劉海濤¹，王偉德²，張宏偉³，殷飛⁴，胡慶彪⁵

（1.新疆米東天山水泥有限責任公司；2.中材節能股份有限公司；3.江蘇天山水泥集團有限公司；4.中材常德水泥有限責任公司；5.中材水泥有限責任公司）

輥壓機在我國水泥工業的應用十分廣泛，不僅與管磨機形成多種組合用于粉磨水泥，還以終粉磨形式粉磨生料，Z近也有企業在進一步以終粉磨形式粉磨水泥。輥壓機粉磨原理帶來的節能效果十分顯著，生料粉磨電耗可降至10 kWh/t，水泥粉磨電耗會因不同工藝有所不同，有向20 kWh/t趨近的勢頭。在生產中，輥壓機節能優勢的發揮，還有賴于科學的管理和維護保養，這包括輥壓機行星齒輪減速箱（器）的潤滑。輥壓機行星齒輪減速箱（器）潤滑不合理會導致齒輪失效，從而影響輥壓機的安全運轉。本文就輥壓機行星齒輪減速箱（器）潤滑油的科學選擇進行論述。

01　行星齒輪減速箱（器）的減速原理

行星齒輪減速箱（器）的傳動機構是齒輪，其結構簡單，由太陽輪和行星輪組成，伺服電機帶動減速箱（器）的太陽輪，太陽輪再驅動支撐在內齒環上的行星輪，行星輪通過其與外齒環的嚙合傳動，驅動與外齒環相連的輸出軸，從而達到減速的目的。行星齒輪減速箱（器）結構比較緊湊，回程間隙小、精度較高，使用壽命長，額定輸出扭矩可以根據輥壓機的需要進行設計。目前，輥壓機規格越來越大，行星齒輪減速箱（器）都能根據需要進行匹配。

02　行星齒輪減速箱（器）齒輪的失效及失效形式

2.1 齒輪的失效

從行星齒輪減速箱（器）的減速原理來看，齒輪承擔著動力的傳遞，齒與齒之間的有效嚙合十分關鍵。實際生產中，齒輪的失效會導致行星齒輪減速箱（器）故障，導致粉磨系統停機，給企業帶來損失。輥壓機行星齒輪減速箱（器）齒輪失效的原因很多，比如減速器設計不合理，制造精度不夠或選取材質存在問題，或者是輥壓機系統的劇烈振動和載荷大幅度波動（一般來說，喂入輥壓機的物料粒度不均勻、下料過程中存在堵料導致喂料斷斷續續等都會導致輥壓機系統的劇烈振動和載荷大幅度波動），另外，減速箱（器）的潤滑不合理也會導致齒輪失效，這是一個不容忽視的重要原因。據TS水泥企業集團統計，該集團行星齒輪減速箱（器）因潤滑不合理導致的齒輪失效占所有齒輪失效故障的28%左右。這引起了該公司的高度重視。

2.2 齒輪的失效形式

在輥壓機行星齒輪減速箱（器）的維護維修保養過程中，我們對齒輪的失效形式進行了分類，包括輪齒折斷、齒面磨損、齒面膠合、齒面點蝕和齒體塑性變形。

輪齒折斷：輥壓機運行過程中，在喂入輥壓機的物料粒度不均勻、下料過程中存在堵料導致喂料斷斷續續等導致輥壓機系統的劇烈振動和載荷大幅度波動的情況下，齒輪根部受到的應力超過齒輪材料的疲勞極限時，會在根部產生裂紋，繼續運轉該裂紋并逐步擴展，直至斷齒現象發生。減速器設計不合理、制造精度不夠或選取材質存在問題，也會引起斷齒。

齒面磨損：當潤滑油中進入雜質，這些雜質隨潤滑油進入齒面，在運行中會引起齒面磨粒磨損。長期下去，這種磨損會導致齒面粗糙、齒廓改變、側隙加大，以至于齒輪過度減薄、齒輪減薄、抗折能力削弱，在負載不減時必然導致齒斷現象發生。

齒面膠合：齒面膠合多發生于高速重載的齒輪傳動中，而輥壓機行星齒輪減速箱（器）屬于典型的低速重載的齒輪傳動。在高速重載的齒輪傳動中，齒面間的摩擦會導致嚙合區溫度過高，如果潤滑條件不好，兩輪齒的金屬表面會因齒面間的油膜消失而直接接觸，導致相互粘結膠合，此時，齒面繼續相對運動會在表面形成溝紋。這種現象在低速重載齒輪傳動輥壓機行星齒輪減速箱（器）中發生較少，但在潤滑條件極差時也有發生，不可忽視。

疲勞點蝕：運行較長一段時間后齒面上會出現一些疲勞淺坑，這就是我們常說的疲勞點蝕。齒與齒之間的有效嚙合，必然存在兩輪齒的接觸，并且接觸點是動態變化的，在變化的接觸點上動態的分布著齒面間的作用力和反作用力。持續運轉的齒面在這種作用力下，會在齒面的薄弱處出現小的裂紋，日積月累，裂紋逐漸在表層發散擴展，當裂紋封閉成環后，開始發生局部剝落，出現肉眼可見的疲勞淺坑，形成點蝕。

塑性變形：齒體變形，往往是在沖擊載荷或重載下，齒面局部變形，從而使漸開線齒廓的曲面發生變形。

03　做好齒輪減速箱潤滑油的選擇工作

3.1 有效的潤滑可以防止或延緩齒輪失效

上文對齒輪失效形式的分析，讓我們明白了齒輪失效的起因，我們可以采取有效的措施防止或延緩齒輪失效。加強減速箱（器）的潤滑是一個十分有?的方法。潤滑油能在工作零件的接觸面之間形成油膜，減少零件接觸面間的摩擦（減輕齒面磨損）；吸收減速器中所產生的熱量，并使它逸散，使零件溫度不致過高（防止齒面膠合）；吸收沖擊和振動（減少齒輪斷裂和變形以及減輕點蝕的幾率），降低噪聲；排出污染物（減輕齒面磨損）。

3.2 傳統的潤滑油選擇方法

在2000年前后，輥壓機行星減速箱（器）的潤滑，一般直接選用高粘度潤滑油。這種選擇，是為了確保在輥壓機行星減速箱（器）齒面上有效形成油膜，以有效防止或延緩齒輪失效。具體地講，一是依據輥壓機行星減速箱（器）運行的特點：低速重載、載荷波動，這種特點齒輪表面不容易形成油膜，須選擇高粘度的齒輪油；二是針對齒輪表面的疲勞點蝕、剝落、膠合以及磨損，齒面形成油膜能夠減輕這些癥狀和延緩這些現象的發生。沒有良好的油膜，一定沒有潤滑充分的齒面。至今，高粘度的齒輪油或采用含極壓添加劑的工業齒輪油，比如L-CKC、L-CKD、L-CKT等，備受輥壓機用戶青睞；三是齒面局部變形或齒輪變形時，連續完整的油膜能吸收傳來的沖擊力和振動力，減輕外力對齒面的傷害，這也需要高粘度的齒輪油。

3.3 高粘度潤滑油的不足

實踐中，我們發現：使用高粘度潤滑油，輥壓機行星減速箱（器）啟動阻力大。如果降低潤滑油的粘度，在啟動瞬間潤滑油難以形成油膜，難以給齒輪以保護，易縮短齒輪的使用壽命。

實踐中，我們還發現：潤滑系統在運行一段時間后隨著油品溫度逐漸上升，振幅加大、噪音增大、齒面疲勞而產生的點蝕、剝落隨之出現，傳動精度下降，局部出現更高負載、油膜更薄條件下工作，這種情況下，齒輪箱故障和事故頻發。

另外，油泥、磨屑的產生不僅會堵塞過濾器，使油回路不暢還會造成潤滑不足、腐蝕磨損，使表面越來越粗糙，同時積累在箱底和壁管上難以清理造成新的污染。特別是大量堵積在過濾口上造成回油不暢，甚至斷油現象，以致發生大面積擦傷和齒面膠合事故。

3.4 潤滑油選擇新理念

根據高粘度潤滑油存在的不足，我們對潤滑油的選擇提出了明確的要求：粘度可以低一點，但啟動時一定要形成Z佳的油膜保護；油品性能持久，降低齒面粗糙度（因為齒面粗糙度影響油膜的壓力、膜厚和溫度，從而影響潤滑效果）；油品清潔持久。

3.5 粘性高效齒輪油的特點

目前，市面上有一種粘性高效齒輪油，基本上符合我們提出的質量和功能要求。該潤滑油的特點是：低粘度、高極壓、高性能，能快速形成油膜，能有效控制啟動瞬間對摩擦副造成的損傷，減少系統振動；能夠改善摩擦表面擦傷程度。

（1）低粘度、高極壓、高性能是粘性高效齒輪油Z突出的特點：適當降低粘度，可減少啟動阻力提升啟動力矩，節省能源；高極壓、高性能并不因為油品粘度適當降低而受影響，卻能通過獨特性能的添加劑快速形成螺旋上升油膜，這種高性能油膜必須在啟動瞬間形成，達到充分保護高速輸入齒輪的目的。其優異的性能還表現在提升抗磨損能力，降低滑動方向摩擦系數以及高抗水能力、高抗乳化能力等方面，后者能確保油品進入水分后不會被乳化變質。

（2）粘性高效齒輪油能夠改善摩擦表面擦傷程度，保持齒輪表面平整、光潔，可抑制點蝕剝落。在潤滑劑化學物理機能作用下，可實現表面粗糙狀態的改善，使齒面單位面積受力均勻程度逐漸提高或保持Z初的表面狀態，達到有效抑制點蝕產生或擴散的目的。這依賴于其優異的抗氧化能力，這種能力可使油品保持長久的清潔狀態。

保持油品清潔和摩擦副高清潔是傳動件長效運行的表現。在以往的生產中，我們發現潤滑不良產生的如油泥等軟顆粒和過度磨損產生的磨屑，這些顆粒會堵塞過濾器，使油回路不暢。油品被氧化而產生油泥，油泥附著在齒輪表面對機件造成潤滑不足、腐蝕磨損，使表面越來越粗糙，同時積累在箱底和壁管上難以清理造成新的污染。特別是大量堵積在過濾口上造成回油不暢，甚至斷油現象，以致發生大面積擦傷和齒面膠合事故。

粘性高效齒輪油具有抑制溫升的能力和氧化物自分解能力，這就是所謂的自清潔能力。

我們將粘性高效齒輪油試用于輥壓機行星齒輪箱，油品壽命是之前的1.5倍，且在控制點蝕、齒面粗糙度得到明顯改善。

04　結束語

減速器的設計、制造缺陷和輥壓機系統的載荷異常是導致齒輪失效的重要原因，潤滑不當是導致齒輪失效的另外一個重要原因，我們應當引起重視。為了確保輥壓機行星齒輪減速箱（器）潤滑的科學性，我們在對齒輪失效機理研究的基礎上，根據實踐中取得的有得有失經驗，主張選擇這樣的潤滑油：粘度可以低一點，但啟動時一定要形成Z佳的油膜保護；油?性能持久，降低齒面粗糙度（因為齒面粗糙度影響油膜的壓力、膜厚和溫度，從而影響潤滑效果）；油品清潔持久。

來源：《新世紀水泥導報》2020年4期