某礦山溢流式球磨機(jī)開式齒輪潤(rùn)滑脂的國產(chǎn)化替代

王明偉 劉鵬 王佳 高鷹

遼寧海華科技股份有限公司

大型開式齒輪一般用在原材料的工業(yè)傳動(dòng)設(shè)備上，且開式齒輪常被作為設(shè)備的主要驅(qū)動(dòng)單元，如礦山的球磨機(jī)、破碎機(jī)、混料機(jī)、電廠的磨煤機(jī)和制粒機(jī)等 。

臥式溢流型球磨機(jī)采用開式齒輪傳動(dòng)，其使用一定數(shù)量的鋼球作為研磨介質(zhì)，將破碎后的鐵礦石進(jìn)行細(xì)破粉碎。主要特征為重載、低速、結(jié)構(gòu)尺寸較大且齒面粗糙度較高，工作條件苛刻，如灰塵、高溫、沖擊載荷等，齒面承受極高的應(yīng)力作用。

球磨機(jī)開式齒面在嚙合的過程中，齒輪從開始嚙合到脫離嚙合的運(yùn)動(dòng)過程中既存在滾動(dòng)也存在滑動(dòng)，在嚙合開始和即將結(jié)束時(shí)相對(duì)滑動(dòng)速度最大。開式齒輪的潤(rùn)滑要比滑動(dòng)軸承困難很多，滑動(dòng)軸承可建立穩(wěn)定的潤(rùn)滑油膜，而開式齒輪的輪齒的每一次嚙合都要重新建立潤(rùn)滑油膜，通常都處于混合摩擦狀態(tài)，因此其潤(rùn)滑條件是非?？量痰模?］。要想使設(shè)備得到理想的潤(rùn)滑保護(hù)，延長(zhǎng)齒輪使用壽命，減少備件損耗、停機(jī)損失，提高設(shè)備的作業(yè)穩(wěn)定性，就需要采用合適的潤(rùn)滑劑，并要有合理的潤(rùn)滑方式和方法。溢流式球磨機(jī)的結(jié)構(gòu)見圖1。

某礦山股份有限公司（以下簡(jiǎn)稱某礦山公司）磨磁車間共有8臺(tái)溢流式球磨機(jī)，分別為1～8號(hào)，磨機(jī)重525 t，每小時(shí)產(chǎn)量108～615 t，其開式齒輪部位的潤(rùn)滑一直采用某進(jìn)口品牌開式齒輪潤(rùn)滑脂。該脂性能良好，但價(jià)格高，并且采購周期較長(zhǎng)。為了滿足企業(yè)的降本要求，決定進(jìn)行國產(chǎn)化替代。通過對(duì)球磨機(jī)設(shè)備參數(shù)了解及礦山現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，進(jìn)行替代產(chǎn)品設(shè)計(jì)，確定選用開式齒輪潤(rùn)滑脂HP800對(duì)該工礦球磨機(jī)齒面用脂進(jìn)行國產(chǎn)化替代工作。該企業(yè)使用的溢流式球磨機(jī)設(shè)備參數(shù)及潤(rùn)滑狀況見表1。

產(chǎn)品性能對(duì)比

考慮到開式齒輪的摩擦體系由滾動(dòng)摩擦和滑動(dòng)摩擦組成，通常處于混合摩擦狀態(tài)，齒輪每一次嚙合都要重新建立油膜，因此要求潤(rùn)滑劑有較高的黏度才能形成較好的油膜［2］，且體系中既要有化學(xué)添加劑（S/P/N/Mo/Ca）的作用，也需要超級(jí)固體劑的協(xié)同作用［3］，同時(shí)要保證大黏度下開式齒輪脂的泵送噴射能力。因此在稠度、泵送性、防護(hù)性、極壓性、抗磨性方面對(duì)開式齒輪潤(rùn)滑脂HP800與原用進(jìn)口脂進(jìn)行了指標(biāo)性能對(duì)比，見表2。

由表2可以看出，與原用進(jìn)口脂相比，開式齒輪潤(rùn)滑脂HP800的極壓性、抗磨性、泵送性良好，防護(hù)性能相當(dāng)。

相容性試驗(yàn)

由于供脂系統(tǒng)及大小齒面上原用進(jìn)口脂不可能完全地清理干凈，因此有必要進(jìn)行與開式齒輪潤(rùn)滑脂HP800的相容性試驗(yàn)。

將開式齒輪潤(rùn)滑脂HP800與進(jìn)口脂分別以3∶7、5∶5、7∶3的質(zhì)量比進(jìn)行相容性試驗(yàn)，對(duì)稠度、極壓性能、抗磨性能、防腐性能等指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)，見表3。

由表3可以看出，開式齒輪潤(rùn)滑脂HP800與進(jìn)口脂按不同比例混合后的相容性良好，沒有出現(xiàn)異常指標(biāo)，各項(xiàng)指標(biāo)變化有規(guī)律，均在合理范圍內(nèi)，也驗(yàn)證了2種產(chǎn)品的稠化劑體系、基礎(chǔ)油與添加劑體系是相容的。

上機(jī)試驗(yàn)

圖1 溢流式球磨機(jī)結(jié)構(gòu)示意

對(duì)于評(píng)估球磨機(jī)開式齒輪的潤(rùn)滑效果，檢查小齒溫度是一種有效的方法。在球磨機(jī)大小齒嚙合時(shí)線速度相同，小齒的轉(zhuǎn)速更高，單個(gè)齒面摩擦頻率高，造成小齒面的溫度高于大齒，所以一般測(cè)量小齒溫度即可反映齒面潤(rùn)滑狀況。而且在設(shè)計(jì)上，測(cè)量小齒也是方便操作的，小齒轉(zhuǎn)出面為嚙合面，因此該部位齒面溫度能夠準(zhǔn)確地反映齒面的潤(rùn)滑情況。

測(cè)量方法為：在小齒節(jié)圓線上從左至右平均取5點(diǎn)（圖2），用紅外測(cè)溫儀測(cè)量。

通過溝通，選用3號(hào)球磨機(jī)進(jìn)行國產(chǎn)化潤(rùn)滑脂的上機(jī)試驗(yàn)，試驗(yàn)周期為30 d，試驗(yàn)期間每天對(duì)齒面進(jìn)行監(jiān)測(cè)，測(cè)量小齒溫度，觀察齒面狀態(tài)及油膜厚度。

進(jìn)口脂使用效果

為了能夠更好地對(duì)比2種齒輪脂的潤(rùn)滑效果，在國產(chǎn)化試驗(yàn)前，對(duì)使用原進(jìn)口潤(rùn)滑脂的3號(hào)球磨機(jī)進(jìn)行連續(xù)10天的齒面監(jiān)測(cè)，檢查運(yùn)轉(zhuǎn)齒面油膜狀態(tài)，測(cè)量小齒齒面溫度。試驗(yàn)過程中確保供油系統(tǒng)管線及噴嘴暢通，設(shè)備運(yùn)行正常。3號(hào)球磨機(jī)使用進(jìn)口脂時(shí)小齒轉(zhuǎn)出面各點(diǎn)溫度曲線見圖3。

表1 溢流式球磨機(jī)設(shè)備參數(shù)及潤(rùn)滑狀況

表2 產(chǎn)品指標(biāo)性能對(duì)比

表3 產(chǎn)品相容性試驗(yàn)

由圖3可見，使用進(jìn)口脂的3號(hào)球磨機(jī)，小齒面溫度正常，各點(diǎn)溫度隨環(huán)境溫度而變化，期間最高環(huán)境溫度30.5 ℃，齒面平均最高溫度63.3 ℃。齒面平均最高溫度可快速比較設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)狀況是否正常，設(shè)備狀況相同，潤(rùn)滑劑質(zhì)量差或潤(rùn)滑量少會(huì)造成平均溫度高，造成溫度差異的因素是多方面的，如潤(rùn)滑劑、齒面負(fù)載、散熱、環(huán)境溫度、裝配等，只要不超過報(bào)警值即可（一般溫度為80～90 ℃）。

設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)過程中借助頻閃儀檢查齒面油膜狀態(tài)，結(jié)果顯示小齒齒面烏黑，油膜完整（圖4）。

停機(jī)時(shí)，對(duì)使用進(jìn)口脂的3號(hào)球磨機(jī)進(jìn)行齒面檢查，確認(rèn)小齒齒面光滑，無點(diǎn)蝕、疲勞磨損、塑性變形等不良現(xiàn)象（圖5）。對(duì)運(yùn)行脂取樣分析，運(yùn)行脂不工作錐入度為382單位，略稠于新脂（不工作錐入度420單位）。并進(jìn)行鐵譜分析，結(jié)果中未發(fā)現(xiàn)大片剝落的疲勞磨粒，含有少量鐵質(zhì)磁性的正常磨粒（圖6），表明潤(rùn)滑正常，油膜較好。

圖2 小齒節(jié)圓線上的測(cè)溫點(diǎn)選擇示意

圖3 3號(hào)球磨機(jī)使用進(jìn)口脂時(shí)小齒轉(zhuǎn)出面各點(diǎn)溫度曲線

開式齒輪潤(rùn)滑脂HP800使用效果

試驗(yàn)期間，3號(hào)球磨機(jī)供脂系統(tǒng)的打脂周期與進(jìn)口潤(rùn)滑脂使用時(shí)保持一致，間隔20 min，噴射60 s，確定噴嘴暢通，供脂泵脂壓及打脂量正常，與現(xiàn)場(chǎng)人員一起跟蹤監(jiān)測(cè)，測(cè)量小齒轉(zhuǎn)出面溫度。3號(hào)球磨機(jī)使用開式齒輪潤(rùn)滑脂HP800時(shí)小齒轉(zhuǎn)出面各點(diǎn)溫度曲線見圖7。

由圖7可以看出，開式齒輪潤(rùn)滑脂HP800試驗(yàn)期間，小齒齒面各點(diǎn)溫度隨環(huán)境溫度平穩(wěn)變化。期間最高環(huán)境溫度32 ℃，齒面平均最高溫度66.2 ℃，單點(diǎn)最高溫度70.1 ℃，未出現(xiàn)溫度異常，表明潤(rùn)滑效果較好。

將試驗(yàn)前使用進(jìn)口脂的10天齒面平均溫度與國產(chǎn)HP800潤(rùn)滑脂試驗(yàn)期間的第21至30天的齒面平均溫度進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果表明，環(huán)境溫度高，齒面平均溫度也隨之升高，規(guī)律性一致。3號(hào)球磨機(jī)使用開式齒輪潤(rùn)滑脂HP800與進(jìn)口脂的小齒轉(zhuǎn)出面平均溫度對(duì)比曲線見圖8。

借助頻閃儀對(duì)運(yùn)轉(zhuǎn)齒面進(jìn)行狀態(tài)檢查，小齒齒面烏黑，油膜較好，未發(fā)現(xiàn)點(diǎn)蝕、擦傷等磨損現(xiàn)象（圖9）。

試驗(yàn)后，3號(hào)球磨機(jī)停機(jī)檢查，小齒齒面光滑無點(diǎn)蝕、擦傷、犁溝等現(xiàn)象（圖10）。運(yùn)行脂狀態(tài)黑色拉絲有光澤，不工作錐入度362單位，略稠于新脂（不工作錐入度390單位），屬于正常情況，略稠的原因是留在齒面上的固體添加劑略多于油。對(duì)運(yùn)行脂作了鐵譜分析，未發(fā)現(xiàn)大片剝落的疲勞磨粒，含有極少量鐵質(zhì)顆粒的正常磨粒（圖11），表明潤(rùn)滑膜及添加劑的協(xié)同作用可滿足設(shè)備的潤(rùn)滑要求。

結(jié)束語

圖4 3號(hào)球磨機(jī)使用進(jìn)口脂時(shí)的小齒齒面運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)

圖5 3號(hào)球磨機(jī)使用進(jìn)口脂時(shí)的小齒齒面停機(jī)狀態(tài)

圖6 3號(hào)球磨機(jī)使用進(jìn)口脂時(shí)的運(yùn)行脂鐵譜分析顯微鏡照片（稀釋30倍，顯微鏡500倍）

圖7 3號(hào)球磨機(jī)使用開式齒輪潤(rùn)滑脂HP800時(shí)小齒轉(zhuǎn)出面各點(diǎn)溫度曲線

通過試驗(yàn)效果評(píng)價(jià)，國產(chǎn)的開式齒輪潤(rùn)滑脂HP800的極壓性、黏附性、防腐蝕性及泵送性等性能均滿足現(xiàn)場(chǎng)試用要求，設(shè)備的潤(rùn)滑效果與進(jìn)口油品一致，潤(rùn)滑脂消耗量相當(dāng)。在3號(hào)球磨機(jī)試驗(yàn)成功的基礎(chǔ)上，已逐步擴(kuò)大產(chǎn)品使用范圍至全生產(chǎn)線。目前，全部更換開式齒輪潤(rùn)滑脂HP800的球磨機(jī)生產(chǎn)線設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)正常，沒有發(fā)生過因潤(rùn)滑造成的故障，有力地保障了生產(chǎn)的順利進(jìn)行。某礦山公司通過停止采購進(jìn)口開式齒輪脂，選擇使用HP800開式齒輪潤(rùn)滑脂，大幅地降低了潤(rùn)滑脂的采購成本，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益，其球磨機(jī)開式齒潤(rùn)滑脂國產(chǎn)化工作取得了圓滿成功。

圖8 3號(hào)球磨機(jī)使用開式齒輪潤(rùn)滑脂HP800與進(jìn)口脂的小齒轉(zhuǎn)出面平均溫度對(duì)比曲線

圖9 3號(hào)球磨機(jī)使用開式齒輪潤(rùn)滑脂HP800時(shí)的小齒齒面運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)

圖10 3號(hào)球磨機(jī)使用開式齒輪潤(rùn)滑脂HP800時(shí)的小齒齒面停機(jī)狀態(tài)

圖11 3號(hào)球磨機(jī)使用開式齒輪潤(rùn)滑脂HP800時(shí)的運(yùn)行脂鐵譜分析顯微鏡照片（稀釋30倍，顯微鏡500倍）