关于采煤机械传动齿轮失效问题的研究

严周民 艾志亮

摘 要：随着采煤机械化的发展，齿轮机构在采掘机械设备中的使用愈来愈普遍，然而传动齿轮出现的各种各样损坏，导致采煤机械停滞，严重影响煤矿生产能力。本文以分析采煤机械齿轮失效形式及其特点为导向，探索正确使用齿轮机构的方法和安装要求，从而达到延长采煤机械传动齿轮的使用寿命目的，提高煤矿企业生产效益。

关键词：采煤机械；磨损；安装

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.12.077

1 采煤机械齿轮失效形式与特点

1.1 磨损

（1）一般齿轮的磨损都是齿廓运动时灰尘、金属屑等杂物进入啮合区使齿轮表面金属所发生的一种消耗。只要在正常的使用期限内使用是不影响功能的，这也是正常磨损。齿轮轮齿磨损失效后齿厚变薄，失去原有设计要求轮廓，使齿轮不能正确啮合，传动失真。一般正常磨损分为三个期限，初期、中期、后期。在初期和中期是不会影响到齿轮运作的，但是到了后期，因为齿轮的长期使用，会伴随噪声的加大、震动明显等一系列的问题，严重者甚至会酿成事故。在这个阶段要时常进行维护，从而保障工作的质量。

（2）破坏性磨损。1）磨料性磨损：齿轮在正常啮合传递运动时，尤其是在开式系统中，若有细小的脏污颗粒进入，在齿轮连续旋转工作中形成循环研磨，破坏原有设计要求的轮廓，导致齿轮不正常损坏。这种细小的脏污要么来自齿轮箱内表面或者是齿轮外表面，要么是制造或安装时留下的脏污颗粒，还有很多来自齿轮外部工作环境中粉尘。因此，为了齿轮正常运转，减少摩擦和磨损，提高机械效率，延长齿轮使用周期，一定要及时添加润滑剂，按时监测齿轮的工作状况。2）腐蚀性磨损：主要是因为齿轮在啮合传递运动期间与周边环境中腐蚀性的物质发生了反应进而出现的损坏。这些腐蚀性的物质有空气中偏酸性的水汽、润滑剂留下的污垢，还有油脂当中混入的腐蚀性的物质等。煤矿采掘机械作业工作环境复杂，井下空气中含有瓦斯和有毒有害气体，与水汽结合易生成偏酸性的水汽，进入齿轮机构内腐蚀齿轮轮廓，形成腐蚀性磨损。所以，提高井下传动机构齿轮箱的密封性能，防止外部有害物体侵入，是杜绝腐蚀性磨损关键措施之一。3）胶合：此种齿轮失效现象常常出现在高速、重载运动或润滑不良的传动系统中，有时使用不当润滑剂也易造成齿轮胶合。齿轮运动的共轭接触面在重载的压力下，润滑油油膜被破坏，使轮齿啮合齿面接触面材料直接接触磨擦并产生温度升高后熔化粘焊在一起，轻者是传动噪声加重，重者是轮齿变形、断齿。现代煤矿发展的方向是高产高效、大产能大强度、智能化，煤矿采、掘、运等机械设备的传动机构齿轮经常在高速、重载工况下传递运动和动力，若润滑条件不好，更容易产生胶合。4）疲劳点蚀： 传动齿轮高速运动时，齿轮表面会反复承受到很大的接触应力，尤其是反复受到超载载荷的传动齿轮，其接触应力更大，接触应力大于齿轮材料许用应力时，齿轮表面的金属就会一点点的掉落，在齿轮表面呈现出很小的疲劳凹陷。一对啮合的齿轮，齿轮数比较少齿轮一般情况就会首先出现疲劳点蚀，因为齿轮数的减少，齿轮间的啮合次数增多，齿面轮廓反复挤压而增加的齿轮疲劳度和损害度。例如，采煤机牵引部行走箱的行星轮减速机构中的中心轮，既要传递采煤机行走所需要的截割大扭矩，高转速，还要根据采煤机工作需要反方向牵引而进行换向。该中心轮传递运动时承受较大接触应力，易发生疲劳点蚀。

1.2 变形、传动精度降低或疲劳损坏

（1）塑性变形：齿轮在使用期间因齿面胶软，在齿轮频繁启动和严重过载时，在齿面很大压力和摩擦力作用下，导致齿轮超出承受范围，使齿面金属产生局部塑性变形。齿轮一些密度比较低的地方就会塑性变形，比较要紧的时候还会造成齿轮边缘出现飞边、齿尖变得浑圆，还会造成齿轮凹凸不平的现象，从而破坏了齿轮工作时的正常的闭合。P-30B型耙斗装载机中的耙斗绞车，其大内齿圈先锻造后滚齿，因锻造时工件各处密度不均匀，或因热处理工艺缺陷而使齿面硬度过软，当装载机频繁启动和过载严重时而经常发生塑性变形。

（2）起波纹：在齿轮传递运动时，啮合齿廓接触处因润滑剂添加不够充足、润滑剂质量差而使相对滑动的摩擦压力增加，若齿轮表面硬度较软，此时在轮齿的表面上会形成与滑动的方向一致的条条波纹，其外观就像鱼鳞一样。这种情况常常出现小齿轮的表面上。例如，缠绕式提升绞车中的减速箱一轴上的小齿轮表面就经常出现波纹，提升机运转不平稳，噪音大。

（3）疲劳断裂：齿轮长时间的工作，在载荷循环作用下，齿根弯曲应力超过允许极限时材料承受不能担负，而发生疲劳断裂；脆性材料制成的齿轮因短时过载或承受冲击而发生突然断裂。一般情况下从齿面边缘处应力集中的齿根圆角上而发展到沿整个齿根或者沿对角线斜上横过全齿的整齿断裂。齿轮断裂，传动无法进行。煤矿机械工作时间长，载荷大，冲击性强，工作环境差，频繁、重载启动，这些都是导致齿轮疲劳断裂的不利因素。

（4）瞬间超负荷断裂：因为猝不及防的打击超出承受范围，齿轮的一角承受了全部的重力，从而超出了负荷，造成齿轮的断裂；有时因为轴承的瞬间破坏，轴弯曲的角度过大，外部承受不住压力，从而造成齿轮的断裂。

2 齿轮的使用方法及安装

2.1 正确操作

正确了解各齿轮传动在采煤机械中的功能和作用，合理制定齿轮安装、调试、运行、维护维修等技术标准，熟练掌握齿轮运用技巧和安装技能，保障采煤机械设备正常运行。因此在齿轮的安装和平常运用期间，一定要严格按照齿轮安装技术标准和运行技巧进行安装、操作和维护。安装齿轮时，大小齿轮侧隙的调整采用压铅法，主要解决两个问题：一是两齿轮齿向平行问题，另一个是铅厚也应按公差要求，保证轮齿副中心距极限偏差要求，即保证两轮的节圆在正确适合位置，齿轮传动质量才能达到设计要求。应当确定齿轮安装匹配度的高低，从而确定影响煤矿机械转动齿轮的运用时间的长短和能够承受的压力。不论是刚剛安装、过程中更换或者是检查安装齿轮，都应该按照生产厂家齿轮安装正常工作程序进行。齿轮箱外面的防尘孔旋下时，就要清理齿轮箱内各个零部件，重新装好内部干净零部件后，防尘孔拧紧；齿轮箱的齿轮输出轴和电机输入轴，一定要严格按照技术要求安装，保障孔径尺寸和公差与技术要求一致，否则就会造成机械的不正常的损坏。给轴上组装齿轮、键、轴承、轴套、弹簧卡圈时，千万不要用重物击打，强行硬装。机械组装完毕以后，为了避免机械的损坏，一般先人工盘活，检查各部分灵活或紧固程度，再拧紧轴承盖或轴套螺丝钉。拧螺钉时用力均匀，对角线上方向螺钉角依次联结拧紧，螺钉连接松紧程度要周期检查，避免松紧不一齿轮损坏。

2.2 正确的润滑剂

在齿轮啮合摩擦副间加入润滑剂，以降低摩擦、减轻磨损，提高齿轮使用寿命，降低摩擦损失。润滑的主要作用可减少摩擦系数，提高机械效率；减轻磨损，延长机械使用寿命；冷却和防尘、减震作用。但不同工况状态下的矿山机械应选择不同种类的润滑剂，保证在齿轮啮合接触面形成一层具有足够压力的流体膜，以便将摩擦表面分割开来，减少摩擦力，提高机械效率。闭式齿轮传动的润滑方式有浸油润滑和喷油润滑两种，具体选择哪种润滑方式与齿轮的圆周速度有关：速度v>12m/s采用喷油润滑，速度v<12m/s采用浸油润滑；开式齿轮传动，因传动速度低，采用人工定期加油润滑方式。润滑剂的选择先根据齿轮的工况状态以及齿轮圆周速度确定润滑剂运动粘度，再以运动粘度选取润滑油牌号。不注重润滑方式的选择，不合理的润滑剂选取及盲目使用润滑剂都能造成了转动齿轮不能到达运用期限和寿命，加快了机械的淘汰速度。

2.2.1 结合工作实际情况使用

近几年来，随着煤矿机械在矿山的大量使用，工程技术人员通过在不同采、掘、运、通风、排水煤矿机械设备中的齿轮传动中的不同使用状况、润滑地点、润滑方式、润滑剂种类、加注润滑剂量及周期进行准确记载，已摸索和总结出齿轮传动正确使用润滑剂的经验和规律，并能依据转动齿轮生产的规定进行维修计划的具体修订，满足现实齿轮传动润滑剂使用和变化，适时的调整润滑剂品种和剂量，确保齿轮传动顺利的进行。

2.2.2 润滑剂的科学管理和使用

机械出现问题，很多时候和润滑剂量和润滑品种使用的不当有关，所以要根据机械正常投入使用的标准把控润滑剂品种技术参数指标和控润滑剂使用剂量。一般情况下，使用正确的润滑剂品种和正常的润滑剂量时机械设备不会发生机械故障，齿轮基本不会失效。不符合技术标准的润滑油品种和不足润滑油的计量以及超周期的加注，都会导致机械设备出现故障的致因因素。所以何时加注润滑剂？加注何品种润滑剂？加注多少润滑剂？成为正确使用、科学管理润滑剂的重要手段。

2.3 完善设备的标准

传动齿轮在采煤机械中虽然仅仅只是一个零部件，但是它却不是独立存在的，与采煤机械上的其他零部件共同担负着传递动能进行能量转化的任务，每一个零部件都是能量传递链上的一环，哪一个都不能或缺，即使有一点差错，煤矿机械设备都不能正常工作，都会对生产造成很大的影响。不管是在零部件的生产还是在安装的时候都要按照技术、安装标准进行，并严格检验，确保设备符合标准与质量。购买需要配套的设备和零部件时候，一定要把握配套双方的匹配度，从而减少设备、零部件干涉，做到无缝对接。

3 结束语

文章以煤矿机械设备中最常见的传动齿轮失效形式、失效致因、防止措施为导向，分析煤矿机械齿轮传动损坏原因，防范措施，润滑方法及润滑剂的正确使用，而探索正确使用齿轮机构方法和安装要求，希望这些探索能够对煤矿机械工程技术人员在煤矿机械设施的使用中提供点滴启发。

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