采煤機(jī)銷軌輪斷齒原因分析及改進(jìn)措施

劉 濤，張麗明

(太重煤機(jī)有限公司技術(shù)中心，山西 太原 030032)

為適應(yīng)煤炭市場的需求，煤礦對采煤機(jī)的可靠性要求愈來愈高。如何保證采煤機(jī)可靠平穩(wěn)運(yùn)行，成為亟待解決的問題。銷軌輪是采煤機(jī)的關(guān)鍵零件，屬于易損件，所以提高采煤機(jī)銷軌輪的可靠性和使用壽命，可以有效提高采煤機(jī)的生產(chǎn)效率。

1 銷軌輪斷齒原因分析

1．1 從設(shè)計(jì)角度分析

1)銷軌輪和銷排齒形的影響。

采煤機(jī)在行走過程中，兩個(gè)銷軌輪的轉(zhuǎn)速在理論上是同步的，采煤時(shí)的牽引驅(qū)動力大多時(shí)間由兩個(gè)銷軌輪同時(shí)承受。采煤機(jī)的銷軌輪齒形由機(jī)加工而成，而刮板輸送機(jī)銷排齒軌大多是鑄造而成，且兩銷排在對接處要進(jìn)行調(diào)節(jié)，銷排節(jié)距要求有一定的補(bǔ)償量;所以在行走時(shí)，就可能出現(xiàn)其中一個(gè)輪的輪齒和銷排的齒軌瞬間的不接觸，造成另一個(gè)銷軌輪的輪齒受到雙倍牽引驅(qū)動載荷。這種現(xiàn)象主要是由銷軌輪和銷排本身齒形曲線特性、銷排的鑄造精度和節(jié)距變化引起的。這就造成采煤機(jī)在牽引時(shí)，兩個(gè)銷軌輪中總會存在其中一個(gè)銷軌輪的某一齒瞬間承受全部牽引驅(qū)動力的作用，因此采煤機(jī)在工作時(shí)，銷軌輪輪齒總會承受這樣周期性瞬間的沖擊載荷。當(dāng)這種沖擊載荷超過銷軌輪的許用彎曲疲勞極限時(shí)，就會導(dǎo)致輪齒在齒根處因較大的交變應(yīng)力集中引起微小裂紋產(chǎn)生，小裂紋在交變應(yīng)力的作用下不斷擴(kuò)大，致使輪齒快速突然斷裂。

2)輪齒偏長、齒根過渡圓角偏小。

輪齒過長可能會造成以下兩種后果：a)可能造成銷軌輪進(jìn)入或脫離嚙合時(shí)不順暢，尤其是在兩銷排對接處，因節(jié)距的變化會造成銷軌輪輪齒脫離不開而和銷排出現(xiàn)憋卡和干涉，見圖1。b)可能造成銷軌輪齒頂與刮板輸送機(jī)的機(jī)銷排齒軌座發(fā)生干涉，見圖2。

圖1 輪齒與銷排節(jié)距關(guān)系圖

齒根過渡圓角偏小會造成輪齒根部受力不好。因?yàn)檩嘄X受載時(shí)，齒根處產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力最大，由于齒根過渡部分的截面變化及加工刀痕等原因容易引起應(yīng)力集中，并導(dǎo)致疲勞裂紋產(chǎn)生。

3)銷軌輪齒厚方向受側(cè)向力，導(dǎo)向滑靴對銷軌輪沒有起到保護(hù)作用。

圖2 齒頂和元寶座干涉圖

銷軌輪輪齒齒厚方向與刮板輸送機(jī)銷排兩側(cè)預(yù)留的擺動間隙偏小，也即銷軌輪和銷排之間、導(dǎo)向滑靴和銷排之間，導(dǎo)向滑靴和外牽引殼體之間的間隙不匹配，導(dǎo)致銷軌輪輪齒受到側(cè)向力的作用。按正常情況銷軌輪輪齒是不應(yīng)受側(cè)向力的，所有的側(cè)向力都是由導(dǎo)向滑靴或銷軌輪的其它部位來承受。

1．2 從加工制造角度進(jìn)行分析

1)銷軌輪材料的影響。

選用銷軌輪的材料需要保證以下兩個(gè)方面的要求，a)選用具有高強(qiáng)度、較好韌性的材料。b)選用具有較好的耐磨性能材料。因?yàn)殇N軌輪的工作環(huán)境惡劣、受到的沖擊載荷大以及磨損嚴(yán)重，所以合理選用銷軌輪材料對銷軌輪的使用壽命有較大的影響。

2)熱處理工藝的影響。

確定銷軌輪所選用的熱處理工藝的類型(滲碳淬火或調(diào)質(zhì)等)，確定滲碳層的深度、零件的表面硬度及芯部硬度等，這對銷軌輪的機(jī)械性能有重大影響，也直接關(guān)系到銷軌輪的使用壽命。

3)加工過程中產(chǎn)生的影響。

銷軌輪表面的加工質(zhì)量以及加工精度也是影響銷軌輪壽命的重要環(huán)節(jié)。如零件表面加工刀痕以及未處理的尖棱尖角都能影響銷軌輪的使用效果。尤其是齒根處的刀痕容易產(chǎn)生應(yīng)力集中，而輪齒周邊的尖棱尖角可能造成同刮板輸送機(jī)銷排齒軌處的周邊圓角干涉或產(chǎn)生擠壓崩裂現(xiàn)象。

1．3 配套設(shè)備帶來的影響

在配套上采煤機(jī)和刮板輸送機(jī)的關(guān)系較為密切。因?yàn)椴擅簷C(jī)的行走是通過銷軌輪和刮板運(yùn)輸機(jī)的銷排嚙合來實(shí)現(xiàn)的，和齒輪齒條的嚙合原理較為相似。

1)大部分廠家的銷排通過鑄造而成，其齒形誤差大，精度低，銷排的表面質(zhì)量較粗糙。這些原因會造成二者的嚙合性能降低，磨損加劇，壽命縮短。

2)部分廠家銷排齒形周邊的鑄造圓角過大，對銷排兩側(cè)面未做倒角處理。這樣容易造成同采煤機(jī)銷軌輪輪齒發(fā)生干涉、側(cè)邊壓潰等，見圖3。

圖3 兩種銷排的對比圖

1．4 井下安裝與非正規(guī)操作的影響

1)在井下安裝刮板輸送機(jī)溜槽時(shí)，要保證垂直彎曲不超過±3°，水平彎曲不超過±1°。但有時(shí)井下的實(shí)際安裝情況和實(shí)際工況沒能達(dá)到這一要求，這種情況極易損壞導(dǎo)向滑靴，使得銷軌輪失去導(dǎo)向滑靴的保護(hù)而相繼損壞。

2)井下的違規(guī)操作，如采煤機(jī)斜切進(jìn)刀切入煤壁時(shí)，移架工推溜過急，也是損壞銷軌輪的一個(gè)重要原因。

2 改進(jìn)方案及措施

1)對銷軌輪齒形進(jìn)行再優(yōu)化設(shè)計(jì)，改善采煤機(jī)銷軌輪和刮板輸送機(jī)銷排的嚙合性能，以減小沖擊載荷。

2)根據(jù)實(shí)際情況或通過三維軟件合理設(shè)計(jì)銷軌輪的參數(shù)。

3)提高加工質(zhì)量和加工精度，避免刀痕和尖棱尖角的存在，對齒形周邊進(jìn)行倒角處理，以減小輪齒磨損，減少應(yīng)力集中和干涉。

4)保證銷軌輪齒厚方向與刮板輸送機(jī)銷排兩側(cè)有足夠的間隙，使導(dǎo)向滑靴能夠?qū)︿N軌輪起到足夠的保護(hù)作用。

5)針對所選材料，采用合理的熱處理工藝，控制好熱處理過程，將材料的優(yōu)越性能充分發(fā)揮出來，以更加適應(yīng)銷軌輪在井下的工況。

6)進(jìn)一步優(yōu)化刮板輸送機(jī)銷排的齒形，并提高銷排齒形表面的精度和鑄造質(zhì)量。

3 結(jié)束語

經(jīng)過改進(jìn)，有效地解決了采煤機(jī)銷軌輪的斷齒問題，提高了銷軌輪的可靠性，從而使采煤機(jī)的生產(chǎn)率大幅提高，節(jié)省了服務(wù)成本，并取得了較大的經(jīng)濟(jì)效益。

［1］ 濮良貴，紀(jì)名剛．機(jī)械設(shè)計(jì)［M］．第7版．北京：高等教育出版社，2004：184－211．

［2］ 綜采技術(shù)手冊編委會．綜采技術(shù)手冊(上)［M］．北京：煤炭工業(yè)出版社，1997：602－616．