齒輪組潤(rùn)滑失效形式中占很少一部分。

2）正確選用齒輪組潤(rùn)滑油。由于高溫、重載、高速與工作環(huán)境惡劣等原因?qū)е率?，這種形式在齒輪組潤(rùn)滑失效形式中占絕大部分。

2 冶金設(shè)備中齒輪組潤(rùn)滑系統(tǒng)失效因素

冶金設(shè)備中齒輪組運(yùn)行的時(shí)候，潤(rùn)滑效果受到很多因素的影響，以下分別從溫度、載荷、速度三個(gè)主要影響方面來(lái)考慮其對(duì)搖臂潤(rùn)滑系統(tǒng)的影響。

2.1 溫度

目前，齒輪組用潤(rùn)滑介質(zhì)都有一定的揮發(fā)性，加之工作時(shí)的持續(xù)高溫，潤(rùn)滑介質(zhì)受高溫會(huì)蒸發(fā)，蒸發(fā)導(dǎo)致潤(rùn)滑系統(tǒng)缺油，會(huì)引起潤(rùn)滑不足，造成齒輪箱齒輪和軸承磨損和劃傷，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致齒面膠合和抱軸事故的發(fā)生。參考潤(rùn)滑油的化學(xué)特性，當(dāng)潤(rùn)滑油的溫度在70℃以上的環(huán)境中持續(xù)使用的時(shí)候，會(huì)大大降低潤(rùn)滑油的黏性，進(jìn)而影響到工作效率[6]。

潤(rùn)滑油作為一種液體材料，其黏度收到溫度的影響很大。一般情況下，潤(rùn)滑油的黏度隨著溫度的升高表現(xiàn)出降低的變化趨勢(shì)。下頁(yè)圖1給出了齒輪組潤(rùn)滑系統(tǒng)潤(rùn)滑界面示意圖，可以看出邊界潤(rùn)滑效果對(duì)流體油膜的形成影響很大。邊界潤(rùn)滑是潤(rùn)滑油和齒輪表面的相對(duì)滑動(dòng)，如果溫度過(guò)高會(huì)降低相對(duì)滑動(dòng)的效率，也就是說(shuō)會(huì)使得潤(rùn)滑油像水一樣，這無(wú)形中會(huì)加劇齒輪的表面點(diǎn)蝕的發(fā)生，進(jìn)而使得潤(rùn)滑失效的加劇發(fā)生。

圖1 齒輪組潤(rùn)滑系統(tǒng)潤(rùn)滑界面示意圖

2.2 載荷

載荷能夠加劇油膜的壓力變形，進(jìn)而對(duì)油膜厚度造成很大的影響，為此研究載荷對(duì)潤(rùn)滑的時(shí)效影響。圖2給出了四種不同載荷（0.3×105N/m、0.5× 105N/m、1×105N/m和2×105N/m）下齒輪潤(rùn)滑過(guò)程中油膜厚度的變化結(jié)果。可以看出：無(wú)論是在何種載荷條件下，在曲線的頸縮處，油膜厚度均達(dá)到最小值。圖3給出了最小油膜厚度與載荷之間的關(guān)系，對(duì)應(yīng)四種不同載荷下的最小油膜厚度一次為0.835 2 μm、0.574 6 μm、0.185 3 μm、0.063 1 μm。隨著載荷的增加，油膜厚度表現(xiàn)出明顯的減小趨勢(shì)，太小的油膜厚度會(huì)影響到潤(rùn)滑油的流動(dòng)，降低潤(rùn)滑效果。這也是重載運(yùn)輸設(shè)備潤(rùn)滑效果失效率高，容易產(chǎn)生齒輪點(diǎn)蝕的原因。

圖2 不同載荷下油膜厚度隨油膜位置的變化

2.3 速度對(duì)潤(rùn)滑失效影響

齒輪的旋轉(zhuǎn)速度影響到潤(rùn)滑油的移動(dòng)速度，油膜的形成與潤(rùn)滑油的移動(dòng)速度影響很大，為此研究齒輪旋轉(zhuǎn)速度對(duì)潤(rùn)滑的時(shí)效的影響。圖4給出了4種不同齒輪旋轉(zhuǎn)速度（0.5 m/s、0.85 m/s、1.2 m/s和1.5 m/s）下齒輪潤(rùn)滑過(guò)程中油膜厚度的變化結(jié)果?？梢钥闯觯簾o(wú)論是在何種齒輪旋轉(zhuǎn)速度條件下，油膜厚度隨著齒輪旋轉(zhuǎn)速度的增加表現(xiàn)出明顯的增加趨勢(shì)，齒輪旋轉(zhuǎn)速度對(duì)油膜厚度分布影響很大。圖5給出了最小油膜厚度與齒輪旋轉(zhuǎn)速度之間的關(guān)系，對(duì)應(yīng)4種不同齒輪旋轉(zhuǎn)速度下的最小油膜厚度一次為0.177 1 μm、0.258 2 μm、0.322 0 μm、0.374 0 μm。

圖3 最小油膜厚度與載荷的關(guān)系

圖4 不同旋轉(zhuǎn)速度下油膜厚度隨油膜位置的變化

圖5 最小油膜厚度與齒輪旋轉(zhuǎn)速度的關(guān)系

綜合上述分析可以得出，當(dāng)速度增加時(shí)，膜厚相應(yīng)增加，油膜的平行部分縮短，說(shuō)明速度是影響彈流膜厚重要的因素。

3 結(jié)語(yǔ)

本文主要分析了基于matlab的冶金設(shè)備中齒輪組潤(rùn)滑系統(tǒng)失效因素，不僅提供了該齒輪組搖臂系統(tǒng)有效工作的理論分析依據(jù)，而且也解決了齒輪組搖臂潤(rùn)滑系統(tǒng)之前靠工人經(jīng)驗(yàn)來(lái)工作而導(dǎo)致的效率不高、成本升高的問(wèn)題。冶金設(shè)備中齒輪組潤(rùn)滑系統(tǒng)目前運(yùn)行良好，功率得到較好的利用。

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（編輯：苗運(yùn)平）

Research on Failure Factors of Gears Lubrication System for Metallurgical Equipment

Wu Qianjin,Li Jie
（Angang Group Yongtong Ductile Iron Pipe Co.,Ltd.,Anyang Henan 455000）

This paper puts forward gears lubrication system failure forms,respectively based on matlab software analyzes the failure factors of gears in lubrication system of metallurgical equipment,obtains the curves of lubrication system under different load,speed and other factors,providing experience for failure analysis of other types of gear lubrication system.

metallurgical equipment,gears,lubrication failure,influencing factors

TH117

A

1672-1152（2017）01-0008-03

10.16525/j.cnki.cn14-1167/tf.2017.01.04

2016-12-17

吳前進(jìn)（1986—），男，現(xiàn)于安鋼集團(tuán)永通球墨鑄鐵管有限責(zé)任公司運(yùn)行保障車間從事設(shè)備管理、設(shè)備檢修計(jì)劃及備品備件的編制、申報(bào)工作，助理工程師。