刮板機減速器的現狀及發展研究

王偉

（太重煤機有限公司重型減速機公司，太原030032）

0 引言

刮板機減速器屬于硬齒面齒輪傳動機械的一種，是煤礦刮板機專用的齒輪傳動設備，其可靠性直接影響著煤炭的開采效率。由于煤炭開采的特點，致使刮板機減速器在使用中面臨如載荷的不穩定性、嚴重的沖擊震動、粉塵顆粒物含量多、空間狹小等惡劣工況。同時減速器安裝為側掛式，驅動電動機懸掛在減速器前面，減速器作為傳動件的同時還扮演著支撐件的角色。由于以上不利因素，刮板機減速器經常出現打齒、斷軸、密封失效等故障，而隨著煤炭開采向更高效發展，需要更高水平的煤礦機械產品支撐煤炭行業發展，要求刮板機減速器具有更佳的承載能力和應用環境適應性。所以研究刮板機減速器的應用現狀，分析問題原因并解決是刮板機減速器研究中的重點問題。

1 國外刮板機減速器的研究現狀

刮板輸送機減速器的發展隨著刮板機的發展在20世紀基本經歷了3個階段。第一階段是在20世紀初期，英國最先研制了刮板輸送機，當時的刮板機減速器特點是結構簡單、功率小、可靠性低；第二階段從20世紀50年代初開始，出現了高效重型可彎曲刮板輸送機，運量不斷增大，減速器傳遞功率也有了很大提高，開始出現了行星結構，并逐步應用硬齒面齒輪精加工技術；第三階段是20世紀80年代中后期，為了提高采煤工作面的產量和工效，降低生產成本，增強市場競爭能力，提高經濟效益，刮板輸送機向超大功率、超大運量、超長運距、高強度、長壽命以及高可靠性方向發展，其功率和運量比第二階段增大2～3倍[1]。此時的刮板機減速器開始使用新材料，Cr-Ni-Mo系低碳合金鋼的使用，使齒輪強度大幅提高。DBT公司生產的刮板輸送機最長的使用長度已達500 m長的工作面，JOY公司生產的刮板輸送機單電動機功率最大已達到1600 kW，并成功應用變頻電動機、可控軟起動技術、工況監測及自動控制技術[2]。研究手段上，國外已經全部采用三維設計，在對整機進行建模的基礎上進行有限元分析、動態仿真分析、結構分析，使整機的設計壽命能夠達到100 000 h以上，并注重綠色設計理念，易損件設計為可快速更換結構，延長整機系統的使用壽命。目前國外主要研究刮板機減速器的更高可靠性、輕量化以及智能化，以適應目前的現代化煤炭開采需求。

2 國內刮板機減速器的研究現狀

國產刮板輸送機減速器的研制及使用起步較晚。建國初期，當國外已經開始進入綜采機械化時，我國的煤礦機械剛剛走出仿制階段[3-15]，20世紀70年代初我國從國外引進了一批刮板輸送機，經消化、吸收并加以改進，發展了我國的刮板輸送機，刮板機減速器作為動力部部件開始自行設計制造。近年來，我國的刮板輸送機發展很快，功率檔次越來越大，已發展到目前的3×1600 kW。國產減速器制造功率最大為1600 kW，基本實現了自主設計制造，然而在產品可靠性、創新性、先進性等方面與進口減速器還存在明顯差距。國內生產制造的刮板機減速器，同等功率機型較國外產品重量重20%左右。研發手段雖然也逐步應用三維設計，但基本都是驗證二維設計，有限元分析、流體分析、振動特性分析、熱力場分析等基本沒有應用，沒有充分發揮三維設計的先進性。

據國家安標中心數據，具備礦用減速機生產資質的企業多達上百家。國內主要生產廠家且銷售過億的有張家口煤機、西北煤機、太重煤機重減公司、山西維達、天津沃德等企業。其中張家口煤機、西北煤機是刮板機制造企業，減速器屬于附件制造，其他都是專業廠家。研發實力較強的有張家口煤機、西北煤機、太重煤機以及天津沃德。雖然國內制造廠家較多，但是真正對該領域關注和研究的人員較少，我國的刮板機減速器研究制造發展較其他領域齒輪產品發展緩慢，幾乎每次改進都是首先由國外發起，而后我們引進、消化、吸收，這就使得我們在刮板機減速器這一專用減速器領域長期以來非常被動。值得肯定的是天津沃德起點高，目前正在研究智能化減速機，并已應用遠程狀態監測。太重煤機重減公司設計制造出可獨立運行的減速機監測系統，正在進行穩定性測試。國內產品與國外產品的差距體現在同等質量的承載能力以及工作的可靠性，國內產品普遍笨重，產品壽命平均在1～2 a，而國外同類產品可使用3 a以上。目前情況是，國內能夠制造出滿足使用的全功率系列減速機產品，也能形成一定規模，但是缺少在世界上有影響力的產品和領軍品牌，產量和銷售額能夠占據國內市場80%左右，然而利潤相對較低。生產制造廠家能力參差不齊，尤其是一些小功率機型存在低端制造。

3 刮板機減速器存在的問題及發展趨勢

3.1 存在問題

目前國內外生產制造的刮板機減速器，已經解決了“大”的問題，能夠滿足目前年產千萬噸級煤礦的需求。結構型式上也比較豐富，能夠滿足不同安裝方式的需求。核心零件齒輪經過百年發展已經趨于完善，制造技術也歷經幾次升級，已能夠實現高精度加工。金屬材料也已經由原來的普通碳鋼，到Cr-Mn-Mo（Ti）系低碳合金鋼，再到如今的Cr-Ni-Mo系低碳合金鋼，如果沒有重大材料方面進展，其在原材料使用上也難有突破。雖然經過幾十年的研究，刮板機減速器可靠性有了很大提高，但是依然不能滿足煤礦開采需求。具體來說主要有以下幾方面內容：

1）減速器在帶載或者滿載工況下啟動經常發生的打齒、斷軸故障。刮板機減速器經常出現有載啟動，啟動瞬間轉矩可達額定載荷的2.5倍左右，由于齒輪間隙的存在，對齒輪和軸的沖擊更大，在這樣的情況下，會大大降低齒輪、軸的使用壽命。瞬時過載和沖擊載荷是導致齒輪打齒、軸斷裂的主要原因。

2）煤礦工況下的密封失效問題。密封失效是礦用減速機的常見故障，輕者表現為潤滑油滲漏，造成油品浪費，污染其他零部件。重者可造成潤滑不良，導致軸承損壞等嚴重問題發生，同時也會造成煤粉顆粒進入減速機內部，縮短軸承及齒輪壽命。

3）如何長久地控制整機運行溫度。刮板機減速器的冷卻方式主要靠冷卻水循環水冷，這在使用初期可得到較理想效果，然而隨著使用時間的推移，加之煤礦冷卻水水質不佳，使用一段時間后造成換熱效率下降，減速器運行溫度升高，有的可達100℃以上。高溫運行下加速潤滑油老化，進而導致機械部件故障。

4）減速器故障的早期診斷和運行數據監測。故障診斷在刮板機減速器中目前還處于應用研究階段，這一技術對于刮板機減速器具有重要意義，早期輕微故障做到早發現早排除，可避免由于繼續帶病運轉造成的整機報廢事故。

3.2 發展趨勢

1）高可靠性。通過研究應用類似如CST軟啟動技術，提高減速器應對啟動沖擊載荷的能力，同時密封結構和密封件應用更加個性化的設計，提高密封性能，冷卻系統設計換熱效率更穩定的部件，通過這些方式提高整機的可靠性。

2）輕量化。輕量化設計是一種先進的設計理念，通過降低箱體、軸齒類零件重量進而降低整機重量，使減速器更易于運輸和安裝維護。

3）智能化。通過增加不同類型傳感器，并輔以信號處理設備，監測模塊可集成于減速器之上，通過信號的監測，數據分析，早期發現故障并解決，還可通過信號傳輸控制停機，太重煤機已制造出一代監測樣機。

4）大型化。由于國家對于煤礦的關停整合，以后煤礦的產量會越來越高，大型煤礦越來越集中，這樣礦用減速器也會越來越大型化，所以各生產制造企業應重點研發大功率刮板機減速器。

4 結 語

刮板機減速器經過幾十年的發展，仍然存在一些問題。我國的刮板機減速器技術及產品可靠性均與世界先進水平有較明顯差距，而煤礦開采機械化、自動化、大型化趨勢下的今天對煤礦機械設備提出了越來越高的要求，所以對企業和社會來說,為了實現該類產品的性能提升,應該加大對大功率刮板機減速機的研究優化。研究的重點在于如何實現減速器的“一性三化”，即高可靠性、輕量化、智能化和大型化。

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