開式齒輪潤滑系統(tǒng)在格子型球磨機(jī)上的研究應(yīng)用

丁鳳蓮

（中條山有色金屬集團(tuán)有限公司，山西 垣曲 043700）

銅礦峪礦選礦廠一段系統(tǒng)，現(xiàn)有沈陽重機(jī)廠生產(chǎn)的6臺Φ2.7×3.6m格子型球磨機(jī)呈水平布置的，自1975年投產(chǎn)以來，其大小齒輪的潤滑方式一直沿用人工定期加注混合潤滑油。在實(shí)際運(yùn)行中，當(dāng)齒輪高速運(yùn)轉(zhuǎn)時混合潤滑油被直接甩出，輪齒表面不能形成良好的油膜，致使輪齒出現(xiàn)磨損嚴(yán)重、點(diǎn)蝕、膠合、塑性變形、沖擊斷裂等齒面失效形式，大大地縮短其使用壽命，增加備件的投入，降低球磨機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)率。通過對球磨機(jī)大小齒輪潤滑系統(tǒng)進(jìn)行合理選型，制定改造方案并加以實(shí)施，取得了良好的效果。

1 球磨機(jī)大小齒輪現(xiàn)狀

1.1 大小齒輪齒面現(xiàn)狀

齒輪輪齒表面存在明顯的缺油狀態(tài)，并貫穿整個齒輪；大、小齒輪驅(qū)動端側(cè)有點(diǎn)蝕、膠合、塑性變形及擦刮傷的痕跡；表面磨損超過2mm，齒端磨出約2mm～3mm的臺階；齒輪的漸開線已經(jīng)發(fā)生較大變化，齒輪嚙合時頻繁出現(xiàn)沖擊載荷，球磨機(jī)運(yùn)行中振動噪音較大。

圖1 小齒輪現(xiàn)狀

圖2 大齒輪現(xiàn)

1.2 對大小齒輪齒面溫度

對大小齒輪運(yùn)行中齒面溫度進(jìn)行測量，數(shù)據(jù)見表1。

表1 齒輪輪齒溫度測點(diǎn)及數(shù)據(jù)

1.3 小齒輪振動情況

對小齒輪運(yùn)行中振動值進(jìn)行測量，數(shù)據(jù)見表2。

表2 小齒輪運(yùn)行中振動值測點(diǎn)及數(shù)據(jù)

2 球磨機(jī)大小齒輪潤滑系統(tǒng)存在的問題

2.1 安全隱患

大小齒輪潤滑系統(tǒng)中的潤滑油是由機(jī)油、瀝青、二硫化鉬粉按4∶2∶4比例混合而成，潤滑方式采用人工定期加注。加注時需經(jīng)將混合好后的潤滑油吊運(yùn)到齒輪箱上方觀察口處倒入，存在高空作業(yè)、吊裝作業(yè)、環(huán)境污染等較大的安全隱患。

2.2 輪齒磨損嚴(yán)重，運(yùn)行中噪音振動大

齒輪箱內(nèi)的混合潤滑油在齒輪高速旋轉(zhuǎn)時被直接甩出，造成齒輪輪齒間不能形成良好的油膜，出現(xiàn)點(diǎn)蝕、膠合、塑性變形、磨損嚴(yán)重、甚者沖擊斷裂等失效形式，這將大大地縮短其使用壽命，同時增加備件投入，由于齒輪漸開線發(fā)生變化，頻繁出現(xiàn)沖擊載荷，使得運(yùn)行中振動噪音較大。

2.3 檢修時間長，勞動強(qiáng)度大

在更換大齒圈時，因大齒圈是直徑為4000mm的整體式齒圈，齒圈預(yù)裝前，先搭建一水平組裝平臺，由于筒體不動，安裝全過程均需橋式起重機(jī)輔助，用橋式起重機(jī)將齒圈垂直吊起，頂部穿定位螺栓定位后，底部用多個千斤頂輔助調(diào)平，將齒圈慢慢推入讓其與端蓋的結(jié)合面結(jié)合，通過調(diào)整將其他定位螺栓裝好，然后用直徑比螺栓孔小的連接螺栓將齒圈和端蓋連接；預(yù)裝結(jié)束后調(diào)整齒圈與筒體的同軸度，然后裝4件千分表在保證結(jié)合面間隙的前提下對齒圈徑向、軸向的跳動的進(jìn)行調(diào)整；全部調(diào)整合格后，將連接螺栓更換為標(biāo)準(zhǔn)的連接螺栓，接著調(diào)整小齒輪使輪齒接觸面積、齒頂、齒側(cè)間隙滿足要求，綜上更換大齒圈安裝調(diào)試過程較長，這樣既延長了設(shè)備的檢修時間，又增加了維修工的勞動強(qiáng)度。

2.4 端蓋漏漿，小齒輪運(yùn)行成本高，設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)率低

因球磨機(jī)筒體與端蓋密封是靠止口配合加螺栓緊固，在物料與鋼球的沖擊下，連接螺栓松動或疲勞斷裂，礦漿從端蓋螺栓孔中漏出，經(jīng)大齒圈進(jìn)入潤滑油內(nèi)，造成潤滑油污染，齒輪磨損加劇，甚至斷裂等設(shè)備事故，提高了運(yùn)行成本，降低了設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)率。

2.5 污染環(huán)境

當(dāng)齒輪高速運(yùn)轉(zhuǎn)時，混合潤滑油被直接甩出，黏附在齒輪罩上，部分從齒輪箱的縫隙中流出，造成環(huán)境污染。

3 采取措施

3.1 筒體與出料端蓋新增密封并定期檢查

對球磨機(jī)的出料端蓋進(jìn)行改造，新增密封并定期檢查，杜絕潤滑油被污染。

3.2 新增一拖二式開式齒輪潤滑系統(tǒng)

針對格子型球磨機(jī)現(xiàn)運(yùn)行狀況及存在的問題，考慮齒輪的運(yùn)行工況、寬度、轉(zhuǎn)速、齒面運(yùn)行溫度、冬夏季工作環(huán)境及溫度、小齒輪間歇潤滑等因素；本著降低運(yùn)行成本、減輕勞動強(qiáng)度、減少環(huán)境污染的原則，在兩臺球磨機(jī)中間增加一拖二開式齒輪潤滑系統(tǒng)替換原人工定期加注潤滑，保證齒輪表面形成良好油膜的前提下，交替為兩臺球磨機(jī)傳動齒輪噴灑清潔的潤滑油，且潤滑油不循環(huán)使用，這樣就減少了齒輪輪齒的摩擦磨損，延長齒輪壽命。

3.3 潤滑油的粘度及潤滑量的計算

3.3.1 潤滑油動力粘度計算

η0=h0P/4.896VR

式中h0一般取0.0005mm，P單位面積的接觸負(fù)荷即P=9545N/n1R1b1cosancosβ，V相對滾動速度即V=（V1+V2）/2，R相對曲率半徑即R=R1R2/（R1+R2）。

（1）齒輪節(jié)圓速度V=πdn/60[1]

大齒輪V1=πdn1/60=3.14×0.575×187.5/60=5.64m/s

小齒輪V2=πdn2/60=3.14×4.95×7.5/60=5.64m/s

式中V1、V2大小齒輪節(jié)圓速度m/s，d1、d2大、小齒輪分度圓直徑m，n1、n2小齒輪轉(zhuǎn)速r/min。

相對滾動速度：

V=（V1+V2）/2=（1.92+5.64）/2=3.79m/s

（2）相對曲率半徑：

R=R1R2/（R1+R2）=289×2475/289+2475=259mm

（3）齒面接觸應(yīng)力σH=335{（u±1）3KT1/bau}?

式中σH齒面接觸應(yīng)力N/mm2，u齒輪傳動比，±外嚙合齒輪選+、內(nèi)嚙合齒輪選-，k載荷系數(shù)，查表選取1.7，p功率kW,n1大齒輪轉(zhuǎn)速r/min，b齒輪寬度mm，m為模數(shù)，z1小齒輪齒數(shù)，z2大齒輪齒數(shù)，a齒輪中心距。

其中T1=9550×p/n=9.55×106×400/187.5=2.037×107N.mm。

a=（d1+d2）/2=m（z1+z2）/2=25×（23+198）/2=2762.5mm=2.7625m。

σH=335×{（8.6+1）3×1.7×2.037×107/350×2762.5×8.6}?≈355×60.7≈21548.5 N/mm2。

（4）齒輪單位面積的接觸負(fù)載

P=9545N/n1R1b1cosancosβ

P=9545N/n1R1b1cosancosβ=9549×400/187.5×0.2875×0.35×cos20=9549×400/187.5×0.2875×0.35×0.94≈215368.8 N/m[2]

式中N小齒輪功率kW，n1轉(zhuǎn)速r/min，R1分度圓半徑m，b1齒寬m，an法向壓力角，β基圓螺旋角。

計算得出η0=h0P/4.896VR=0.0005×215368.8/4.896×3.79×259≈0.022N.s/m2

3.3.2 潤滑油運(yùn)動粘度計算

ν40=η0/ρ[3]

式中ρ流體密度，一般礦物油取0.185g/cm3

ν40=η0/ρ=0.022/0.185×10-4=1189cst

根據(jù)齒輪節(jié)圓速度、齒面接觸應(yīng)力、選用具有良好的黏附能力、噴灑性能、抗磨和極壓能力高（四球焊接負(fù)荷＞800N）的基礎(chǔ)粘度為1500cst的特種潤滑油。

3.3.3 潤滑油量計算

Q=0.45b（根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，噴油潤滑的量一般每1cm齒寬供油0.45L/min）

Q=0.45b=0.45×35=15.75L/min

采用壓縮空氣和油品的混合氣霧噴灑齒輪嚙合部位起到潤滑和冷卻的作用。以達(dá)到減少摩擦和磨損、清潔、減振、冷卻的目的。

圖3 一拖二開式齒輪潤滑系統(tǒng)布置圖

圖4 噴嘴結(jié)構(gòu)示意圖

圖5 一拖二液動式潤滑系統(tǒng)噴槍布置圖

圖6 一拖二液動式潤滑系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

3.4 噴槍的選擇

3.4.1 噴嘴數(shù)量的選擇

根據(jù)齒寬350mm，查下表選擇噴嘴數(shù)量3個。

表3 噴嘴數(shù)量明細(xì)

3.4.2 噴槍的布置

經(jīng)現(xiàn)場測量與論證，無論噴射大齒輪或者小齒輪工作面，噴嘴距大小齒輪節(jié)圓203.2±12.7mm，安裝角度約30±0.2°，能保證油脂均勻噴射在齒輪嚙合面的全齒上，并形成良好油膜；在原有齒輪罩一側(cè)開方孔，安裝噴槍桿及管路。

3.5 一拖二式開式齒輪潤滑系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

開式齒輪潤滑系統(tǒng)以油，氣壓為動力，電磁閥（噴嘴進(jìn)氣電磁閥）打開，壓縮空氣通過氣動兩聯(lián)件處理后達(dá)到噴槍組件中的噴嘴處，與到達(dá)此處的潤滑脂相匯合，并將潤滑油擊碎成微霧狀，形成油霧噴向齒輪嚙合面，形成均勻，潔凈，持久的潤滑油膜，給予嚙合齒輪最佳的潤滑，延長前后吹氣時間可有效清除齒輪表面污染物。也可以根據(jù)齒輪副的運(yùn)行工況來進(jìn)行潤滑模式、噴油量及噴油周期的選擇，調(diào)整前吹與后吹時間，也可根據(jù)環(huán)境溫度來調(diào)整油溫，操作比較簡單，精密度高，可與主機(jī)控制系統(tǒng)連接實(shí)現(xiàn)聯(lián)動控制，可根據(jù)實(shí)際工況調(diào)節(jié)，以達(dá)到最佳潤滑及最經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

4 結(jié)語

格子型球磨機(jī)齒輪潤滑系統(tǒng)改造后，噴油潤滑系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，噴射距離遠(yuǎn)，噴油周期及噴油時間可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行設(shè)定既節(jié)約了潤滑油，又減少了污染，延長齒輪使用壽命，降低運(yùn)行成本及勞動強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)齒輪潤滑的自動化，并在同類型球磨機(jī)上推廣應(yīng)用。