采煤机销轨轮断齿原因分析及改进措施

刘 涛，张丽明

(太重煤机有限公司技术中心，山西 太原 030032)

为适应煤炭市场的需求，煤矿对采煤机的可靠性要求愈来愈高。如何保证采煤机可靠平稳运行，成为亟待解决的问题。销轨轮是采煤机的关键零件，属于易损件，所以提高采煤机销轨轮的可靠性和使用寿命，可以有效提高采煤机的生产效率。

1 销轨轮断齿原因分析

1．1 从设计角度分析

1)销轨轮和销排齿形的影响。

采煤机在行走过程中，两个销轨轮的转速在理论上是同步的，采煤时的牵引驱动力大多时间由两个销轨轮同时承受。采煤机的销轨轮齿形由机加工而成，而刮板输送机销排齿轨大多是铸造而成，且两销排在对接处要进行调节，销排节距要求有一定的补偿量;所以在行走时，就可能出现其中一个轮的轮齿和销排的齿轨瞬间的不接触，造成另一个销轨轮的轮齿受到双倍牵引驱动载荷。这种现象主要是由销轨轮和销排本身齿形曲线特性、销排的铸造精度和节距变化引起的。这就造成采煤机在牵引时，两个销轨轮中总会存在其中一个销轨轮的某一齿瞬间承受全部牵引驱动力的作用，因此采煤机在工作时，销轨轮轮齿总会承受这样周期性瞬间的冲击载荷。当这种冲击载荷超过销轨轮的许用弯曲疲劳极限时，就会导致轮齿在齿根处因较大的交变应力集中引起微小裂纹产生，小裂纹在交变应力的作用下不断扩大，致使轮齿快速突然断裂。

2)轮齿偏长、齿根过渡圆角偏小。

轮齿过长可能会造成以下两种后果：a)可能造成销轨轮进入或脱离啮合时不顺畅，尤其是在两销排对接处，因节距的变化会造成销轨轮轮齿脱离不开而和销排出现憋卡和干涉，见图1。b)可能造成销轨轮齿顶与刮板输送机的机销排齿轨座发生干涉，见图2。

图1 轮齿与销排节距关系图

齿根过渡圆角偏小会造成轮齿根部受力不好。因为轮齿受载时，齿根处产生的弯曲应力最大，由于齿根过渡部分的截面变化及加工刀痕等原因容易引起应力集中，并导致疲劳裂纹产生。

3)销轨轮齿厚方向受侧向力，导向滑靴对销轨轮没有起到保护作用。

图2 齿顶和元宝座干涉图

销轨轮轮齿齿厚方向与刮板输送机销排两侧预留的摆动间隙偏小，也即销轨轮和销排之间、导向滑靴和销排之间，导向滑靴和外牵引壳体之间的间隙不匹配，导致销轨轮轮齿受到侧向力的作用。按正常情况销轨轮轮齿是不应受侧向力的，所有的侧向力都是由导向滑靴或销轨轮的其它部位来承受。

1．2 从加工制造角度进行分析

1)销轨轮材料的影响。

选用销轨轮的材料需要保证以下两个方面的要求，a)选用具有高强度、较好韧性的材料。b)选用具有较好的耐磨性能材料。因为销轨轮的工作环境恶劣、受到的冲击载荷大以及磨损严重，所以合理选用销轨轮材料对销轨轮的使用寿命有较大的影响。

2)热处理工艺的影响。

确定销轨轮所选用的热处理工艺的类型(渗碳淬火或调质等)，确定渗碳层的深度、零件的表面硬度及芯部硬度等，这对销轨轮的机械性能有重大影响，也直接关系到销轨轮的使用寿命。

3)加工过程中产生的影响。

销轨轮表面的加工质量以及加工精度也是影响销轨轮寿命的重要环节。如零件表面加工刀痕以及未处理的尖棱尖角都能影响销轨轮的使用效果。尤其是齿根处的刀痕容易产生应力集中，而轮齿周边的尖棱尖角可能造成同刮板输送机销排齿轨处的周边圆角干涉或产生挤压崩裂现象。

1．3 配套设备带来的影响

在配套上采煤机和刮板输送机的关系较为密切。因为采煤机的行走是通过销轨轮和刮板运输机的销排啮合来实现的，和齿轮齿条的啮合原理较为相似。

1)大部分厂家的销排通过铸造而成，其齿形误差大，精度低，销排的表面质量较粗糙。这些原因会造成二者的啮合性能降低，磨损加剧，寿命缩短。

2)部分厂家销排齿形周边的铸造圆角过大，对销排两侧面未做倒角处理。这样容易造成同采煤机销轨轮轮齿发生干涉、侧边压溃等，见图3。

图3 两种销排的对比图

1．4 井下安装与非正规操作的影响

1)在井下安装刮板输送机溜槽时，要保证垂直弯曲不超过±3°，水平弯曲不超过±1°。但有时井下的实际安装情况和实际工况没能达到这一要求，这种情况极易损坏导向滑靴，使得销轨轮失去导向滑靴的保护而相继损坏。

2)井下的违规操作，如采煤机斜切进刀切入煤壁时，移架工推溜过急，也是损坏销轨轮的一个重要原因。

2 改进方案及措施

1)对销轨轮齿形进行再优化设计，改善采煤机销轨轮和刮板输送机销排的啮合性能，以减小冲击载荷。

2)根据实际情况或通过三维软件合理设计销轨轮的参数。

3)提高加工质量和加工精度，避免刀痕和尖棱尖角的存在，对齿形周边进行倒角处理，以减小轮齿磨损，减少应力集中和干涉。

4)保证销轨轮齿厚方向与刮板输送机销排两侧有足够的间隙，使导向滑靴能够对销轨轮起到足够的保护作用。

5)针对所选材料，采用合理的热处理工艺，控制好热处理过程，将材料的优越性能充分发挥出来，以更加适应销轨轮在井下的工况。

6)进一步优化刮板输送机销排的齿形，并提高销排齿形表面的精度和铸造质量。

3 结束语

经过改进，有效地解决了采煤机销轨轮的断齿问题，提高了销轨轮的可靠性，从而使采煤机的生产率大幅提高，节省了服务成本，并取得了较大的经济效益。

［1］ 濮良贵，纪名刚．机械设计［M］．第7版．北京：高等教育出版社，2004：184－211．

［2］ 综采技术手册编委会．综采技术手册(上)［M］．北京：煤炭工业出版社，1997：602－616．