浅谈辊压机行星齿轮减速箱（器）润滑油的选择

刘海涛¹，王伟德²，张宏伟³，殷飞⁴，胡庆彪⁵

（1.新疆米东天山水泥有限责任公司；2.中材节能股份有限公司；3.江苏天山水泥集团有限公司；4.中材常德水泥有限责任公司；5.中材水泥有限责任公司）

辊压机在我国水泥工业的应用十分广泛，不仅与管磨机形成多种组合用于粉磨水泥，还以终粉磨形式粉磨生料，Z近也有企业在进一步以终粉磨形式粉磨水泥。辊压机粉磨原理带来的节能效果十分显著，生料粉磨电耗可降至10 kWh/t，水泥粉磨电耗会因不同工艺有所不同，有向20 kWh/t趋近的势头。在生产中，辊压机节能优势的发挥，还有赖于科学的管理和维护保养，这包括辊压机行星齿轮减速箱（器）的润滑。辊压机行星齿轮减速箱（器）润滑不合理会导致齿轮失效，从而影响辊压机的安全运转。本文就辊压机行星齿轮减速箱（器）润滑油的科学选择进行论述。

01　行星齿轮减速箱（器）的减速原理

行星齿轮减速箱（器）的传动机构是齿轮，其结构简单，由太阳轮和行星轮组成，伺服电机带动减速箱（器）的太阳轮，太阳轮再驱动支撑在内齿环上的行星轮，行星轮通过其与外齿环的啮合传动，驱动与外齿环相连的输出轴，从而达到减速的目的。行星齿轮减速箱（器）结构比较紧凑，回程间隙小、精度较高，使用寿命长，额定输出扭矩可以根据辊压机的需要进行设计。目前，辊压机规格越来越大，行星齿轮减速箱（器）都能根据需要进行匹配。

02　行星齿轮减速箱（器）齿轮的失效及失效形式

2.1 齿轮的失效

从行星齿轮减速箱（器）的减速原理来看，齿轮承担着动力的传递，齿与齿之间的有效啮合十分关键。实际生产中，齿轮的失效会导致行星齿轮减速箱（器）故障，导致粉磨系统停机，给企业带来损失。辊压机行星齿轮减速箱（器）齿轮失效的原因很多，比如减速器设计不合理，制造精度不够或选取材质存在问题，或者是辊压机系统的剧烈振动和载荷大幅度波动（一般来说，喂入辊压机的物料粒度不均匀、下料过程中存在堵料导致喂料断断续续等都会导致辊压机系统的剧烈振动和载荷大幅度波动），另外，减速箱（器）的润滑不合理也会导致齿轮失效，这是一个不容忽视的重要原因。据TS水泥企业集团统计，该集团行星齿轮减速箱（器）因润滑不合理导致的齿轮失效占所有齿轮失效故障的28%左右。这引起了该公司的高度重视。

2.2 齿轮的失效形式

在辊压机行星齿轮减速箱（器）的维护维修保养过程中，我们对齿轮的失效形式进行了分类，包括轮齿折断、齿面磨损、齿面胶合、齿面点蚀和齿体塑性变形。

轮齿折断：辊压机运行过程中，在喂入辊压机的物料粒度不均匀、下料过程中存在堵料导致喂料断断续续等导致辊压机系统的剧烈振动和载荷大幅度波动的情况下，齿轮根部受到的应力超过齿轮材料的疲劳极限时，会在根部产生裂纹，继续运转该裂纹并逐步扩展，直至断齿现象发生。减速器设计不合理、制造精度不够或选取材质存在问题，也会引起断齿。

齿面磨损：当润滑油中进入杂质，这些杂质随润滑油进入齿面，在运行中会引起齿面磨粒磨损。长期下去，这种磨损会导致齿面粗糙、齿廓改变、侧隙加大，以至于齿轮过度减薄、齿轮减薄、抗折能力削弱，在负载不减时必然导致齿断现象发生。

齿面胶合：齿面胶合多发生于高速重载的齿轮传动中，而辊压机行星齿轮减速箱（器）属于典型的低速重载的齿轮传动。在高速重载的齿轮传动中，齿面间的摩擦会导致啮合区温度过高，如果润滑条件不好，两轮齿的金属表面会因齿面间的油膜消失而直接接触，导致相互粘结胶合，此时，齿面继续相对运动会在表面形成沟纹。这种现象在低速重载齿轮传动辊压机行星齿轮减速箱（器）中发生较少，但在润滑条件极差时也有发生，不可忽视。

疲劳点蚀：运行较长一段时间后齿面上会出现一些疲劳浅坑，这就是我们常说的疲劳点蚀。齿与齿之间的有效啮合，必然存在两轮齿的接触，并且接触点是动态变化的，在变化的接触点上动态的分布着齿面间的作用力和反作用力。持续运转的齿面在这种作用力下，会在齿面的薄弱处出现小的裂纹，日积月累，裂纹逐渐在表层发散扩展，当裂纹封闭成环后，开始发生局部剥落，出现肉眼可见的疲劳浅坑，形成点蚀。

塑性变形：齿体变形，往往是在冲击载荷或重载下，齿面局部变形，从而使渐开线齿廓的曲面发生变形。

03　做好齿轮减速箱润滑油的选择工作

3.1 有效的润滑可以防止或延缓齿轮失效

上文对齿轮失效形式的分析，让我们明白了齿轮失效的起因，我们可以采取有效的措施防止或延缓齿轮失效。加强减速箱（器）的润滑是一个十分有?的方法。润滑油能在工作零件的接触面之间形成油膜，减少零件接触面间的摩擦（减轻齿面磨损）；吸收减速器中所产生的热量，并使它逸散，使零件温度不致过高（防止齿面胶合）；吸收冲击和振动（减少齿轮断裂和变形以及减轻点蚀的几率），降低噪声；排出污染物（减轻齿面磨损）。

3.2 传统的润滑油选择方法

在2000年前后，辊压机行星减速箱（器）的润滑，一般直接选用高粘度润滑油。这种选择，是为了确保在辊压机行星减速箱（器）齿面上有效形成油膜，以有效防止或延缓齿轮失效。具体地讲，一是依据辊压机行星减速箱（器）运行的特点：低速重载、载荷波动，这种特点齿轮表面不容易形成油膜，须选择高粘度的齿轮油；二是针对齿轮表面的疲劳点蚀、剥落、胶合以及磨损，齿面形成油膜能够减轻这些症状和延缓这些现象的发生。没有良好的油膜，一定没有润滑充分的齿面。至今，高粘度的齿轮油或采用含极压添加剂的工业齿轮油，比如L-CKC、L-CKD、L-CKT等，备受辊压机用户青睐；三是齿面局部变形或齿轮变形时，连续完整的油膜能吸收传来的冲击力和振动力，减轻外力对齿面的伤害，这也需要高粘度的齿轮油。

3.3 高粘度润滑油的不足

实践中，我们发现：使用高粘度润滑油，辊压机行星减速箱（器）启动阻力大。如果降低润滑油的粘度，在启动瞬间润滑油难以形成油膜，难以给齿轮以保护，易缩短齿轮的使用寿命。

实践中，我们还发现：润滑系统在运行一段时间后随着油品温度逐渐上升，振幅加大、噪音增大、齿面疲劳而产生的点蚀、剥落随之出现，传动精度下降，局部出现更高负载、油膜更薄条件下工作，这种情况下，齿轮箱故障和事故频发。

另外，油泥、磨屑的产生不仅会堵塞过滤器，使油回路不畅还会造成润滑不足、腐蚀磨损，使表面越来越粗糙，同时积累在箱底和壁管上难以清理造成新的污染。特别是大量堵积在过滤口上造成回油不畅，甚至断油现象，以致发生大面积擦伤和齿面胶合事故。

3.4 润滑油选择新理念

根据高粘度润滑油存在的不足，我们对润滑油的选择提出了明确的要求：粘度可以低一点，但启动时一定要形成Z佳的油膜保护；油品性能持久，降低齿面粗糙度（因为齿面粗糙度影响油膜的压力、膜厚和温度，从而影响润滑效果）；油品清洁持久。

3.5 粘性高效齿轮油的特点

目前，市面上有一种粘性高效齿轮油，基本上符合我们提出的质量和功能要求。该润滑油的特点是：低粘度、高极压、高性能，能快速形成油膜，能有效控制启动瞬间对摩擦副造成的损伤，减少系统振动；能够改善摩擦表面擦伤程度。

（1）低粘度、高极压、高性能是粘性高效齿轮油Z突出的特点：适当降低粘度，可减少启动阻力提升启动力矩，节省能源；高极压、高性能并不因为油品粘度适当降低而受影响，却能通过独特性能的添加剂快速形成螺旋上升油膜，这种高性能油膜必须在启动瞬间形成，达到充分保护高速输入齿轮的目的。其优异的性能还表现在提升抗磨损能力，降低滑动方向摩擦系数以及高抗水能力、高抗乳化能力等方面，后者能确保油品进入水分后不会被乳化变质。

（2）粘性高效齿轮油能够改善摩擦表面擦伤程度，保持齿轮表面平整、光洁，可抑制点蚀剥落。在润滑剂化学物理机能作用下，可实现表面粗糙状态的改善，使齿面单位面积受力均匀程度逐渐提高或保持Z初的表面状态，达到有效抑制点蚀产生或扩散的目的。这依赖于其优异的抗氧化能力，这种能力可使油品保持长久的清洁状态。

保持油品清洁和摩擦副高清洁是传动件长效运行的表现。在以往的生产中，我们发现润滑不良产生的如油泥等软颗粒和过度磨损产生的磨屑，这些颗粒会堵塞过滤器，使油回路不畅。油品被氧化而产生油泥，油泥附着在齿轮表面对机件造成润滑不足、腐蚀磨损，使表面越来越粗糙，同时积累在箱底和壁管上难以清理造成新的污染。特别是大量堵积在过滤口上造成回油不畅，甚至断油现象，以致发生大面积擦伤和齿面胶合事故。

粘性高效齿轮油具有抑制温升的能力和氧化物自分解能力，这就是所谓的自清洁能力。

我们将粘性高效齿轮油试用于辊压机行星齿轮箱，油品寿命是之前的1.5倍，且在控制点蚀、齿面粗糙度得到明显改善。

04　结束语

减速器的设计、制造缺陷和辊压机系统的载荷异常是导致齿轮失效的重要原因，润滑不当是导致齿轮失效的另外一个重要原因，我们应当引起重视。为了确保辊压机行星齿轮减速箱（器）润滑的科学性，我们在对齿轮失效机理研究的基础上，根据实践中取得的有得有失经验，主张选择这样的润滑油：粘度可以低一点，但启动时一定要形成Z佳的油膜保护；油?性能持久，降低齿面粗糙度（因为齿面粗糙度影响油膜的压力、膜厚和温度，从而影响润滑效果）；油品清洁持久。

来源：《新世纪水泥导报》2020年4期