王 偉

（連云港天明裝備有限公司， 江蘇 連云港 222000）

引言

傳動(dòng)齒輪廣泛應(yīng)用于煤礦機(jī)械設(shè)備中，是煤礦機(jī)械生產(chǎn)傳動(dòng)過(guò)程中必不可少的重要因素。煤礦機(jī)械傳動(dòng)齒輪可以在任意兩軸之間產(chǎn)生傳遞動(dòng)力，但其工作過(guò)程中常常伴隨失效問(wèn)題，導(dǎo)致設(shè)備功能得不到充分發(fā)揮，大大降低了煤礦開(kāi)采的工作效率，因此，煤礦機(jī)械傳動(dòng)齒輪優(yōu)化工作勢(shì)在必行[1]。煤礦生產(chǎn)工作需要具備一定程度的安全性，對(duì)此，煤礦企業(yè)應(yīng)對(duì)機(jī)械傳動(dòng)齒輪進(jìn)行科學(xué)合理的設(shè)計(jì)，針對(duì)其存在的失效問(wèn)題制訂合理的解決方案，優(yōu)化煤礦機(jī)械傳動(dòng)齒輪設(shè)計(jì)制造及安裝流程，進(jìn)而安全、高效地開(kāi)展煤礦開(kāi)采工作。

1 煤礦機(jī)械設(shè)備傳動(dòng)齒輪失效形式

煤礦開(kāi)采工作大部分時(shí)間是在井下，其機(jī)械設(shè)備面臨著極為惡劣的作業(yè)環(huán)境，因此，對(duì)機(jī)械設(shè)備有很高的質(zhì)量要求。煤礦機(jī)械傳動(dòng)齒輪對(duì)機(jī)械設(shè)備作業(yè)、機(jī)械能量傳輸、煤礦開(kāi)采機(jī)械運(yùn)行等環(huán)節(jié)影響重大，是煤礦開(kāi)采設(shè)備中極為重要的一個(gè)組成部分。在煤礦開(kāi)采過(guò)程中，井下環(huán)境惡劣、空間狹窄且聚有大量粉塵，對(duì)齒輪損耗極大，同時(shí)存在著不可避免的人為損壞，導(dǎo)致煤礦機(jī)械傳動(dòng)齒輪失效的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生。對(duì)此，需分析煤礦機(jī)械傳動(dòng)齒輪失效的主要形式，具體情況如下：

1.1 齒面疲勞

煤礦機(jī)械傳動(dòng)齒輪表面出現(xiàn)損壞即為齒面疲勞，其具體情況可分為疲勞剝損和齒面點(diǎn)蝕。其中疲勞剝損指的是煤礦機(jī)械設(shè)備由于長(zhǎng)期作業(yè)引發(fā)的自身磨損、損壞，例如齒面上有體積較大的顆粒狀物體脫落，大部分疲勞剝損情況會(huì)發(fā)生在硬齒面和表面淬火的齒輪上；齒面點(diǎn)蝕指的是煤礦機(jī)械傳動(dòng)齒輪在運(yùn)行時(shí)，齒輪表面發(fā)生強(qiáng)度較大的接觸，由于接觸應(yīng)力超出了正常值，導(dǎo)致煤礦機(jī)械傳動(dòng)齒輪超荷載，從而出現(xiàn)裂痕。通常情況下，出現(xiàn)裂痕最早的部位往往是齒輪節(jié)線，由于齒輪表面上應(yīng)力較大，持續(xù)作用于齒輪節(jié)線，導(dǎo)致齒輪表面有片狀金屬脫落，繼而破壞齒廓[2]。

1.2 齒輪膠合

當(dāng)煤礦機(jī)械傳動(dòng)齒輪在作業(yè)過(guò)程中，潤(rùn)滑劑使用錯(cuò)誤、外界負(fù)荷超出自身承受界限時(shí)，會(huì)導(dǎo)致嚙合區(qū)溫度急速升高且受到嚴(yán)重?fù)p壞。此時(shí)，齒輪接觸面油膜會(huì)遭到破壞，導(dǎo)致齒輪金屬表面直接發(fā)生接觸甚至焊接在一起，在軟齒位置留下溝痕或凹痕，這種情況即為齒輪膠合。

1.3 齒面磨損

齒面磨損可分為正常磨損、干涉性磨損和破壞性磨損三種情況，正常磨損指的是齒面金屬之間由于相互接觸、長(zhǎng)時(shí)間作業(yè)產(chǎn)生的磨損，其損壞速率較慢且對(duì)煤礦機(jī)械設(shè)備的正常作業(yè)影響不大，但當(dāng)磨損程度較大且超出規(guī)定范圍時(shí)，就會(huì)影響煤礦機(jī)械設(shè)備的正常工作，出現(xiàn)齒輪失效的情況；干涉性磨損指的是煤礦機(jī)械傳動(dòng)齒輪安裝流程不規(guī)范或者齒輪設(shè)計(jì)與實(shí)際應(yīng)用需求不符而引起的損耗問(wèn)題，會(huì)導(dǎo)致煤礦機(jī)械傳動(dòng)齒輪在工作過(guò)程中逐漸遭到破壞，主要表現(xiàn)為主齒輪應(yīng)力較大、主齒輪齒根被破壞等；破壞性磨損指的是煤礦機(jī)械傳動(dòng)齒輪受到了較為嚴(yán)重的損壞，無(wú)法維持設(shè)備的正常運(yùn)行，會(huì)降低煤礦機(jī)械設(shè)備的使用壽命。

1.4 齒面塑性變形

齒面塑性變形指的是齒輪由于外界擠壓發(fā)生的變形問(wèn)題，當(dāng)齒輪生產(chǎn)材料在質(zhì)量上存在問(wèn)題時(shí)，會(huì)導(dǎo)致煤礦機(jī)械傳動(dòng)齒輪在機(jī)械設(shè)備中作業(yè)時(shí)，由于其長(zhǎng)期處于超負(fù)荷、高速運(yùn)轉(zhuǎn)下容易產(chǎn)生齒輪彎曲等問(wèn)題[3]。例如主動(dòng)輪與從動(dòng)輪之間存在機(jī)械能的傳遞，在相互作用下齒面可能會(huì)出現(xiàn)凹陷的情況導(dǎo)致齒面不平，當(dāng)齒面變形較為嚴(yán)重時(shí)，會(huì)嚴(yán)重影響煤礦機(jī)械傳動(dòng)齒輪的正常運(yùn)行。

2 齒輪失效的原因

引發(fā)煤礦機(jī)械傳動(dòng)齒輪失效的主要原因大多與表面應(yīng)力過(guò)大，導(dǎo)致齒輪磨損有關(guān)，當(dāng)接觸應(yīng)力過(guò)大時(shí)，齒面則會(huì)出現(xiàn)前后滑動(dòng)等情況，導(dǎo)致齒輪由于長(zhǎng)期擠壓而變形。此外，齒輪腐蝕、潤(rùn)滑劑使用不合理、作業(yè)損耗等因素也會(huì)導(dǎo)致煤礦機(jī)械傳動(dòng)齒輪失效，同時(shí)齒輪生產(chǎn)所用材料、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等是否合理也會(huì)影響煤礦機(jī)械傳動(dòng)齒輪的使用壽命。

2.1 設(shè)計(jì)不合理

煤礦機(jī)械傳動(dòng)齒輪在參數(shù)設(shè)計(jì)時(shí)需結(jié)合煤礦機(jī)械設(shè)備的實(shí)際情況，結(jié)合作業(yè)強(qiáng)度、作業(yè)環(huán)境等方面因素，否則可能會(huì)使齒輪設(shè)計(jì)不合理，繼而導(dǎo)致齒輪在作業(yè)過(guò)程中出現(xiàn)失效問(wèn)題。此外，齒輪設(shè)計(jì)流程、標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，參數(shù)測(cè)算、制作材料選擇不合理，實(shí)際性能無(wú)法滿足齒輪作用需求等因素都會(huì)導(dǎo)致齒輪失效。

2.2 制造流程不規(guī)范

在煤礦機(jī)械傳動(dòng)齒輪生產(chǎn)過(guò)程中，制造材料質(zhì)量及制造流程會(huì)對(duì)齒輪作業(yè)情況造成影響。一方面，煤礦機(jī)械傳動(dòng)齒輪生產(chǎn)過(guò)程中的熱處理工作不規(guī)范，熱處理后的齒輪齒面不均勻、硬度不夠，甚至齒輪表面出現(xiàn)淬火裂紋，繼而引發(fā)齒輪失效問(wèn)題[4]。另一方面，在齒輪制造加工時(shí)齒輪精度不足，會(huì)導(dǎo)致齒面粗糙，大大降低作業(yè)時(shí)齒輪的接觸精度，繼而降低齒輪的使用壽命。

2.3 安裝使用不合理

煤礦機(jī)械傳動(dòng)齒輪的安裝和使用流程也會(huì)對(duì)齒輪作業(yè)造成影響，甚至引發(fā)齒輪失效問(wèn)題。現(xiàn)階段，部分煤礦開(kāi)采企業(yè)沒(méi)有完善的齒輪安裝流程規(guī)范，一味地依據(jù)往常經(jīng)驗(yàn)安裝齒輪，沒(méi)有考慮到煤礦機(jī)械設(shè)備更新和作業(yè)環(huán)境的變化。在齒輪安裝時(shí)沒(méi)有使用測(cè)量?jī)x器，導(dǎo)致安裝精度不夠，繼而使齒輪運(yùn)行負(fù)載過(guò)大，降低齒輪的使用壽命。

3 齒輪優(yōu)化措施

3.1 完善齒輪設(shè)計(jì)

齒輪設(shè)計(jì)人員應(yīng)結(jié)合齒輪作業(yè)環(huán)境，針對(duì)常見(jiàn)齒輪失效形式開(kāi)展齒輪設(shè)計(jì)工作，以煤礦機(jī)械設(shè)備作業(yè)環(huán)境、常見(jiàn)失效現(xiàn)象為依據(jù)進(jìn)行齒輪制造選材和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。例如，在齒輪選材時(shí)，著重提高齒輪的抗彎強(qiáng)度；結(jié)合齒面膠合問(wèn)題，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)提高齒輪齒面的抗膠合能力，為齒輪的高速運(yùn)行提供保障；在齒面點(diǎn)蝕問(wèn)題上，應(yīng)完善齒輪設(shè)計(jì)方案，以提高齒面接觸強(qiáng)度[5]。鑒于上述問(wèn)題，工作人員在進(jìn)行齒輪設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)分析齒輪失效形式和原因，并以此為依據(jù)確定齒輪抗疲勞能力、齒輪硬度、抗彎曲能力等性能參數(shù)，結(jié)合作業(yè)環(huán)境、機(jī)械設(shè)備的不同確定齒輪大小。此外，煤礦開(kāi)采工作的作業(yè)環(huán)境十分惡劣、復(fù)雜，其機(jī)械設(shè)備需要長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，因此，煤礦機(jī)械傳動(dòng)齒輪的各項(xiàng)性能參數(shù)還需要進(jìn)一步優(yōu)化，相關(guān)工作人員應(yīng)完善參數(shù)計(jì)算公式，嚴(yán)格把關(guān)齒輪制造材料的選擇，進(jìn)而為齒輪的高質(zhì)量制造提供保障。

3.2 優(yōu)化齒輪制造

在齒輪制造方面，相關(guān)工作人員應(yīng)盡量采用鍛鋼制造方式。首先，鍛鋼制造的鍛造比應(yīng)不低于3，在檢查鍛件機(jī)械性能時(shí)盡可能使用超聲波探傷設(shè)備，以確保檢查結(jié)果準(zhǔn)確，保證齒輪制造原材料質(zhì)量達(dá)標(biāo)。其次，在齒輪的熱處理時(shí)，應(yīng)確保齒輪表層與芯部過(guò)渡區(qū)域的剪應(yīng)力、剪切強(qiáng)度之比不高于0.55，齒輪芯部的硬度可采用深層淬火技術(shù)進(jìn)行提高?，F(xiàn)階段，碳氮共滲工藝使用較為廣泛，通過(guò)該項(xiàng)工藝可以有效提高齒輪表層硬度，使齒輪應(yīng)力獲得顯著提高，進(jìn)而提高煤礦機(jī)械傳動(dòng)齒輪的使用壽命。

3.3 規(guī)范使用流程

煤礦機(jī)械設(shè)備的工作環(huán)境較為惡劣，對(duì)齒輪存在極大程度的損耗。鑒于此，首先，為確保煤礦機(jī)械傳動(dòng)齒輪運(yùn)行的安全性、穩(wěn)定性，相關(guān)人員應(yīng)嚴(yán)格規(guī)范齒輪使用流程，并在操作時(shí)嚴(yán)格遵循使用規(guī)范；其次，在進(jìn)行齒輪安裝和檢修工作時(shí)，應(yīng)確保齒輪的承載強(qiáng)度符合實(shí)際工作需求。規(guī)范的齒輪使用流程，不僅能夠減少齒輪承載超負(fù)荷的問(wèn)題，還可以保證齒輪強(qiáng)度及齒面的光滑度。此外，工作人員應(yīng)定期警醒煤礦機(jī)械傳動(dòng)齒輪檢修，以期及時(shí)發(fā)現(xiàn)并解決齒輪失效等問(wèn)題，為煤礦機(jī)械設(shè)備的正常運(yùn)行提供保障。

3.4 使用先進(jìn)有效的潤(rùn)滑技術(shù)

齒輪的潤(rùn)滑保養(yǎng)對(duì)延長(zhǎng)齒輪壽命意義重大，是確保齒輪高效運(yùn)轉(zhuǎn)的重中之重。大部分工作人員沒(méi)有定期、及時(shí)地為煤礦機(jī)械傳動(dòng)齒輪補(bǔ)充潤(rùn)滑劑，導(dǎo)致齒輪潤(rùn)滑度不足，在高效運(yùn)轉(zhuǎn)下?lián)p耗極為嚴(yán)重，從而導(dǎo)致齒輪失效。鑒于此，合理使用潤(rùn)滑劑以降低齒輪磨損、延長(zhǎng)齒輪使用壽命是當(dāng)下工作人員亟待完善的工作環(huán)節(jié)。目前，大部分工作人員的潤(rùn)滑劑使用缺乏針對(duì)性，面對(duì)不同設(shè)備、不同作業(yè)環(huán)境缺乏相應(yīng)的潤(rùn)滑劑種類調(diào)整，導(dǎo)致潤(rùn)滑效果差強(qiáng)人意，不利于齒輪使用壽命的提高。對(duì)此，工作人員應(yīng)結(jié)合實(shí)際作業(yè)情況，針對(duì)不同齒輪型號(hào)、不同工作環(huán)境等因素采取針對(duì)性的潤(rùn)滑技術(shù)。

3.5 提高機(jī)械設(shè)備的整體性能

齒輪是煤礦機(jī)械設(shè)備的重要組成部分，煤礦機(jī)械設(shè)備的整體質(zhì)量對(duì)齒輪運(yùn)行也有著一定程度的影響。當(dāng)機(jī)械設(shè)備性能存在問(wèn)題時(shí)，會(huì)導(dǎo)致齒輪在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中無(wú)法充分發(fā)揮自身作用。對(duì)此，工作人員應(yīng)結(jié)合煤礦機(jī)械設(shè)備的實(shí)際工作環(huán)境，對(duì)機(jī)械設(shè)備內(nèi)部的各個(gè)部件進(jìn)行定期的檢修處理，引進(jìn)先進(jìn)維修技術(shù)，進(jìn)而提高煤礦機(jī)械設(shè)備的穩(wěn)定性，降低煤礦機(jī)械傳動(dòng)齒輪磨損。此外，在齒輪等零件采購(gòu)時(shí)，應(yīng)安排專業(yè)人員進(jìn)行嚴(yán)格的質(zhì)量監(jiān)測(cè)，并在設(shè)備安裝和使用時(shí)嚴(yán)格規(guī)范其操作流程，以避免因操作手法錯(cuò)誤而造成的齒輪損耗[6]。

4 結(jié)語(yǔ)

煤礦機(jī)械傳動(dòng)齒輪在煤礦開(kāi)采過(guò)程中有著十分關(guān)鍵的作用，其工作形式依附于煤礦機(jī)械設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)，并不是獨(dú)立作業(yè)的，因此，當(dāng)煤礦機(jī)械傳動(dòng)齒輪失效時(shí)，其影響范圍較廣。對(duì)此，相關(guān)工作人員應(yīng)積極探索煤礦機(jī)械傳動(dòng)齒輪優(yōu)化技術(shù)，對(duì)其故障問(wèn)題采取針對(duì)性的解決措施。此外，操作人員應(yīng)規(guī)范自身的作業(yè)手法，科學(xué)合理地進(jìn)行煤礦機(jī)械傳動(dòng)齒輪維修與安裝，進(jìn)而確保傳動(dòng)齒輪的正常運(yùn)行，為煤礦開(kāi)采工作的高效生產(chǎn)提供保障。