對煤礦機械傳動齒輪失效的相關(guān)探討

摘要：煤炭作為我國的主要能源，我國煤礦中大部分都是井工開采，只有不到百分之十的是屬于露天開采。在機械傳動中，齒輪傳動使用范圍很廣，可以用來傳遞任意兩根軸之間的運動和動力，但是齒輪的失效速度也很快，最后導致設(shè)備的功能發(fā)揮不夠充分，嚴重影響到煤礦企業(yè)的安全高效運行。本文通過對煤礦機械中各種齒輪的失效形式及原因的分析，不僅能夠使得煤礦機械設(shè)備的功能發(fā)揮到極致，同時還能夠?qū)υO(shè)備本身存在的一些缺點做了很好的補充，這樣可以使得機械設(shè)備的使用壽命大幅度提高，對煤礦企業(yè)實現(xiàn)安全高效生產(chǎn)提供了有力保障。

關(guān)鍵詞：煤礦機械 機械傳動 齒輪失效

1 概述

煤炭作為我國的主要能源，我國煤礦中大部分都是井工開采，只有不到百分之十的是屬于露天開采，這與一般工農(nóng)業(yè)相比，在煤礦生產(chǎn)中機械設(shè)備又具有以下幾個鮮明特點：第一，工作環(huán)境極其惡劣，機械設(shè)備時刻受到粉塵、水汽、有害氣體等的危害；第二，正常工作情況下，條件苛刻，大部分的機械設(shè)備是處在負載大、振動強、摩擦厲害、介質(zhì)腐蝕嚴重的高速環(huán)境下工作；第三，工作時間超長，許多機器都是不分晝夜的連續(xù)性工作；第四，因為環(huán)境惡劣，工況要求高，再者停機時間短，這樣直接使得機械零部件得不到良好的潤滑和維護。

這幾年來，齒輪傳動在煤礦機械中的使用更為廣泛，但是齒輪的失效速度也很快，最后導致設(shè)備的功能發(fā)揮不夠充分，嚴重影響到煤礦企業(yè)的安全高效運行。下面就齒輪傳動的失效進行分析。

2 煤礦機械齒輪失效形式

隨著煤礦機械化、現(xiàn)代化水平的提高，煤礦機械的功率日趨增大。為了提高煤礦機械的可靠性和使用壽命，對其傳動齒輪必然要提出更高的要求。下面簡要分析煤礦機械齒輪失效的幾種形式：

2.1 表面疲勞

由于輪齒表面或表面下存在著裂紋生核，其特征是金屬的移動和形成凹坑，并可使得凹坑合并或增大尺寸。

第一，齒面點蝕，輪齒在工作時，齒輪之間的接觸為高副接觸，輪齒表面會受到很大的接觸應(yīng)力。當出現(xiàn)齒面接觸應(yīng)力比允許應(yīng)力大時，同時，齒面表層又處在多級載荷作用下，這使得齒面很容易出現(xiàn)裂紋，這些裂紋通常開始于輪齒節(jié)線附近，如圖1所示，就可以清楚的看出。當接觸應(yīng)力對齒面繼續(xù)發(fā)生作用，這種麻點形成應(yīng)力的增高，輪齒表面逐漸出現(xiàn)表層金屬的片狀剝落，最終引起齒廓的破壞。

第二，疲勞剝損：對于機械設(shè)備而言，疲勞剝損是一種潛在的疲勞破壞，其特征是沿齒頂或頂棱從齒面上脫落下的顆粒或屑片較大。常見于硬齒面或表面淬火的齒輪，起源于齒面下的缺陷，或由于熱處理造成過高的內(nèi)應(yīng)力。

2.2 磨損

在煤礦機械設(shè)備的磨損中，其形式相對來說比較多，主要有以下幾種形式：正常磨損、中度磨損、破壞性磨損、磨料性磨損（擦傷）、干涉磨損、腐蝕性磨損、膠合、疲勞磨損（點蝕）、燒傷等。下面就介紹其中幾種在煤礦機械設(shè)備中經(jīng)常能夠遇到的磨損。

第一，正常磨損：這種磨損是由于齒面上的金屬相互之間以一定的速率緩慢的損耗。這種磨損是在齒輪的設(shè)計壽命之內(nèi)，不影響設(shè)備的正常使用情況，但是其磨損量不允許超過維修標準。

第二，破壞性磨損：它是齒面的損傷、齒廓的變化達到非常嚴重的程度，使運轉(zhuǎn)的平穩(wěn)性受到較嚴重的破壞，齒輪的壽命顯著降

低。

第三，干涉磨損：由于在設(shè)備的使用初期，對齒輪的安裝不當，當輪齒不合理的或提前接觸時，其大部分的應(yīng)力都集中在主齒輪上，當隨著設(shè)備的運行，對齒輪的破壞由輕到重，嚴重時主動輪齒齒根被掘起，而相配齒輪的齒頂嚴重地卷起，引起齒輪副的完全破壞。

2.3 膠合

由于超負荷或使用潤滑油不當，常因嚙合區(qū)溫度升高，在重載作用下輪齒接觸面的油膜被擠破，使兩輪齒的金屬面直接接觸并熔焊在一起，引起軟齒部分接觸面沿滑動方向被撕下而起溝。

3 齒輪失效原因分析

我國煤礦機械設(shè)備事故率高居不下，一直困擾著煤礦的生產(chǎn)安全，極大的阻礙了煤礦企業(yè)的發(fā)展。齒輪運轉(zhuǎn)承載后，產(chǎn)生很大的接觸應(yīng)力；同時齒輪嚙合時，產(chǎn)生很大的彎曲應(yīng)力，由于曲率半徑及根部形狀因素等使得該處出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象，同時這又會引起齒面的剪應(yīng)力增大，齒面的相對滑動又使滑動前方受壓后方受拉。除潤滑不良、三體（磨粒）磨損、化學腐蝕外，一般地說，若輪齒承受的交變應(yīng)力超過了材料的疲勞極限或強度極限應(yīng)力，這樣將會使得齒輪出現(xiàn)以上所介紹的失效形式，以下將分析造成這些失效形式的原因，其中主要表現(xiàn)在以下幾個方面。

3.1 設(shè)計方面

在煤礦機械設(shè)備的使用過程中，設(shè)備的實際工況和使用情況與齒輪的設(shè)計參數(shù)和技術(shù)要求結(jié)合不夠緊密，針對性不夠強，缺乏專項切實的科研和實驗。有些標準、規(guī)范和測試方法、計算方法不統(tǒng)一、不先進。有些齒輪的材質(zhì)設(shè)計選擇不當，性能不好。表1所列對齒輪斷齒、點蝕和剝落有影響的因素，可供齒輪優(yōu)化設(shè)計時綜合考慮。

表1 齒輪斷齒、點蝕和剝落有影響的因素

注：?邙增加 ?邙?邙明顯增強 ?鄔下降 ?鄔?鄔明顯下降

3.2 制造加工方面

制造加工方面存在缺陷，齒輪制造質(zhì)量達不到標準和技術(shù)要求，甚至產(chǎn)品質(zhì)量低劣。熱處理質(zhì)量不過關(guān)，淬火處理齒面硬度不均，產(chǎn)生淬火裂紋，積存較大內(nèi)應(yīng)力。加工精度不高，中、大模數(shù)齒輪加工常出現(xiàn)齒圈的徑向跳動和齒形超差，齒面粗糙度不合格，這些都影響著齒輪的接觸精度。直接影響著齒輪的承載能力和壽命。

3.3 安裝使用方面

在煤礦企業(yè)當中，普遍存在著一些問題，比如，安裝技術(shù)規(guī)范不健全，在安裝過程中基本上靠著工人的工作經(jīng)驗進行施工，同時測量儀器不完備，達不到齒輪安裝技術(shù)要求和質(zhì)量標準。甚至有的出現(xiàn)違章操作，使得機械設(shè)備處于超負荷運轉(zhuǎn)狀態(tài)，這樣極大的損害了齒輪的使用壽命。

4 結(jié)語

綜上所述，我國煤礦機械設(shè)備事故率高居不下，一直是困擾著煤礦生產(chǎn)安全，極大的阻礙了煤礦企業(yè)的發(fā)展，這是一個亟待解決的安全問題，傳動齒輪作為機械設(shè)備中必不可少的一部分，它的設(shè)計水平、制造質(zhì)量和使用管理水平直接關(guān)系著煤礦機械設(shè)備的可靠性和安全性，同時也影響到設(shè)備的使用年限。通過以上對煤礦機械中各種齒輪的失效形式及原因的分析，不僅能夠使得煤礦機械設(shè)備的功能發(fā)揮到極致，同時還能夠?qū)υO(shè)備本身存在的一些缺點做了很好的補充，這樣可以使得機械設(shè)備的使用壽命大幅度提高，對煤礦企業(yè)實現(xiàn)安全高效生產(chǎn)提供了有力保障。

參考文獻：

[1]張瀟云，周新建.煤礦機械傳動齒輪失效形式分析.潤滑與密封，2003(6).

[2]張佐清.礦山機械設(shè)備維修與安裝.北京：煤炭工業(yè)出版社，1976.

[3]褚中庭.國外采掘機械齒輪用鋼及其熱處理.煤礦機電，1987(3)：70—72.

[4]倪大為.彈性流體動力潤滑對齒輪疲勞點蝕的影響.煤礦機電，1985(3)：21—24.

[5]孫慶超.煤礦機械的潤滑.北京：煤炭工業(yè)出版社，1976.

[6]李翠蘭，張愛國，李慧萍.淺談煤礦機械齒輪技術(shù)的發(fā)展趨勢.煤礦機電，2002(3)：43—44.