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      論設備潤滑技術的發展與應用
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      設備潤滑是設備維護工作的重要組成部分,而且其作用日顯突出。設備潤滑工作包括潤滑管理與潤滑技術兩個范疇。近年來,潤滑技術發展迅速,在設備工程領域中的地位顯著提高,成為四大工程技術之一。
           一、引言 
      各類機械設備都是靠其機構的運轉來實現其預定功能的。相互接觸的機器零件在運動中不可避免地產生摩擦,并導致機件產生磨損。摩擦依潤滑狀態不同可分為:干摩擦、邊界摩擦和液態摩擦。為了降低摩擦,減少磨損,降低能耗,提高設備運行效率,常用的措施就是在設備相對運動的部位進行潤滑。就邊界摩擦而言,其潤滑原理為:潤滑劑的分子與零件摩擦表面結合而形成邊界膜,從而不同程度地降低摩擦系數,減少或防止零件磨損。
      用于設備潤滑的材料即潤滑劑,約有600余種。潤滑劑可以分為潤滑基體和潤滑添加劑兩大類。潤滑基體又分為天然潤滑劑和人工合成潤滑劑。
      二、潤滑技術的發展與應用
      當前,在設備潤滑技術發展中有四個方面值得關注,現分述如下。
      1.合成油品的發展與應用
      在天然油品中以礦物油應用***多。不論礦物潤滑油還是潤滑脂,都有明顯的潤滑效果與不足。天然潤滑油突出的缺點為:(1)油液的黏度隨工作環境溫度變化而變化,影響機器潤滑效果;(2)在空氣中易氧化變質,尤其在高溫情況下,其穩定性較差;(3)摩擦系數偏大,運動功率消耗偏大;(4)油液不易降解,污染環境。
      為了克服天然潤滑油存在的諸多問題,從20世紀30年代起,潤滑科技人員開始研制合成潤滑劑。美國、德國先后生產出各種規格的合成潤滑油,并逐步推廣應用。
      合成潤滑油的優點是:(1)良好的黏溫性能;(2)高溫抗氧化的穩定性,使用期長,約為礦物油的六倍。因此,可減少換油次數,節約材料;(3)低揮發性;(4)降低摩擦系數20%-35%,降低功耗4.4%-13.5%,個別的達到30%以上;(5)有些品牌具有生物降解性,有利于環保。
      合成潤滑油雖然價格較昂貴,一般為礦物油的4-5倍,但若選用適當,其總費用仍能減少,有的可減少1/2。
      目前,世界工業發達國家普遍重視合成潤滑油的使用,尤其是在汽車上。如在美國,90%以上的汽油機和 60%以上的柴油機均采用多級合成油;在日本,100%的汽油機和52%的柴油機采用多級合成油。在我國則應用較少,僅有13%的汽油機和16%的柴油機使用了多級合成油。
      2.精密過濾技術的發展與應用
      為了保持機器潤滑油的潔凈度,在設備維護規程中均規定應對油液進行隨時或定時的過濾,去除雜質。但隨著對機器零件失效的深入分析發現,應用精密過濾技術有新的收獲。    運行中機器零件的失效主要表現為四種形式。對于防止斷裂、變形和腐蝕,特別是前兩種失效,已有比較可靠的解決方法。如從設計(包括對材料的選用、 制造和監測等方面采取措施,而磨損地難以預防。
      近年來,國中外的設備工程師通過試驗研究認為,機件磨損表現為摩擦磨損、黏附磨損和磨粒磨損三種形式。前兩種磨損通過良好的潤滑即可預防。對磨粒磨損的認識則不充分。大量實驗證明,油液中由金屬零件上脫落的顆粒雜質是造成零件磨損的主要原因。因此,應經常檢測油液中磨粒的數量與形狀,做到及時清除。常用的方法就是對油液進行精密過濾,濾掉》5μm的雜質,其效果顯著。瑞典SKF軸承公司的試驗表明,清除油液中2~5μm的固體顆粒后,軸承的壽命可以延長10-50倍;日本BHP鋼鐵公司NSC軋鋼廠長期實行“潤
      滑污染預防控制”取得顯著效果,設備故障由每年300余起降至85起,液壓泵更新率降低80%。
      對于精密過濾技術,有的工程師稱其為“主動維護”,并定義為“對導致設備零件損壞(失效)的根源性因素進行監測與控制,防止零件失效,降低設備故障,減少維修的一種積極措施?!庇械膶W術論文把這種措施稱為“真正的預防維修”。據美國有關單位的報告分析,“主動維護” 以低成本保證設備液壓系統正常運轉所支出的費用為故障(事后)維修費用的1/180,為定期(預防)維修的1/130,為狀態(預知)維修的1/80。所以,它稱這種方式為***維修。
      3.潤滑添加劑的發展與應用
      隨著工業技術的進步和設備性能的提高,普通礦物潤滑油脂已難以滿足設備運轉的需求。為此,科技工作者開始研究在潤滑劑中加人少量 (3%-5%)特制物質,以改善其潤滑性能,這種特制物質被稱為潤滑添加劑。潤滑添加劑一般不改變潤滑基體的黏度等性能,也不與潤滑劑產生化學反應。綜合來看,潤滑添加劑有以下作用:(1)改善潤滑劑的性能。如增加油膜強度;(2)提高潤滑劑的工作適應性。如改善黏溫特性、降低油液凝點、消除油液中的泡沫等;(3)增加潤滑劑的穩定性。如提高抗氧化性和抗腐蝕性;(4)改善零件表面
      性能與工作狀況。如提高零件抗磨性,修復零件磨損,實現自適應功能。
      目前,世界各國研制的潤滑添加劑已有11大類上千個品種,其中姣姣者為納米添加劑。該項技術大大提高了設備潤滑應用效果。
      (1)納米添加劑作用機理
      當物質顆粒尺寸細小到納米級時,通常在1-100nrn范圍內,此時該物質本身的許多固有性能均發土質的變化。這種現象稱為納米效應。納米效應之一的表面與界面效應,將使潤滑添加劑家族產生一次飛躍。
      當物質粒子細化后,其表面積顯著增加,同時處于表面位置的原子分子數量也大幅增加。一般,粒度100nrn的粒子,其表面原子分子數僅占總原子分子數的 2%;粒度10nrn的粒子,表面原子分子數所占比例為20%;粒度1nm的粒子的表面原子分子數所占比例則達90%以上。
      粒子表層原子分子的晶場環境和結合能與粒子內部原子分子不一樣。表層原子周圍缺少電子,有很多空鍵,表現為不飽和狀態,具有極高的化學活動能力。利用這種效應可以大大改善潤滑劑的效能。
      (2)納米添加劑性能分析
       目前,納米添加劑主要有納米無機物、納米無機鹽、納米有機化合物、納米有機高分子材料和納米金屬五類。它們具備各自的優異性能,***突出的有以下三個方面。
      ①提高油膜強度。由于納米粒子的表面界面效應,當含有添加劑的潤滑油脂與零件摩擦表面接觸后,能形成納米吸附膜,并在運轉中形成納米反應膜。其強度遠遠超過傳統添加劑產生的物理吸附膜、化學吸附膜和化學反應膜。而且由于其粒度非常小,它可以鉆人微米級添加劑進不去的超細微縫隙,使潤滑效果更佳。
      ②提高添加劑的懸浮密度和均勻程度。由于納米粒子粒度小、重量輕,所以它很容易長期穩定地懸浮在潤滑油液中。如1粒1μm3的添加劑顆粒,當它細化為10nrn粒度的粒子后,其粒數可增至106粒。這被稱為納米粒子的體積效應和數量效應。上述性能是普通添加劑不具備的。
      ③實現對零件的修復功能。納米添加劑的修復功能體現在兩個方面。一方面,添加劑中的納米金屬粒子在催化劑的作用下與金屬零件表層結合,形成新的晶格結構,填平磨損痕跡。同時達到優化摩擦副配合間隙的效果;另一方面,在運動零件發生極壓摩擦時,納米添加劑能在零件表面形成金屬陶磁保護層,使其硬度大大提高,從而防止零件產生新的磨損。
      4.油氣潤滑技術
      設備潤滑因設備結構和采用潤滑材料的不同有多種潤滑方式。比較先進的是自動定時給油裝置,其中以油霧潤滑應用較為普遍。
      目前,潤滑工程師正在研究一種新的潤滑方式,即油氣潤滑技術。它比油霧潤滑在潤滑效果和油料消耗等方面都有明顯改善。
      傳統的油霧潤滑是使油液被霧化成0.5-2μm的霧粒,隨壓縮空氣等速前進到機器中。而油氣潤滑是用步進式給油器以0.3-0.4MPa的壓縮空氣,以 30-80m/s的流速,定時、定量地將油滴以0.02-0.05m/s的速度噴到潤滑部位。
      油氣潤滑的優點主要有:(1)耗油量為油霧潤滑的1/10-1/30;(2)油液外溢少,有利于改善工作環境;(3)適用于高速、重載、高溫狀態下工作的零件的潤滑。
      三、結語
      上述幾種新潤滑技術確有其突出的優越性,但任何先進技術都有其適用范圍,且上述潤滑技術有的是國外的經驗。潤滑工程師在采用新的潤滑技術與潤滑材料時,應根據自己設備的結構與運行狀況合理選用,以取得***佳效果。

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