煤礦機械齒輪傳動系統(tǒng)壽命評價體系研究

王虎

（國家能源集團新疆能源有限責任公司，新疆烏魯木齊 8 300000）

1 煤礦機械齒輪傳動系統(tǒng)故障

在煤礦設備中，最容易出現(xiàn)失效的大概比是62%的失效，17%的軸承，10%的軸，7%的箱體，3%的固件，1%的密封器件。可以看出，在煤礦機械齒輪傳動系統(tǒng)中，齒輪本身的故障率最高。在煤礦機械傳動系統(tǒng)中，齒輪是傳動機構的重要組成部分，據(jù)統(tǒng)計，主要有斷齒、點蝕、卡滯、磨耗等幾種。

1.1 斷齒

采煤機齒面在嚙合和驅(qū)動過程中，會受到持續(xù)的交流負載，在嚙合區(qū)齒輪處的應力和變形都在發(fā)生變化。所以，齒輪處的應力最為突出。在此過程中，多次的彎曲應力和應力集中都會超出這一階段的極限，從而使齒根產(chǎn)生疲勞開裂，裂紋會不斷擴大，在無法承受足夠的載荷時，產(chǎn)生疲勞斷裂。另外，齒輪加工誤差、裝配誤差、短期超載、齒面沖擊負荷等因素使齒輪在運轉(zhuǎn)時產(chǎn)生了超越其應力極限的應力強度系數(shù)。這會造成齒輪的齒裂開或斷裂。

1.2 齒面點蝕

在煤礦機械的齒輪嚙合過程中，輪齒的嚙合面既有相對軸承，又有相對滑移。相對滑動時的接觸面。齒輪嚙合并轉(zhuǎn)動。驅(qū)動輪齒面嚙合點由根向齒尖移動，速度逐漸增大，從動輪嚙合點由齒尖向齒根移動，速度逐漸減慢。驅(qū)動輪與傳動齒輪在打結器處的接觸面相對速度為零。因此，驅(qū)動輪的齒面滑動方向遠離打結器，而驅(qū)動輪的齒面滑向打結器。這樣，驅(qū)動輪和輪對輪齒頂?shù)臐L動和滑動方向相同，接觸面承受壓縮應力。

1.3 齒面粘結

煤礦機械的齒輪大多是高速、重載的。在使用中，由于溫度過高，會導致油膜斷裂，從而導致齒面與表面的直接接觸，從而在使用時產(chǎn)生齒面粘結。在低速、高功率運轉(zhuǎn)時，高速齒輪的轉(zhuǎn)速不會太高，但是很難在表面上形成一層很好的潤滑層，從而導致了重載。

1.4 齒面磨損

齒面磨損本質(zhì)上是齒輪嚙合面材料消耗的現(xiàn)象。煤礦機械齒輪的常見磨損是磨料磨損和腐蝕磨損。當齒輪在高負載、潤滑不足時，其嚙合表面不能形成很好的潤滑，與之直接接觸會產(chǎn)生摩擦。當齒輪嚙合表面間添加金屬粒子或其它硬質(zhì)粒子時，會發(fā)生磨損，從而使齒形發(fā)生很大的變化。由于礦山潤滑油的老化和含水量的存在，使其具有腐蝕性，從而使齒輪齒面的腐蝕加快，從而使齒輪的磨損率增大。

2 煤礦機械齒輪傳動系統(tǒng)壽命的影響因素

采煤機齒輪傳動系統(tǒng)的功能是為采煤機的工作傳遞運動和動力，以保證采煤機的工作效率和工作時間。對齒輪傳動的精度和穩(wěn)定性提出了要求。通過對故障類型的分析，將影響煤礦機械齒輪傳動系統(tǒng)壽命的主要因素分為內(nèi)部因素和外部因素。內(nèi)部因素包括齒輪損壞和載荷特性，外部因素包括齒輪潤滑等因素。根據(jù)對煤礦機械齒輪傳動系統(tǒng)壽命的影響程度，分別分析如下內(nèi)容。

2.1 齒輪損壞

煤礦機械齒輪在長時間的超負荷運轉(zhuǎn)下，會對其產(chǎn)生一定的損傷，從而對其工作可靠度產(chǎn)生較大的影響，從而直接影響到其工作壽命。但是，并不是所有的齒輪都會引起齒輪的故障，這些故障對傳動系統(tǒng)的影響并不是完全獨立的，而是互相聯(lián)系的。齒輪的質(zhì)量是由多種不同的齒輪所造成的，其對齒輪的質(zhì)量的影響可能是重疊的，也可能是交錯的，許多原因?qū)е铝她X輪的損傷。

2.2 齒輪潤滑

煤礦機械的齒輪傳動系統(tǒng)依靠齒輪嚙合時產(chǎn)生的力來傳遞運動和動力。潤滑油是影響齒輪承載能力和使用壽命的重要因素。潤滑油不只是一種潤滑。為了防止齒輪與齒輪的直接接觸而產(chǎn)生的磨損，提高了齒輪的效率，降低了齒輪的溫度，減少了振動和噪音。能有效地保護齒輪的銹蝕，提高齒輪的工作狀態(tài)。

然而，由于煤礦機械工作環(huán)境惡劣，其齒輪潤滑油經(jīng)常因氧化或與水分、機械雜質(zhì)等混合而變質(zhì)。潤滑油粘度的變化是潤滑油的重要評價指標，其變化將導致嚴重的齒輪傳動故障。

2.3 負載特性

煤礦機械的齒輪傳動裝置長時間運轉(zhuǎn)，在反復的交變應力作用下，齒輪產(chǎn)生了一種微裂紋，這種裂紋會不斷擴大，最后引起齒輪的斷裂，也就是所謂的疲勞破壞。

2.4 其它因素

（1）加工誤差直接導致齒輪輪廓的誤差，這會損害齒輪傳動的穩(wěn)定性并縮短齒輪傳動的使用壽命。

（2）齒輪箱傳動系統(tǒng)由于裝配誤差、不同的軸和齒輪錯位而導致不完全接觸。

（3）由于煤層的不均勻性，采煤機的齒輪在工作過程中會受到額外的非線性沖擊載荷。同時，由于齒輪轉(zhuǎn)速的急劇改變，齒輪本身也會承受沖擊負荷，因此，齒輪的劇烈振動對變速箱的傳動性能有很大的影響。

（4）煤礦機械運行中的過載、超速和缺油加劇了傳動過程中齒面損壞、異常發(fā)熱和噪音，如果不及時檢查和更換，會對傳動系統(tǒng)造成嚴重干擾。

3 煤礦機械齒輪傳動系統(tǒng)壽命評價體系

3.1 評價體系的構建原則

（1）目的原則：在對煤礦機械傳動裝置的壽命進行評價時，僅對影響其壽命的因素進行了分析，對其它不明確或深遠的影響因素則不必作為主要范圍。

（2）科學原則：在評估采煤機熱電聯(lián)供傳輸系統(tǒng)的使用壽命時，必須客觀地建立指標和指標數(shù)據(jù)。只有在科學的基礎上作為指導，才能保證指標體系的客觀性和可靠性，才能保證評價結果。

（3）系統(tǒng)原則：煤礦機械齒輪傳動系統(tǒng)的耐久性因素非常復雜，各因素對其耐久性的影響是疊加或平衡的，因此指標體系的結構必須清晰，而各種影響因素的復雜背景可以明確界定，是準確評估壽命狀態(tài)的關鍵。

（4）完整性原則：采煤機齒輪傳動非常復雜，任何影響因素都可能導致故障，從而影響使用壽命。因此，在評價指標體系中指標的選擇應充分考慮生命周期因素，確保主要壽命周期因素納入體系，使評價結果更具代表性。

（5）實用性原則：煤礦機械齒輪傳動系統(tǒng)壽命評價指標的建立必須考慮到其工作和運行的特點。指標數(shù)據(jù)的收集和處理必須考慮到指標體系的最新技術沒有實用價值就沒有壽命評價的科學意義。

3.2 體系的構建

從礦井機械的齒輪傳動系統(tǒng)的壽命指標及指標體系的設計原理出發(fā)，結合礦井機械的主要影響因素，得出了該評價指標體系的耐用性。

3.3 煤礦機械齒輪傳動系統(tǒng)壽命定性評價

VDU 變速箱傳動系統(tǒng)的耐久性沒有公認的指標。評估包括多種因素，每種評估方法都分析這些因素。

（1）為保證煤礦機械穩(wěn)定安全運行，煤礦機械齒輪傳動系統(tǒng)壽命指標體系中的定性指標只能在一定范圍內(nèi)改變閾值，地位將發(fā)生變化，其耐久性將不可避免地受到嚴重影響。如果定性指標的初始估值范圍超過劣化值，則煤礦機械齒輪傳動系統(tǒng)的運行與正常運行狀態(tài)不同。

（2）在煤礦機械的齒輪傳動中，對齒輪的失效標準沒有統(tǒng)一的要求，因此指標的標準化是基于煤礦機械齒輪的齒輪傳動、孔道、粘結和磨損的失效標準。

4 結語

煤礦機械齒輪傳動系統(tǒng)壽命評價涉及因素眾多，因此，對影響其壽命的因素還需進一步研究和完善，以提高評價方法的可靠性。