煤礦機械傳動齒輪損壞原因及解決方式探討

高國斌

（冀中能源股份有限公司葛泉礦， 河北 邢臺 054000）

引言

煤炭屬不可再生資源，由于礦井施工的特殊性，做好安全生產管理極為重要。煤礦生產中主要依靠機械設備，煤礦機械的應用提升了生產效率、解放了一部分人力，同時節省了煤礦生產成本。煤礦生產中，要按照生產指標完成相應的生產任務，機械設備固然發揮了一定的價值，但是在高效、高頻的煤礦機械運轉中，機械設備時常發生故障，尤其是煤礦機械傳動齒輪最容易出現故障。要確保煤礦挖掘、采煤、運輸的效率，就要做好煤礦機械傳動齒輪的維護，并及時解決煤礦機械傳動齒輪的故障，為煤炭開采提供設備支撐。

1 煤礦機械傳動齒輪介紹和損壞原因

1.1 煤礦機械傳動齒輪介紹

齒輪傳動是由相互配對的齒輪上的輪齒互相咬合，并通過電機動力實現持續的嚙合運轉。傳動齒輪是采煤機械中的關鍵零部件，分為不同規格、尺寸，其材質一般為調質鋼、淬火鋼、滲碳淬火鋼和滲氮鋼。由于機械運轉的工作環境十分惡劣，采煤機械傳動齒輪運轉過程中要承受很大的沖擊力和壓力，特別是傳動齒輪的齒部要承受極大的、復雜多變的力，所以煤礦機械傳動齒輪磨損嚴重。作為煤礦機械產生動力的重要部件，一旦煤礦機械傳動齒輪損壞，將對采礦工作造成極大影響。煤礦機械傳動齒輪的工作原理為：機械上與銷排或埋鏈嚙合的齒輪為行走輪，驅動輪帶動行走輪轉動，行走輪與固定在刮板機上的銷排嚙合，實現煤礦機械運轉[1]。由于煤礦機械傳動齒輪工作環境復雜且工作強度大，極其容易損壞，針對煤礦機械上的傳動齒輪對加工材質和工藝的要求都較高，一般采用18Cr2Ni4WA 材料，才能滿足煤礦機械傳動齒輪的運轉要求。

1.2 煤礦機械傳動齒輪損壞原因

煤礦機械傳動齒輪損壞的原因有以下幾個方面：

1）煤礦機械傳動齒輪選材設計不當。和其他工程類型的機械設備相比而言，煤礦機械本身的運行環境十分惡劣，加之長時間連續運轉，造成煤礦機械傳動齒輪極大的磨損。在實際的運轉中，極易受到井下惡劣環境的影響，煤礦機械傳動齒輪容易碰撞到各種硬物而損壞，究其根本原因主要是煤礦機械傳動齒輪的材質不合格，在齒輪設計時未能按照標準進行設計，在選材和設計上都不達標的情況下，煤礦機械傳動齒輪很難在高強度的井下作業，進而導致齒輪性能受損[2]。

2）熱處理和加工不規范。在實際的煤礦機械傳動齒輪熱處理和加工中，部分廠商忽視了熱處理以及其它加工細節，導致傳動齒輪性能無法滿足煤礦機械的運轉需求。例如，在鍛造齒輪毛坯時，如果未能按要求處理，就會導致齒輪產生氣孔問題。如果在熱加工時淬火操作不符合要求，會造成傳動齒輪齒面硬度不夠。當這些產品應用到煤礦機械中后，一旦受到外力影響，就會導致傳動齒輪出現裂紋或者齒部損壞。對不同類型的傳動齒輪，其齒面粗糙度差異極大，直接影響齒輪的應用及使用壽命，所以齒輪加工時必須符合表面粗糙度要求，才能達到煤礦機械的運轉需求。

3）不恰當的操作也會導致傳動齒輪出現損壞。部分礦井的設備機械環境并不符合傳動齒輪的運行標準，在傳動齒輪安裝時，也未進行合理安裝，導致傳動齒輪安裝不合格，影響傳動齒輪的運轉，導致傳動齒輪壓力增大，齒輪極易磨損、損壞。在傳動齒輪的安裝中，要嚴格把控好安裝的平行度與水平度，如果在安裝傳動齒輪的過程中對平行度與水平度的測量不夠，就會導致傳動齒輪中心距過小，在長期運轉下，傳動齒輪必定受損。傳動齒輪在運轉一段時間后，要進行保養和維護，通過涂加油脂或進行清理才能保證其順利運行。由于部分礦井不重視傳動齒輪的養護，未能定期清理齒輪，導致齒輪缺油、漏油，運行受阻，其中還有很多煤渣，影響了傳動齒輪的運行性能。在受到外力作用的情況下，可能還會導致傳動齒輪斷裂，最終影響到傳動齒輪的使用壽命。

2 煤礦機械傳動齒輪損壞的解決方式

2.1 選擇優質材料的齒輪

為了有效控制煤礦機械傳動齒輪的損壞率，就要選擇優質的材料來加工機械傳動齒輪，構建合理的機械傳動齒輪部件，保證齒輪的基本性能，降低其損壞率。在煤礦井下實際作業中，傳動齒輪運行強度大，運轉頻繁。為完成煤炭生產任務指標，傳動齒輪基本上處于連軸轉的工作狀態，導致傳動齒輪磨損極大。傳動齒輪要通過嚙合產生源源不斷的動力，在運轉過程中會承受極大的沖擊和壓力荷載，對傳動齒輪的性能要求極高，所以煤礦機械傳動齒輪的材質要選擇特殊材質，在硬度、規格、性能上都要優于其他類型的工程齒輪。如果傳動齒輪的材質選擇不當，就會降低傳動齒輪的耐久度，同時也就增加了傳動齒輪的損壞率，影響煤礦井下生產，甚至導致煤炭生產中斷，降低煤炭企業的生產效益[3]。

一般情況下，齒輪承受的最大彎曲限度要達到1 200 MPa 的壓力標準，耐久性要達到1 600 MPa 的壓力標準。在選用材質時，不僅要考慮到傳動齒輪的壽命，也要保證傳動齒輪強度符合煤礦機械的基本標準，故在每款機械傳動齒輪的加工中，要不斷對其加工藝進行優化，結合煤礦機械運作需求，保證材質選擇的合理性。例如，針對煤礦機械傳動齒輪材質可以選擇低碳合金浸碳鋼作為原材料，這一材質硬度高，性能好，抗壓性強。為了保證傳動齒輪在長期運轉后仍具備較好的性能，有一定的抗壓性，在傳動齒輪材質的選擇上還可以使用電渣重容合金鋼、真空凸起精煉鋼等材質作為原材料，進而提高傳動齒輪的載荷能力。

2.2 加強齒輪的熱處理和加工環節

傳動齒輪的熱處理環節和加工環節直接影響傳動齒輪的性能和強度，因此要重視傳動齒輪的熱處理、加工環節，才能減少傳動齒輪的損壞幾率。煤礦機械傳動齒輪運轉中，承受了極大的外界壓力和高強度的磨損，要從提升煤礦機械傳動齒輪的抗磨損性和抗壓性入手。通過增加熱處理工藝，可以在一定程度上提升傳動齒輪的抗磨損性，保證傳動齒輪正常運轉，降低其損壞幾率。一般情況下，要對傳動齒輪進行性能加工和改進，就要對齒輪零件性能進行提升，降低其運轉中的磨損，可以應用先進的磨削工藝保證其粗糙程度。可以采用滲碳淬火的方式，提升傳動齒輪的硬度和韌度，實現機械傳動齒輪優化加工。也可以采用噴丸強化的方式進行精細化加工，完成對傳動齒輪的改進和改良，提升傳動齒輪的彎曲強度，并提高傳動齒輪的性能。

2.3 安裝傳動齒輪

煤礦機械運轉時會產生極大的震動，對機械各種零部件都有一定的影響，所以煤礦機械的運轉對傳動齒輪的安裝精度要求較高。為了降低煤礦機械傳動齒輪損壞的幾率，要重視煤礦機械傳動齒輪的安裝，合理安裝才能保證傳動齒輪安裝質量。在傳動齒輪的安裝過程中，要考慮到傳動齒輪本身的特點，煤礦機械傳動齒輪本身較為復雜，有很多的零部件，在安裝時要做好精細化管理，保證傳動齒輪安裝的精密性，確保齒輪正常使用，為煤炭機械的運轉提供源源不斷的動力。在實際的煤礦機械傳動齒輪安裝中，很多企業多選用噴丸強化的技術，采用這一安裝技術，大大提升了傳動齒輪的抗疲勞性能，保證傳動齒輪實現長久運轉，延長了傳動齒輪耐久極限，即使在追趕生產量的情況下，也可以實現機械運轉，大大提升了煤炭開采的效率。在加工傳動齒輪齒面時，要重點對齒面的刀痕進行消除，安裝封閉齒輪時，要做好潤滑處理，保證封閉的齒輪內部潤滑度足夠。針對齒輪內部漏油問題，要及時進行處理，做好定期檢查和清理[4]。在傳動齒輪安裝完成后，先進行全面的檢查，特別是對齒輪的檢查，要保證齒輪正常嚙合。然后再進行試運行，發現問題及時解決，防止在日后運轉中出現問題。通過科學的安裝，提升了傳動齒輪的工作效率，也保證了傳動齒輪滿足煤炭生產機械運轉要求下的負荷壓力。

2.4 選擇適宜的短圓柱滾子軸承數量

煤礦機械傳動齒輪要和軸承規格一致，在確定煤礦機械短圓柱滾子軸承型號時，要結合軸承樣本進行選型，所選型號要符合煤礦機械的設計要求，在確定煤礦機械齒輪短圓柱滾子軸承數量時，運用的選擇方法是K=10，這種極端方式是較為嚴謹的，所以設計機械傳動齒輪模型時，要完成精準的計算，就要以K=10 為參考進行確定。在實際的機械傳動齒輪模型設計中，數據的使用往往足以支撐模型設計，所以少部分的機械傳動齒輪模型設計中，要以K=m為標準進行模型設計，這樣可以模擬出無數據的傳動齒輪短圓柱滾子軸承數量模型，在應用計算結果時，要選整舍零。如果和實際情況不符，就需要調整。

3 結語

合理應用煤礦機械，充分發揮煤礦機械的開采功能，可以提高生產效率，提升煤炭生產量。傳動齒輪作為煤礦機械中的關鍵零部件，為機械運轉提供了源源不斷的動力，為了減少煤礦機械損壞幾率，要重視傳動齒輪的加工、使用和維護，要重視對傳動齒輪的故障研究，發現問題，要具體分析并及時解決，確保煤礦機械正常運轉，提高煤炭開采效率，提升企業的經濟效益。