關于采煤機械傳動齒輪失效問題的研究

嚴周民 艾志亮

摘 要：隨著采煤機械化的發展，齒輪機構在采掘機械設備中的使用愈來愈普遍，然而傳動齒輪出現的各種各樣損壞，導致采煤機械停滯，嚴重影響煤礦生產能力。本文以分析采煤機械齒輪失效形式及其特點為導向，探索正確使用齒輪機構的方法和安裝要求，從而達到延長采煤機械傳動齒輪的使用壽命目的，提高煤礦企業生產效益。

關鍵詞：采煤機械；磨損；安裝

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.12.077

1 采煤機械齒輪失效形式與特點

1.1 磨損

（1）一般齒輪的磨損都是齒廓運動時灰塵、金屬屑等雜物進入嚙合區使齒輪表面金屬所發生的一種消耗。只要在正常的使用期限內使用是不影響功能的，這也是正常磨損。齒輪輪齒磨損失效后齒厚變薄，失去原有設計要求輪廓，使齒輪不能正確嚙合，傳動失真。一般正常磨損分為三個期限，初期、中期、后期。在初期和中期是不會影響到齒輪運作的，但是到了后期，因為齒輪的長期使用，會伴隨噪聲的加大、震動明顯等一系列的問題，嚴重者甚至會釀成事故。在這個階段要時常進行維護，從而保障工作的質量。

（2）破壞性磨損。1）磨料性磨損：齒輪在正常嚙合傳遞運動時，尤其是在開式系統中，若有細小的臟污顆粒進入，在齒輪連續旋轉工作中形成循環研磨，破壞原有設計要求的輪廓，導致齒輪不正常損壞。這種細小的臟污要么來自齒輪箱內表面或者是齒輪外表面，要么是制造或安裝時留下的臟污顆粒，還有很多來自齒輪外部工作環境中粉塵。因此，為了齒輪正常運轉，減少摩擦和磨損，提高機械效率，延長齒輪使用周期，一定要及時添加潤滑劑，按時監測齒輪的工作狀況。2）腐蝕性磨損：主要是因為齒輪在嚙合傳遞運動期間與周邊環境中腐蝕性的物質發生了反應進而出現的損壞。這些腐蝕性的物質有空氣中偏酸性的水汽、潤滑劑留下的污垢，還有油脂當中混入的腐蝕性的物質等。煤礦采掘機械作業工作環境復雜，井下空氣中含有瓦斯和有毒有害氣體，與水汽結合易生成偏酸性的水汽，進入齒輪機構內腐蝕齒輪輪廓，形成腐蝕性磨損。所以，提高井下傳動機構齒輪箱的密封性能，防止外部有害物體侵入，是杜絕腐蝕性磨損關鍵措施之一。3）膠合：此種齒輪失效現象常常出現在高速、重載運動或潤滑不良的傳動系統中，有時使用不當潤滑劑也易造成齒輪膠合。齒輪運動的共軛接觸面在重載的壓力下，潤滑油油膜被破壞，使輪齒嚙合齒面接觸面材料直接接觸磨擦并產生溫度升高后熔化粘焊在一起，輕者是傳動噪聲加重，重者是輪齒變形、斷齒。現代煤礦發展的方向是高產高效、大產能大強度、智能化，煤礦采、掘、運等機械設備的傳動機構齒輪經常在高速、重載工況下傳遞運動和動力，若潤滑條件不好，更容易產生膠合。4）疲勞點蝕： 傳動齒輪高速運動時，齒輪表面會反復承受到很大的接觸應力，尤其是反復受到超載載荷的傳動齒輪，其接觸應力更大，接觸應力大于齒輪材料許用應力時，齒輪表面的金屬就會一點點的掉落，在齒輪表面呈現出很小的疲勞凹陷。一對嚙合的齒輪，齒輪數比較少齒輪一般情況就會首先出現疲勞點蝕，因為齒輪數的減少，齒輪間的嚙合次數增多，齒面輪廓反復擠壓而增加的齒輪疲勞度和損害度。例如，采煤機牽引部行走箱的行星輪減速機構中的中心輪，既要傳遞采煤機行走所需要的截割大扭矩，高轉速，還要根據采煤機工作需要反方向牽引而進行換向。該中心輪傳遞運動時承受較大接觸應力，易發生疲勞點蝕。

1.2 變形、傳動精度降低或疲勞損壞

（1）塑性變形：齒輪在使用期間因齒面膠軟，在齒輪頻繁啟動和嚴重過載時，在齒面很大壓力和摩擦力作用下，導致齒輪超出承受范圍，使齒面金屬產生局部塑性變形。齒輪一些密度比較低的地方就會塑性變形，比較要緊的時候還會造成齒輪邊緣出現飛邊、齒尖變得渾圓，還會造成齒輪凹凸不平的現象，從而破壞了齒輪工作時的正常的閉合。P-30B型耙斗裝載機中的耙斗絞車，其大內齒圈先鍛造后滾齒，因鍛造時工件各處密度不均勻，或因熱處理工藝缺陷而使齒面硬度過軟，當裝載機頻繁啟動和過載嚴重時而經常發生塑性變形。

（2）起波紋：在齒輪傳遞運動時，嚙合齒廓接觸處因潤滑劑添加不夠充足、潤滑劑質量差而使相對滑動的摩擦壓力增加，若齒輪表面硬度較軟，此時在輪齒的表面上會形成與滑動的方向一致的條條波紋，其外觀就像魚鱗一樣。這種情況常常出現小齒輪的表面上。例如，纏繞式提升絞車中的減速箱一軸上的小齒輪表面就經常出現波紋，提升機運轉不平穩，噪音大。

（3）疲勞斷裂：齒輪長時間的工作，在載荷循環作用下，齒根彎曲應力超過允許極限時材料承受不能擔負，而發生疲勞斷裂；脆性材料制成的齒輪因短時過載或承受沖擊而發生突然斷裂。一般情況下從齒面邊緣處應力集中的齒根圓角上而發展到沿整個齒根或者沿對角線斜上橫過全齒的整齒斷裂。齒輪斷裂，傳動無法進行。煤礦機械工作時間長，載荷大，沖擊性強，工作環境差，頻繁、重載啟動，這些都是導致齒輪疲勞斷裂的不利因素。

（4）瞬間超負荷斷裂：因為猝不及防的打擊超出承受范圍，齒輪的一角承受了全部的重力，從而超出了負荷，造成齒輪的斷裂；有時因為軸承的瞬間破壞，軸彎曲的角度過大，外部承受不住壓力，從而造成齒輪的斷裂。

2 齒輪的使用方法及安裝

2.1 正確操作

正確了解各齒輪傳動在采煤機械中的功能和作用，合理制定齒輪安裝、調試、運行、維護維修等技術標準，熟練掌握齒輪運用技巧和安裝技能，保障采煤機械設備正常運行。因此在齒輪的安裝和平常運用期間，一定要嚴格按照齒輪安裝技術標準和運行技巧進行安裝、操作和維護。安裝齒輪時，大小齒輪側隙的調整采用壓鉛法，主要解決兩個問題：一是兩齒輪齒向平行問題，另一個是鉛厚也應按公差要求，保證輪齒副中心距極限偏差要求，即保證兩輪的節圓在正確適合位置，齒輪傳動質量才能達到設計要求。應當確定齒輪安裝匹配度的高低，從而確定影響煤礦機械轉動齒輪的運用時間的長短和能夠承受的壓力。不論是剛剛安裝、過程中更換或者是檢查安裝齒輪，都應該按照生產廠家齒輪安裝正常工作程序進行。齒輪箱外面的防塵孔旋下時，就要清理齒輪箱內各個零部件，重新裝好內部干凈零部件后，防塵孔擰緊；齒輪箱的齒輪輸出軸和電機輸入軸，一定要嚴格按照技術要求安裝，保障孔徑尺寸和公差與技術要求一致，否則就會造成機械的不正常的損壞。給軸上組裝齒輪、鍵、軸承、軸套、彈簧卡圈時，千萬不要用重物擊打，強行硬裝。機械組裝完畢以后，為了避免機械的損壞，一般先人工盤活，檢查各部分靈活或緊固程度，再擰緊軸承蓋或軸套螺絲釘。擰螺釘時用力均勻，對角線上方向螺釘角依次聯結擰緊，螺釘連接松緊程度要周期檢查，避免松緊不一齒輪損壞。

2.2 正確的潤滑劑

在齒輪嚙合摩擦副間加入潤滑劑，以降低摩擦、減輕磨損，提高齒輪使用壽命，降低摩擦損失。潤滑的主要作用可減少摩擦系數，提高機械效率；減輕磨損，延長機械使用壽命；冷卻和防塵、減震作用。但不同工況狀態下的礦山機械應選擇不同種類的潤滑劑，保證在齒輪嚙合接觸面形成一層具有足夠壓力的流體膜，以便將摩擦表面分割開來，減少摩擦力，提高機械效率。閉式齒輪傳動的潤滑方式有浸油潤滑和噴油潤滑兩種，具體選擇哪種潤滑方式與齒輪的圓周速度有關：速度v>12m/s采用噴油潤滑，速度v<12m/s采用浸油潤滑；開式齒輪傳動，因傳動速度低，采用人工定期加油潤滑方式。潤滑劑的選擇先根據齒輪的工況狀態以及齒輪圓周速度確定潤滑劑運動粘度，再以運動粘度選取潤滑油牌號。不注重潤滑方式的選擇，不合理的潤滑劑選取及盲目使用潤滑劑都能造成了轉動齒輪不能到達運用期限和壽命，加快了機械的淘汰速度。

2.2.1 結合工作實際情況使用

近幾年來，隨著煤礦機械在礦山的大量使用，工程技術人員通過在不同采、掘、運、通風、排水煤礦機械設備中的齒輪傳動中的不同使用狀況、潤滑地點、潤滑方式、潤滑劑種類、加注潤滑劑量及周期進行準確記載，已摸索和總結出齒輪傳動正確使用潤滑劑的經驗和規律，并能依據轉動齒輪生產的規定進行維修計劃的具體修訂，滿足現實齒輪傳動潤滑劑使用和變化，適時的調整潤滑劑品種和劑量，確保齒輪傳動順利的進行。

2.2.2 潤滑劑的科學管理和使用

機械出現問題，很多時候和潤滑劑量和潤滑品種使用的不當有關，所以要根據機械正常投入使用的標準把控潤滑劑品種技術參數指標和控潤滑劑使用劑量。一般情況下，使用正確的潤滑劑品種和正常的潤滑劑量時機械設備不會發生機械故障，齒輪基本不會失效。不符合技術標準的潤滑油品種和不足潤滑油的計量以及超周期的加注，都會導致機械設備出現故障的致因因素。所以何時加注潤滑劑？加注何品種潤滑劑？加注多少潤滑劑？成為正確使用、科學管理潤滑劑的重要手段。

2.3 完善設備的標準

傳動齒輪在采煤機械中雖然僅僅只是一個零部件，但是它卻不是獨立存在的，與采煤機械上的其他零部件共同擔負著傳遞動能進行能量轉化的任務，每一個零部件都是能量傳遞鏈上的一環，哪一個都不能或缺，即使有一點差錯，煤礦機械設備都不能正常工作，都會對生產造成很大的影響。不管是在零部件的生產還是在安裝的時候都要按照技術、安裝標準進行，并嚴格檢驗，確保設備符合標準與質量。購買需要配套的設備和零部件時候，一定要把握配套雙方的匹配度，從而減少設備、零部件干涉，做到無縫對接。

3 結束語

文章以煤礦機械設備中最常見的傳動齒輪失效形式、失效致因、防止措施為導向，分析煤礦機械齒輪傳動損壞原因，防范措施，潤滑方法及潤滑劑的正確使用，而探索正確使用齒輪機構方法和安裝要求，希望這些探索能夠對煤礦機械工程技術人員在煤礦機械設施的使用中提供點滴啟發。

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