煤矿机械传动齿轮失效形式及优化浅析

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摘要：为了提高煤矿开采工程的安全性和工作效率，针对机械设备在复杂恶劣的开采环境下常常出现传动齿轮失效的问题，分析煤矿机械传动齿轮的工作情况，结合环境等方面因素探究其失效原因，并采取相应措施对煤矿机械传动齿轮进行优化。

关键词：煤矿机械；传动齿轮；齿轮失效；润滑技术

引言

传动齿轮广泛应用于煤矿机械设备中，是煤矿机械生产传动过程中必不可少的重要因素。煤矿机械传动齿轮可以在任意两轴之间产生传递动力，但其工作过程中常常伴随失效问题，导致设备功能得不到充分发挥，大大降低了煤矿开采的工作效率，因此，煤矿机械传动齿轮优化工作势在必行[1]。煤矿生产工作需要具备一定程度的安全性，对此，煤矿企业应对机械传动齿轮进行科学合理的设计，针对其存在的失效问题制订合理的解决方案，优化煤矿机械传动齿轮设计制造及安装流程，进而安全、高效地开展煤矿开采工作。

1煤矿机械设备传动齿轮失效形式

煤矿开采工作大部分时间是在井下，其机械设备面临着极为恶劣的作业环境，因此，对机械设备有很高的质量要求。煤矿机械传动齿轮对机械设备作业、机械能量传输、煤矿开采机械运行等环节影响重大，是煤矿开采设备中极为重要的一个组成部分。在煤矿开采过程中，井下环境恶劣、空间狭窄且聚有大量粉尘，对齿轮损耗极大，同时存在着不可避免的人为损坏，导致煤矿机械传动齿轮失效的现象时有发生。对此，需分析煤矿机械传动齿轮失效的主要形式，具体情况如下：

1.1齿面疲劳

煤矿机械传动齿轮表面出现损坏即为齿面疲劳，其具体情况可分为疲劳剥损和齿面点蚀。其中疲劳剥损指的是煤矿机械设备由于长期作业引发的自身磨损、损坏，例如齿面上有体积较大的颗粒状物体脱落，大部分疲劳剥损情况会发生在硬齿面和表面淬火的齿轮上；齿面点蚀指的是煤矿机械传动齿轮在运行时，齿轮表面发生强度较大的接触，由于接触应力超出了正常值，导致煤矿机械传动齿轮超荷载，从而出现裂痕。通常情况下，出现裂痕最早的部位往往是齿轮节线，由于齿轮表面上应力较大，持续作用于齿轮节线，导致齿轮表面有片状金属脱落，继而破坏齿廓[2]。

1.2齿轮胶合

当煤矿机械传动齿轮在作业过程中，润滑剂使用错误、外界负荷超出自身承受界限时，会导致啮合区温度急速升高且受到严重损坏。此时，齿轮接触面油膜会遭到破坏，导致齿轮金属表面直接发生接触甚至焊接在一起，在软齿位置留下沟痕或凹痕，这种情况即为齿轮胶合。

1.3齿面磨损

齿面磨损可分为正常磨损、干涉性磨损和破坏性磨损三种情况，正常磨损指的是齿面金属之间由于相互接触、长时间作业产生的磨损，其损坏速率较慢且对煤矿机械设备的正常作业影响不大，但当磨损程度较大且超出规定范围时，就会影响煤矿机械设备的正常工作，出现齿轮失效的情况；干涉性磨损指的是煤矿机械传动齿轮安装流程不规范或者齿轮设计与实际应用需求不符而引起的损耗问题，会导致煤矿机械传动齿轮在工作过程中逐渐遭到破坏，主要表现为主齿轮应力较大、主齿轮齿根被破坏等；破坏性磨损指的是煤矿机械传动齿轮受到了较为严重的损坏，无法维持设备的正常运行，会降低煤矿机械设备的使用寿命。

1.4齿面塑性变形

齿面塑性变形指的是齿轮由于外界挤压发生的变形问题，当齿轮生产材料在质量上存在问题时，会导致煤矿机械传动齿轮在机械设备中作业时，由于其长期处于超负荷、高速运转下容易产生齿轮弯曲等问题[3]。例如主动轮与从动轮之间存在机械能的传递，在相互作用下齿面可能会出现凹陷的情况导致齿面不平，当齿面变形较为严重时，会严重影响煤矿机械传动齿轮的正常运行。

2齿轮失效的原因

引发煤矿机械传动齿轮失效的主要原因大多与表面应力过大，导致齿轮磨损有关，当接触应力过大时，齿面则会出现前后滑动等情况，导致齿轮由于长期挤压而变形。此外，齿轮腐蚀、润滑剂使用不合理、作业损耗等因素也会导致煤矿机械传动齿轮失效，同时齿轮生产所用材料、结构设计等是否合理也会影响煤矿机械传动齿轮的使用寿命。

2.1设计不合理

煤矿机械传动齿轮在参数设计时需结合煤矿机械设备的实际情况，结合作业强度、作业环境等方面因素，否则可能会使齿轮设计不合理，继而导致齿轮在作业过程中出现失效问题。此外，齿轮设计流程、标准不统一，参数测算、制作材料选择不合理，实际性能无法满足齿轮作用需求等因素都会导致齿轮失效。

2.2制造流程不规范

在煤矿机械传动齿轮生产过程中，制造材料质量及制造流程会对齿轮作业情况造成影响。一方面，煤矿机械传动齿轮生产过程中的热处理工作不规范，热处理后的齿轮齿面不均匀、硬度不够，甚至齿轮表面出现淬火裂纹，继而引发齿轮失效问题[4]。另一方面，在齿轮制造加工时齿轮精度不足，会导致齿面粗糙，大大降低作业时齿轮的接触精度，继而降低齿轮的使用寿命。2.3安装使用不合理煤矿机械传动齿轮的安装和使用流程也会对齿轮作业造成影响，甚至引发齿轮失效问题。现阶段，部分煤矿开采企业没有完善的齿轮安装流程规范，一味地依据往常经验安装齿轮，没有考虑到煤矿机械设备更新和作业环境的变化。在齿轮安装时没有使用测量仪器，导致安装精度不够，继而使齿轮运行负载过大，降低齿轮的使用寿命。

3齿轮优化措施

3.1完善齿轮设计

齿轮设计人员应结合齿轮作业环境，针对常见齿轮失效形式开展齿轮设计工作，以煤矿机械设备作业环境、常见失效现象为依据进行齿轮制造选材和结构设计。例如，在齿轮选材时，着重提高齿轮的抗弯强度；结合齿面胶合问题，在设计时应提高齿轮齿面的抗胶合能力，为齿轮的高速运行提供保障；在齿面点蚀问题上，应完善齿轮设计方案，以提高齿面接触强度[5]。鉴于上述问题，工作人员在进行齿轮设计时，应分析齿轮失效形式和原因，并以此为依据确定齿轮抗疲劳能力、齿轮硬度、抗弯曲能力等性能参数，结合作业环境、机械设备的不同确定齿轮大小。此外，煤矿开采工作的作业环境十分恶劣、复杂，其机械设备需要长时间连续运转，因此，煤矿机械传动齿轮的各项性能参数还需要进一步优化，相关工作人员应完善参数计算公式，严格把关齿轮制造材料的选择，进而为齿轮的高质量制造提供保障。

3.2优化齿轮制造

在齿轮制造方面，相关工作人员应尽量采用锻钢制造方式。首先，锻钢制造的锻造比应不低于3，在检查锻件机械性能时尽可能使用超声波探伤设备，以确保检查结果准确，保证齿轮制造原材料质量达标。其次，在齿轮的热处理时，应确保齿轮表层与芯部过渡区域的剪应力、剪切强度之比不高于0.55，齿轮芯部的硬度可采用深层淬火技术进行提高。现阶段，碳氮共渗工艺使用较为广泛，通过该项工艺可以有效提高齿轮表层硬度，使齿轮应力获得显著提高，进而提高煤矿机械传动齿轮的使用寿命。

3.3规范使用流程

煤矿机械设备的工作环境较为恶劣，对齿轮存在极大程度的损耗。鉴于此，首先，为确保煤矿机械传动齿轮运行的安全性、稳定性，相关人员应严格规范齿轮使用流程，并在操作时严格遵循使用规范；其次，在进行齿轮安装和检修工作时，应确保齿轮的承载强度符合实际工作需求。规范的齿轮使用流程，不仅能够减少齿轮承载超负荷的问题，还可以保证齿轮强度及齿面的光滑度。此外，工作人员应定期警醒煤矿机械传动齿轮检修，以期及时发现并解决齿轮失效等问题，为煤矿机械设备的正常运行提供保障。

3.4使用先进有效的润滑技术

齿轮的润滑保养对延长齿轮寿命意义重大，是确保齿轮高效运转的重中之重。大部分工作人员没有定期、及时地为煤矿机械传动齿轮补充润滑剂，导致齿轮润滑度不足，在高效运转下损耗极为严重，从而导致齿轮失效。鉴于此，合理使用润滑剂以降低齿轮磨损、延长齿轮使用寿命是当下工作人员亟待完善的工作环节。目前，大部分工作人员的润滑剂使用缺乏针对性，面对不同设备、不同作业环境缺乏相应的润滑剂种类调整，导致润滑效果差强人意，不利于齿轮使用寿命的提高。对此，工作人员应结合实际作业情况，针对不同齿轮型号、不同工作环境等因素采取针对性的润滑技术。

3.5提高机械设备的整体性能

齿轮是煤矿机械设备的重要组成部分，煤矿机械设备的整体质量对齿轮运行也有着一定程度的影响。当机械设备性能存在问题时，会导致齿轮在运转过程中无法充分发挥自身作用。对此，工作人员应结合煤矿机械设备的实际工作环境，对机械设备内部的各个部件进行定期的检修处理，引进先进维修技术，进而提高煤矿机械设备的稳定性，降低煤矿机械传动齿轮磨损。此外，在齿轮等零件采购时，应安排专业人员进行严格的质量监测，并在设备安装和使用时严格规范其操作流程，以避免因操作手法错误而造成的齿轮损耗[6]。

4结语

煤矿机械传动齿轮在煤矿开采过程中有着十分关键的作用，其工作形式依附于煤矿机械设备运转，并不是独立作业的，因此，当煤矿机械传动齿轮失效时，其影响范围较广。对此，相关工作人员应积极探索煤矿机械传动齿轮优化技术，对其故障问题采取针对性的解决措施。此外，操作人员应规范自身的作业手法，科学合理地进行煤矿机械传动齿轮维修与安装，进而确保传动齿轮的正常运行，为煤矿开采工作的高效生产提供保障。

参考文献

[1]冯龙龙.机械自动化技术在煤矿采掘中的应用探索[J].价值工程，2021，40（12）：170-171.

[2]韩翠英.煤矿机械传动齿轮损坏原因及解决方式[J].煤矿机械，2012，33（11）：230-232.

[3]张强.SDB-19型煤矿双速绞车传动齿轮断齿问题分析与改进研究[J].机械管理开发，2021，36（1）：106-108.

[4]吕克明，杜晓萍.齿轮传动系统故障诊断方法研究[J].内燃机与配件，2021，16（3）：127-128.

[5]宋金波，雷轶.齿轮传动轴疲劳特性分析与研究[J].煤矿机械，2020，41（10）：50-52.

[6]黄燕.机械传动齿轮失效的改进方法[J].环球市场，2020，27（26）：381-382.

作者:王伟 单位:连云港天明装备有限公司