煤礦機械中齒輪失效形式及對策

楊帥奇

摘要：在煤礦機械設備運行中，機械傳動齒輪失效的形式，分析了造成傳動齒輪失效的原因，提出了改進途徑，對探討如何提高煤礦機械傳動齒輪質量，延長煤礦機械設備的使用壽命，具有非常重要的參考價值。

關鍵詞：煤礦機械;齒輪失效;原因;改進

隨著煤礦機械的功率日趨增加。大型、特大型礦井提升機功率達幾千千瓦功率的增大導致機械設備的輸出扭矩增大，使煤礦機械的零部件特別是傳動齒輪的受力增加，最后導致設備的功能發(fā)揮不夠完全，嚴重影響煤礦企業(yè)的安全、高效運轉的要求。因此，對煤礦機械中各種齒輪失效形式及原因的分析以及改進可以有效的提高工作效率，減少能源消耗，在煤礦生產過程中使用的機械設備廣泛采用了機械傳動齒輪新技術，使得煤礦機械可以有效進行節(jié)能控制，實現高效利用、可靠生產。

1.煤礦機械齒輪失效形式

齒輪失效主要有以下幾種失效形式：

（1）磨損。包括正常磨損，中度磨損，破損性磨損，磨料性磨損（擦傷），干涉磨損，膠合，疲勞磨損等。

（2）表面疲勞。通常情況下，齒輪的表面或表面下會存在一定的材質初始裂紋，當齒輪不斷地受到交變應力的反復作用，材料就會產生疲勞，當應力超出了材料的疲勞極限，這些初始就會開始擴展，從而形成凹坑，或者產生金屬的移動，而且這些凹坑還會經常增大尺寸，以及合并。根據表面疲勞產生的原因，可以分為破壞性點蝕和疲勞剝損兩種類型。

（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，在低速重載下，由于齒面間的潤滑油膜不易形成也可能產生膠合破壞。

（4）塑性流動。塑性流動包括塑性變形，起波紋和起皺等。

（5）斷裂。主要有疲勞斷裂、磨損斷裂、超負荷斷裂、淬裂磨削裂紋等。

2.齒輪失效原因分析

煤礦機械設備中齒輪的失效直接影響著機械效能的發(fā)揮，造成嚴重的后果。對齒輪失效原因進行分析，主要是由以下原因造成

（1）設計方面。由于煤礦機械齒輪所處工況環(huán)境的特殊性，齒輪的設計也與一般的機械設備中的齒輪不同。煤礦機械齒輪的特點是：多為低速重載齒輪，機械類型較多，井下使用環(huán)境和條件較差。齒輪設計工作尚不能完全滿足上述特點和煤礦機械化技術發(fā)展的需要。齒輪的設計參數的技術要求，與不同煤礦機械的實際工況和使用條件結合不夠緊密，針對性不夠強，缺乏專項切實的科研實驗。有些標準、規(guī)范和測試方法、計算方法不統(tǒng)一、不先進。

（2）制造加工方面。在齒輪的制造加工過程中，沒有嚴格的質量保證措施，或者制造加工方面額缺陷，也會造成齒輪制造質量達不到預定的要求或標準。例如大齒輪在鑄造過程中的氣孔、砂眼等缺陷。采掘機械齒輪的滲碳層普遍偏淺，硬度梯度偏陡。加工精度不高，中、大模數齒輪加工常出現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）安裝方面。現場安裝技術不規(guī)范，憑經驗辦事，測量儀器不完備，造成安裝質量不穩(wěn)定，達不到齒輪安裝技術要求和質量標準。如齒輪中間的平行線、中心線等問題都會引起齒輪的工作壽命。另外在使用過程中，潤滑劑油脂達不到要求，或者漏油、缺油、不定期清理等都會超出齒輪的承受能力，降低其壽命。

3.齒輪失效的改進措施

在煤礦生產過程中會存在煤礦機械齒輪傳動輪軸承承載過量的情況，對生產工作存在安全隱患，在礦井機械設計中需要著重考慮。利用現在科技與先進的工程機械設備進行煤礦機械齒輪傳動輪軸承的有效科學設計可以提高機械設備的使用壽命。在井下開采中煤礦機械齒輪傳動輪軸承需采用合理安裝以達到提高對煤礦機械齒輪傳動輪軸承使用壽命的效果。其具體措施如下：

（1）煤礦機械齒輪的高效技術煤礦機械齒輪的高效生產是節(jié)能的第一標準。煤礦生產中的能耗大多集中在電機設備中，采取煤礦機械齒輪電機功的變頻控制可以有效促進高效生產。煤礦機械齒輪的使用中最重要的是應用先進的節(jié)能設備進行科學管理，在煤礦機械齒輪傳動過程中，齒輪得到了廣泛的應用，在煤礦生產過程中使齒輪的機械設備廣泛采用可以有效進行節(jié)能控制，實現高效利用、可靠生產。

（2）在加工工藝方面，機加工滾齒時，粗、精滾工序要分開，先用滾刀進行粗切，再用專用滾刀進行精滾齒，保持滾刀精度，粗糙度好的比粗糙度差的齒輪壽命可提高15%-20%。齒輪加工后組裝的減速器，出廠前應進行加載跑合，采用電火花跑合新工藝，可提高齒輪接觸精度，保證使用效果。

（3）在設計方面。煤礦機械齒輪在不加大外形尺寸的條件下，如何提高其強度和壽命是急待解決的問題，特別是承受重載和沖擊載荷的提升的采掘運輸機械齒輪，提高表面光潔度、合理的硬度和嚙合參數、有效的潤滑參數、裝配要求等，并提高標準化、系列化程度。

（4）在齒輪安裝方面，要正確調整齒輪兩軸間的垂直度平度，避免出現間隙過大、過小、扭斜等問題，使齒輪的嚙合間隙合適，從而不易發(fā)生齒輪斷齒，以及齒面局部受損。

（5）潤滑方面，要根據不同的齒輪，合理選用潤滑油種類。對于傳動負荷較輕的齒輪，宜選用純礦物油，如機械油、一般齒輪油、汽缸油等對于傳動中等負荷的齒輪，宜選用工業(yè)齒輪油。對于傳動重負荷、多沖擊和周圍環(huán)境多污染的齒輪，宜選用極壓齒輪油。潤滑油粘度的選擇主要依據是齒輪的切線速度。

4.結語

傳動齒輪是煤礦生產中的核心部件，它的設計、制造對于煤礦安全生產起著至關重要的作用。在我國的煤礦機械生產中，減少機械設備的事故率一直是一個亟需解決的問題，因此探索改進齒輪失效的有效途徑和方法是十分重要和有意義的。