關(guān)于采煤機械傳動齒輪失效問題的研究

嚴(yán)周民 艾志亮

摘 要：隨著采煤機械化的發(fā)展，齒輪機構(gòu)在采掘機械設(shè)備中的使用愈來愈普遍，然而傳動齒輪出現(xiàn)的各種各樣損壞，導(dǎo)致采煤機械停滯，嚴(yán)重影響煤礦生產(chǎn)能力。本文以分析采煤機械齒輪失效形式及其特點為導(dǎo)向，探索正確使用齒輪機構(gòu)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(yè)生產(chǎn)效益。

關(guān)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(qū)使齒輪表面金屬所發(fā)生的一種消耗。只要在正常的使用期限內(nèi)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(shè)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(yán)重者甚至?xí)劤墒鹿?。在這個階段要時常進行維護，從而保障工作的質(zhì)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(tǒng)中，若有細小的臟污顆粒進入，在齒輪連續(xù)旋轉(zhuǎn)工作中形成循環(huán)研磨，破壞原有設(shè)計要求的輪廓，導(dǎo)致齒輪不正常損壞。這種細小的臟污要么來自齒輪箱內(nèi)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(huán)境中粉塵。因此，為了齒輪正常運轉(zhuǎn)，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(jiān)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(huán)境中腐蝕性的物質(zhì)發(fā)生了反應(yīng)進而出現(xiàn)的損壞。這些腐蝕性的物質(zhì)有空氣中偏酸性的水汽、潤滑劑留下的污垢，還有油脂當(dāng)中混入的腐蝕性的物質(zhì)等。煤礦采掘機械作業(yè)工作環(huán)境復(fù)雜，井下空氣中含有瓦斯和有毒有害氣體，與水汽結(jié)合易生成偏酸性的水汽，進入齒輪機構(gòu)內(nèi)腐蝕齒輪輪廓，形成腐蝕性磨損。所以，提高井下傳動機構(gòu)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(guān)鍵措施之一。3）膠合：此種齒輪失效現(xiàn)象常常出現(xiàn)在高速、重載運動或潤滑不良的傳動系統(tǒng)中，有時使用不當(dāng)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(chǎn)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?，F(xiàn)代煤礦發(fā)展的方向是高產(chǎn)高效、大產(chǎn)能大強度、智能化，煤礦采、掘、運等機械設(shè)備的傳動機構(gòu)齒輪經(jīng)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(chǎn)生膠合。4）疲勞點蝕： 傳動齒輪高速運動時，齒輪表面會反復(fù)承受到很大的接觸應(yīng)力，尤其是反復(fù)受到超載載荷的傳動齒輪，其接觸應(yīng)力更大，接觸應(yīng)力大于齒輪材料許用應(yīng)力時，齒輪表面的金屬就會一點點的掉落，在齒輪表面呈現(xiàn)出很小的疲勞凹陷。一對嚙合的齒輪，齒輪數(shù)比較少齒輪一般情況就會首先出現(xiàn)疲勞點蝕，因為齒輪數(shù)的減少，齒輪間的嚙合次數(shù)增多，齒面輪廓反復(fù)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(gòu)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(zhuǎn)速，還要根據(jù)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(yīng)力，易發(fā)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(yán)重過載時，在齒面很大壓力和摩擦力作用下，導(dǎo)致齒輪超出承受范圍，使齒面金屬產(chǎn)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(xiàn)飛邊、齒尖變得渾圓，還會造成齒輪凹凸不平的現(xiàn)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(nèi)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(dāng)裝載機頻繁啟動和過載嚴(yán)重時而經(jīng)常發(fā)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(zhì)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(xiàn)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(jīng)常出現(xiàn)波紋，提升機運轉(zhuǎn)不平穩(wěn)，噪音大。

（3）疲勞斷裂：齒輪長時間的工作，在載荷循環(huán)作用下，齒根彎曲應(yīng)力超過允許極限時材料承受不能擔(dān)負，而發(fā)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(fā)生突然斷裂。一般情況下從齒面邊緣處應(yīng)力集中的齒根圓角上而發(fā)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(huán)境差，頻繁、重載啟動，這些都是導(dǎo)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(diào)試、運行、維護維修等技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，熟練掌握齒輪運用技巧和安裝技能，保障采煤機械設(shè)備正常運行。因此在齒輪的安裝和平常運用期間，一定要嚴(yán)格按照齒輪安裝技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和運行技巧進行安裝、操作和維護。安裝齒輪時，大小齒輪側(cè)隙的調(diào)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(yīng)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(jié)圓在正確適合位置，齒輪傳動質(zhì)量才能達到設(shè)計要求。應(yīng)當(dāng)確定齒輪安裝匹配度的高低，從而確定影響煤礦機械轉(zhuǎn)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(yīng)該按照生產(chǎn)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(nèi)各個零部件，重新裝好內(nèi)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(yán)格按照技術(shù)要求安裝，保障孔徑尺寸和公差與技術(shù)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(lián)結(jié)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(shù)，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(tài)下的礦山機械應(yīng)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(guān)：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(jù)齒輪的工況狀態(tài)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(zhuǎn)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(jié)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(shù)人員通過在不同采、掘、運、通風(fēng)、排水煤礦機械設(shè)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(zhǔn)確記載，已摸索和總結(jié)出齒輪傳動正確使用潤滑劑的經(jīng)驗和規(guī)律，并能依據(jù)轉(zhuǎn)動齒輪生產(chǎn)的規(guī)定進行維修計劃的具體修訂，滿足現(xiàn)實齒輪傳動潤滑劑使用和變化，適時的調(diào)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(xué)管理和使用

機械出現(xiàn)問題，很多時候和潤滑劑量和潤滑品種使用的不當(dāng)有關(guān)，所以要根據(jù)機械正常投入使用的標(biāo)準(zhǔn)把控潤滑劑品種技術(shù)參數(shù)指標(biāo)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(shè)備不會發(fā)生機械故障，齒輪基本不會失效。不符合技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)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(dǎo)致機械設(shè)備出現(xiàn)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(xué)管理潤滑劑的重要手段。

2.3 完善設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)

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(dān)負著傳遞動能進行能量轉(zhuǎn)化的任務(wù)，每一個零部件都是能量傳遞鏈上的一環(huán)，哪一個都不能或缺，即使有一點差錯，煤礦機械設(shè)備都不能正常工作，都會對生產(chǎn)造成很大的影響。不管是在零部件的生產(chǎn)還是在安裝的時候都要按照技術(shù)、安裝標(biāo)準(zhǔn)進行，并嚴(yán)格檢驗，確保設(shè)備符合標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量。購買需要配套的設(shè)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(shè)備、零部件干涉，做到無縫對接。

3 結(jié)束語

文章以煤礦機械設(shè)備中最常見的傳動齒輪失效形式、失效致因、防止措施為導(dǎo)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(gòu)方法和安裝要求，希望這些探索能夠?qū)γ旱V機械工程技術(shù)人員在煤礦機械設(shè)施的使用中提供點滴啟發(fā)。

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