齒輪失效下的煤礦機(jī)械論文

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1齒輪失效形式

1.1磨損煤礦機(jī)械，特別是掘進(jìn)機(jī)械，采掘煤巖體，強(qiáng)度較大，齒輪所受載荷高，因此齒輪特別容易造成磨損，由于磨損產(chǎn)生的原因不同，磨損類型主要為正常磨損、中重度磨損、擦傷性磨損、疲勞性磨損（點(diǎn)蝕）等。齒輪受長(zhǎng)期工作發(fā)展緩慢損耗，齒輪均具有一定的壽命期，如果磨損處于壽命期內(nèi)，則不會(huì)影響其正常的工作性能，但一般來說，設(shè)備磨損量必須控制在維修標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。

1.2表面疲勞由于機(jī)械設(shè)備齒輪反復(fù)遭受交變應(yīng)力的作用，存在于齒輪表面或其下面的材質(zhì)初始裂紋會(huì)產(chǎn)生疲勞，如果受到的交變應(yīng)力超過材料的疲勞極限，初始裂紋就會(huì)不斷擴(kuò)展，逐漸的產(chǎn)生凹坑，或者產(chǎn)生移動(dòng)，隨著設(shè)備的繼續(xù)工作，已經(jīng)產(chǎn)生的凹坑的尺寸將會(huì)不斷增大，最終合并為一起。根據(jù)疲勞產(chǎn)生的原因，一般有破壞性點(diǎn)蝕和疲勞剝損兩種類型。

1.3膠合如果齒輪處于超負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，嚙合區(qū)溫度就會(huì)升高，齒輪接觸面的油膜受重載作用發(fā)生擠破，就使得兩齒輪間直接金屬接觸，則有可能導(dǎo)致其熔焊為一體，將會(huì)產(chǎn)生軟齒起溝現(xiàn)象。加之煤礦機(jī)械均處于低速種載狀況，不易于形成齒面間的油膜，因此也易產(chǎn)生膠合破壞。

1.4塑性流動(dòng)塑性流動(dòng)包括3種類型：塑性變形、起波紋和起皺。塑性變形是齒輪較軟齒部分金屬的塑性變形，如果塑性變形嚴(yán)重，可能會(huì)發(fā)生飛邊、齒頂變圓現(xiàn)象，導(dǎo)致主、被動(dòng)輪齒均市區(qū)正常的結(jié)構(gòu)齒形；起皺紋多發(fā)生于淬火的齒輪上，使得齒面形成類似波紋的外觀；起皺是指齒面出現(xiàn)呈人字形或魚尾狀。

1.5斷裂斷裂則說明齒輪徹底破壞已經(jīng)失去本身具有的性能，如果繼續(xù)使用，后果將嚴(yán)重，依據(jù)斷裂產(chǎn)生的原因，一般有疲勞斷裂、磨損斷裂、超載荷斷裂等幾種。

2齒輪失效原因分析

由于煤礦處于不間斷生產(chǎn)狀態(tài)，因此對(duì)于機(jī)械設(shè)備的性能要求較高，如果一旦發(fā)生齒輪失效狀況，不僅嚴(yán)重影響產(chǎn)能，也有可能對(duì)井下人員安全造成影響，因此必須對(duì)煤礦機(jī)械設(shè)備齒輪失效的原因進(jìn)行分析，一般來說主要包括以下3個(gè)方面：

2.1原始設(shè)計(jì)由于礦用機(jī)械設(shè)備均工作于復(fù)雜的環(huán)境，因此原始設(shè)計(jì)就必須與普通齒輪不同，必須要對(duì)機(jī)械設(shè)備所處的具體環(huán)境進(jìn)行考慮，絕不能采用傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方式，且必須對(duì)已經(jīng)設(shè)計(jì)研發(fā)的設(shè)備進(jìn)行工業(yè)性試驗(yàn)，否則將不具備煤礦機(jī)械化高效安全生產(chǎn)的條件，按齒輪接觸疲勞強(qiáng)度來算，由于煤礦機(jī)械設(shè)備處于高負(fù)載低速運(yùn)行狀態(tài)，因此所算出來的強(qiáng)度都將較傳統(tǒng)設(shè)計(jì)較高，如采煤機(jī)和刮板輸送機(jī)，但其韌性較差，易產(chǎn)生斷齒。

2.2加工質(zhì)量齒輪在機(jī)床加工過程中，必須按照設(shè)計(jì)的尺寸、外觀等具體要求嚴(yán)格加工，如果不按照具體規(guī)格參數(shù)加工，將使得制作產(chǎn)品達(dá)不到預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)要求。如齒輪制造中存在具體化學(xué)成分偏差，將會(huì)降低齒輪的材質(zhì)性能；由于齒輪熱處理技術(shù)不過關(guān)所導(dǎo)致的強(qiáng)度不足，這些問題將直接影響齒輪所能服務(wù)的期限。

2.3安裝過程煤礦機(jī)械設(shè)備如果不能穩(wěn)定安裝，將使得齒輪無法達(dá)到最好的工作性能。例如齒輪軸中心線的平行度、水平度、中心距、輪齒嚙合間隙、接觸面積以及軸承安裝等安裝問題都會(huì)引起齒輪的工作壽命；若在生產(chǎn)中潤(rùn)滑劑達(dá)不到技術(shù)要求，均會(huì)影響齒輪的正常運(yùn)行以及加速其磨損。

3失效的處理對(duì)策

根據(jù)齒輪失效的原因，提出了以下具體的改進(jìn)措施，將最大幅度提升齒輪的使用期，具體的改進(jìn)措施包含以下6個(gè)方面。

3.1原始設(shè)計(jì)依據(jù)煤礦的具體工作條件，優(yōu)化齒輪加工制造的參數(shù)，必須準(zhǔn)確計(jì)算齒輪所承載的載荷且必須考慮修正強(qiáng)度；齒輪齒形結(jié)構(gòu)、加工材料、以及加工工藝，盡可能提高齒輪的硬度以及嚙合參數(shù)，且在設(shè)計(jì)階段就得想好怎么對(duì)齒輪形成如何潤(rùn)滑機(jī)制進(jìn)行考慮。

3.2材料選擇必須考慮到煤礦機(jī)械超負(fù)荷低速運(yùn)行的狀態(tài)，因此對(duì)于齒輪的韌性、強(qiáng)度及工藝性能要求很高，因此必須要選擇與此匹配的材料。目前來說，我國(guó)煤礦機(jī)械齒輪所選用的材料主要為低碳合金滲碳鋼。如果齒輪所承受負(fù)荷或受沖擊力較大，則采用Ni-Cr和Ni-Cr-Mo合金滲談鋼；如果希望機(jī)械能夠在負(fù)載工作時(shí)盡量保持穩(wěn)定則選用Ni-Mn鋼。3.3工藝質(zhì)量對(duì)機(jī)械設(shè)備的齒輪進(jìn)行加工時(shí)，必須提升滾齒質(zhì)量要求水平，分清楚粗、精滾工序，使得滾到精度大幅提高，齒面的粗糙度必須按照規(guī)范要求，大部分粗糙度好的齒輪設(shè)備壽命將顯著增加，因此需要采用較先進(jìn)的拋光技術(shù)提高齒面粗糙度。

3.4熱處理工藝煤礦機(jī)械齒輪承載能力的高低主要是通過提高齒輪硬度達(dá)到，但也不是唯一的決定因素，齒輪表面向芯部間區(qū)域的剪切強(qiáng)度的比值也是非常重要的影響因素，此值一般小于0.55。采用深層滲碳淬火的熱處理方法，將能夠很好實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。

3.5安裝工藝必須正確調(diào)整兩齒輪軸間的垂直度和水平度，使所存在的間隙處于合理范圍內(nèi)，避免出現(xiàn)扭斜現(xiàn)象，使齒輪嚙合間隙處于合理范圍，將大幅降低斷齒發(fā)生幾率。

3.6設(shè)備使用和維護(hù)方法煤礦機(jī)械設(shè)備齒輪對(duì)于潤(rùn)滑要求較高，在使用過程中，需要定期對(duì)其進(jìn)行潤(rùn)滑處理，且必須選擇合理的潤(rùn)滑黏稠度，并及時(shí)對(duì)潤(rùn)滑油進(jìn)行清潔處理；對(duì)于非外露性齒輪，必須經(jīng)常對(duì)齒輪機(jī)箱進(jìn)行清潔處理，提高其散熱強(qiáng)度，及時(shí)的檢測(cè)可以避免齒輪失效的發(fā)生，從而延長(zhǎng)其使用壽命，保證設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

4結(jié)語

為保證煤礦能夠高效安全生產(chǎn)，必須大幅降低機(jī)械設(shè)備的事故率，而機(jī)械設(shè)備事故率很多都是齒輪失效。因此，通過對(duì)齒輪失效的形式及原因進(jìn)行探討，研究得到降低齒輪失效的改進(jìn)措施，將能夠?yàn)槊旱V生產(chǎn)提供重要的借鑒。

作者：白瑞東單位：山西西山晉興能源有限責(zé)任公司斜溝煤礦