一、重載開式齒輪潤(rùn)滑理論基礎(chǔ) 

　　重載開式齒輪的摩擦副是大小齒輪，其工況條件主要是低速、重載、沖擊負(fù)荷。在該工況條件下，摩擦副處于典型的邊界摩擦和混合摩擦范圍，這將會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的齒面損傷，怎樣將特定條件下的摩擦副從邊界摩擦和混合摩擦范圍帶到彈性流體動(dòng)力潤(rùn)滑狀態(tài)，這是摩擦學(xué)專門研究的范圍。 

圖一 重載開式齒輪摩擦區(qū)域分布 

　　如圖二所示，STRIBECK曲線是國(guó)際通用用于評(píng)價(jià)某個(gè)特定摩擦副的手段，它與摩擦副的負(fù)載、速度、尺寸，以及潤(rùn)滑劑的基礎(chǔ)油粘度、添加劑性能息息相關(guān)。 

　　由于低速工況下油契力遠(yuǎn)不如高速工況下強(qiáng)，因而需要高粘度的基礎(chǔ)油形成抗剪切的高彈性緩沖油膜，潤(rùn)滑油的基礎(chǔ)油粘度是第一要素，添加劑，尤其是極壓抗磨添加劑的品質(zhì)、含量和在基礎(chǔ)油中的溶解性也大大影響潤(rùn)滑劑的承載性能和抗磨損效果。

圖二：STRIBECK曲線 速度-黏度-磨擦系數(shù)

　　二、齒面產(chǎn)生點(diǎn)蝕和擦傷

　　點(diǎn)蝕是齒面較嚴(yán)重的疲勞損傷之一，是齒面材料在變化的接觸應(yīng)力作用下，由于金屬疲勞而產(chǎn)生的麻點(diǎn)狀或坑狀損傷。最初的點(diǎn)蝕僅為針尖大小的麻點(diǎn)，如果工作條件未改善，麻點(diǎn)就會(huì)逐漸擴(kuò)大，甚至數(shù)點(diǎn)連片，最后形成較大的損傷。

　　齒輪在嚙合過(guò)程中，齒面的相對(duì)滑動(dòng)起著形成油膜的作用，相對(duì)滑動(dòng)速度越高，齒面間越易形成油膜。在節(jié)線處嚙合時(shí)，相會(huì)滑動(dòng)速度低，形成油膜條件差，潤(rùn)滑效率低甚至潤(rùn)滑失效。因此點(diǎn)蝕首先出現(xiàn)節(jié)線或齒根區(qū)域，然后延伸成片。

　　齒面擦傷，在工況條件下，齒面嚙合形成的油膜不足或油膜破裂，造成嚙合面的金屬部分接觸，造成齒面擦傷。 含有極壓抗磨劑的高黏度潤(rùn)滑劑可形成抗剪切的高彈性緩沖油膜，能有效減緩點(diǎn)蝕和齒面擦傷的發(fā)生。

　　三、開式齒輪潤(rùn)滑劑發(fā)展經(jīng)歷及新工業(yè)要求

　　在開式齒輪潤(rùn)滑領(lǐng)域，潤(rùn)滑劑經(jīng)歷了三個(gè)發(fā)展階段：

　　1、溶劑瀝青型產(chǎn)品

　　這類產(chǎn)品一般以瀝青為黏附劑，添加醚類化合物作為稀釋劑，以改善潤(rùn)滑油在低溫下的流動(dòng)性和泵送效果。一旦溶劑揮發(fā)過(guò)多，該類潤(rùn)滑油就會(huì)導(dǎo)致堵塞分配器和管路。而且瀝青屬于雜環(huán)類化合物，在潤(rùn)滑劑中實(shí)際起到增粘的作用而非潤(rùn)滑作用。同時(shí)瀝青分子鏈容易被剪斷，潤(rùn)滑劑變稀后粘附性下降而起不到保護(hù)齒面的作用。另外，瀝青難于清洗，不環(huán)保，目前在歐美等國(guó)家已經(jīng)被法律禁止使用。

　　2、石墨基潤(rùn)滑脂

　　一般以鋁皂/復(fù)合鋁皂稠化礦物油，并加有一定量的固體自潤(rùn)滑材料石墨，其主要特點(diǎn)是石墨在重載、沖擊載荷以及缺油情況下起到緊急潤(rùn)滑的功效。該類產(chǎn)品正因?yàn)楹惺环檄h(huán)保趨勢(shì)，而且在回轉(zhuǎn)窯油池潤(rùn)滑中，潤(rùn)滑脂常黏附在齒輪罩和大齒輪非工作面不能回流而造成潤(rùn)滑成本增加。該類產(chǎn)品的抗焊接負(fù)荷一般只有6500-7000牛頓，在高負(fù)荷和極壓工況下，不能提供足夠的潤(rùn)滑保護(hù)。

　　3、全油型潤(rùn)滑油

　　第三代的超高粘度的半合成油，加有特殊的極壓抗磨添加劑，粘附力強(qiáng)，能在齒面形成足夠厚的潤(rùn)滑油膜來(lái)保證齒輪潤(rùn)滑。它是100%的基礎(chǔ)油參加潤(rùn)滑，不象前兩者潤(rùn)滑劑中只有部分基礎(chǔ)油參與潤(rùn)滑，因而在保證充分潤(rùn)滑的前提下全油型潤(rùn)滑油可以降低用量一半。同時(shí)由于其分子量整齊，潤(rùn)滑油不會(huì)因?yàn)楸患魯喽斐烧扯认陆担瑢?dǎo)致油膜破裂，粘附性變差而從齒輪表面流失。該潤(rùn)滑劑屬于環(huán)保型產(chǎn)品，為最新一代的開式齒輪潤(rùn)滑產(chǎn)品，如KLUBERFLUID C-F 3 ULTRA。

　　潤(rùn)滑油的基礎(chǔ)油粘度V40，V100值反映了該產(chǎn)品的油膜承載能力，KLUBERFLUID C-F 3 ULTRA分別高達(dá) 16500cSt，500cSt，第二代的石墨基產(chǎn)品的 V40僅為680-2500 cSt。同時(shí)KLUBERFLUID C-F 3 ULTRA 具有更好的粘溫性能，粘溫度指數(shù)高達(dá)170，而瀝青型產(chǎn)品僅40左右，石墨基潤(rùn)滑脂為100 左右。 KLUBERFLUID C-F 3 ULTRA更具有高達(dá)8500牛頓的抗焊接負(fù)荷，而溶劑瀝青型產(chǎn)品僅為4000牛頓，石墨基潤(rùn)滑脂一般為6500-7000牛頓。

　　使用現(xiàn)代、環(huán)保健康的潤(rùn)滑劑的發(fā)展趨勢(shì)對(duì)新的粘附性潤(rùn)滑劑的研發(fā)造成了影響，從而導(dǎo)致了全新產(chǎn)品的問(wèn)世。人們需要一種不含瀝青，并且不含鉛、氯以及CFC溶劑的潤(rùn)滑劑，而且這種潤(rùn)滑劑應(yīng)當(dāng)是淺色的，可以避免含石墨潤(rùn)滑劑帶來(lái)的污染，并且廢油處理更簡(jiǎn)便，運(yùn)行維護(hù)更容易。含石墨的粘附性潤(rùn)滑劑彌補(bǔ)了含瀝青產(chǎn)品的很多缺陷，但是它的顏色還是不夠透明。

　　市場(chǎng)上合成/半合成的的高粘和超高粘潤(rùn)滑劑是不含石墨，但含有多種添加劑。這種潤(rùn)滑劑也有優(yōu)越的粘附性和良好的齒面保護(hù)性能。

　　下圖為石墨基產(chǎn)品和全油型開齒潤(rùn)滑劑在齒面的形成的油膜情況，使用KLUBERFLUID C-F 3 ULTRA很容易用肉眼觀察到齒面情況。

　　四、全透明粘附性潤(rùn)滑劑的特點(diǎn)

　　全透明粘附性潤(rùn)滑劑的承載級(jí)別>12級(jí)，磨損量<0.2mg/kwh（FZG試驗(yàn)A 8.3/90℃，DIN51354），焊接載荷>8500N（VKA四球磨損試驗(yàn)，DIN51350，point 4）。

　　依照實(shí)際的運(yùn)作條件，無(wú)石墨潤(rùn)滑劑可以通過(guò)噴灑、油池和循環(huán)等潤(rùn)滑方式使用。在噴灑潤(rùn)滑的情況下，潤(rùn)滑劑消耗量可以降低50%。這顯然對(duì)廢油處理有著積極的影響。另外，經(jīng)驗(yàn)表明，小齒輪軸承的振動(dòng)和齒面溫度都顯著降低。另一個(gè)重要的方面就是淺色的、透明的潤(rùn)滑劑事維護(hù)檢測(cè)齒面的工作容易許多，例如，用閃頻檢測(cè)儀在不停機(jī)情況下對(duì)齒輪嚙合面進(jìn)行檢查，不再需要進(jìn)行費(fèi)錢、費(fèi)時(shí)的齒輪清洗了。除此之外，通過(guò)透明的油膜可以隨時(shí)觀測(cè)齒面的變化，而且，廢油處理的成本也因?yàn)闈?rùn)滑劑用量的下降而降低了。潤(rùn)滑劑根據(jù)《德國(guó)空氣清潔法令分類V》進(jìn)行分級(jí)，可以直接進(jìn)行焚燒處理。

　　五、全透明粘附性潤(rùn)滑劑的應(yīng)用

　　KLUBERFLUID C-F 3 Ultra在全球30多個(gè)國(guó)家，400多個(gè)電廠、水泥廠均有成功應(yīng)用，在國(guó)內(nèi)也有超過(guò)50條2500-10000t/d 水泥干法生產(chǎn)線使用KLUBERFLUID C-F 3 Ultra用于開式齒輪潤(rùn)滑。

　　結(jié)論

　　全透明粘附性潤(rùn)滑劑相對(duì)含瀝青和石墨潤(rùn)滑劑保護(hù)齒面效能突出，對(duì)環(huán)境友好，并且潤(rùn)滑成本較低，是開式齒輪潤(rùn)滑劑的發(fā)展方向。選擇合適的潤(rùn)滑劑要根據(jù)特定的操作和實(shí)際工況決定，并要參考設(shè)備生產(chǎn)廠家的潤(rùn)滑推薦。

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