煤矿机械重负荷齿轮材料的研究

岳伟利　王胜利

摘 要 随着我国经济形势的迅猛发展，对煤炭资源的需求与日俱增。煤矿企业为了能够获取更多的经济收益纷纷扩大生产规模，在一定程度上提高了煤炭资源的产量，促进了社会的进步。然而由于产量的激增导致煤炭在开采过程中机械重负荷齿轮使用寿命出现了较为明显的缩短，从而造成煤矿企业的生产成本支出较高，不利于企业进一步发展。因此对机械重负荷齿轮材料的研究在当下具有重要的现实意义。

关键词 煤矿；机械重负荷齿轮；材料；煤炭开采；使用寿命；现实意义

中图分类号：TH132 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）14-0056-01

煤矿挖掘机械设备的重负荷齿轮材料一直是困扰相关行业的重要因素，每年煤炭开采企业因为负重轮低寿命以及超负荷运转引起的经济损失数额较高并且呈现出逐年上升的趋势，国内外对相关材料的研究已经广泛展开，取得了比较瞩目的成就。因此本文针对重负荷齿轮材料的研究，以寻找提高齿轮寿命的新型材料，能够在很大程度上促进煤矿企业的进一步发展，具有重要的促进作用。

1 目前我国煤矿机械重负荷齿轮应用现状分析

1.1 齿轮制造工艺比较落后

由于机械重负荷齿轮虽然尺寸较小，但是其所需要的加工工艺水平要求较高，而我国在此方面的研究相较于发达国家存在着较大的差距，造成齿轮制造工艺相对比较落后，无法满足实际的煤炭开采需求[1]。大型的煤炭开采企业为了保证生产的正常运转，经常采取进口的方式通过使用发达国家制造的齿轮来促进开采进度符合预期目标；中小型煤矿开采企业由于不具有充足的资金，只能应用目前我国自产的齿轮，通过准备较多备件来进行替换的方式满足煤炭开采需求。不管在哪一方面都对企业自身的经济发展造成了较为严重的影响，导致企业生产成本飙升，为了转嫁成本因素，煤矿企业纷纷提高了煤炭的销售价格，继而影响了整个社会的稳定有序促发展[2]。

1.2 齿轮制造材料相应比较缺乏

由于重负荷齿轮负荷程度较高，造成了相应的强度韧性需求较高，目前国外纷纷采用17CrNiMo6钢作为重负荷齿轮的制造材料，在很大程度上提高了重负荷齿轮的使用寿命，对煤炭开采工作具有重要的促进作用。然而由于我国在17CrNiMo6钢的制造工艺还不过关，造成了只能采取进口的方式来进行生产，传统的齿轮制造材料如30CrMnTiA钢以及12CrNi3A钢在具体的韧性、强度、弯曲疲劳寿命等指标上已经无法满足现代煤炭资源开采工作，逐步被淘汰出了大型设备制造材料行列中。因此我国在重负荷齿轮的制造材料上面临着研究的现实形势，必须寻找出一种能够满足实际开采工作需求，价格相对17CrNiMo6钢要便宜的制造材料，来实现负重齿轮的国产化，降低煤炭企业的生产成本，提高机械设备的使用价值，为煤炭开采企业的快速发展作出应有的贡献[3]。

2 18Cr2Ni4WA钢的研究应用

2.1 国产重负荷齿轮制造材料的对比分析

随着我国制造技术及工艺的不断发展，在将国外先进的生产技术及材料工艺引进基础上我国开发了一种全新的含镍高合金渗碳钢-18Cr2Ni4WA钢，在很大程度上提高了重负荷齿轮的实际应用价值，满足了实际的工作需求。通过对18Cr2Ni4WA钢、30CrMnTiA钢以及12CrNi3A钢的对比情况来确定国产钢的实际应用研究所取得的成果。

在所有指标中30CrMnTiA钢的指标是最低的，因此其也是最早从我国重负荷齿轮制造材料中所淘汰的材料。12CrNi3A钢在断裂韧性以及冲击韧性要好于18Cr2Ni4WA钢，但是其弯曲疲劳寿命严重低于18Cr2Ni4WA钢，随着煤炭资源的开采强度越来越高，采用12CrNi3A钢所制造的重负荷齿轮在高强度工作条件下容易发生齿轮断裂的现象进而造成生产安全事故，对煤炭开采企业的影响较大，因此高强度工作条件下18Cr2Ni4WA钢的应用越来越广泛，其所具有的使用价值也在不断提高[4]。

2.2 国内外重负荷齿轮制造材料的对比情况分析

目前我国主要采用的重负荷在齿轮制造材料为17CrNiMo6钢，是由德国蒂森公司生产研发的，在世界范围内得到了广泛的应用，市场价值较高，在我国自主开发出了高强度以及高韧性的18Cr2Ni4WA钢后，采用国产材料替换进口材料已经成为了一种可能。国内外两种制造材料指标对比情况详见表1。

通过表1的对比情况可以明显看出，国产的18Cr2Ni4WA钢在静强度以及弯曲疲劳寿命上已经远远超过了德国的17CrNiMo6钢，处于世界领先水平，已经能够满足我国目前实际的煤炭资源开采强度，完全具备替换进口制造材料的可行性[5]。

3 具体应用分析

18Cr2Ni4WA钢是我国目前机械制造工艺的结晶，其成果已经处于世界先进行列，在我国的煤炭资源开采过程中已经完全能够满足实际的工作需求，因此其替换进口17CrNiMo6钢已经成为了我国煤炭开采机械重负荷齿轮材料发展的必然趋势。在大型的机械设备上进行替换不仅可以有效的降低煤炭企业的生产成本，同时在很大程度上提高生产效率，促进企业经济收益的进一步提升，具有较好的应用推广使用价值。同时大型设备也是目前我国大型煤炭生产企业所必须要用的机械设备，实现关键部件的国产化，不仅能够从整体上带动行业的发展，也能促进相应研究的进一步深化[6]。

同时在中小型煤炭挖掘设备使用上，由于不需要高强度的进行工作，可以采用断裂韧性以及冲击韧性指标较好的12CrNi3A钢，相对于18Cr2Ni4WA钢，前者具有明显的价格优势，能够较好的满足中小型煤炭开采企业的发展需求，目前我国正在进行相关方面的替换工作，相信随着工作逐步接近尾声，煤炭企业的开采效率以及经济收益将会得到进一步的提升，对促进相关产业的发展具有重要的现实意义。

4 总结

综上所述，煤炭重负荷齿轮的制造材料不仅是一国机械制造水平的体现，也是煤炭开采企业发展的重要因素，对企业的经济收益和竞争能力是一种有效的提升手段。通过将我国国产制造材料与进口材料进行对比，可以将目前使用的进口材料进行充分替换，以提高煤炭资源的开采效率，满足社会生产生活对煤炭资源量的需求，推动社会的向前发展。

参考文献

[1]高美兰，白树全，王红.煤矿机械重负荷齿轮材料的研究[J].热加工工艺，2012，12（20）：55-56.

[2]高美兰，白树全，王红，孙杰.矿用新型重负荷齿轮材料研究[J].铸造技术，2013，12（01）：34-35.

[3]陈纪民.不同材质的齿轮发展现状[J].热加工工艺，2013，12（12）：36-40.

[4]廖宜剑.高速重载齿轮用PVD涂层分析与性能评价[D].重庆大学，2013.

[5]李海翔.渐开弧面齿轮传动的基本理论及试验研究[D].重庆大学，2012.

[6]石莹.基于摩擦学的机车牵引齿轮力学性能研究[D].大连交通大学，2013.endprint