滑润举措对齿轮运转成效和运用年限的制约

　　1实验设备与方法

　　1DCS-150齿轮试验台原理

　　11实验设备

　　针对煤机齿轮传动大多属于低速重载这一特点，试验选用DSC-150型封闭功率流式齿轮试验台，它采用加载方便、准确的自动行星加载方式。

　　工作原理如1所示，试验箱和陪试箱在试验过程中分别采取自然散热和强迫循环水散热2种冷却方式。试验齿轮副为硬齿磨齿工艺制造，因为只有硬齿齿轮传动才能满足功率大、承载高、体积小和质量轻的要求，所以现代煤机设备中的齿轮传动几乎都采用硬齿。润滑油选用如中的6种油种为试验样品，这是通过对淮南、淮北和兖州矿区的调研获知它们都为煤矿目前常用的品种。为了保证试验精度，在试验前分别对6种油品的运动黏度进行了测定。

　　1润滑油实测黏度和推荐黏度值

　　牌号实测黏度值温度/℃运动黏度/(m2

　　s-1)手册推荐的黏度值温度/℃运动黏度/(m2

　　s-1)120号齿轮油100201129918190号齿轮油10014124991318030号齿轮油1003018410029100～31100SHC630齿轮油100251611002413268号机械油1002111810016160～2910018号双曲线油50521585065100～71100

　　12试验方法

　　为了排除多因素间的相互干扰，找出主要影响因素及相关因素，在综合考虑煤矿机械工作状况特点的基础上，试验采用单因素对比试验法，试验按下述2组情况进行：

　　(1)针对掘进机和采煤机的截割部件、带式输送机和刮板输送机等的恒定转速变载荷实际工况特点，试验采用恒定工作转速变载荷方法，分析不同的润滑油对齿轮啮合效率和润滑状况的影响。目的是为合理选择这类设备中的齿轮传动的润滑油品提供数字参考。

　　(2)针对掘进机和采煤机的行走和装载部件、提升和调度设备的绞车等恒载荷变转速的实际工况特点，试验采用恒定工作扭矩变转速方法，分析不同的润滑油对齿轮啮合效率和润滑状况的影响，目的是为合理选择这类设备中的齿轮传动的润滑油品提供理论依据。

　　2试验结果与分析

　　21恒定工作转速下润滑油对效率的影响

　　不论是在掘进机、采煤机上使用的齿轮减速器，还是用于承担原煤和物料运输的刮板输送机、带式输送机上使用的齿轮减速器，其工作转速一般均为n=1000r/min左右。针对这类设备的工况，试验选用工作转速n=1000r/min.试验过程中采用逐级加载方式，载荷(传递的扭矩)变化范围为T=200～700Nm，每级载荷增幅100Nm，由小到大逐级增大。数据采集时间为试验箱达到热平衡后(达到热平衡的标志是在试验箱的油温不再爬升)，并在该温度下连续运转20min.测得数据结果如2所示，可看出：

　　(1)在载荷不大的情况下(扭矩T≤500Nm，使用功率P≤52kW)，效率曲线陡峭，效率提高快，油温高，对应的效率高。说明低载时，即使润滑油的黏度较低，也能在啮合齿面形成弹流润滑油膜，此时主要功损是搅油功耗，高温润滑油的黏度下降，功损小。因此，在保证齿面有效润滑的前提下，为了减小搅油功耗，应尽量选用黏度低的润滑油。

　　(2)当载荷大时(扭矩T>500Nm，使用功率P>52kW)，不论采用何种冷却方式，效率曲线较平缓，效率变化不大。说明高载时，润滑油黏度对啮合齿面易形成动力油膜影响较大，油黏度高，有利于啮合齿面形成动力油膜，啮合功损小(滑动摩擦功损小)，此时主要功损是啮合功损。因此，应尽量选用黏度较高的润滑油，更有利于改善啮合齿面的摩擦与磨损。

　　(3)在载荷不大的情况下(扭矩T≤500Nm，使用功率P≤52kW)，对于同种润滑油，采用自然散热冷却优于循环水冷却，其效率高于循环水冷却。这说明在低载时，啮合齿面易形成动力油膜，齿轮传动的功率损耗主要为搅油功耗。原因为采用自然散热的冷却效果差，引起润滑油温升高、温升快，造成润滑油的黏度下降，齿轮搅油功率损失小。

　　(4)在载荷较大的情况下(扭矩T>500Nm，使用功率P>52kW)，对于同种润滑油，采用循环水冷却优于自然散热，自然散热的效率提高不显著，甚至有所下降，此时的功率损失主要为齿轮啮合功损，搅油功耗占总功耗的比例越来越小。其主要原因是温度对润滑油的黏度的影响所至，采用循环水冷却效果好，润滑油温低，润滑油的黏度下降小，对齿轮的啮合表面形成动力油膜有利。

　　(5)选用的美孚SHC630润滑油的试验结果与其它实验结果不同，出现异常现象，2种冷却方式的效率曲线非常相似，不发生高载荷时效率曲线相交的情况，且在同种试验条件下，与其它几种相比，其效率值，工作温升小。主要原因是此种油是一种添加了极压添加剂的合成油，不论载荷如何变化，都能很好地形成动力油膜，对油膜的厚度影响不明显。由此可知，不论载荷大小，黏度适中的含极压添加剂的合成润滑油均是的选择。

　　(6)高载时，如果现场无法选用到高黏度润滑油，也可采用冷却效果好的冷却方式，来改善温度对润滑油黏度的影响，保持其黏度的稳定，保证啮合齿面动力油膜形成，得到抗磨减摩的效果，提高齿轮的传动效率和使用寿命。

　　22恒定扭矩下润滑油对效率的影响

　　在煤矿机械中还存在另一种工况：定载荷、变转速，如掘进机的行走机构、提升和调度设备的绞车等。针对该种工况，试验采用载荷恒定的方法，即保持扭矩不变(扭矩T=600Nm)，试验时设定工作转速为500～1000r/min，转速变幅为100r/min，转速变换方法采用由小到大逐级增加，其他条件同211节，所测得的数据如所示。试验结果表明：

　　(1)在低转速时，油温度低，效率低;油温度高，效率高。说明润滑油黏度对功率损失影响较大，温度低时，润滑油黏度高，造成搅油功率损失大。此种工况推荐选用黏度低的润滑油为宜。

　　(2)在高转速时，油温度低，效率高;油温度高，效率低。说明转速和润滑油黏度对形成动力油膜的影响，温度高，润滑油黏度虽然有所下降，但随着转速增加，啮合功损(滑动摩擦功损小)和搅油功率损失均要增大，但啮合功损增加更明显，造成工作效率下降。此时适宜选用黏度高的润滑油。

　　(3)在同一油温下，高油温状态，即采用自然散热冷却，转速高，效率低，随着转速的增高，效率逐渐下降。这说明在润滑油温度较高时不能形成正常的润滑油膜，使得齿轮啮合齿面直接接触，加剧了齿轮啮合面间的摩擦损失功率，导致效率逐渐降低。此时应选用黏度高的润滑油，以保证齿面形成良好的润滑油膜。

　　(4)在同一油温下，低油温状态，即采用循环水冷却，转速高，效率高，随着转速增高，效率逐渐提高。这也说明在润滑油温度较低时能形成良好的润滑油膜，改善了齿轮啮合齿面间的摩擦和磨损，减小了齿轮啮合面间的摩擦损失功率。在保证正常润滑的前提下，可选用黏度低的润滑油，以减小搅油功率损失。

　　(5)通过对比可清楚地看出，在同种试验条件下，美孚SHC630齿轮油效率，工作油温，证明其润滑性能。不论何种转速，选用黏度合适的含极压添加剂的合成润滑油为理想。

　　(6)30号齿轮油的试验结果出现了异常现象。采用循环水冷却的低油温状态，当n<700r/min时，效率随转速的提高而下降;当n>700r/min时，效率随转速的提高而提高;当n=700r/min时，是效率曲线的拐点，此时效率。其原因主要是30号齿轮油的黏度所至，低油温、低转速(n<700r/min)时，黏度高，搅油功率损失大，说明此时主要功率损失主要是搅油功率损失大;低油温、高转速(n>700r/min)时，黏度高，能改善齿面的摩擦和磨损，啮合功率损失小，说明此时主要功率损失主要是啮合功率损失。采用自然散热冷却的高油温状态，试验结果刚好相反。但对于2种情况，均出现当转速高于900r/min，效率随转速的提高而不明显。这说明当转速高于900r/min以后，啮合功率损失与搅油功率损失得到了一种平衡状态，转速对效率几乎没有影响。由此可见，在选用高黏度的润滑油时，应综合考察实际工况，当转速较低时，不宜选用;当转速较高时，适宜选用，同时对保证齿面弹流润滑也有利。

　　3结论

　　(1)在恒转速(n=1000r/min左右)的工况下：当工作载荷不大时(扭矩T≤500Nm，使用功率P≤52kW)，功率损失主要是搅油功耗，在保证齿面有效润滑的前提下，应尽量选用黏度低的润滑油和自然散热冷却方式，不论在设计还是使用时，均不必考虑强迫散热;当高工作载荷时(扭矩T>500Nm，使用功率P>52kW)，功率损失主要是齿轮啮合功损，为了改善啮合齿面的摩擦与磨损，应尽量选用黏度高润滑油和循环水冷却方式。

　　(2)在工作载荷恒定(扭矩T=600Nm，使用功率P=63kW)的工况下，低转速时，功率损失主要是搅油功耗，润滑油黏度对功率损失影响较大，应尽量选用黏度低的润滑油和自然散热冷却方式;高转速时，随着转速增加，啮合功损(滑动摩擦功损小)和搅油功率损失均增大，但啮合功损增加得更明显。为了减轻齿轮啮合面间的摩擦与磨损，应尽量选用黏度高润滑油和循环水冷却方式。

　　(3)不论何种工况，抗极压的美孚SHC630合成齿轮油都呈现出良好的润滑性能，有利于动力润滑油膜的形成，除减摩抗磨作用外，还具有极好的抗泡性和水分离性，应优先考虑选用。