采煤機(jī)行走輪齒斷齒原因分析與改進(jìn)措施研究

通訊作者：李東，1979年10月，男，漢族，河北唐山人，現(xiàn)任開(kāi)灤集團(tuán)開(kāi)灤股份范各莊分公司綜采三區(qū)采煤機(jī)司機(jī)，采煤高級(jí)工，大專。研究方向：怎樣操作采煤機(jī)，不易損壞各部件。

摘? ? 要：采煤機(jī)在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，行走齒輪是其中非常重要的零部件之一。在采煤機(jī)的運(yùn)行過(guò)程中，要想保證整個(gè)運(yùn)行過(guò)程的穩(wěn)定性和合理性，就必須要保證行走齒輪的輪齒具有完整性特征。因此，本文針對(duì)采煤機(jī)行走輪齒出現(xiàn)斷齒的原因進(jìn)行分析，并且結(jié)合實(shí)際情況，提出有針對(duì)性的改進(jìn)措施，為采煤機(jī)的運(yùn)行穩(wěn)定性提供有效保障。

關(guān)鍵詞：采煤機(jī);行走輪齒;斷齒原因;改進(jìn)措施

一、引言

在井下煤炭的開(kāi)采過(guò)程中，采煤機(jī)的作用尤為重要，因此，對(duì)井下作業(yè)而言，其可靠性與安全性影響極其深遠(yuǎn)。對(duì)于采煤機(jī)而言，其外牽引損壞形式主要為行走齒輪的輪齒斷裂，若輪齒出現(xiàn)非正常斷裂，那么不僅會(huì)影響設(shè)備正常運(yùn)行，而且還會(huì)因地質(zhì)條件的不斷加劇，從而致使損壞程度更加嚴(yán)重。因此，對(duì)行走齒輪的斷裂與磨損問(wèn)題的研究勢(shì)在必行。本文基于對(duì)大量行走齒輪輪齒斷裂狀況的分析，并結(jié)合有關(guān)文獻(xiàn)，對(duì)產(chǎn)生輪齒斷裂因素進(jìn)行分析，最后在此基礎(chǔ)上提出了相應(yīng)的改善與優(yōu)化措施。

二、行走輪損壞的原因分析

（一）采煤機(jī)行走裝置工作原理分析

801綜采工作面MG650/1630-WD型采煤機(jī)主要由煤墻側(cè)2個(gè)平滑靴和采空區(qū)側(cè)2個(gè)導(dǎo)向滑靴分別支撐在工作面刮板運(yùn)輸機(jī)鏟煤板和銷軌上支撐機(jī)身重量，左、右牽引部的牽引電機(jī)通過(guò)傳動(dòng)齒輪驅(qū)動(dòng)行走輪轉(zhuǎn)動(dòng)，行走輪與運(yùn)輸機(jī)銷排的銷齒進(jìn)行嚙合，采煤機(jī)便實(shí)現(xiàn)了沿運(yùn)輸機(jī)向機(jī)頭或者機(jī)尾移動(dòng)。

該種依靠采煤機(jī)行走輪與運(yùn)輸機(jī)銷排銷齒嚙合實(shí)現(xiàn)采煤機(jī)行走移動(dòng)的傳動(dòng)方式具備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、拆裝更換方便的優(yōu)點(diǎn)，適合用于煤礦綜采工作面采煤機(jī)低牽引速度、重負(fù)載、粉塵大和較差潤(rùn)滑條件的特殊工作環(huán)境。

（二）行走齒輪形狀和工藝的影響

據(jù)跟蹤調(diào)查發(fā)現(xiàn)，在同種工況下，因不同行走齒輪的不同壽命，從而致使其齒根與齒長(zhǎng)在過(guò)渡圓角偏小時(shí)常會(huì)出現(xiàn)斷裂的狀況。對(duì)于行走齒輪而言，當(dāng)其輪齒較長(zhǎng)時(shí)，常會(huì)出現(xiàn)銷排齒座的干擾狀況，不僅如此，還會(huì)在嚙合過(guò)程中提升相互摩擦，從而導(dǎo)致齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)困難的狀況，最終出現(xiàn)斷裂、磨損以及憋卡等現(xiàn)象;而當(dāng)齒根的過(guò)渡圓角較小時(shí)，因齒根強(qiáng)度的降低，故而在其承受較大的彎曲應(yīng)力時(shí)常會(huì)出現(xiàn)應(yīng)力集中狀況，從而致使斷齒或是裂紋等狀況的出現(xiàn)。

（三）工況及連接部件的影響

在非同種工況下，對(duì)于同種行走齒輪而言，所表現(xiàn)的效果差異極為明顯。當(dāng)所處施工環(huán)境為刮板輸送機(jī)銷排布置平順、巷道平穩(wěn)或是煤層較軟無(wú)夾矸時(shí)，其使用壽命均相對(duì)較長(zhǎng);反之，當(dāng)煤層的夾矸較多，且較為堅(jiān)硬時(shí)，因其滾筒截齒受力的提升，故而常會(huì)致使沖擊載荷的形成，從而導(dǎo)致齒輪磨損狀況的發(fā)生;當(dāng)行走齒輪進(jìn)行井下爬坡時(shí)，因其不均衡的受力狀況，故而常會(huì)出現(xiàn)單行走齒輪的磨損或是壓潰等狀況。

對(duì)于行走齒輪而言，其壽命的長(zhǎng)短主要取決于銷排的布置狀況與自身質(zhì)量，因多數(shù)銷排均為鑄造件，故而均普遍存在著表面粗糙、圓角和倒角處理不當(dāng)?shù)葐?wèn)題。在安裝刮板運(yùn)輸機(jī)溜槽時(shí)，不僅要確保水平彎曲 ≤ ±10，還要保證垂直彎曲 ≤ ±30。如果井下的工況或是安裝未達(dá)到事前條件，那么將會(huì)致使銷排節(jié)距無(wú)法實(shí)現(xiàn)相互接觸。對(duì)于存在傾角的工作面而言，因其坡度使得銷排存在由機(jī)尾滑向機(jī)頭的趨勢(shì)，從而導(dǎo)致接口間隙過(guò)小，進(jìn)而造成接口處節(jié)距過(guò)小的問(wèn)題發(fā)生。

若節(jié)距降低時(shí)，將會(huì)產(chǎn)生滯后嚙合，且因負(fù)荷的提升使得自身出現(xiàn)嚴(yán)重變形與壓潰;若過(guò)程中存在起伏，那么將會(huì)致使銷排與其出現(xiàn)相互撞擊，從而導(dǎo)致設(shè)備壞損。如果增大其節(jié)距，抬升采煤機(jī)，則銷排側(cè)板與導(dǎo)向滑靴下鉤將會(huì)緊密相連，若導(dǎo)向滑靴發(fā)生磨損現(xiàn)象，將難以保護(hù)行走齒輪。平滑靴主要用于采煤機(jī)的支撐以及規(guī)范其行走方向的作用。在具體應(yīng)用中需要接觸到較大的壓力，所以磨損相對(duì)較快，若其磨損超過(guò)規(guī)定范圍，將會(huì)影響采煤機(jī)平衡，令其傾斜向煤壁側(cè)，令導(dǎo)向靴與行走齒輪向上傾斜，銷排和行走齒輪之間的嚙合受影響，加快磨損其溝槽，擠壓行走齒輪齒側(cè)，令其磨損進(jìn)一步加劇。所以，為使行走齒輪壽命有所延長(zhǎng)，需要對(duì)平滑靴底面磨損情況予以控制。

（四）磨損因素影響分析

1. 導(dǎo)向滑靴磨損影響因素

綜采面刮板運(yùn)輸機(jī)的運(yùn)輸強(qiáng)度大，導(dǎo)致溜槽磨損較快，當(dāng)中部溜槽磨損嚴(yán)重而使其推溜彎曲度超過(guò)規(guī)定范圍，采煤機(jī)行走至該處時(shí)，便需要導(dǎo)向來(lái)將該處銷排捋順，而導(dǎo)向滑靴磨損嚴(yán)重時(shí)使其水平和垂直方向上間隙變大，不能有效捋順?shù)N排，行走輪輪齒容易打到銷排銷齒上或者與側(cè)壁產(chǎn)生擠壓，壓力過(guò)大而斷裂。再加上工作面底板起伏不平和浮煤的影響，嚙合中心距會(huì)產(chǎn)生變化，煤機(jī)通過(guò)時(shí)導(dǎo)向滑靴要捋順?shù)N排受到側(cè)向和垂直方向的力，當(dāng)力超過(guò)其材料承受強(qiáng)度時(shí)便會(huì)從導(dǎo)溝處斷裂，而一旦導(dǎo)向滑靴斷裂便會(huì)失去對(duì)行走輪的保護(hù)，繼續(xù)工作就會(huì)發(fā)生行走輪輪齒斷裂事故。

2. 平滑靴磨損影響因素

同時(shí)隨著采煤機(jī)使用的磨損，煤墻側(cè)平滑靴逐漸磨損，同時(shí)由于兩搖臂滾筒的重量及割煤受到煤壁的壓力，使采煤機(jī)機(jī)身難以保持水平會(huì)向煤墻側(cè)傾斜，使行走輪輪齒與銷排側(cè)壁接觸作用，對(duì)行走輪產(chǎn)生橫向的壓力，加之采高較大時(shí)，煤機(jī)割煤時(shí)晃動(dòng)大，對(duì)行走輪造成較大沖擊力，容易造成行走輪輪齒斷裂。

三、行走齒輪磨損斷裂問(wèn)題的改進(jìn)措施

（一）行走齒輪齒形的改進(jìn)

現(xiàn)如今，擺線與漸開(kāi)線是行走齒輪較為常見(jiàn)的兩種齒廓形狀，若采煤機(jī)功率相對(duì)較大，則選擇前者，若功率較小，則選擇后者。例如，行走齒輪若屬于大功率線型，便可優(yōu)化其齒根圓與輪齒長(zhǎng)度的圓角，令其加工精度有所提升，且能有效避免尖棱尖角與刀痕。使其刮板運(yùn)輸機(jī)與行走齒輪的嚙合性能得到有效改善，沖擊載荷有所減小。當(dāng)前齒廓形狀利用新工藝與新材料予以優(yōu)化后得到的新行走齒輪。現(xiàn)如今，在實(shí)際使用過(guò)程中已較為常見(jiàn)，其應(yīng)用范圍明顯擴(kuò)大，并且與之前相比其壽命與性能得到明顯提升，其壽命能夠達(dá)到原有3倍[1]。

（二）導(dǎo)向滑靴的改進(jìn)

導(dǎo)向滑靴在采煤機(jī)工作時(shí)不僅具有支撐與導(dǎo)向作用，還能在一定程度上保護(hù)行走齒輪，所以，當(dāng)其發(fā)生磨損后對(duì)行走齒輪會(huì)產(chǎn)生一定影響，致使其下沉，同時(shí)嚙合線的位置也會(huì)發(fā)生改變，向下移動(dòng)，若其達(dá)到行走齒輪的齒根圓處時(shí)會(huì)與其承受的扭矩相接近，在磨損其硬化層后，會(huì)令該部位產(chǎn)生形變，甚至齒形彎曲。加工導(dǎo)向滑靴后，會(huì)令其橫向與縱向之間的間隙得到保障。此外，容易損壞之處還包括其溝槽處，采取焊接耐磨條的方式有利于磨損程度的降低，使行走齒輪得到保障。

（三）確保采煤機(jī)作業(yè)中機(jī)身平穩(wěn)、減小行走輪載荷沖擊

1. 確保煤機(jī)機(jī)身水平平穩(wěn)，減小生產(chǎn)作業(yè)時(shí)煤機(jī)機(jī)身晃動(dòng)大對(duì)行走輪的沖擊。定期檢查采煤機(jī)平滑靴，發(fā)現(xiàn)其耐磨塊磨損嚴(yán)重導(dǎo)致高度不夠致使煤機(jī)機(jī)身向煤墻側(cè)傾斜，為了使煤機(jī)機(jī)身平穩(wěn)，應(yīng)當(dāng)及時(shí)進(jìn)行補(bǔ)焊耐磨塊墊高平滑靴或者更換平滑靴，針對(duì)大采高煤機(jī)機(jī)身晃動(dòng)大的情況還可以在機(jī)身采空區(qū)側(cè)加裝配重鋼板來(lái)平衡煤機(jī)機(jī)身重量，確保生產(chǎn)中煤機(jī)機(jī)身平穩(wěn)，減少煤機(jī)晃動(dòng)對(duì)行走輪造成沖擊損壞行走輪輪齒現(xiàn)象的發(fā)生。801工作面通過(guò)補(bǔ)焊平滑靴耐磨塊以及煤機(jī)機(jī)身加配重塊的方法有效減少了行走輪損壞現(xiàn)象的發(fā)生，效果較為顯著[2]。

2. 合理調(diào)整生產(chǎn)工序，控制好煤機(jī)采高。在生產(chǎn)推溜時(shí)，應(yīng)待采煤機(jī)通過(guò)一段距離后再推，保證運(yùn)輸機(jī)銷排彎曲度滿足煤機(jī)通過(guò)要求。同時(shí)要控制好采高，避免煤機(jī)滾筒割頂或底部矸石，減小生產(chǎn)中對(duì)煤機(jī)行走輪的載荷沖擊。

（四）其他影響因素的改善

實(shí)際上，行走齒輪和銷排齒輪齒條的嚙合原理具有一定相似之處，且行走齒輪壽命與銷排的安裝精度、磨損程度以及表面粗糙程度和齒廓形狀具有一定關(guān)系。所以對(duì)銷排進(jìn)行選擇時(shí)，不僅要有較少的缺陷，還應(yīng)具有較高的精度，在安裝時(shí)也應(yīng)嚴(yán)格依據(jù)相關(guān)行業(yè)規(guī)范進(jìn)行，為延長(zhǎng)其使用壽命，對(duì)行走齒輪、平滑靴以及銷排與導(dǎo)向滑靴等均應(yīng)定期檢查，若發(fā)現(xiàn)有較大磨損，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行維修或更換，從而減少或避免其他部件受到影響。

四、結(jié)束語(yǔ)

對(duì)行走齒輪輪齒斷裂與磨損的原因進(jìn)行分析時(shí)，跟蹤研究了大量采煤機(jī)的行走齒輪，并根據(jù)具體原因提出了與之相應(yīng)的解決方案，通過(guò)與廠家協(xié)商改進(jìn)了銷排、導(dǎo)向滑靴與行走齒輪等較為突出的問(wèn)題，并取得了顯著成效，明顯提高了其使用壽命。然而與井下需求與設(shè)計(jì)相比，其實(shí)際使用壽命還需進(jìn)一步提升，若要令其效果達(dá)到較為理想的狀態(tài)，應(yīng)對(duì)其進(jìn)一步改進(jìn)，首先進(jìn)一步分析嚙合運(yùn)動(dòng)整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程，同時(shí)根據(jù)井下工作具體環(huán)境對(duì)其進(jìn)行調(diào)整，為安全可靠的運(yùn)行采煤機(jī)提供保障。

參考文獻(xiàn)：

[1]郭強(qiáng)，王義亮，楊兆建.采煤機(jī)行走部齒輪接觸強(qiáng)度的分析[J].礦山機(jī)械， 2020（06）：45-48.

[2]謝蕾.基于再制造技術(shù)的采煤機(jī)齒輪的制造研究[J].煤礦機(jī)械， 2020（08）：90-92.