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1齒輪失效形式

1.1磨損煤礦機械，特別是掘進(jìn)機械，采掘煤巖體，強度較大，齒輪所受載荷高，因此齒輪特別容易造成磨損，由于磨損產(chǎn)生的原因不同，磨損類型主要為正常磨損、中重度磨損、擦傷性磨損、疲勞性磨損（點蝕）等。齒輪受長期工作發(fā)展緩慢損耗，齒輪均具有一定的壽命期，如果磨損處于壽命期內(nèi)，則不會影響其正常的工作性能，但一般來說，設(shè)備磨損量必須控制在維修標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。

1.2表面疲勞由于機械設(shè)備齒輪反復(fù)遭受交變應(yīng)力的作用，存在于齒輪表面或其下面的材質(zhì)初始裂紋會產(chǎn)生疲勞，如果受到的交變應(yīng)力超過材料的疲勞極限，初始裂紋就會不斷擴展，逐漸的產(chǎn)生凹坑，或者產(chǎn)生移動，隨著設(shè)備的繼續(xù)工作，已經(jīng)產(chǎn)生的凹坑的尺寸將會不斷增大，最終合并為一起。根據(jù)疲勞產(chǎn)生的原因，一般有破壞性點蝕和疲勞剝損兩種類型。

1.3膠合如果齒輪處于超負(fù)荷運行時，嚙合區(qū)溫度就會升高，齒輪接觸面的油膜受重載作用發(fā)生擠破，就使得兩齒輪間直接金屬接觸，則有可能導(dǎo)致其熔焊為一體，將會產(chǎn)生軟齒起溝現(xiàn)象。加之煤礦機械均處于低速種載狀況，不易于形成齒面間的油膜，因此也易產(chǎn)生膠合破壞。

1.4塑性流動塑性流動包括3種類型：塑性變形、起波紋和起皺。塑性變形是齒輪較軟齒部分金屬的塑性變形，如果塑性變形嚴(yán)重，可能會發(fā)生飛邊、齒頂變圓現(xiàn)象，導(dǎo)致主、被動輪齒均市區(qū)正常的結(jié)構(gòu)齒形；起皺紋多發(fā)生于淬火的齒輪上，使得齒面形成類似波紋的外觀；起皺是指齒面出現(xiàn)呈人字形或魚尾狀。

1.5斷裂斷裂則說明齒輪徹底破壞已經(jīng)失去本身具有的性能，如果繼續(xù)使用，后果將嚴(yán)重，依據(jù)斷裂產(chǎn)生的原因，一般有疲勞斷裂、磨損斷裂、超載荷斷裂等幾種。

2齒輪失效原因分析

由于煤礦處于不間斷生產(chǎn)狀態(tài)，因此對于機械設(shè)備的性能要求較高，如果一旦發(fā)生齒輪失效狀況，不僅嚴(yán)重影響產(chǎn)能，也有可能對井下人員安全造成影響，因此必須對煤礦機械設(shè)備齒輪失效的原因進(jìn)行分析，一般來說主要包括以下3個方面：

2.1原始設(shè)計由于礦用機械設(shè)備均工作于復(fù)雜的環(huán)境，因此原始設(shè)計就必須與普通齒輪不同，必須要對機械設(shè)備所處的具體環(huán)境進(jìn)行考慮，絕不能采用傳統(tǒng)的設(shè)計方式，且必須對已經(jīng)設(shè)計研發(fā)的設(shè)備進(jìn)行工業(yè)性試驗，否則將不具備煤礦機械化高效安全生產(chǎn)的條件，按齒輪接觸疲勞強度來算，由于煤礦機械設(shè)備處于高負(fù)載低速運行狀態(tài)，因此所算出來的強度都將較傳統(tǒng)設(shè)計較高，如采煤機和刮板輸送機，但其韌性較差，易產(chǎn)生斷齒。

2.2加工質(zhì)量齒輪在機床加工過程中，必須按照設(shè)計的尺寸、外觀等具體要求嚴(yán)格加工，如果不按照具體規(guī)格參數(shù)加工，將使得制作產(chǎn)品達(dá)不到預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)要求。如齒輪制造中存在具體化學(xué)成分偏差，將會降低齒輪的材質(zhì)性能；由于齒輪熱處理技術(shù)不過關(guān)所導(dǎo)致的強度不足，這些問題將直接影響齒輪所能服務(wù)的期限。

2.3安裝過程煤礦機械設(shè)備如果不能穩(wěn)定安裝，將使得齒輪無法達(dá)到最好的工作性能。例如齒輪軸中心線的平行度、水平度、中心距、輪齒嚙合間隙、接觸面積以及軸承安裝等安裝問題都會引起齒輪的工作壽命；若在生產(chǎn)中潤滑劑達(dá)不到技術(shù)要求，均會影響齒輪的正常運行以及加速其磨損。

3失效的處理對策

根據(jù)齒輪失效的原因，提出了以下具體的改進(jìn)措施，將最大幅度提升齒輪的使用期，具體的改進(jìn)措施包含以下6個方面。

3.1原始設(shè)計依據(jù)煤礦的具體工作條件，優(yōu)化齒輪加工制造的參數(shù)，必須準(zhǔn)確計算齒輪所承載的載荷且必須考慮修正強度；齒輪齒形結(jié)構(gòu)、加工材料、以及加工工藝，盡可能提高齒輪的硬度以及嚙合參數(shù)，且在設(shè)計階段就得想好怎么對齒輪形成如何潤滑機制進(jìn)行考慮。

3.2材料選擇必須考慮到煤礦機械超負(fù)荷低速運行的狀態(tài)，因此對于齒輪的韌性、強度及工藝性能要求很高，因此必須要選擇與此匹配的材料。目前來說，我國煤礦機械齒輪所選用的材料主要為低碳合金滲碳鋼。如果齒輪所承受負(fù)荷或受沖擊力較大，則采用Ni-Cr和Ni-Cr-Mo合金滲談鋼；如果希望機械能夠在負(fù)載工作時盡量保持穩(wěn)定則選用Ni-Mn鋼。3.3工藝質(zhì)量對機械設(shè)備的齒輪進(jìn)行加工時，必須提升滾齒質(zhì)量要求水平，分清楚粗、精滾工序，使得滾到精度大幅提高，齒面的粗糙度必須按照規(guī)范要求，大部分粗糙度好的齒輪設(shè)備壽命將顯著增加，因此需要采用較先進(jìn)的拋光技術(shù)提高齒面粗糙度。

3.4熱處理工藝煤礦機械齒輪承載能力的高低主要是通過提高齒輪硬度達(dá)到，但也不是唯一的決定因素，齒輪表面向芯部間區(qū)域的剪切強度的比值也是非常重要的影響因素，此值一般小于0.55。采用深層滲碳淬火的熱處理方法，將能夠很好實現(xiàn)這一目標(biāo)。

3.5安裝工藝必須正確調(diào)整兩齒輪軸間的垂直度和水平度，使所存在的間隙處于合理范圍內(nèi)，避免出現(xiàn)扭斜現(xiàn)象，使齒輪嚙合間隙處于合理范圍，將大幅降低斷齒發(fā)生幾率。

3.6設(shè)備使用和維護(hù)方法煤礦機械設(shè)備齒輪對于潤滑要求較高，在使用過程中，需要定期對其進(jìn)行潤滑處理，且必須選擇合理的潤滑黏稠度，并及時對潤滑油進(jìn)行清潔處理；對于非外露性齒輪，必須經(jīng)常對齒輪機箱進(jìn)行清潔處理，提高其散熱強度，及時的檢測可以避免齒輪失效的發(fā)生，從而延長其使用壽命，保證設(shè)備正常運轉(zhuǎn)。

4結(jié)語

為保證煤礦能夠高效安全生產(chǎn)，必須大幅降低機械設(shè)備的事故率，而機械設(shè)備事故率很多都是齒輪失效。因此，通過對齒輪失效的形式及原因進(jìn)行探討，研究得到降低齒輪失效的改進(jìn)措施，將能夠為煤礦生產(chǎn)提供重要的借鑒。

作者：白瑞東單位：山西西山晉興能源有限責(zé)任公司斜溝煤礦