隨著礦山裝備大型化發(fā)展，齒輪驅(qū)動磨機的熱力學(xué)問題日益突出。本文針對大型礦用磨機齒輪副的高溫工況展開分析，提出了一種基于低摩擦系數(shù)潤滑劑的創(chuàng)新解決方案。通過摩擦學(xué)實驗（MTM測試臺架）和工業(yè)應(yīng)用案例驗證，Klüberfluid C-PG 17 Ultra潤滑劑顯著降低了齒面溫度（降幅達16℃），并改善了潤滑膜穩(wěn)定性（MTM臺架摩擦系數(shù)<0.02）。研究結(jié)果表明，該潤滑劑在降低能耗、延長齒輪壽命方面具有顯著優(yōu)勢，為大型磨機的熱管理提供了新思路。

近年來，礦用磨機的大型化趨勢顯著，例如中信重工研制的Φ11.0m×6.4m半自磨機功率已達18MW，大齒輪外徑突破13.6m。然而，設(shè)備尺寸與功率的提升加劇了熱力學(xué)挑戰(zhàn)?，F(xiàn)場監(jiān)測顯示，當(dāng)環(huán)境溫度超過35℃時，部分磨機齒輪副接觸區(qū)極端溫度可達83.6±2.4°C，遠超彈性流體動力潤滑（EHL）工況閾值。持續(xù)高溫不僅導(dǎo)致無法產(chǎn)生有效潤滑油膜（厚度<0.1μm），還會引發(fā)軸承熱變形（Δ=α·D·ΔT），進而影響傳動精度與系統(tǒng)穩(wěn)定性。

傳統(tǒng)解決方案依賴動態(tài)調(diào)整潤滑參數(shù)，但存在維護成本高、效果有限等問題。本文提出一種基于高性能潤滑劑的創(chuàng)新方法，結(jié)合實驗與工業(yè)案例驗證其降溫與節(jié)能潛力。

高溫失效機理分析和熱變形效應(yīng)

高溫下潤滑油膜厚度隨溫度呈指數(shù)衰減，當(dāng)齒面溫度>80°C時，邊界潤滑狀態(tài)顯著增加膠合風(fēng)險。根據(jù)Dowson-Higginson模型修正公式，油膜厚度與溫度關(guān)系可表述為：

式中，β為溫度衰減系數(shù)，實驗測得β=0.025/°C，表明溫度每升高10°C，油膜厚度減少22%。

軸承組件因溫度梯度產(chǎn)生的徑向游隙變化量Δ可量化為：

其中α為100Cr6軸承鋼的線膨脹系數(shù)12.5×10??/°C，D為軸承外徑，ΔT為溫度梯度。以外徑為1200mm的軸承為例，溫度梯度ΔT=50°C時根據(jù)公式計算所得熱變形量為Δ=0.75mm，超出設(shè)計允許值（0.5mm），導(dǎo)致配合間隙的變化，其可能引發(fā)額外的振動和噪聲問題，嚴(yán)重時甚至造成軸承載荷分布不均，加劇滾動體與內(nèi)外圈接觸表面的應(yīng)力集中現(xiàn)象。由于軸承的有效游隙受到配合公差，內(nèi)外圈溫度差等因素影響，因此，當(dāng)軸承發(fā)生熱形變時，也會大大影響到運轉(zhuǎn)時的有效游隙，從而直接影響預(yù)期壽命。

潤滑劑的創(chuàng)新解決方案與實驗驗證

采用Mini Traction Machine（MTM）測試Klüberfluid C-PG 17 Ultra的摩擦特性。

圖1：MTM測試摩擦特性說明圖

在80°C、50%滑滾比、50N(1000 N/mm2)載荷下，其摩擦系數(shù)穩(wěn)定于0.02以下，顯著優(yōu)于傳統(tǒng)開式齒輪潤滑劑（摩擦系數(shù)>0.05）。

圖2：摩擦系數(shù)對比圖

此外，F(xiàn)ZG刮擦測試（DIN ISO14635-3）顯示，該潤滑劑抗刮擦等級達14級，質(zhì)量損失≤0.1 mg/kWh，表明其優(yōu)異的抗磨損性能。

圖3：抗刮擦等級對比圖

圖4：磨損重量變化對比圖

某礦業(yè)集團18MW半自磨機應(yīng)用該潤滑劑后，齒面溫度從63℃（最高值）降至47℃，溫差由13℃縮小至4℃（圖5）。長期監(jiān)測（2023.07-2025.07）顯示，齒輪運轉(zhuǎn)溫度始終低于50℃，并且齒面保持良好（圖6）。潤滑劑用量未調(diào)整情況下，降溫效果顯著。并且隨著潤滑的逐漸穩(wěn)定，進一步下調(diào)了潤滑劑用量。

圖5：齒面溫度變化圖

圖6：齒面狀態(tài)圖

Klüberfluid C-PG 17 Ultra通過降低摩擦系數(shù)（<0.02）和增強抗刮擦能力（FZG 14級），有效解決了大型磨機的高溫與能耗問題。實驗與工業(yè)數(shù)據(jù)表明，其可將齒面溫度降低16℃，并延長齒輪壽命。該研究為礦山裝備的熱管理優(yōu)化提供了理論依據(jù)與實踐參考。

《金屬礦山》簡介

《金屬礦山》由中鋼集團馬鞍山礦山研究總院股份有限公司和中國金屬學(xué)會主辦，主編為中國工程院王運敏院士，現(xiàn)為北大中文核心期刊、中國科技論文統(tǒng)計源期刊（中國科技核心期刊）、中國精品科技期刊（F5000頂尖學(xué)術(shù)論文來源期刊）、中國百強報刊、RCCSE中國核心學(xué)術(shù)期刊（A）、中國期刊方陣雙百期刊、國家百種重點期刊、華東地區(qū)優(yōu)秀期刊，被美國化學(xué)文摘（CA）、美國劍橋科學(xué)文摘（CSA）、波蘭哥白尼索引（IC）、日本科學(xué)技術(shù)振興機構(gòu)數(shù)據(jù)庫（JST）等世界著名數(shù)據(jù)庫收錄。主要刊登金屬礦山采礦、礦物加工、機電與自動化、安全環(huán)保、礦山測量、地質(zhì)勘探等領(lǐng)域具有重大學(xué)術(shù)價值或工程推廣價值的研究成果，優(yōu)先報道受到國家重大科研項目資助的高水平研究成果。根據(jù)科技部中國科技信息研究所發(fā)布的《2024中國科技期刊引證報告（核心版）》，《金屬礦山》核心總被引頻次位列26種礦業(yè)工程技術(shù)學(xué)科核心期刊第1位；根據(jù)中國知網(wǎng)發(fā)布的《中國學(xué)術(shù)期刊影響因子年報》（2024版），《金屬礦山》學(xué)科影響力位居73種礦業(yè)期刊第9位。

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供稿：克魯勃潤滑劑有限公司

編排：余思晨

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