王偉

（太重煤機(jī)有限公司重型減速機(jī)公司，太原030032）

0 引言

刮板機(jī)減速器屬于硬齒面齒輪傳動(dòng)機(jī)械的一種，是煤礦刮板機(jī)專(zhuān)用的齒輪傳動(dòng)設(shè)備，其可靠性直接影響著煤炭的開(kāi)采效率。由于煤炭開(kāi)采的特點(diǎn)，致使刮板機(jī)減速器在使用中面臨如載荷的不穩(wěn)定性、嚴(yán)重的沖擊震動(dòng)、粉塵顆粒物含量多、空間狹小等惡劣工況。同時(shí)減速器安裝為側(cè)掛式，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)懸掛在減速器前面，減速器作為傳動(dòng)件的同時(shí)還扮演著支撐件的角色。由于以上不利因素，刮板機(jī)減速器經(jīng)常出現(xiàn)打齒、斷軸、密封失效等故障，而隨著煤炭開(kāi)采向更高效發(fā)展，需要更高水平的煤礦機(jī)械產(chǎn)品支撐煤炭行業(yè)發(fā)展，要求刮板機(jī)減速器具有更佳的承載能力和應(yīng)用環(huán)境適應(yīng)性。所以研究刮板機(jī)減速器的應(yīng)用現(xiàn)狀，分析問(wèn)題原因并解決是刮板機(jī)減速器研究中的重點(diǎn)問(wèn)題。

1 國(guó)外刮板機(jī)減速器的研究現(xiàn)狀

刮板輸送機(jī)減速器的發(fā)展隨著刮板機(jī)的發(fā)展在20世紀(jì)基本經(jīng)歷了3個(gè)階段。第一階段是在20世紀(jì)初期，英國(guó)最先研制了刮板輸送機(jī)，當(dāng)時(shí)的刮板機(jī)減速器特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、功率小、可靠性低；第二階段從20世紀(jì)50年代初開(kāi)始，出現(xiàn)了高效重型可彎曲刮板輸送機(jī)，運(yùn)量不斷增大，減速器傳遞功率也有了很大提高，開(kāi)始出現(xiàn)了行星結(jié)構(gòu)，并逐步應(yīng)用硬齒面齒輪精加工技術(shù)；第三階段是20世紀(jì)80年代中后期，為了提高采煤工作面的產(chǎn)量和工效，降低生產(chǎn)成本，增強(qiáng)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力，提高經(jīng)濟(jì)效益，刮板輸送機(jī)向超大功率、超大運(yùn)量、超長(zhǎng)運(yùn)距、高強(qiáng)度、長(zhǎng)壽命以及高可靠性方向發(fā)展，其功率和運(yùn)量比第二階段增大2～3倍[1]。此時(shí)的刮板機(jī)減速器開(kāi)始使用新材料，Cr-Ni-Mo系低碳合金鋼的使用，使齒輪強(qiáng)度大幅提高。DBT公司生產(chǎn)的刮板輸送機(jī)最長(zhǎng)的使用長(zhǎng)度已達(dá)500 m長(zhǎng)的工作面，JOY公司生產(chǎn)的刮板輸送機(jī)單電動(dòng)機(jī)功率最大已達(dá)到1600 kW，并成功應(yīng)用變頻電動(dòng)機(jī)、可控軟起動(dòng)技術(shù)、工況監(jiān)測(cè)及自動(dòng)控制技術(shù)[2]。研究手段上，國(guó)外已經(jīng)全部采用三維設(shè)計(jì)，在對(duì)整機(jī)進(jìn)行建模的基礎(chǔ)上進(jìn)行有限元分析、動(dòng)態(tài)仿真分析、結(jié)構(gòu)分析，使整機(jī)的設(shè)計(jì)壽命能夠達(dá)到100 000 h以上，并注重綠色設(shè)計(jì)理念，易損件設(shè)計(jì)為可快速更換結(jié)構(gòu)，延長(zhǎng)整機(jī)系統(tǒng)的使用壽命。目前國(guó)外主要研究刮板機(jī)減速器的更高可靠性、輕量化以及智能化，以適應(yīng)目前的現(xiàn)代化煤炭開(kāi)采需求。

2 國(guó)內(nèi)刮板機(jī)減速器的研究現(xiàn)狀

國(guó)產(chǎn)刮板輸送機(jī)減速器的研制及使用起步較晚。建國(guó)初期，當(dāng)國(guó)外已經(jīng)開(kāi)始進(jìn)入綜采機(jī)械化時(shí)，我國(guó)的煤礦機(jī)械剛剛走出仿制階段[3-15]，20世紀(jì)70年代初我國(guó)從國(guó)外引進(jìn)了一批刮板輸送機(jī)，經(jīng)消化、吸收并加以改進(jìn)，發(fā)展了我國(guó)的刮板輸送機(jī)，刮板機(jī)減速器作為動(dòng)力部部件開(kāi)始自行設(shè)計(jì)制造。近年來(lái)，我國(guó)的刮板輸送機(jī)發(fā)展很快，功率檔次越來(lái)越大，已發(fā)展到目前的3×1600 kW。國(guó)產(chǎn)減速器制造功率最大為1600 kW，基本實(shí)現(xiàn)了自主設(shè)計(jì)制造，然而在產(chǎn)品可靠性、創(chuàng)新性、先進(jìn)性等方面與進(jìn)口減速器還存在明顯差距。國(guó)內(nèi)生產(chǎn)制造的刮板機(jī)減速器，同等功率機(jī)型較國(guó)外產(chǎn)品重量重20%左右。研發(fā)手段雖然也逐步應(yīng)用三維設(shè)計(jì)，但基本都是驗(yàn)證二維設(shè)計(jì)，有限元分析、流體分析、振動(dòng)特性分析、熱力場(chǎng)分析等基本沒(méi)有應(yīng)用，沒(méi)有充分發(fā)揮三維設(shè)計(jì)的先進(jìn)性。

據(jù)國(guó)家安標(biāo)中心數(shù)據(jù)，具備礦用減速機(jī)生產(chǎn)資質(zhì)的企業(yè)多達(dá)上百家。國(guó)內(nèi)主要生產(chǎn)廠家且銷(xiāo)售過(guò)億的有張家口煤機(jī)、西北煤機(jī)、太重煤機(jī)重減公司、山西維達(dá)、天津沃德等企業(yè)。其中張家口煤機(jī)、西北煤機(jī)是刮板機(jī)制造企業(yè)，減速器屬于附件制造，其他都是專(zhuān)業(yè)廠家。研發(fā)實(shí)力較強(qiáng)的有張家口煤機(jī)、西北煤機(jī)、太重煤機(jī)以及天津沃德。雖然國(guó)內(nèi)制造廠家較多，但是真正對(duì)該領(lǐng)域關(guān)注和研究的人員較少，我國(guó)的刮板機(jī)減速器研究制造發(fā)展較其他領(lǐng)域齒輪產(chǎn)品發(fā)展緩慢，幾乎每次改進(jìn)都是首先由國(guó)外發(fā)起，而后我們引進(jìn)、消化、吸收，這就使得我們?cè)诠伟鍣C(jī)減速器這一專(zhuān)用減速器領(lǐng)域長(zhǎng)期以來(lái)非常被動(dòng)。值得肯定的是天津沃德起點(diǎn)高，目前正在研究智能化減速機(jī)，并已應(yīng)用遠(yuǎn)程狀態(tài)監(jiān)測(cè)。太重煤機(jī)重減公司設(shè)計(jì)制造出可獨(dú)立運(yùn)行的減速機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，正在進(jìn)行穩(wěn)定性測(cè)試。國(guó)內(nèi)產(chǎn)品與國(guó)外產(chǎn)品的差距體現(xiàn)在同等質(zhì)量的承載能力以及工作的可靠性，國(guó)內(nèi)產(chǎn)品普遍笨重，產(chǎn)品壽命平均在1～2 a，而國(guó)外同類(lèi)產(chǎn)品可使用3 a以上。目前情況是，國(guó)內(nèi)能夠制造出滿(mǎn)足使用的全功率系列減速機(jī)產(chǎn)品，也能形成一定規(guī)模，但是缺少在世界上有影響力的產(chǎn)品和領(lǐng)軍品牌，產(chǎn)量和銷(xiāo)售額能夠占據(jù)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)80%左右，然而利潤(rùn)相對(duì)較低。生產(chǎn)制造廠家能力參差不齊，尤其是一些小功率機(jī)型存在低端制造。

3 刮板機(jī)減速器存在的問(wèn)題及發(fā)展趨勢(shì)

3.1 存在問(wèn)題

目前國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)制造的刮板機(jī)減速器，已經(jīng)解決了“大”的問(wèn)題，能夠滿(mǎn)足目前年產(chǎn)千萬(wàn)噸級(jí)煤礦的需求。結(jié)構(gòu)型式上也比較豐富，能夠滿(mǎn)足不同安裝方式的需求。核心零件齒輪經(jīng)過(guò)百年發(fā)展已經(jīng)趨于完善，制造技術(shù)也歷經(jīng)幾次升級(jí)，已能夠?qū)崿F(xiàn)高精度加工。金屬材料也已經(jīng)由原來(lái)的普通碳鋼，到Cr-Mn-Mo（Ti）系低碳合金鋼，再到如今的Cr-Ni-Mo系低碳合金鋼，如果沒(méi)有重大材料方面進(jìn)展，其在原材料使用上也難有突破。雖然經(jīng)過(guò)幾十年的研究，刮板機(jī)減速器可靠性有了很大提高，但是依然不能滿(mǎn)足煤礦開(kāi)采需求。具體來(lái)說(shuō)主要有以下幾方面內(nèi)容：

1）減速器在帶載或者滿(mǎn)載工況下啟動(dòng)經(jīng)常發(fā)生的打齒、斷軸故障。刮板機(jī)減速器經(jīng)常出現(xiàn)有載啟動(dòng)，啟動(dòng)瞬間轉(zhuǎn)矩可達(dá)額定載荷的2.5倍左右，由于齒輪間隙的存在，對(duì)齒輪和軸的沖擊更大，在這樣的情況下，會(huì)大大降低齒輪、軸的使用壽命。瞬時(shí)過(guò)載和沖擊載荷是導(dǎo)致齒輪打齒、軸斷裂的主要原因。

2）煤礦工況下的密封失效問(wèn)題。密封失效是礦用減速機(jī)的常見(jiàn)故障，輕者表現(xiàn)為潤(rùn)滑油滲漏，造成油品浪費(fèi)，污染其他零部件。重者可造成潤(rùn)滑不良，導(dǎo)致軸承損壞等嚴(yán)重問(wèn)題發(fā)生，同時(shí)也會(huì)造成煤粉顆粒進(jìn)入減速機(jī)內(nèi)部，縮短軸承及齒輪壽命。

3）如何長(zhǎng)久地控制整機(jī)運(yùn)行溫度。刮板機(jī)減速器的冷卻方式主要靠冷卻水循環(huán)水冷，這在使用初期可得到較理想效果，然而隨著使用時(shí)間的推移，加之煤礦冷卻水水質(zhì)不佳，使用一段時(shí)間后造成換熱效率下降，減速器運(yùn)行溫度升高，有的可達(dá)100℃以上。高溫運(yùn)行下加速潤(rùn)滑油老化，進(jìn)而導(dǎo)致機(jī)械部件故障。

4）減速器故障的早期診斷和運(yùn)行數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)。故障診斷在刮板機(jī)減速器中目前還處于應(yīng)用研究階段，這一技術(shù)對(duì)于刮板機(jī)減速器具有重要意義，早期輕微故障做到早發(fā)現(xiàn)早排除，可避免由于繼續(xù)帶病運(yùn)轉(zhuǎn)造成的整機(jī)報(bào)廢事故。

3.2 發(fā)展趨勢(shì)

1）高可靠性。通過(guò)研究應(yīng)用類(lèi)似如CST軟啟動(dòng)技術(shù)，提高減速器應(yīng)對(duì)啟動(dòng)沖擊載荷的能力，同時(shí)密封結(jié)構(gòu)和密封件應(yīng)用更加個(gè)性化的設(shè)計(jì)，提高密封性能，冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)換熱效率更穩(wěn)定的部件，通過(guò)這些方式提高整機(jī)的可靠性。

2）輕量化。輕量化設(shè)計(jì)是一種先進(jìn)的設(shè)計(jì)理念，通過(guò)降低箱體、軸齒類(lèi)零件重量進(jìn)而降低整機(jī)重量，使減速器更易于運(yùn)輸和安裝維護(hù)。

3）智能化。通過(guò)增加不同類(lèi)型傳感器，并輔以信號(hào)處理設(shè)備，監(jiān)測(cè)模塊可集成于減速器之上，通過(guò)信號(hào)的監(jiān)測(cè)，數(shù)據(jù)分析，早期發(fā)現(xiàn)故障并解決，還可通過(guò)信號(hào)傳輸控制停機(jī)，太重煤機(jī)已制造出一代監(jiān)測(cè)樣機(jī)。

4）大型化。由于國(guó)家對(duì)于煤礦的關(guān)停整合，以后煤礦的產(chǎn)量會(huì)越來(lái)越高，大型煤礦越來(lái)越集中，這樣礦用減速器也會(huì)越來(lái)越大型化，所以各生產(chǎn)制造企業(yè)應(yīng)重點(diǎn)研發(fā)大功率刮板機(jī)減速器。

4 結(jié) 語(yǔ)

刮板機(jī)減速器經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，仍然存在一些問(wèn)題。我國(guó)的刮板機(jī)減速器技術(shù)及產(chǎn)品可靠性均與世界先進(jìn)水平有較明顯差距，而煤礦開(kāi)采機(jī)械化、自動(dòng)化、大型化趨勢(shì)下的今天對(duì)煤礦機(jī)械設(shè)備提出了越來(lái)越高的要求，所以對(duì)企業(yè)和社會(huì)來(lái)說(shuō),為了實(shí)現(xiàn)該類(lèi)產(chǎn)品的性能提升,應(yīng)該加大對(duì)大功率刮板機(jī)減速機(jī)的研究?jī)?yōu)化。研究的重點(diǎn)在于如何實(shí)現(xiàn)減速器的“一性三化”，即高可靠性、輕量化、智能化和大型化。

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