煤矿机械中齿轮失效形式及对策

杨帅奇

摘要：在煤矿机械设备运行中，机械传动齿轮失效的形式，分析了造成传动齿轮失效的原因，提出了改进途径，对探讨如何提高煤矿机械传动齿轮质量，延长煤矿机械设备的使用寿命，具有非常重要的参考价值。

关键词：煤矿机械;齿轮失效;原因;改进

随着煤矿机械的功率日趋增加。大型、特大型矿井提升机功率达几千千瓦功率的增大导致机械设备的输出扭矩增大，使煤矿机械的零部件特别是传动齿轮的受力增加，最后导致设备的功能发挥不够完全，严重影响煤矿企业的安全、高效运转的要求。因此，对煤矿机械中各种齿轮失效形式及原因的分析以及改进可以有效的提高工作效率，减少能源消耗，在煤矿生产过程中使用的机械设备广泛采用了机械传动齿轮新技术，使得煤矿机械可以有效进行节能控制，实现高效利用、可靠生产。

1.煤矿机械齿轮失效形式

齿轮失效主要有以下几种失效形式：

（1）磨损。包括正常磨损，中度磨损，破损性磨损，磨料性磨损（擦伤），干涉磨损，胶合，疲劳磨损等。

（2）表面疲劳。通常情况下，齿轮的表面或表面下会存在一定的材质初始裂纹，当齿轮不断地受到交变应力的反复作用，材料就会产生疲劳，当应力超出了材料的疲劳极限，这些初始就会开始扩展，从而形成凹坑，或者产生金属的移动，而且这些凹坑还会经常增大尺寸，以及合并。根据表面疲劳产生的原因，可以分为破坏性点蚀和疲劳剥损两种类型。

（3）胶合。由于超负荷或使用润滑油不当，常因啮合区温度升高，在重载作用下轮齿接触面的油膜被挤破，使两轮齿的金属面直接接触并熔焊在一起，引起软齿部分接触面沿滑动方向被撕下而起沟，在低速重载下，由于齿面间的润滑油膜不易形成也可能产生胶合破坏。

（4）塑性流动。塑性流动包括塑性变形，起波纹和起皱等。

（5）断裂。主要有疲劳断裂、磨损断裂、超负荷断裂、淬裂磨削裂纹等。

2.齿轮失效原因分析

煤矿机械设备中齿轮的失效直接影响着机械效能的发挥，造成严重的后果。对齿轮失效原因进行分析，主要是由以下原因造成

（1）设计方面。由于煤矿机械齿轮所处工况环境的特殊性，齿轮的设计也与一般的機械设备中的齿轮不同。煤矿机械齿轮的特点是：多为低速重载齿轮，机械类型较多，井下使用环境和条件较差。齿轮设计工作尚不能完全满足上述特点和煤矿机械化技术发展的需要。齿轮的设计参数的技术要求，与不同煤矿机械的实际工况和使用条件结合不够紧密，针对性不够强，缺乏专项切实的科研实验。有些标准、规范和测试方法、计算方法不统一、不先进。

（2）制造加工方面。在齿轮的制造加工过程中，没有严格的质量保证措施，或者制造加工方面额缺陷，也会造成齿轮制造质量达不到预定的要求或标准。例如大齿轮在铸造过程中的气孔、砂眼等缺陷。采掘机械齿轮的渗碳层普遍偏浅，硬度梯度偏陡。加工精度不高，中、大模数齿轮加工常出现齿圈的径向跳动和齿形超差，齿面粗糙度不合格，这些都影响着齿轮的接触精度。直接影响着齿轮的承载能力和寿命。

（3）安装方面。现场安装技术不规范，凭经验办事，测量仪器不完备，造成安装质量不稳定，达不到齿轮安装技术要求和质量标准。如齿轮中间的平行线、中心线等问题都会引起齿轮的工作寿命。另外在使用过程中，润滑剂油脂达不到要求，或者漏油、缺油、不定期清理等都会超出齿轮的承受能力，降低其寿命。

3.齿轮失效的改进措施

在煤矿生产过程中会存在煤矿机械齿轮传动轮轴承承载过量的情况，对生产工作存在安全隐患，在矿井机械设计中需要着重考虑。利用现在科技与先进的工程机械设备进行煤矿机械齿轮传动轮轴承的有效科学设计可以提高机械设备的使用寿命。在井下开采中煤矿机械齿轮传动轮轴承需采用合理安装以达到提高对煤矿机械齿轮传动轮轴承使用寿命的效果。其具体措施如下：

（1）煤矿机械齿轮的高效技术煤矿机械齿轮的高效生产是节能的第一标准。煤矿生产中的能耗大多集中在电机设备中，采取煤矿机械齿轮电机功的变频控制可以有效促进高效生产。煤矿机械齿轮的使用中最重要的是应用先进的节能设备进行科学管理，在煤矿机械齿轮传动过程中，齿轮得到了广泛的应用，在煤矿生产过程中使齿轮的机械设备广泛采用可以有效进行节能控制，实现高效利用、可靠生产。

（2）在加工工艺方面，机加工滚齿时，粗、精滚工序要分开，先用滚刀进行粗切，再用专用滚刀进行精滚齿，保持滚刀精度，粗糙度好的比粗糙度差的齿轮寿命可提高15%-20%。齿轮加工后组装的减速器，出厂前应进行加载跑合，采用电火花跑合新工艺，可提高齿轮接触精度，保证使用效果。

（3）在设计方面。煤矿机械齿轮在不加大外形尺寸的条件下，如何提高其强度和寿命是急待解决的问题，特别是承受重载和冲击载荷的提升的采掘运输机械齿轮，提高表面光洁度、合理的硬度和啮合参数、有效的润滑参数、装配要求等，并提高标准化、系列化程度。

（4）在齿轮安装方面，要正确调整齿轮两轴间的垂直度平度，避免出现间隙过大、过小、扭斜等问题，使齿轮的啮合间隙合适，从而不易发生齿轮断齿，以及齿面局部受损。

（5）润滑方面，要根据不同的齿轮，合理选用润滑油种类。对于传动负荷较轻的齿轮，宜选用纯矿物油，如机械油、一般齿轮油、汽缸油等对于传动中等负荷的齿轮，宜选用工业齿轮油。对于传动重负荷、多冲击和周围环境多污染的齿轮，宜选用极压齿轮油。润滑油粘度的选择主要依据是齿轮的切线速度。

4.结语

传动齿轮是煤矿生产中的核心部件，它的设计、制造对于煤矿安全生产起着至关重要的作用。在我国的煤矿机械生产中，减少机械设备的事故率一直是一个亟需解决的问题，因此探索改进齿轮失效的有效途径和方法是十分重要和有意义的。