楊志剛

（大同煤礦集團(tuán)同發(fā)東周窯煤業(yè)有限公司， 山西 大同 037000）

1 事故現(xiàn)象

主流刮板輸送機(jī)的減速器都使用普通的漸開線齒輪嚙合來達(dá)到減速的目的，但是在煤炭遠(yuǎn)送過程中極易出現(xiàn)過載導(dǎo)致減速器不能正常使用，從而引發(fā)停工的現(xiàn)象。例如，原煤生產(chǎn)過程中，輸送機(jī)的減速器產(chǎn)生較大聲響并隨之停轉(zhuǎn)。經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)減速器的齒輪輪齒被打斷，俗稱推齒，造成輸送機(jī)停運(yùn)。

2 事故原因調(diào)查

經(jīng)分析，該減速器停止運(yùn)轉(zhuǎn)的主要原因是齒輪輪齒折斷。疲勞斷裂是該型號齒輪失效的主要原因。疲勞斷裂是指在交變循環(huán)載荷的作用下，齒輪的齒根處產(chǎn)生較大的集中應(yīng)力，齒輪齒根處受到的彎曲應(yīng)力超過齒輪疲勞極限時(shí)，在齒根圓角處首先產(chǎn)生疲勞裂紋，隨著工作時(shí)間和循環(huán)次數(shù)的增加，裂紋不斷擴(kuò)大、加深，最后在某時(shí)刻疲勞斷裂。

輸送機(jī)在正常工作中，做上山運(yùn)動，整機(jī)的自重變大，運(yùn)行一段后，減速器輸入軸上的齒輪副齒輪面上將出現(xiàn)“點(diǎn)蝕”現(xiàn)象，這將導(dǎo)致齒輪的安全性降低。輸送帶在向外輸送采摘下的煤炭的過程中，很容易出現(xiàn)雜質(zhì)掉入輸送鏈條的現(xiàn)象，而出現(xiàn)這種現(xiàn)象必然會致使減速器超載荷運(yùn)行，這將會導(dǎo)致輸送機(jī)出現(xiàn)較大的沖擊振動，這種沖擊過載極容易導(dǎo)致輪齒過載，從而使齒輪的輪齒折斷。

漸開線斜齒圓柱齒輪進(jìn)行嚙合傳動時(shí)，兩輪齒首先從一點(diǎn)開始嚙合，然后隨著傳動的進(jìn)程，慢慢地由一個(gè)嚙合點(diǎn)延展成一條嚙合斜線，再由嚙合長線變成嚙合點(diǎn)最后退出嚙合?？梢钥闯?，斜輪齒傳動中，在一對輪齒剛進(jìn)入嚙合，同時(shí)嚙合即將完成時(shí)，齒根部會受到較大的沖擊載荷，這會在齒輪的根部引起較大的應(yīng)力集中現(xiàn)象。

3 齒輪的優(yōu)化改進(jìn)

在保證經(jīng)濟(jì)性的前提下，不改變減速箱使用材料和外形尺寸，提高齒輪齒根的應(yīng)力上限是工作的重點(diǎn)。

點(diǎn)線嚙合齒輪是在普通線嚙合齒輪和點(diǎn)嚙合齒輪的基礎(chǔ)上發(fā)展出來的新型齒輪傳動方式。該齒輪的齒頂部分齒廓曲線跟普通的漸開線齒輪相同，但是靠近齒輪根部的輪廓是凹的過渡曲線。該輪廓曲線的齒輪兼具了兩種齒輪的傳動特點(diǎn)，且在現(xiàn)有技術(shù)條件下該型齒輪易加工，適應(yīng)于大規(guī)模礦場。

為保證設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性，依據(jù)刮板輸送機(jī)輸送過程中的實(shí)際工況和地下復(fù)雜的工作環(huán)境，設(shè)定減速器的齒輪的額定功率P為50 kW，輸入軸的轉(zhuǎn)速N為970 r/min，計(jì)算可得傳動的最小扭矩T為：

對同等參數(shù)的點(diǎn)線嚙合齒輪和普通的漸開線嚙合齒輪進(jìn)行三維建模設(shè)計(jì)，然后用solidworks軟件進(jìn)行建模，并用solidworks進(jìn)行應(yīng)力分布的有限元分析。

3.1 主、從動輪齒根處彎曲應(yīng)力分析

圖1 點(diǎn)線嚙合齒輪齒根受力圖

模擬地下礦井中輸送機(jī)的載荷條件和工況條件，對基本參數(shù)相同的點(diǎn)線嚙合齒輪和漸開線標(biāo)準(zhǔn)圓柱斜齒輪進(jìn)行齒根彎曲應(yīng)力分布情況分析。為保證數(shù)據(jù)的真實(shí)可靠，選取該兩種齒輪在嚙合過程中相同時(shí)間間隔下的嚙合點(diǎn)進(jìn)行分析，圖1是點(diǎn)線嚙合齒輪的受力情況，下頁圖2是標(biāo)準(zhǔn)漸開線齒輪受力分布圖。

圖2 漸開線斜齒輪主從齒輪齒根處彎曲應(yīng)力分布圖

從圖2可以得出以下結(jié)論：

1）主動輪。兩種齒輪在齒根處的彎曲應(yīng)力分布基本相同，其最大彎曲應(yīng)力都出現(xiàn)在30°切線附近。不同點(diǎn)是點(diǎn)線嚙合主動齒輪的最大應(yīng)力區(qū)域要比漸開線斜齒輪的主動輪最大應(yīng)力區(qū)域偏上一點(diǎn)；

2）從動輪。兩種齒輪的從動輪的應(yīng)力分布有明顯的不同，點(diǎn)線嚙合齒輪的從動輪彎曲應(yīng)力明顯分布在齒根靠上部的位置，而且應(yīng)力分布的區(qū)域要更長且橫跨區(qū)域更大。

3.2 主、從動輪最大瞬時(shí)彎曲應(yīng)力分析

圖3與圖4是選取的不同的嚙合瞬間彎曲應(yīng)力分析圖，通過對比可以得出以下結(jié)論：

1）最大應(yīng)力。點(diǎn)線嚙合齒輪的主從動齒輪要比漸開線齒輪主從動輪值要大；

2）整體趨勢。點(diǎn)線嚙合主動輪和漸開線線齒輪在最大彎曲應(yīng)力方面基本相同，但稍高于普通齒輪；而圖4可以看出點(diǎn)線嚙合齒輪與普通齒輪在載荷突變的情況下有更高的承載能力。

圖3 主動輪最大瞬時(shí)彎曲應(yīng)力

圖4 從動輪最大瞬時(shí)彎曲應(yīng)力

4 結(jié)語

刮板輸送機(jī)是煤炭行業(yè)的主要作業(yè)工具，其工作的穩(wěn)定性和產(chǎn)能有著密切聯(lián)系，是保證整個(gè)煤炭業(yè)經(jīng)濟(jì)性的基礎(chǔ)工具。在其減速器內(nèi)使用點(diǎn)線嚙合齒輪可以在同等應(yīng)力載荷沖擊下，保證減速器內(nèi)齒輪工作的穩(wěn)定性，使得輸送機(jī)能夠正常工作，從而提高煤礦產(chǎn)量。