新闻中心

当前位置:首页 > 新闻中心
论设备润滑技术的发展与应用
发布:czzhijie   浏览:1175次

设备润滑是设备维护工作的重要组成部分,而且其作用日显突出。设备润滑工作包括润滑管理与润滑技术两个范畴。近年来,润滑技术发展迅速,在设备工程领域中的地位显著提高,成为四大工程技术之一。
     一、引言
各类机械设备都是靠其机构的运转来实现其预定功能的。相互接触的机器零件在运动中不可避免地产生摩擦,并导致机件产生磨损。摩擦依润滑状态不同可分为:干摩擦、边界摩擦和液态摩擦。为了降低摩擦,减少磨损,降低能耗,提高设备运行效率,常用的措施就是在设备相对运动的部位进行润滑。就边界摩擦而言,其润滑原理为:润滑剂的分子与零件摩擦表面结合而形成边界膜,从而不同程度地降低摩擦系数,减少或防止零件磨损。
用于设备润滑的材料即润滑剂,约有600余种。润滑剂可以分为润滑基体和润滑添加剂两大类。润滑基体又分为天然润滑剂和人工合成润滑剂。
二、润滑技术的发展与应用
当前,在设备润滑技术发展中有四个方面值得关注,现分述如下。
1.合成油品的发展与应用
在天然油品中以矿物油应用最多。不论矿物润滑油还是润滑脂,都有明显的润滑效果与不足。天然润滑油突出的缺点为:(1)油液的黏度随工作环境温度变化而变化,影响机器润滑效果;(2)在空气中易氧化变质,尤其在高温情况下,其稳定性较差;(3)摩擦系数偏大,运动功率消耗偏大;(4)油液不易降解,污染环境。
为了克服天然润滑油存在的诸多问题,从20世纪30年代起,润滑科技人员开始研制合成润滑剂。美国、德国先后生产出各种规格的合成润滑油,并逐步推广应用。
合成润滑油的优点是:(1)良好的黏温性能;(2)高温抗氧化的稳定性,使用期长,约为矿物油的六倍。因此,可减少换油次数,节约材料;(3)低挥发性;(4)降低摩擦系数20%-35%,降低功耗4.4%-13.5%,个别的达到30%以上;(5)有些品牌具有生物降解性,有利于环保。
合成润滑油虽然价格较昂贵,一般为矿物油的4-5倍,但若选用适当,其总费用仍能减少,有的可减少1/2。
目前,世界工业发达国家普遍重视合成润滑油的使用,尤其是在汽车上。如在美国,90%以上的汽油机和 60%以上的柴油机均采用多级合成油;在日本,100%的汽油机和52%的柴油机采用多级合成油。在我国则应用较少,仅有13%的汽油机和16%的柴油机使用了多级合成油。
2.精密过滤技术的发展与应用
为了保持机器润滑油的洁净度,在设备维护规程中均规定应对油液进行随时或定时的过滤,去除杂质。但随着对机器零件失效的深入分析发现,应用精密过滤技术有新的收获。    运行中机器零件的失效主要表现为四种形式。对于防止断裂、变形和腐蚀,特别是前两种失效,已有比较可靠的解决方法。如从设计(包括对材料的选用、 制造和监测等方面采取措施,而磨损地难以预防。
近年来,国中外的设备工程师通过试验研究认为,机件磨损表现为摩擦磨损、黏附磨损和磨粒磨损三种形式。前两种磨损通过良好的润滑即可预防。对磨粒磨损的认识则不充分。大量实验证明,油液中由金属零件上脱落的颗粒杂质是造成零件磨损的主要原因。因此,应经常检测油液中磨粒的数量与形状,做到及时清除。常用的方法就是对油液进行精密过滤,滤掉》5μm的杂质,其效果显著。瑞典SKF轴承公司的试验表明,清除油液中2~5μm的固体颗粒后,轴承的寿命可以延长10-50倍;日本BHP钢铁公司NSC轧钢厂长期实行“润
滑污染预防控制”取得显著效果,设备故障由每年300余起降至85起,液压泵更新率降低80%。
对于精密过滤技术,有的工程师称其为“主动维护”,并定义为“对导致设备零件损坏(失效)的根源性因素进行监测与控制,防止零件失效,降低设备故障,减少维修的一种积极措施。”有的学术论文把这种措施称为“真正的预防维修”。据美国有关单位的报告分析,“主动维护” 以低成本保证设备液压系统正常运转所支出的费用为故障(事后)维修费用的1/180,为定期(预防)维修的1/130,为状态(预知)维修的1/80。所以,它称这种方式为第四代维修。
3.润滑添加剂的发展与应用
随着工业技术的进步和设备性能的提高,普通矿物润滑油脂已难以满足设备运转的需求。为此,科技工作者开始研究在润滑剂中加人少量 (3%-5%)特制物质,以改善其润滑性能,这种特制物质被称为润滑添加剂。润滑添加剂一般不改变润滑基体的黏度等性能,也不与润滑剂产生化学反应。综合来看,润滑添加剂有以下作用:(1)改善润滑剂的性能。如增加油膜强度;(2)提高润滑剂的工作适应性。如改善黏温特性、降低油液凝点、消除油液中的泡沫等;(3)增加润滑剂的稳定性。如提高抗氧化性和抗腐蚀性;(4)改善零件表面
性能与工作状况。如提高零件抗磨性,修复零件磨损,实现自适应功能。
目前,世界各国研制的润滑添加剂已有11大类上千个品种,其中姣姣者为纳米添加剂。该项技术大大提高了设备润滑应用效果。
(1)纳米添加剂作用机理
当物质颗粒尺寸细小到纳米级时,通常在1-100nrn范围内,此时该物质本身的许多固有性能均发土质的变化。这种现象称为纳米效应。纳米效应之一的表面与界面效应,将使润滑添加剂家族产生一次飞跃。
当物质粒子细化后,其表面积显著增加,同时处于表面位置的原子分子数量也大幅增加。一般,粒度100nrn的粒子,其表面原子分子数仅占总原子分子数的 2%;粒度10nrn的粒子,表面原子分子数所占比例为20%;粒度1nm的粒子的表面原子分子数所占比例则达90%以上。
粒子表层原子分子的晶场环境和结合能与粒子内部原子分子不一样。表层原子周围缺少电子,有很多空键,表现为不饱和状态,具有极高的化学活动能力。利用这种效应可以大大改善润滑剂的效能。
(2)纳米添加剂性能分析
 目前,纳米添加剂主要有纳米无机物、纳米无机盐、纳米有机化合物、纳米有机高分子材料和纳米金属五类。它们具备各自的优异性能,最突出的有以下三个方面。
①提高油膜强度。由于纳米粒子的表面界面效应,当含有添加剂的润滑油脂与零件摩擦表面接触后,能形成纳米吸附膜,并在运转中形成纳米反应膜。其强度远远超过传统添加剂产生的物理吸附膜、化学吸附膜和化学反应膜。而且由于其粒度非常小,它可以钻人微米级添加剂进不去的超细微缝隙,使润滑效果更佳。
②提高添加剂的悬浮密度和均匀程度。由于纳米粒子粒度小、重量轻,所以它很容易长期稳定地悬浮在润滑油液中。如1粒1μm3的添加剂颗粒,当它细化为10nrn粒度的粒子后,其粒数可增至106粒。这被称为纳米粒子的体积效应和数量效应。上述性能是普通添加剂不具备的。
③实现对零件的修复功能。纳米添加剂的修复功能体现在两个方面。一方面,添加剂中的纳米金属粒子在催化剂的作用下与金属零件表层结合,形成新的晶格结构,填平磨损痕迹。同时达到优化摩擦副配合间隙的效果;另一方面,在运动零件发生极压摩擦时,纳米添加剂能在零件表面形成金属陶磁保护层,使其硬度大大提高,从而防止零件产生新的磨损。
4.油气润滑技术
设备润滑因设备结构和采用润滑材料的不同有多种润滑方式。比较先进的是自动定时给油装置,其中以油雾润滑应用较为普遍。
目前,润滑工程师正在研究一种新的润滑方式,即油气润滑技术。它比油雾润滑在润滑效果和油料消耗等方面都有明显改善。
传统的油雾润滑是使油液被雾化成0.5-2μm的雾粒,随压缩空气等速前进到机器中。而油气润滑是用步进式给油器以0.3-0.4MPa的压缩空气,以 30-80m/s的流速,定时、定量地将油滴以0.02-0.05m/s的速度喷到润滑部位。
油气润滑的优点主要有:(1)耗油量为油雾润滑的1/10-1/30;(2)油液外溢少,有利于改善工作环境;(3)适用于高速、重载、高温状态下工作的零件的润滑。
三、结语
上述几种新润滑技术确有其突出的优越性,但任何先进技术都有其适用范围,且上述润滑技术有的是国外的经验。润滑工程师在采用新的润滑技术与润滑材料时,应根据自己设备的结构与运行状况合理选用,以取得最佳效果。