煤矿机械齿轮传动系统寿命评价体系研究

王虎

（国家能源集团新疆能源有限责任公司，新疆乌鲁木齐 8 300000）

1 煤矿机械齿轮传动系统故障

在煤矿设备中，最容易出现失效的大概比是62%的失效，17%的轴承，10%的轴，7%的箱体，3%的固件，1%的密封器件。可以看出，在煤矿机械齿轮传动系统中，齿轮本身的故障率最高。在煤矿机械传动系统中，齿轮是传动机构的重要组成部分，据统计，主要有断齿、点蚀、卡滞、磨耗等几种。

1.1 断齿

采煤机齿面在啮合和驱动过程中，会受到持续的交流负载，在啮合区齿轮处的应力和变形都在发生变化。所以，齿轮处的应力最为突出。在此过程中，多次的弯曲应力和应力集中都会超出这一阶段的极限，从而使齿根产生疲劳开裂，裂纹会不断扩大，在无法承受足够的载荷时，产生疲劳断裂。另外，齿轮加工误差、装配误差、短期超载、齿面冲击负荷等因素使齿轮在运转时产生了超越其应力极限的应力强度系数。这会造成齿轮的齿裂开或断裂。

1.2 齿面点蚀

在煤矿机械的齿轮啮合过程中，轮齿的啮合面既有相对轴承，又有相对滑移。相对滑动时的接触面。齿轮啮合并转动。驱动轮齿面啮合点由根向齿尖移动，速度逐渐增大，从动轮啮合点由齿尖向齿根移动，速度逐渐减慢。驱动轮与传动齿轮在打结器处的接触面相对速度为零。因此，驱动轮的齿面滑动方向远离打结器，而驱动轮的齿面滑向打结器。这样，驱动轮和轮对轮齿顶的滚动和滑动方向相同，接触面承受压缩应力。

1.3 齿面粘结

煤矿机械的齿轮大多是高速、重载的。在使用中，由于温度过高，会导致油膜断裂，从而导致齿面与表面的直接接触，从而在使用时产生齿面粘结。在低速、高功率运转时，高速齿轮的转速不会太高，但是很难在表面上形成一层很好的润滑层，从而导致了重载。

1.4 齿面磨损

齿面磨损本质上是齿轮啮合面材料消耗的现象。煤矿机械齿轮的常见磨损是磨料磨损和腐蚀磨损。当齿轮在高负载、润滑不足时，其啮合表面不能形成很好的润滑，与之直接接触会产生摩擦。当齿轮啮合表面间添加金属粒子或其它硬质粒子时，会发生磨损，从而使齿形发生很大的变化。由于矿山润滑油的老化和含水量的存在，使其具有腐蚀性，从而使齿轮齿面的腐蚀加快，从而使齿轮的磨损率增大。

2 煤矿机械齿轮传动系统寿命的影响因素

采煤机齿轮传动系统的功能是为采煤机的工作传递运动和动力，以保证采煤机的工作效率和工作时间。对齿轮传动的精度和稳定性提出了要求。通过对故障类型的分析，将影响煤矿机械齿轮传动系统寿命的主要因素分为内部因素和外部因素。内部因素包括齿轮损坏和载荷特性，外部因素包括齿轮润滑等因素。根据对煤矿机械齿轮传动系统寿命的影响程度，分别分析如下内容。

2.1 齿轮损坏

煤矿机械齿轮在长时间的超负荷运转下，会对其产生一定的损伤，从而对其工作可靠度产生较大的影响，从而直接影响到其工作寿命。但是，并不是所有的齿轮都会引起齿轮的故障，这些故障对传动系统的影响并不是完全独立的，而是互相联系的。齿轮的质量是由多种不同的齿轮所造成的，其对齿轮的质量的影响可能是重叠的，也可能是交错的，许多原因导致了齿轮的损伤。

2.2 齿轮润滑

煤矿机械的齿轮传动系统依靠齿轮啮合时产生的力来传递运动和动力。润滑油是影响齿轮承载能力和使用寿命的重要因素。润滑油不只是一种润滑。为了防止齿轮与齿轮的直接接触而产生的磨损，提高了齿轮的效率，降低了齿轮的温度，减少了振动和噪音。能有效地保护齿轮的锈蚀，提高齿轮的工作状态。

然而，由于煤矿机械工作环境恶劣，其齿轮润滑油经常因氧化或与水分、机械杂质等混合而变质。润滑油粘度的变化是润滑油的重要评价指标，其变化将导致严重的齿轮传动故障。

2.3 负载特性

煤矿机械的齿轮传动装置长时间运转，在反复的交变应力作用下，齿轮产生了一种微裂纹，这种裂纹会不断扩大，最后引起齿轮的断裂，也就是所谓的疲劳破坏。

2.4 其它因素

（1）加工误差直接导致齿轮轮廓的误差，这会损害齿轮传动的稳定性并缩短齿轮传动的使用寿命。

（2）齿轮箱传动系统由于装配误差、不同的轴和齿轮错位而导致不完全接触。

（3）由于煤层的不均匀性，采煤机的齿轮在工作过程中会受到额外的非线性冲击载荷。同时，由于齿轮转速的急剧改变，齿轮本身也会承受冲击负荷，因此，齿轮的剧烈振动对变速箱的传动性能有很大的影响。

（4）煤矿机械运行中的过载、超速和缺油加剧了传动过程中齿面损坏、异常发热和噪音，如果不及时检查和更换，会对传动系统造成严重干扰。

3 煤矿机械齿轮传动系统寿命评价体系

3.1 评价体系的构建原则

（1）目的原则：在对煤矿机械传动装置的寿命进行评价时，仅对影响其寿命的因素进行了分析，对其它不明确或深远的影响因素则不必作为主要范围。

（2）科学原则：在评估采煤机热电联供传输系统的使用寿命时，必须客观地建立指标和指标数据。只有在科学的基础上作为指导，才能保证指标体系的客观性和可靠性，才能保证评价结果。

（3）系统原则：煤矿机械齿轮传动系统的耐久性因素非常复杂，各因素对其耐久性的影响是叠加或平衡的，因此指标体系的结构必须清晰，而各种影响因素的复杂背景可以明确界定，是准确评估寿命状态的关键。

（4）完整性原则：采煤机齿轮传动非常复杂，任何影响因素都可能导致故障，从而影响使用寿命。因此，在评价指标体系中指标的选择应充分考虑生命周期因素，确保主要寿命周期因素纳入体系，使评价结果更具代表性。

（5）实用性原则：煤矿机械齿轮传动系统寿命评价指标的建立必须考虑到其工作和运行的特点。指标数据的收集和处理必须考虑到指标体系的最新技术没有实用价值就没有寿命评价的科学意义。

3.2 体系的构建

从矿井机械的齿轮传动系统的寿命指标及指标体系的设计原理出发，结合矿井机械的主要影响因素，得出了该评价指标体系的耐用性。

3.3 煤矿机械齿轮传动系统寿命定性评价

VDU 变速箱传动系统的耐久性没有公认的指标。评估包括多种因素，每种评估方法都分析这些因素。

（1）为保证煤矿机械稳定安全运行，煤矿机械齿轮传动系统寿命指标体系中的定性指标只能在一定范围内改变阈值，地位将发生变化，其耐久性将不可避免地受到严重影响。如果定性指标的初始估值范围超过劣化值，则煤矿机械齿轮传动系统的运行与正常运行状态不同。

（2）在煤矿机械的齿轮传动中，对齿轮的失效标准没有统一的要求，因此指标的标准化是基于煤矿机械齿轮的齿轮传动、孔道、粘结和磨损的失效标准。

4 结语

煤矿机械齿轮传动系统寿命评价涉及因素众多，因此，对影响其寿命的因素还需进一步研究和完善，以提高评价方法的可靠性。