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煤矿机械的传动齿轮失效解析

摘要:针对煤矿机械中齿轮失效形式中出现的表面疲劳、磨损、胶合等问题,分析齿轮失效原因中的设计问题、制造加工缺陷、安装使用不合理等因素,希望通过对煤矿机械传动齿轮失效处理方法分析研究,最终得出相应的维修方案改进,并提出有效的管理策略。

关键词:煤矿机械;传动齿轮;对策

引言

现阶段,我国煤矿开采大多为井工开采,露天开采所占比重不超过10%。相对于普通工农业,煤矿生产对机械设备的需求更大,而这些设备在非常恶劣的环境中运行,常常会受到粉尘、有害气体等物质的影响而出现故障。并且煤矿生产机械设备的工作条件也非常严苛,一般情况下机械设备运行都处于高负荷、高强度、强振动以及介质腐蚀严重的高速状态。再者,煤矿机械设备往往需要长时间保持运转,很多机器的工作连续性很强,甚至不分昼夜。此外,各方面因素的影响下,煤矿机械设备的维护与保养往往存在严重缺陷。近年来,煤矿机械中广泛应用到传动齿轮,然而齿轮的使用会随着运行时间的延长,在短时间内失效,造成设备难以充分发挥其作用,对煤矿企业的生产造成了十分不利的影响。为此,针对煤矿机械传动齿轮的研究与探讨具有重要意义。

1煤矿机械齿轮失效形式

1.1表面疲劳

表面疲劳指的是由于有裂纹生核存在于齿轮表面或表面下,导致金属移动以及凹坑的形成,进而造成凹坑合并或尺寸增加。关于表面疲劳,具体分析如下:第一,齿面点蚀。在齿轮运转过程中,在高副接触之下,齿轮表面之间的接触应力会非常大。如果这一应力超出了超出了允许应力的范围,并且受到多级载荷的影响,那么齿轮表面开裂的概率就很高。一般情况下,这些齿轮节线是最早出现这些裂纹的部分。在持续的接触应力的作用下,齿轮表面上的麻点的应力就会不断加大,齿轮表面就会开始有片状金属的剥落,进而破坏齿廊,导致齿轮失效。第二,疲劳剥损。疲劳剥损在机械设备中属于潜在的疲劳破坏。疲劳剥损的具体表现为有较大的颗粒或屑片沿着齿顶或顶棱从齿面上脱落。一般表面淬火的齿轮或者硬齿面比较容易发生疲劳剥损。这种损伤是由于齿面下缺陷造成的,或者受到热处理内应力过高的影响,也会发疲劳剥损[2]。

1.2磨损

煤矿机械设备的磨损形式分为很多种,主要包括正常磨损、中度磨损、破坏性磨损、擦伤、腐蚀性磨损、干涉磨损、点蚀、烧伤、胶合等等。关于煤矿机械设备齿轮磨损,下文对比较常见的几种磨损形式进行阐述。第一,正常磨损。齿面上金属相互之间会以一定的速率发生损耗,这就是正常磨损。正常磨损往往比较慢,其对于齿轮寿命的损耗属于正常情况,一般不会对设备的正常使用造成影响。然而,当磨损量超过了维修标准时,就会导致齿轮失效。第二,破坏性磨损。这种磨损的出现代表齿面已经严重损伤,齿廓也发生较大的变化。一旦发生破坏性磨损,就会严重破坏设备的稳定运行,并且大幅度降低齿轮的使用寿命。第三,干涉磨损。在设备投入使用之初,如果没有正确安装,或者轮齿不合理以及提前接触,那么就有可能造成干涉磨损。具体表现为主齿轮上集中了大部分应力。在设备运行过程中,齿轮逐渐受到破坏,一旦达到严重程度,就会掘起主动齿轮的齿根,相配齿轮的齿顶也会出现严重的卷起现象,最终导致齿轮副遭受完全破坏。

1.3胶合

胶合是指在齿轮负荷过大,或者没有正确使用润滑油的情况下,导致啮合区不断升温,一旦受到重载作用,就会挤破齿轮接触面的油膜,导致两齿轮的金属面直接接触并熔焊到一起,进而使软齿部分接触面顺着滑动的方向被撕下而起沟。

2齿轮失效的原因

目前,尽管煤矿机械行业的发展取得了重大突破,然而我国煤矿机械设备的故障率依然非常高,对于煤矿安全生产构成了严重的威胁,不利于煤矿行业的健康发展。在齿轮运转承载之后,其接触应力会变得很大,并且在齿轮啮合时,其产生的弯曲应力也很高。在曲率半径与根部形状的影响下,这一部分会集中大量应力,并且还会增加齿面剪应力,随着齿面的滑动,会存在前压后拉的现象。通常情况下,如果没有润滑不良、化学腐蚀以及三体磨损的影响,当齿轮材料的疲劳极限或强度极限应力已经难以适应承受的交变应力,那么上述齿轮失效形式就会发生。而关于造成齿轮失效的原因,具体可以从以下几个方面得到反映[3]。

2.1存在设计问题

在煤矿机械设备运行中,齿轮失效往往是由于其在设计过程中相关参数与技术要去没有紧密结合设备的实际工况与使用情况,设计缺乏针对性,相关的研究与实验并不到位,并且没有采用先进、统一的标准、规范以及测试、计算方法。在材质设计方面,并没有选择合适的材料,在性能方面无法满足实际需求。因此必须考虑对齿轮失效产生影响的因素,并对齿轮设计进行合理优化。

2.2制造加工存在缺陷

有的齿轮在制造加工上存在一定的缺陷,其质量相对低劣,难以符合标准和技术要求。在热处理上,由于质量不达标,难以保证淬火处理齿面均匀的硬度,进而导致淬火裂纹的产生,在内应力大量积存的情况下,造成齿轮失效。在加工处理中,由于缺乏足够高的精度,对于模数较大的齿轮加工往往会有齿圈径向跳动与齿形超差问题的出现,齿面过于粗糙,降低了齿轮的接触精度。这些问题对于齿轮的承载能力与使用寿命而言,都会产生严重的影响。

2.3安装使用不合理

大部分煤矿企业在安装使用上都存在不合理现象。例如缺乏完善的安装技术规范,在安装齿轮时,很多工人的施工作业都以经验为主,缺乏可靠依据,并且没有配备相关测量仪器,齿轮安装难以符合技术与质量要求。情况严重时还会有违章操作现象,导致机械设备运转负荷超限,对齿轮的使用寿命造成严重的损害。

3结语

传动齿轮对于煤矿机械设备正常运转发挥着关键作用,因此必须对此予以重视。现阶段我国煤矿机械设备在应对事故方面依然存在诸多不足,其中传动齿轮失效就是其中之一。这一问题导致煤矿正常生产受到了极大的影响,因此应针对煤矿机械传动齿轮展开深入研究,结合实际,提出有效的改进方法,提高齿轮的可靠性与使用寿命。

参考文献

[1]张建静.煤矿机械传动齿轮失效问题及对策分析[J].机械管理开发,2015,30(10):85-86;89.

[2]孙小可,刘玮.煤矿齿轮传动机械设备失效机理及应对策略研究[J].机电工程技术,2012(9):90-92.

[3]刘宇航.采煤机传动齿轮接触疲劳性能及其磨损状态监测研究[D].徐州:中国矿业大学,2015.

作者:王丹 单位:同煤集团晋华宫矿基本建设科

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