煤礦機(jī)械傳動(dòng)齒輪損壞原因及解決方式探討

高國(guó)斌

（冀中能源股份有限公司葛泉礦， 河北 邢臺(tái) 054000）

引言

煤炭屬不可再生資源，由于礦井施工的特殊性，做好安全生產(chǎn)管理極為重要。煤礦生產(chǎn)中主要依靠機(jī)械設(shè)備，煤礦機(jī)械的應(yīng)用提升了生產(chǎn)效率、解放了一部分人力，同時(shí)節(jié)省了煤礦生產(chǎn)成本。煤礦生產(chǎn)中，要按照生產(chǎn)指標(biāo)完成相應(yīng)的生產(chǎn)任務(wù)，機(jī)械設(shè)備固然發(fā)揮了一定的價(jià)值，但是在高效、高頻的煤礦機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)中，機(jī)械設(shè)備時(shí)常發(fā)生故障，尤其是煤礦機(jī)械傳動(dòng)齒輪最容易出現(xiàn)故障。要確保煤礦挖掘、采煤、運(yùn)輸?shù)男?，就要做好煤礦機(jī)械傳動(dòng)齒輪的維護(hù)，并及時(shí)解決煤礦機(jī)械傳動(dòng)齒輪的故障，為煤炭開(kāi)采提供設(shè)備支撐。

1 煤礦機(jī)械傳動(dòng)齒輪介紹和損壞原因

1.1 煤礦機(jī)械傳動(dòng)齒輪介紹

齒輪傳動(dòng)是由相互配對(duì)的齒輪上的輪齒互相咬合，并通過(guò)電機(jī)動(dòng)力實(shí)現(xiàn)持續(xù)的嚙合運(yùn)轉(zhuǎn)。傳動(dòng)齒輪是采煤機(jī)械中的關(guān)鍵零部件，分為不同規(guī)格、尺寸，其材質(zhì)一般為調(diào)質(zhì)鋼、淬火鋼、滲碳淬火鋼和滲氮鋼。由于機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)的工作環(huán)境十分惡劣，采煤機(jī)械傳動(dòng)齒輪運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中要承受很大的沖擊力和壓力，特別是傳動(dòng)齒輪的齒部要承受極大的、復(fù)雜多變的力，所以煤礦機(jī)械傳動(dòng)齒輪磨損嚴(yán)重。作為煤礦機(jī)械產(chǎn)生動(dòng)力的重要部件，一旦煤礦機(jī)械傳動(dòng)齒輪損壞，將對(duì)采礦工作造成極大影響。煤礦機(jī)械傳動(dòng)齒輪的工作原理為：機(jī)械上與銷排或埋鏈嚙合的齒輪為行走輪，驅(qū)動(dòng)輪帶動(dòng)行走輪轉(zhuǎn)動(dòng)，行走輪與固定在刮板機(jī)上的銷排嚙合，實(shí)現(xiàn)煤礦機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)[1]。由于煤礦機(jī)械傳動(dòng)齒輪工作環(huán)境復(fù)雜且工作強(qiáng)度大，極其容易損壞，針對(duì)煤礦機(jī)械上的傳動(dòng)齒輪對(duì)加工材質(zhì)和工藝的要求都較高，一般采用18Cr2Ni4WA 材料，才能滿足煤礦機(jī)械傳動(dòng)齒輪的運(yùn)轉(zhuǎn)要求。

1.2 煤礦機(jī)械傳動(dòng)齒輪損壞原因

煤礦機(jī)械傳動(dòng)齒輪損壞的原因有以下幾個(gè)方面：

1）煤礦機(jī)械傳動(dòng)齒輪選材設(shè)計(jì)不當(dāng)。和其他工程類型的機(jī)械設(shè)備相比而言，煤礦機(jī)械本身的運(yùn)行環(huán)境十分惡劣，加之長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，造成煤礦機(jī)械傳動(dòng)齒輪極大的磨損。在實(shí)際的運(yùn)轉(zhuǎn)中，極易受到井下惡劣環(huán)境的影響，煤礦機(jī)械傳動(dòng)齒輪容易碰撞到各種硬物而損壞，究其根本原因主要是煤礦機(jī)械傳動(dòng)齒輪的材質(zhì)不合格，在齒輪設(shè)計(jì)時(shí)未能按照標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，在選材和設(shè)計(jì)上都不達(dá)標(biāo)的情況下，煤礦機(jī)械傳動(dòng)齒輪很難在高強(qiáng)度的井下作業(yè)，進(jìn)而導(dǎo)致齒輪性能受損[2]。

2）熱處理和加工不規(guī)范。在實(shí)際的煤礦機(jī)械傳動(dòng)齒輪熱處理和加工中，部分廠商忽視了熱處理以及其它加工細(xì)節(jié)，導(dǎo)致傳動(dòng)齒輪性能無(wú)法滿足煤礦機(jī)械的運(yùn)轉(zhuǎn)需求。例如，在鍛造齒輪毛坯時(shí)，如果未能按要求處理，就會(huì)導(dǎo)致齒輪產(chǎn)生氣孔問(wèn)題。如果在熱加工時(shí)淬火操作不符合要求，會(huì)造成傳動(dòng)齒輪齒面硬度不夠。當(dāng)這些產(chǎn)品應(yīng)用到煤礦機(jī)械中后，一旦受到外力影響，就會(huì)導(dǎo)致傳動(dòng)齒輪出現(xiàn)裂紋或者齒部損壞。對(duì)不同類型的傳動(dòng)齒輪，其齒面粗糙度差異極大，直接影響齒輪的應(yīng)用及使用壽命，所以齒輪加工時(shí)必須符合表面粗糙度要求，才能達(dá)到煤礦機(jī)械的運(yùn)轉(zhuǎn)需求。

3）不恰當(dāng)?shù)牟僮饕矔?huì)導(dǎo)致傳動(dòng)齒輪出現(xiàn)損壞。部分礦井的設(shè)備機(jī)械環(huán)境并不符合傳動(dòng)齒輪的運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)，在傳動(dòng)齒輪安裝時(shí)，也未進(jìn)行合理安裝，導(dǎo)致傳動(dòng)齒輪安裝不合格，影響傳動(dòng)齒輪的運(yùn)轉(zhuǎn)，導(dǎo)致傳動(dòng)齒輪壓力增大，齒輪極易磨損、損壞。在傳動(dòng)齒輪的安裝中，要嚴(yán)格把控好安裝的平行度與水平度，如果在安裝傳動(dòng)齒輪的過(guò)程中對(duì)平行度與水平度的測(cè)量不夠，就會(huì)導(dǎo)致傳動(dòng)齒輪中心距過(guò)小，在長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)下，傳動(dòng)齒輪必定受損。傳動(dòng)齒輪在運(yùn)轉(zhuǎn)一段時(shí)間后，要進(jìn)行保養(yǎng)和維護(hù)，通過(guò)涂加油脂或進(jìn)行清理才能保證其順利運(yùn)行。由于部分礦井不重視傳動(dòng)齒輪的養(yǎng)護(hù)，未能定期清理齒輪，導(dǎo)致齒輪缺油、漏油，運(yùn)行受阻，其中還有很多煤渣，影響了傳動(dòng)齒輪的運(yùn)行性能。在受到外力作用的情況下，可能還會(huì)導(dǎo)致傳動(dòng)齒輪斷裂，最終影響到傳動(dòng)齒輪的使用壽命。

2 煤礦機(jī)械傳動(dòng)齒輪損壞的解決方式

2.1 選擇優(yōu)質(zhì)材料的齒輪

為了有效控制煤礦機(jī)械傳動(dòng)齒輪的損壞率，就要選擇優(yōu)質(zhì)的材料來(lái)加工機(jī)械傳動(dòng)齒輪，構(gòu)建合理的機(jī)械傳動(dòng)齒輪部件，保證齒輪的基本性能，降低其損壞率。在煤礦井下實(shí)際作業(yè)中，傳動(dòng)齒輪運(yùn)行強(qiáng)度大，運(yùn)轉(zhuǎn)頻繁。為完成煤炭生產(chǎn)任務(wù)指標(biāo)，傳動(dòng)齒輪基本上處于連軸轉(zhuǎn)的工作狀態(tài)，導(dǎo)致傳動(dòng)齒輪磨損極大。傳動(dòng)齒輪要通過(guò)嚙合產(chǎn)生源源不斷的動(dòng)力，在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中會(huì)承受極大的沖擊和壓力荷載，對(duì)傳動(dòng)齒輪的性能要求極高，所以煤礦機(jī)械傳動(dòng)齒輪的材質(zhì)要選擇特殊材質(zhì)，在硬度、規(guī)格、性能上都要優(yōu)于其他類型的工程齒輪。如果傳動(dòng)齒輪的材質(zhì)選擇不當(dāng)，就會(huì)降低傳動(dòng)齒輪的耐久度，同時(shí)也就增加了傳動(dòng)齒輪的損壞率，影響煤礦井下生產(chǎn)，甚至導(dǎo)致煤炭生產(chǎn)中斷，降低煤炭企業(yè)的生產(chǎn)效益[3]。

一般情況下，齒輪承受的最大彎曲限度要達(dá)到1 200 MPa 的壓力標(biāo)準(zhǔn)，耐久性要達(dá)到1 600 MPa 的壓力標(biāo)準(zhǔn)。在選用材質(zhì)時(shí)，不僅要考慮到傳動(dòng)齒輪的壽命，也要保證傳動(dòng)齒輪強(qiáng)度符合煤礦機(jī)械的基本標(biāo)準(zhǔn)，故在每款機(jī)械傳動(dòng)齒輪的加工中，要不斷對(duì)其加工藝進(jìn)行優(yōu)化，結(jié)合煤礦機(jī)械運(yùn)作需求，保證材質(zhì)選擇的合理性。例如，針對(duì)煤礦機(jī)械傳動(dòng)齒輪材質(zhì)可以選擇低碳合金浸碳鋼作為原材料，這一材質(zhì)硬度高，性能好，抗壓性強(qiáng)。為了保證傳動(dòng)齒輪在長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)后仍具備較好的性能，有一定的抗壓性，在傳動(dòng)齒輪材質(zhì)的選擇上還可以使用電渣重容合金鋼、真空凸起精煉鋼等材質(zhì)作為原材料，進(jìn)而提高傳動(dòng)齒輪的載荷能力。

2.2 加強(qiáng)齒輪的熱處理和加工環(huán)節(jié)

傳動(dòng)齒輪的熱處理環(huán)節(jié)和加工環(huán)節(jié)直接影響傳動(dòng)齒輪的性能和強(qiáng)度，因此要重視傳動(dòng)齒輪的熱處理、加工環(huán)節(jié)，才能減少傳動(dòng)齒輪的損壞幾率。煤礦機(jī)械傳動(dòng)齒輪運(yùn)轉(zhuǎn)中，承受了極大的外界壓力和高強(qiáng)度的磨損，要從提升煤礦機(jī)械傳動(dòng)齒輪的抗磨損性和抗壓性入手。通過(guò)增加熱處理工藝，可以在一定程度上提升傳動(dòng)齒輪的抗磨損性，保證傳動(dòng)齒輪正常運(yùn)轉(zhuǎn)，降低其損壞幾率。一般情況下，要對(duì)傳動(dòng)齒輪進(jìn)行性能加工和改進(jìn)，就要對(duì)齒輪零件性能進(jìn)行提升，降低其運(yùn)轉(zhuǎn)中的磨損，可以應(yīng)用先進(jìn)的磨削工藝保證其粗糙程度?？梢圆捎脻B碳淬火的方式，提升傳動(dòng)齒輪的硬度和韌度，實(shí)現(xiàn)機(jī)械傳動(dòng)齒輪優(yōu)化加工。也可以采用噴丸強(qiáng)化的方式進(jìn)行精細(xì)化加工，完成對(duì)傳動(dòng)齒輪的改進(jìn)和改良，提升傳動(dòng)齒輪的彎曲強(qiáng)度，并提高傳動(dòng)齒輪的性能。

2.3 安裝傳動(dòng)齒輪

煤礦機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)產(chǎn)生極大的震動(dòng)，對(duì)機(jī)械各種零部件都有一定的影響，所以煤礦機(jī)械的運(yùn)轉(zhuǎn)對(duì)傳動(dòng)齒輪的安裝精度要求較高。為了降低煤礦機(jī)械傳動(dòng)齒輪損壞的幾率，要重視煤礦機(jī)械傳動(dòng)齒輪的安裝，合理安裝才能保證傳動(dòng)齒輪安裝質(zhì)量。在傳動(dòng)齒輪的安裝過(guò)程中，要考慮到傳動(dòng)齒輪本身的特點(diǎn)，煤礦機(jī)械傳動(dòng)齒輪本身較為復(fù)雜，有很多的零部件，在安裝時(shí)要做好精細(xì)化管理，保證傳動(dòng)齒輪安裝的精密性，確保齒輪正常使用，為煤炭機(jī)械的運(yùn)轉(zhuǎn)提供源源不斷的動(dòng)力。在實(shí)際的煤礦機(jī)械傳動(dòng)齒輪安裝中，很多企業(yè)多選用噴丸強(qiáng)化的技術(shù)，采用這一安裝技術(shù)，大大提升了傳動(dòng)齒輪的抗疲勞性能，保證傳動(dòng)齒輪實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)久運(yùn)轉(zhuǎn)，延長(zhǎng)了傳動(dòng)齒輪耐久極限，即使在追趕生產(chǎn)量的情況下，也可以實(shí)現(xiàn)機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)，大大提升了煤炭開(kāi)采的效率。在加工傳動(dòng)齒輪齒面時(shí)，要重點(diǎn)對(duì)齒面的刀痕進(jìn)行消除，安裝封閉齒輪時(shí)，要做好潤(rùn)滑處理，保證封閉的齒輪內(nèi)部潤(rùn)滑度足夠。針對(duì)齒輪內(nèi)部漏油問(wèn)題，要及時(shí)進(jìn)行處理，做好定期檢查和清理[4]。在傳動(dòng)齒輪安裝完成后，先進(jìn)行全面的檢查，特別是對(duì)齒輪的檢查，要保證齒輪正常嚙合。然后再進(jìn)行試運(yùn)行，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)解決，防止在日后運(yùn)轉(zhuǎn)中出現(xiàn)問(wèn)題。通過(guò)科學(xué)的安裝，提升了傳動(dòng)齒輪的工作效率，也保證了傳動(dòng)齒輪滿足煤炭生產(chǎn)機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)要求下的負(fù)荷壓力。

2.4 選擇適宜的短圓柱滾子軸承數(shù)量

煤礦機(jī)械傳動(dòng)齒輪要和軸承規(guī)格一致，在確定煤礦機(jī)械短圓柱滾子軸承型號(hào)時(shí)，要結(jié)合軸承樣本進(jìn)行選型，所選型號(hào)要符合煤礦機(jī)械的設(shè)計(jì)要求，在確定煤礦機(jī)械齒輪短圓柱滾子軸承數(shù)量時(shí)，運(yùn)用的選擇方法是K=10，這種極端方式是較為嚴(yán)謹(jǐn)?shù)?，所以設(shè)計(jì)機(jī)械傳動(dòng)齒輪模型時(shí)，要完成精準(zhǔn)的計(jì)算，就要以K=10 為參考進(jìn)行確定。在實(shí)際的機(jī)械傳動(dòng)齒輪模型設(shè)計(jì)中，數(shù)據(jù)的使用往往足以支撐模型設(shè)計(jì)，所以少部分的機(jī)械傳動(dòng)齒輪模型設(shè)計(jì)中，要以K=m為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行模型設(shè)計(jì)，這樣可以模擬出無(wú)數(shù)據(jù)的傳動(dòng)齒輪短圓柱滾子軸承數(shù)量模型，在應(yīng)用計(jì)算結(jié)果時(shí)，要選整舍零。如果和實(shí)際情況不符，就需要調(diào)整。

3 結(jié)語(yǔ)

合理應(yīng)用煤礦機(jī)械，充分發(fā)揮煤礦機(jī)械的開(kāi)采功能，可以提高生產(chǎn)效率，提升煤炭生產(chǎn)量。傳動(dòng)齒輪作為煤礦機(jī)械中的關(guān)鍵零部件，為機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)提供了源源不斷的動(dòng)力，為了減少煤礦機(jī)械損壞幾率，要重視傳動(dòng)齒輪的加工、使用和維護(hù)，要重視對(duì)傳動(dòng)齒輪的故障研究，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，要具體分析并及時(shí)解決，確保煤礦機(jī)械正常運(yùn)轉(zhuǎn)，提高煤炭開(kāi)采效率，提升企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。