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摘要：針對(duì)煤礦機(jī)械中齒輪失效形式中出現(xiàn)的表面疲勞、磨損、膠合等問(wèn)題，分析齒輪失效原因中的設(shè)計(jì)問(wèn)題、制造加工缺陷、安裝使用不合理等因素，希望通過(guò)對(duì)煤礦機(jī)械傳動(dòng)齒輪失效處理方法分析研究，最終得出相應(yīng)的維修方案改進(jìn)，并提出有效的管理策略。

關(guān)鍵詞：煤礦機(jī)械;傳動(dòng)齒輪;對(duì)策

引言

現(xiàn)階段，我國(guó)煤礦開(kāi)采大多為井工開(kāi)采，露天開(kāi)采所占比重不超過(guò)10%。相對(duì)于普通工農(nóng)業(yè)，煤礦生產(chǎn)對(duì)機(jī)械設(shè)備的需求更大，而這些設(shè)備在非常惡劣的環(huán)境中運(yùn)行，常常會(huì)受到粉塵、有害氣體等物質(zhì)的影響而出現(xiàn)故障。并且煤礦生產(chǎn)機(jī)械設(shè)備的工作條件也非常嚴(yán)苛，一般情況下機(jī)械設(shè)備運(yùn)行都處于高負(fù)荷、高強(qiáng)度、強(qiáng)振動(dòng)以及介質(zhì)腐蝕嚴(yán)重的高速狀態(tài)。再者，煤礦機(jī)械設(shè)備往往需要長(zhǎng)時(shí)間保持運(yùn)轉(zhuǎn)，很多機(jī)器的工作連續(xù)性很強(qiáng)，甚至不分晝夜。此外，各方面因素的影響下，煤礦機(jī)械設(shè)備的維護(hù)與保養(yǎng)往往存在嚴(yán)重缺陷。近年來(lái)，煤礦機(jī)械中廣泛應(yīng)用到傳動(dòng)齒輪，然而齒輪的使用會(huì)隨著運(yùn)行時(shí)間的延長(zhǎng)，在短時(shí)間內(nèi)失效，造成設(shè)備難以充分發(fā)揮其作用，對(duì)煤礦企業(yè)的生產(chǎn)造成了十分不利的影響。為此，針對(duì)煤礦機(jī)械傳動(dòng)齒輪的研究與探討具有重要意義。

1煤礦機(jī)械齒輪失效形式

1.1表面疲勞

表面疲勞指的是由于有裂紋生核存在于齒輪表面或表面下，導(dǎo)致金屬移動(dòng)以及凹坑的形成，進(jìn)而造成凹坑合并或尺寸增加。關(guān)于表面疲勞，具體分析如下：第一，齒面點(diǎn)蝕。在齒輪運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，在高副接觸之下，齒輪表面之間的接觸應(yīng)力會(huì)非常大。如果這一應(yīng)力超出了超出了允許應(yīng)力的范圍，并且受到多級(jí)載荷的影響，那么齒輪表面開(kāi)裂的概率就很高。一般情況下，這些齒輪節(jié)線是最早出現(xiàn)這些裂紋的部分。在持續(xù)的接觸應(yīng)力的作用下，齒輪表面上的麻點(diǎn)的應(yīng)力就會(huì)不斷加大，齒輪表面就會(huì)開(kāi)始有片狀金屬的剝落，進(jìn)而破壞齒廊，導(dǎo)致齒輪失效。第二，疲勞剝損。疲勞剝損在機(jī)械設(shè)備中屬于潛在的疲勞破壞。疲勞剝損的具體表現(xiàn)為有較大的顆?；蛐计刂X頂或頂棱從齒面上脫落。一般表面淬火的齒輪或者硬齒面比較容易發(fā)生疲勞剝損。這種損傷是由于齒面下缺陷造成的，或者受到熱處理內(nèi)應(yīng)力過(guò)高的影響，也會(huì)發(fā)疲勞剝損[2]。

1.2磨損

煤礦機(jī)械設(shè)備的磨損形式分為很多種，主要包括正常磨損、中度磨損、破壞性磨損、擦傷、腐蝕性磨損、干涉磨損、點(diǎn)蝕、燒傷、膠合等等。關(guān)于煤礦機(jī)械設(shè)備齒輪磨損，下文對(duì)比較常見(jiàn)的幾種磨損形式進(jìn)行闡述。第一，正常磨損。齒面上金屬相互之間會(huì)以一定的速率發(fā)生損耗，這就是正常磨損。正常磨損往往比較慢，其對(duì)于齒輪壽命的損耗屬于正常情況，一般不會(huì)對(duì)設(shè)備的正常使用造成影響。然而，當(dāng)磨損量超過(guò)了維修標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致齒輪失效。第二，破壞性磨損。這種磨損的出現(xiàn)代表齒面已經(jīng)嚴(yán)重?fù)p傷，齒廓也發(fā)生較大的變化。一旦發(fā)生破壞性磨損，就會(huì)嚴(yán)重破壞設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行，并且大幅度降低齒輪的使用壽命。第三，干涉磨損。在設(shè)備投入使用之初，如果沒(méi)有正確安裝，或者輪齒不合理以及提前接觸，那么就有可能造成干涉磨損。具體表現(xiàn)為主齒輪上集中了大部分應(yīng)力。在設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中，齒輪逐漸受到破壞，一旦達(dá)到嚴(yán)重程度，就會(huì)掘起主動(dòng)齒輪的齒根，相配齒輪的齒頂也會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的卷起現(xiàn)象，最終導(dǎo)致齒輪副遭受完全破壞。

1.3膠合

膠合是指在齒輪負(fù)荷過(guò)大，或者沒(méi)有正確使用潤(rùn)滑油的情況下，導(dǎo)致嚙合區(qū)不斷升溫，一旦受到重載作用，就會(huì)擠破齒輪接觸面的油膜，導(dǎo)致兩齒輪的金屬面直接接觸并熔焊到一起，進(jìn)而使軟齒部分接觸面順著滑動(dòng)的方向被撕下而起溝。

2齒輪失效的原因

目前，盡管煤礦機(jī)械行業(yè)的發(fā)展取得了重大突破，然而我國(guó)煤礦機(jī)械設(shè)備的故障率依然非常高，對(duì)于煤礦安全生產(chǎn)構(gòu)成了嚴(yán)重的威脅，不利于煤礦行業(yè)的健康發(fā)展。在齒輪運(yùn)轉(zhuǎn)承載之后，其接觸應(yīng)力會(huì)變得很大，并且在齒輪嚙合時(shí)，其產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力也很高。在曲率半徑與根部形狀的影響下，這一部分會(huì)集中大量應(yīng)力，并且還會(huì)增加齒面剪應(yīng)力，隨著齒面的滑動(dòng)，會(huì)存在前壓后拉的現(xiàn)象。通常情況下，如果沒(méi)有潤(rùn)滑不良、化學(xué)腐蝕以及三體磨損的影響，當(dāng)齒輪材料的疲勞極限或強(qiáng)度極限應(yīng)力已經(jīng)難以適應(yīng)承受的交變應(yīng)力，那么上述齒輪失效形式就會(huì)發(fā)生。而關(guān)于造成齒輪失效的原因，具體可以從以下幾個(gè)方面得到反映[3]。

2.1存在設(shè)計(jì)問(wèn)題

在煤礦機(jī)械設(shè)備運(yùn)行中，齒輪失效往往是由于其在設(shè)計(jì)過(guò)程中相關(guān)參數(shù)與技術(shù)要去沒(méi)有緊密結(jié)合設(shè)備的實(shí)際工況與使用情況，設(shè)計(jì)缺乏針對(duì)性，相關(guān)的研究與實(shí)驗(yàn)并不到位，并且沒(méi)有采用先進(jìn)、統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范以及測(cè)試、計(jì)算方法。在材質(zhì)設(shè)計(jì)方面，并沒(méi)有選擇合適的材料，在性能方面無(wú)法滿足實(shí)際需求。因此必須考慮對(duì)齒輪失效產(chǎn)生影響的因素，并對(duì)齒輪設(shè)計(jì)進(jìn)行合理優(yōu)化。

2.2制造加工存在缺陷

有的齒輪在制造加工上存在一定的缺陷，其質(zhì)量相對(duì)低劣，難以符合標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)要求。在熱處理上，由于質(zhì)量不達(dá)標(biāo)，難以保證淬火處理齒面均勻的硬度，進(jìn)而導(dǎo)致淬火裂紋的產(chǎn)生，在內(nèi)應(yīng)力大量積存的情況下，造成齒輪失效。在加工處理中，由于缺乏足夠高的精度，對(duì)于模數(shù)較大的齒輪加工往往會(huì)有齒圈徑向跳動(dòng)與齒形超差問(wèn)題的出現(xiàn)，齒面過(guò)于粗糙，降低了齒輪的接觸精度。這些問(wèn)題對(duì)于齒輪的承載能力與使用壽命而言，都會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。

2.3安裝使用不合理

大部分煤礦企業(yè)在安裝使用上都存在不合理現(xiàn)象。例如缺乏完善的安裝技術(shù)規(guī)范，在安裝齒輪時(shí)，很多工人的施工作業(yè)都以經(jīng)驗(yàn)為主，缺乏可靠依據(jù)，并且沒(méi)有配備相關(guān)測(cè)量?jī)x器，齒輪安裝難以符合技術(shù)與質(zhì)量要求。情況嚴(yán)重時(shí)還會(huì)有違章操作現(xiàn)象，導(dǎo)致機(jī)械設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)負(fù)荷超限，對(duì)齒輪的使用壽命造成嚴(yán)重的損害。

3結(jié)語(yǔ)

傳動(dòng)齒輪對(duì)于煤礦機(jī)械設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)發(fā)揮著關(guān)鍵作用，因此必須對(duì)此予以重視?，F(xiàn)階段我國(guó)煤礦機(jī)械設(shè)備在應(yīng)對(duì)事故方面依然存在諸多不足，其中傳動(dòng)齒輪失效就是其中之一。這一問(wèn)題導(dǎo)致煤礦正常生產(chǎn)受到了極大的影響，因此應(yīng)針對(duì)煤礦機(jī)械傳動(dòng)齒輪展開(kāi)深入研究，結(jié)合實(shí)際，提出有效的改進(jìn)方法，提高齒輪的可靠性與使用壽命。

參考文獻(xiàn)

[1]張建靜.煤礦機(jī)械傳動(dòng)齒輪失效問(wèn)題及對(duì)策分析[J].機(jī)械管理開(kāi)發(fā)，2015，30（10）：85-86；89.

[2]孫小可，劉瑋.煤礦齒輪傳動(dòng)機(jī)械設(shè)備失效機(jī)理及應(yīng)對(duì)策略研究[J].機(jī)電工程技術(shù)，2012（9）：90-92.

[3]劉宇航.采煤機(jī)傳動(dòng)齒輪接觸疲勞性能及其磨損狀態(tài)監(jiān)測(cè)研究[D].徐州：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)，2015.

作者:王丹 單位:同煤集團(tuán)晉華宮礦基本建設(shè)科