采煤機閉式齒輪箱潤滑技術的應用研究

2016-03-08

隨著煤炭工業的近年的蓬勃發展,現代化礦井的高效集約化采煤對綜采裝備的可靠性提出了更高要求。采煤機作為煤礦生產的關鍵設備,閉式齒輪箱占據整機重量的70%以上,良好的潤滑能夠對齒輪和軸承起到足夠的保護作用,從而大大提高了采煤機的開機率。所以研究采煤機齒輪箱的潤滑技術,使潤滑系統能夠長期處于最佳狀態,對于提高采煤機的工況適應性、延長產品使用壽命具有重要意義。

一、工況條件和潤滑要求

采煤機為井工礦采煤的重要設備,負責割煤和裝煤,其開機率直接關系到煤礦的經濟效益。采煤機齒輪箱的工況條件惡劣,工作環境水汽和粉塵濃度高,局部高溫,有嚴重的沖擊載荷。因此,對潤滑油及潤滑效果提出了更高的要求:

(1)減小摩擦和磨損,提高傳動效率;

(2)油膜具有較高的承載能力,防止齒面膠合;

(3)減輕振動,減低噪音,緩解沖擊;

(4)防止齒面疲勞點蝕;

(5)冷卻、防銹、抗腐蝕等。另,為保障采煤機閉式齒輪箱適應高溫、重載、局部缺油的工況條件,使齒面能夠形成足夠厚度和強度的油膜保護,選用含極壓添加劑的潤滑油。

二、采煤機齒輪潤滑油的選擇

(1)潤滑油種類的選擇

結合采煤機實際的使用工況條件:環境水汽大、粉塵濃度高、局部高溫及嚴重的沖擊載荷。

以采煤機1000kW截割部的設計計算為例,選取齒輪材料為高強度含鎳合金鋼,取接觸疲勞極限σHlim = 1500MPa。參考中華人民共和國機械行業標準JB/T8831-2001《工業閉式齒輪的潤滑油選用方法》 中工業閉式齒輪油種類的選擇原則,即可確定采煤機閉式齒輪箱潤滑油的種類應為重負荷工業齒輪油(L/ CKD)。

(2)油品黏度的選擇

漸開線圓柱齒輪節圓圓周速度v 按下式計算: v=πdw1 n1/60000 (2)

式中 v ――齒輪節圓圓周速度,m/ s

dw1 ――小齒輪的節圓直徑,mm

n1――小齒輪的轉速, r/ min

以1000kW截割部齒輪箱為例,分析計算選擇潤滑油的黏度。由結構設計圖紙,取n1=1480 r/ min,dw1=280mm。根據公式(2)計算出低速級齒輪節圓圓周速度v=21.7m/s。結合采煤機齒輪箱高速部分的工況條件――工作環境溫度為50℃以上,參考行業標準JB/T8831-2001《工業閉式齒輪的潤滑油選用方法》 中工業閉式齒輪裝置潤滑油粘度等級的選擇,即可確定該齒輪箱潤滑油的黏度等級為320。另,采煤機割煤過程中,齒輪傳動承受較嚴重的沖擊載荷,可適當提高一個黏度等級。

三、采煤機齒輪傳動系統的潤滑方式選擇

潤滑方式直接影響齒輪傳動系統的潤滑效果,與產品結構、運動速度、載荷大小、工況條件等有關。一般情況根據可節圓圓周速度參考表2.1來確定,但針對特殊的產品結構和工況條件,還要結合實踐經驗進行潤滑效果設計。

采煤機的閉式齒輪箱,如截割部的搖臂和牽引傳動箱,一般采用油浴飛濺潤滑,即油位高度淹沒齒輪副的大齒輪1/3-1/2直徑,小齒輪和軸承潤滑靠大齒輪攪動適量高度油位的油液,實現飛濺油液潤滑。齒輪箱中油加多了的話,齒輪高速旋轉會劇烈攪動潤滑油,液滴與其它零部件的劇烈碰撞會造成潤滑油溫度升高,粘度降低。齒輪油粘度降低過多會造成齒輪齒面之間潤滑油膜的強度不足,油膜容易被破壞,從而導致相互嚙合的齒輪兩金屬面直接接觸,過早的造成齒輪的損壞。 另,還需考慮攪拌熱帶來的膨脹和空間氣隙等原因,避免油溫和油位高了撐壞油封,造成油封老化或油液滲漏。

針對采煤機割煤工藝――搖臂齒輪箱割煤擺角,使得搖臂齒輪箱形成一個多軸豎直布置狀態,箱體內的潤滑油全部集聚在低位,不能保證對高位所有齒輪進行及時潤滑的問題,同時為了更好的適應大傾角工作面,避免因油液傾斜集中產生集聚發熱和缺油現象。通過采用強制潤滑方式,將潤滑油從低位傳送噴淋到需要潤滑的齒輪上面;或者采用分腔(隔腔)潤滑方式,即將齒輪箱進行結構改進,豎直位置時高位腔可以存留一定的潤滑油。

所以,目前采煤機的閉式齒輪箱的潤滑方式設計常采用的是油?。w濺)潤滑和噴油(強制)潤滑相結合的方式;同時需對箱體結構和潤滑系統進行優化設計。

3 檢查及更換標準

保持油液的清潔是采煤機閉式齒輪箱潤滑的一個重要問題。對采煤機來說,齒輪箱中主要有金屬磨屑、粉塵以及纖維、橡膠等雜質。在齒輪箱裝配和檢修時,必須仔細清洗箱體、零件、管路乃至整個系統。另外,采煤機在現場使用后,齒輪箱中不僅有雜質污染,還會有混入水分、發生氧化、添加劑失效等變質現象。

根據NB/SH /T0586-2010《工業閉式齒輪油換油指標》, 對L-CKD工業閉式齒輪油的換油指標進行的規定,結合采煤機閉式齒輪油的使用條件、使用場合等提出換油指標相關要求,實現定期檢查、按質換油、保證采煤機閉式齒輪箱良好潤滑。

1)外觀:目前采煤機常見的潤滑油為,N320和N460極壓工業齒輪油兩種,正常潤滑油外觀為黃色到棕黃色(顏色隨油品黏度等級的增加逐漸變深)的透明(或透亮)液體。采煤機閉式齒輪潤滑油在煤礦井下使用過程中,容易受外界條件如水汽、粉塵、金屬磨粒等以及油質壽命老化變質的影響, 顏色會逐漸加深, 甚至呈褐色或黑褐色; 另外變質的潤滑油中還可能會有明顯的油泥、煤泥、金屬磨粒等。

2)運動黏度變化率:運動黏度是衡量潤滑油油膜強度、流動性的重要指標。運動黏度變化率表示了油品的油膜強度、流動性的變化情況。在煤礦生產中由于潤滑油本身老化變質或受外界環境污染會導致潤滑油黏度變化;運動黏度增加,使潤滑油流動性變差, 無法及時潤滑齒輪、及時清洗雜質和帶走熱量,增大齒輪的磨粒磨損; 運動黏度變低,會導致油品的油膜強度降低,出現齒面直接接觸,甚至齒面膠合。

3)水分:潤滑油中的水分會造成油品乳化變質, 同時還會引起金屬部件的銹蝕。采煤機的工況條件,水汽較大,齒輪箱由于密封不嚴、開蓋檢修等可能會混入水分。隨著潤滑油中水分的增加, 乳化變質會加劇,部分極壓劑也會大量水解并導致潤滑油的極壓性能迅速下降。

4)其它雜質:齒輪箱潤滑油雜質的增加說明齒輪箱內部磨損增加或外界雜質混入, 并會進一步加速齒輪箱的磨損。比如鐵譜分析:工業齒輪油一般不含鐵元素或含量極少,因此齒輪潤滑油中鐵元素的來源主要為設備磨損所造成。一種情況由于齒輪箱本身制造工藝及齒輪表面光潔度, 齒輪箱在運行初期時由于零件磨合造成鐵含量增加。建議采煤機井下運行兩周后對閉式齒輪箱的潤滑油進行徹底更換。第二種情況是由于潤滑油在使用過程中極壓性能下降、油品老化等導致齒輪或其他金屬配件的磨損加劇。

以上這些異常的明顯異常表現都預示采煤機閉式齒輪潤滑油品質量下降, 不能繼續滿足潤滑要求,必須馬上檢查更換。

四、結語

為了保證采煤機良好的工作狀態,延長其使用壽命,降低故障,首先要提高人們對采煤機潤滑系統日常保養重要性的認識,做好采煤機閉式齒輪箱的保養維護工作。定期對齒輪箱進行換油并對郵箱認真清洗,必要時采用洗滌油進行清洗。良好的維護可以對傳動系統起到很好的保護作用,大大延長齒輪箱的適用壽命,降低故障率,提高開機率。

采煤機齒輪大部分處于低速重載工況下,齒面點蝕與膠合是其主要失效形式。合理選擇潤滑油及潤滑方式,及時發現油液異常變質,如顏色逐漸變深,有刺激性臭味,黏度變化,油液乳化、富含雜質等??梢杂行У闹笇Р擅簷C齒輪箱的設計和使用維護,從而保證良好的潤滑狀態,對于充分發揮采煤機的工作效能,延長采煤機的使用壽命,提高煤礦的經濟效益具有重要意義。

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