賈棕花

（山西焦（jiāo）煤集團有限責任公司官地煤（méi）礦）

摘　要：在煤礦生產與運輸過程中，煤礦機械設備經常（cháng）出現故障問題，拉低了企業的經濟效益水平。煤礦機械設備Z常出（chū）現的便是傳動齒輪失效問題，據此根據煤礦機械設備速度低、運行功率大以及（jí）重載小等特點，分析了機械傳動齒輪的失效形式，並提出了相關的改進（jìn）措施，為此後煤礦機械設備（bèi）齒輪的維修工作提供更多的借鑒依據。

關鍵詞：煤礦機（jī）械；傳動（dòng）齒輪（lún）；失效形式；改進技術

0　引言

在煤礦機械生產傳動過程中，齒輪（lún）具備較為廣泛的使用範圍，其可以為任意兩根（gēn）軸之間傳遞動力，但齒輪也很容易發生失效問題，以致無法（fǎ）發揮設備的實際功能（néng），嚴重影響了煤礦企業的安全高效運行。煤礦生產具備較高的安全性能要求，因此企業應科學設計機械傳動（dòng）齒輪，針對其失效問題采用合理的解決措施，優化製造（zào）與安裝設計流（liú）程，以切實提（tí）升齒輪的工（gōng）作效率（lǜ），減少能源消耗。通（tōng）過使用先進的機械傳動齒輪技術，可以節能控製機械設（shè）備（bèi）的（de）運行（háng）模式，實（shí）現安全高效生產。

1　煤礦機械傳動齒輪失效形式

1.1  傳動（dòng）齒輪的磨（mó）損

齒輪磨損屬於機械傳動齒（chǐ）輪Z為常見（jiàn）的問題，經過長時（shí）間的（de）使用，傳動齒輪必然會出現磨損問題，以致失效，影響開采效率。一是正常（cháng）磨損，主要（yào）指的是正常運行狀態下的傳動齒輪因齒輪表麵（miàn）接觸（chù）金屬出現磨損（sǔn）問題，且主要分為（wéi）三階段，分別為（wéi）初期、中期以及後期，且（qiě）這（zhè）三階段對齒輪的工（gōng）作性能及工作質量均會造成一定影響，齒輪升溫（wēn）、振動以及（jí）噪聲（shēng）等均（jun1）與性能成反比，期間應做好維護工作。二（èr）是破壞（huài）性磨損，磨料性磨（mó）損主要指的是齒輪在齧合（hé）期間進入（rù）細（xì）顆粒，導致齒（chǐ）麵出現不正常磨損，這些細顆粒主要為（wéi）齒輪箱（xiāng）內（nèi）外的汙垢以及工作環境中的（de）塵埃，因此相（xiàng）關工作人員應定期做好檢查工作（zuò），及時潤滑，以減小磨損程度。腐蝕性磨損主要來源於電化學與化（huà）學（xué）反應，比如（rú）潤滑油汙染以及（jí）水汙染（rǎn）等（děng），這些（xiē）均會腐蝕齒輪齒麵，因（yīn）此應做好哦齒輪箱的防（fáng）水工作。膠合磨（mó）損會導致斷齒問題，主要因潤滑油使用不當（dāng）以及機械設備超負荷運轉導致。因（yīn）此，應注意控製工作量，避免超負荷運轉。疲（pí）勞（láo）蝕齒主要指的是齒輪在超負荷運轉後，物件金屬表麵會形成（chéng）小片脫（tuō）落，齒輪齒麵出現少數的凹陷。

1.2  傳動齒（chǐ）輪變形（xíng）與疲勞損壞

首先是塑（sù）性變形，運行期間，齒輪齧合不（bú）當會導致設（shè）備因超負荷運（yùn）轉出現齒輪變軟變形問題，嚴（yán）重時齒頂邊緣會出現飛邊問題，齒麵開始嚴（yán）重（chóng）凹陷，齒輪接線附近出現凸線（xiàn），齒麵開始變（biàn）形（xíng），正常齧合受到（dào）破壞。其次是起（qǐ）波紋，齧合期間若沒有充分使（shǐ）用潤（rùn）滑油會導（dǎo）致（zhì）滑動粘附摩擦問題，且齒麵會產生垂（chuí）直於滑動方向的波紋。疲（pí）勞（láo）斷（duàn）裂（liè）主要因（yīn）長時間過載重（chóng）量引起，壓力超過了彎曲材料允許的極限力，以致（zhì）加載期間出現裂紋。一般（bān）情（qíng）況下（xià），齒輪邊（biān）部應力比較完整，沿（yán）著對角（jiǎo）線橫過，但突然的衝擊（jī）負荷會導致齒麵過載較大，以致軸承損壞。

2　某煤礦機械傳動齒輪失效問（wèn）題及改進技術

2.1  裝（zhuāng）置及故障概況

某煤礦采用的機械傳動齒輪如圖1所（suǒ）示，為二（èr）級減速裝置，電機驅動為輸入軸，三（sān）根傳動軸帶動兩幅齒輪進行齧合，保持穩定（dìng）的轉速。輸出端與輸入端均采用加速度傳感器采集信號，並采用滾動軸承。試驗裝置齒（chǐ）輪分為直齒齒輪與斜（xié）齒齒輪，且裝置包括動力電機、齒輪箱、傳（chuán）感器、聯軸器以及脈衝計等。

實際運行中發（fā）現（xiàn），機械傳動齒輪出現了偏心、軸不平衡、齒麵破損以及斷齒等問題，且故障並非（fēi）單一類型。

圖1   齒輪箱結構簡（jiǎn）圖

2.2  機（jī）械傳動齒輪失效改進技術

2.2.1 設（shè）計

運行期間，某煤礦機（jī）械承受重載與衝擊載荷的（de）齒輪（lún）彎曲（qǔ）極限（xiàn）應力強度可以增大到 1 200 MPa，接（jiē）觸耐（nài）久極限也可以（yǐ）增大到 1 600 MPa。設計（jì）時不可改變（biàn）齒輪的外形尺寸，為了（le）提高齒輪的運行壽命與抵抗強度，應采用改進技術優化設計參數。其中包括載荷準確計算、修正強度計算公式、優化選材、優化（huà）齒輪結（jié）構以（yǐ）及采用先進的加工技術等，以確保合理的齧合參（cān）數，提升潤滑（huá）性（xìng）。表 1為對齒（chǐ）輪斷（duàn）齒、剝（bāo）落以及點蝕產生影響的（de）因素，以便綜合設計。

漸（jiàn）開線齒形的齒輪相對曲率半（bàn）徑較小，接觸強度受限，圓弧齒輪在接觸點，其齒麵（miàn）相（xiàng）對曲率半徑較（jiào）大（dà），具備更（gèng）大的彎曲疲勞強度（dù）與表麵強度，且重量較小（xiǎo）。因此設（shè）計時應采（cǎi）用圓弧齒輪，並優化搭配（pèi）模型與螺旋角等參數（shù），延（yán）長齒輪的使用壽命。同時，根據有限元與保角（jiǎo）映射方法分析（xī）齒根的彎曲應力，利用凸頭磨滾刀加工齒輪齒形，降低彎曲應力（lì），提高彎曲強（qiáng）度（dù）。同（tóng）時，還應利用高粘度（dù）潤滑（huá）油改善齒輪的（de）潤滑狀態。

表1   對齒輪斷齒、點蝕以及剝落產生影響的因素

2.2.2  選材

設計人員應在結（jié）合工藝性能、韌性以及強度（dù）等因素的基礎上選擇（zé）合理的齒輪材料，此煤礦企業（yè）選擇了低碳（tàn）合金滲碳鋼材料，其可以（yǐ）避免齒輪變（biàn）形，可以達到標準的芯部硬度。在製造齒輪（lún）時應盡量減少鑄鋼的使（shǐ）用，多（duō）使用鍛鋼，並確保合理的鍛造比（bǐ）。除此之（zhī）外，海（hǎi）還應利用超聲波（bō）探（tàn）傷方法（fǎ）做好齒輪性能試驗的檢查工作，確保材料質量合格。

2.2.3  加工（gōng）工藝

技術人員在加工齒輪時應分開粗、精滾工序，先利（lì）用滾刀（dāo）進行粗切，之後（hòu）利用滾刀進（jìn）行精切，確（què）保滾刀的精度，在（zài）控製切齒深度時應采用百分表，確保（bǎo）誤差控（kòng）製在零位附近。齒形加（jiā）工應（yīng）達（dá）到 9級精（jīng）度，齒麵粗糙也應達到設計要求，磨齒（chǐ）後（hòu）應進行電拋光，提升表麵的粗糙度（dù），延長（zhǎng）齒輪的（de）使（shǐ）用壽命（mìng）。在（zài）齒麵修形以及（jí）齒形修緣過程中，應利用大圓弧齒根技（jì）術進行磨光、修圓，以切實提升（shēng）齒輪的承載（zǎi）力，確（què）保齒根應力集中，增大齒輪的彈性（xìng）柔度。且硬齒麵應采用磨削方法加工，多（duō）次熱處理與切削加工齒胚。對於加工組裝的減速器（qì），在出廠（chǎng）前（qián）應完成加載（zǎi）跑（pǎo）合，采（cǎi）用電火花跑合工藝，充分提升齒輪的接觸（chù）精度（dù）。

2.2.4  熱處理

表麵硬度、表層向芯部過渡區剪應力（lì）等均屬於機械齒輪承載力的決（jué）定因素，因此應采（cǎi）用深層滲（shèn）碳猝火技術完成齒輪硬化處理，以得到較高硬度的（de）芯部。齒麵含（hán）碳量應控製在（zài） 0.8%～1%，且還應通（tōng）過回火與猝火消除齒輪表層的殘餘應力。

2.2.5  表麵強化處理

齒麵與齒根（gēn）應進（jìn）行噴丸強化處理，一般在滲碳（tàn）猝火與磨齒後進（jìn）行，以（yǐ）切實提高齒輪接觸疲（pí）勞強度。避免裂紋擴展，減小實際載荷，有效抵抗外部的破壞力衝擊（jī），減少點蝕（shí）問題，增大齒輪的（de）耐久極限。同時，還應消除齒麵磨削期間產生（shēng）的缺陷，釋放（fàng）殘餘應力（lì）與（yǔ）猝火壓力。

2.2.6  正確安裝（zhuāng）運行

減速器齒輪（lún）副安裝精度直接影響著齒輪的磨損與使用壽命，因此技（jì）術人員應做到嚴格安裝檢（jiǎn）修（xiū），根據技術規範確保齒輪（lún）軸心線、平行度以及軸承間隙等均得到技術要求，且齒（chǐ）輪在投入使用前，應充分跑合，期間技術人員認真（zhēn）執行操作規程，嚴禁超負荷（hé）運轉。同時，工作人員應根據（jù）標準的維護檢修程度科學維護齒輪（lún），並定（dìng）期檢測齒輪的磨損情況。同時，還應做好齒輪與減速箱的清洗工作，更換油脂，保持油量，以免（miǎn）異物混入減速器中，改善（shàn）減速器的密封情況。

2.2.7  潤滑

技術人員在潤滑期間應嚴格遵循相關規律與設計參數，明確齧合麵的加工粗糙程度與磨損度，采（cǎi）用改進技術延長齒麵的抗疲（pí）勞（láo）強度與使用壽命。同時，為（wéi）了減（jiǎn）小（xiǎo）齒輪表麵摩擦力數值，技術人（rén）員還應建立油膜，延緩疲勞裂紋的擴展速度。工作人員應根據齒（chǐ）輪的具體（tǐ）類（lèi）型合理選擇潤滑油種類，且選擇時應注重環境的汙染程度。煤礦工作期間周圍環境溫度（dù）較高，因此應選擇高粘度值的（de）潤滑油。

3　結束語

在煤礦開采期間，機械傳動齒輪具備（bèi）十分重要的作用，其雖然隻是機械部件，但並不（bú）孤立存在（zài），且（qiě）運行期間極（jí）易發生失效問題（tí）。對此，相關（guān）工作人員應針對其出（chū）現的故障問題采取合理的改進技術，其操作人員也應不斷提升自身的（de）操（cāo）作水平，嚴格遵照科學合理的安裝與維修方法，從而（ér）確保傳動齒輪的正常運（yùn）行，在提升傳動齒（chǐ）輪生產效率的基礎上，增強企業的競（jìng）爭實力。

來（lái）源：《中文期刊》2019