张页川 周俊宇 乔小东
长江三峡通航管理局 湖北宜昌 443302
摘要：人字闸门启闭机采用的是齿轮-曲柄四连杆传动机构，其中扇形齿轮与立轴减速箱上的小齿轮组成一对开式齿轮副，通过人工涂抹润滑脂来对开式齿轮进行润滑，润滑效果的好坏直接影响人字闸门启闭机的机械性能，进而关乎船闸的运行效率。本文结合重载条件下开式齿轮副的实际工况进行分析，给出了开式齿轮副的常见损伤现象及润滑维保建议，提升设备作业稳定性。
关键词：开式齿轮；润滑；齿轮失效
1引言
船闸人字门启闭机中开式齿轮副面临苛刻的运行工况：低速、重载、齿面粗糙度较高、啮合齿面上存在局部过载和过强的摩擦力，且直接暴露于周边环境，外部介质很容易到达啮合齿面。因此，为保证齿轮传动的可靠性；降低运行时齿轮表面温度和小齿轮支撑轴振动值[1]保证其使用寿命；延长设备维护周期避免齿面出现损伤，必要的润滑是不可或缺的。目前国内船闸主要通过人工涂抹润滑脂来对开式齿轮副进行润滑，润滑效果的好坏将直接决定开式齿轮的运行工况，进而影响人字闸门启闭机的传动性能，一旦开式齿轮出现不同形式的损伤，如过度磨损、擦伤、胶合、点蚀、塑性变形等，继而导致金属齿面材料的遗失，改变了齿轮的几何尺寸，严重的话将导致人字闸门无法启闭。
2 开式齿轮常见损伤形式及合理润滑建议
船闸所应用的开式齿轮副作为一种传动副，长期处于低速、重载、大冲击力、潮湿的恶劣工况中，齿轮表面往往会出现不同形式的损伤,如过度磨损、擦伤、胶合、点蚀、塑性变形等，继而导致齿面金属材料的缺失，改变原本齿轮的几何尺寸，严重影响齿轮副的使用寿命[3]，降低船闸运行效率。结合日常船闸设备的维护保养实际，简要阐述了开式传动齿轮的几种磨损形式，并针对性的给出了提高润滑效率的合理化建议。
2.1 磨料磨损
磨料磨损是指由于混在润滑剂中的坚硬颗粒(如砂粒、锈蚀物、金属杂质等)，或者空气中的较硬杂质附着在齿面上，在齿轮啮合时的相对运动中，使齿面材料发生缺失或错位。齿面上坚硬的颗粒，也会造成磨料磨损。齿轮磨料磨损此种损伤类型与润滑无关，且受损部位不会持续扩展，但降低了齿轮的接触比例，使齿轮受力不均。日常维护保养过程中可采取以下预防性措施：
a.在涂抹成膜膏之前，检查齿面是否光洁平整，清除齿轮副上附着的杂物；
b.做好成膜膏的密封，避免外部异物混入成膜膏内；
c.防止周边环境中灰尘、杂质等外部硬质物体到达啮合齿面；
2.2 过度磨损
过度磨损是指由于长期使用性能不符的润滑脂，或是润滑脂抗磨损性能差，使齿轮在啮合过程中的摩擦系数过高，设备运行过程中产生干摩擦导致轮齿表面快速磨损，从而使齿轮副达不到设计寿命。齿轮的过度磨损和所用润滑剂性能直接相关，考虑到船闸应用的开式齿轮低速、重载的工作条件，所以要求润滑剂具有以下特性：
a．良好的抗磨性，FZG>12级，四球烧结符合>650kg，最大限度的保护齿面；
b．粘度较高，工作时能够更好的附着在齿轮表面；
c．低的滑动摩擦系数，降低齿轮的磨损速度，保证良好的工况延长齿轮寿命；
2.3 齿面擦伤
齿面擦伤是由于齿轮啮合表面承受过大的接触压力、润滑剂极压性能不足或齿面缺乏足够的润滑剂，导致润滑油膜不能正常建立，使齿轮处于干摩擦或边界摩擦状态，啮合时直接接触，导致齿面材料擦伤。为防止齿面擦伤，除了完善船闸机械过载防控机制，避免齿轮之间传递较大力矩，造成齿轮接触压力过大之外，在润滑方面可以从以下几点注意：
a.依据开式齿轮的实际工况，提高润滑剂的极压性能;
b.人工抹油时保证啮合齿轮之间的润滑效果，保障足够剂量的润滑脂，提高油膜厚度；
c.提高人工抹油的频次，保证齿轮啮合时能正常形成油膜；
2.4塑性变形
轮齿的塑性变形是一种卸去附加载荷后齿轮仍不能恢复原样的变形，其诱因都是轮齿受过大载荷造成的。轮齿的塑性变形可分为两大类：齿体塑变和齿面塑变。前者是由于齿体材料受到的应力超过其弹性极限所致，而后者除了高应力外还与轮齿啮合时的摩擦条件有关。对于开式齿轮，典型的齿面塑变类型为起脊[5]。对于船闸人字闸门开式齿轮传动副，人字闸门运行过程中突变的冲击载荷和干摩擦是形成塑性变形的主要因素。设备在运行过程中，良好的润滑条件能够有效缓解塑性变形的产生：
a．选择性能良好的润滑剂，能够保证在齿面之间形成足够厚度的油膜，有效吸收齿轮副在传动过程中产生的冲击力，降低齿轮齿根承受的冲击载荷；
b．人工涂抹时，借助滚轮将润滑剂均匀的涂抹到齿面上，使载荷平均分布，降低齿面之间的接触压力；
c．润滑脂沿齿轮轴向涂抹，减少齿轮啮合和过程中润滑脂沿径向流失；
3.润滑剂的选择与应用
为确保复杂工况下良好的润滑条件,需选用性能合适的润滑剂来提高齿轮润滑效率，降低齿轮磨损量,延长齿轮使用寿命,并避免因润滑不当或润滑不充分造成的设备损坏。开式齿轮润滑剂不同类型润滑油参数对比见表1。
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综合考虑人字闸门启闭机中开式齿轮副低速和重载的工作环境，流体脂类良好的润滑性能更能满足开式齿轮副的润滑需求，所含有的固体添加剂在支撑润滑的过程中可以有效防止齿轮啮合时金属表面间的直接接触。含有石墨、二硫化钼等添加剂的，可以通过观察齿面啮合后润滑脂的分布情况，判断齿面载荷分布，掌握齿轮偏载对设备的影响。
4结语
船闸应用的开式齿轮副是在重载、低速、冲击性载荷等恶劣工况下运行，齿轮虽小，意义重大，对开式齿轮的维保建议采用合适的润滑剂、合理的润滑方式和科学的管理方法。通过合理且完备的润滑方式，能够有效的减少齿轮的磨损，延长齿轮寿命，降低维护费用，对于保障机械设备传动机构具有十分重要的意义。
参考文献：
[1]陈家欢.浅析机械设备齿轮传动润滑[J].科技创新与应用,2016(17):128.
[2]汪娜.半自磨机开式齿轮润滑系统应用研究[J].设备管理与维修,2019(09):13-15.
[3]闫志勇.大型开式齿轮润滑优化调整[J].设备管理与维修,2016(05):104-105.
[4]张利,杨淑荣.传动齿轮磨损、点蚀失效系统分析[J].烟台大学学报(自然科学与工程版),2002(01):68-72.
作者简介：张页川，男，1995.6，湖北宜昌人，助理工程师，本科，主要研究方向：船闸设备维修与管理