王 偉

（連云港天明裝備有限公司， 江蘇 連云港 222000）

引言

傳動齒輪廣泛應用于煤礦機械設備中，是煤礦機械生產傳動過程中必不可少的重要因素。煤礦機械傳動齒輪可以在任意兩軸之間產生傳遞動力，但其工作過程中常常伴隨失效問題，導致設備功能得不到充分發(fā)揮，大大降低了煤礦開采的工作效率，因此，煤礦機械傳動齒輪優(yōu)化工作勢在必行[1]。煤礦生產工作需要具備一定程度的安全性，對此，煤礦企業(yè)應對機械傳動齒輪進行科學合理的設計，針對其存在的失效問題制訂合理的解決方案，優(yōu)化煤礦機械傳動齒輪設計制造及安裝流程，進而安全、高效地開展煤礦開采工作。

1 煤礦機械設備傳動齒輪失效形式

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

1.1 齒面疲勞

煤礦機械傳動齒輪表面出現(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蝕。其中疲勞剝損指的是煤礦機械設備由于長期作業(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發(fā)生在硬齒面和表面淬火的齒輪上；齒面點蝕指的是煤礦機械傳動齒輪在運行時，齒輪表面發(fā)生強度較大的接觸，由于接觸應力超出了正常值，導致煤礦機械傳動齒輪超荷載，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，由于齒輪表面上應力較大，持續(xù)作用于齒輪節(jié)線，導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

當煤礦機械傳動齒輪在作業(yè)過程中，潤滑劑使用錯誤、外界負荷超出自身承受界限時，會導致嚙合區(qū)溫度急速升高且受到嚴重損壞。此時，齒輪接觸面油膜會遭到破壞，導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、長時間作業(yè)產生的磨損，其損壞速率較慢且對煤礦機械設備的正常作業(yè)影響不大，但當磨損程度較大且超出規(guī)定范圍時，就會影響煤礦機械設備的正常工作，出現(xiàn)齒輪失效的情況；干涉性磨損指的是煤礦機械傳動齒輪安裝流程不規(guī)范或者齒輪設計與實際應用需求不符而引起的損耗問題，會導致煤礦機械傳動齒輪在工作過程中逐漸遭到破壞，主要表現(xiàn)為主齒輪應力較大、主齒輪齒根被破壞等；破壞性磨損指的是煤礦機械傳動齒輪受到了較為嚴重的損壞，無法維持設備的正常運行，會降低煤礦機械設備的使用壽命。

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)生的變形問題，當齒輪生產材料在質量上存在問題時，會導致煤礦機械傳動齒輪在機械設備中作業(yè)時，由于其長期處于超負荷、高速運轉下容易產生齒輪彎曲等問題[3]。例如主動輪與從動輪之間存在機械能的傳遞，在相互作用下齒面可能會出現(xiàn)凹陷的情況導致齒面不平，當齒面變形較為嚴重時，會嚴重影響煤礦機械傳動齒輪的正常運行。

2 齒輪失效的原因

引發(fā)煤礦機械傳動齒輪失效的主要原因大多與表面應力過大，導致齒輪磨損有關，當接觸應力過大時，齒面則會出現(xiàn)前后滑動等情況，導致齒輪由于長期擠壓而變形。此外，齒輪腐蝕、潤滑劑使用不合理、作業(yè)損耗等因素也會導致煤礦機械傳動齒輪失效，同時齒輪生產所用材料、結構設計等是否合理也會影響煤礦機械傳動齒輪的使用壽命。

2.1 設計不合理

煤礦機械傳動齒輪在參數(shù)設計時需結合煤礦機械設備的實際情況，結合作業(yè)強度、作業(yè)環(huán)境等方面因素，否則可能會使齒輪設計不合理，繼而導致齒輪在作業(yè)過程中出現(xiàn)失效問題。此外，齒輪設計流程、標準不統(tǒng)一，參數(shù)測算、制作材料選擇不合理，實際性能無法滿足齒輪作用需求等因素都會導致齒輪失效。

2.2 制造流程不規(guī)范

在煤礦機械傳動齒輪生產過程中，制造材料質量及制造流程會對齒輪作業(yè)情況造成影響。一方面，煤礦機械傳動齒輪生產過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)齒輪失效問題[4]。另一方面，在齒輪制造加工時齒輪精度不足，會導致齒面粗糙，大大降低作業(yè)時齒輪的接觸精度，繼而降低齒輪的使用壽命。

2.3 安裝使用不合理

煤礦機械傳動齒輪的安裝和使用流程也會對齒輪作業(yè)造成影響，甚至引發(fā)齒輪失效問題。現(xiàn)階段，部分煤礦開采企業(yè)沒有完善的齒輪安裝流程規(guī)范，一味地依據(jù)往常經驗安裝齒輪，沒有考慮到煤礦機械設備更新和作業(yè)環(huán)境的變化。在齒輪安裝時沒有使用測量儀器，導致安裝精度不夠，繼而使齒輪運行負載過大，降低齒輪的使用壽命。

3 齒輪優(yōu)化措施

3.1 完善齒輪設計

齒輪設計人員應結合齒輪作業(yè)環(huán)境，針對常見齒輪失效形式開展齒輪設計工作，以煤礦機械設備作業(yè)環(huán)境、常見失效現(xiàn)象為依據(jù)進行齒輪制造選材和結構設計。例如，在齒輪選材時，著重提高齒輪的抗彎強度；結合齒面膠合問題，在設計時應提高齒輪齒面的抗膠合能力，為齒輪的高速運行提供保障；在齒面點蝕問題上，應完善齒輪設計方案，以提高齒面接觸強度[5]。鑒于上述問題，工作人員在進行齒輪設計時，應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)，結合作業(yè)環(huán)境、機械設備的不同確定齒輪大小。此外，煤礦開采工作的作業(yè)環(huán)境十分惡劣、復雜，其機械設備需要長時間連續(xù)運轉，因此，煤礦機械傳動齒輪的各項性能參數(shù)還需要進一步優(yōu)化，相關工作人員應完善參數(shù)計算公式，嚴格把關齒輪制造材料的選擇，進而為齒輪的高質量制造提供保障。

3.2 優(yōu)化齒輪制造

在齒輪制造方面，相關工作人員應盡量采用鍛鋼制造方式。首先，鍛鋼制造的鍛造比應不低于3，在檢查鍛件機械性能時盡可能使用超聲波探傷設備，以確保檢查結果準確，保證齒輪制造原材料質量達標。其次，在齒輪的熱處理時，應確保齒輪表層與芯部過渡區(qū)域的剪應力、剪切強度之比不高于0.55，齒輪芯部的硬度可采用深層淬火技術進行提高?，F(xiàn)階段，碳氮共滲工藝使用較為廣泛，通過該項工藝可以有效提高齒輪表層硬度，使齒輪應力獲得顯著提高，進而提高煤礦機械傳動齒輪的使用壽命。

3.3 規(guī)范使用流程

煤礦機械設備的工作環(huán)境較為惡劣，對齒輪存在極大程度的損耗。鑒于此，首先，為確保煤礦機械傳動齒輪運行的安全性、穩(wěn)定性，相關人員應嚴格規(guī)范齒輪使用流程，并在操作時嚴格遵循使用規(guī)范；其次，在進行齒輪安裝和檢修工作時，應確保齒輪的承載強度符合實際工作需求。規(guī)范的齒輪使用流程，不僅能夠減少齒輪承載超負荷的問題，還可以保證齒輪強度及齒面的光滑度。此外，工作人員應定期警醒煤礦機械傳動齒輪檢修，以期及時發(fā)現(xiàn)并解決齒輪失效等問題，為煤礦機械設備的正常運行提供保障。

3.4 使用先進有效的潤滑技術

齒輪的潤滑保養(yǎng)對延長齒輪壽命意義重大，是確保齒輪高效運轉的重中之重。大部分工作人員沒有定期、及時地為煤礦機械傳動齒輪補充潤滑劑，導致齒輪潤滑度不足，在高效運轉下?lián)p耗極為嚴重，從而導致齒輪失效。鑒于此，合理使用潤滑劑以降低齒輪磨損、延長齒輪使用壽命是當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滑劑使用缺乏針對性，面對不同設備、不同作業(yè)環(huán)境缺乏相應的潤滑劑種類調整，導致潤滑效果差強人意，不利于齒輪使用壽命的提高。對此，工作人員應結合實際作業(yè)情況，針對不同齒輪型號、不同工作環(huán)境等因素采取針對性的潤滑技術。

3.5 提高機械設備的整體性能

齒輪是煤礦機械設備的重要組成部分，煤礦機械設備的整體質量對齒輪運行也有著一定程度的影響。當機械設備性能存在問題時，會導致齒輪在運轉過程中無法充分發(fā)揮自身作用。對此，工作人員應結合煤礦機械設備的實際工作環(huán)境，對機械設備內部的各個部件進行定期的檢修處理，引進先進維修技術，進而提高煤礦機械設備的穩(wěn)定性，降低煤礦機械傳動齒輪磨損。此外，在齒輪等零件采購時，應安排專業(yè)人員進行嚴格的質量監(jiān)測，并在設備安裝和使用時嚴格規(guī)范其操作流程，以避免因操作手法錯誤而造成的齒輪損耗[6]。

4 結語

煤礦機械傳動齒輪在煤礦開采過程中有著十分關鍵的作用，其工作形式依附于煤礦機械設備運轉，并不是獨立作業(yè)的，因此，當煤礦機械傳動齒輪失效時，其影響范圍較廣。對此，相關工作人員應積極探索煤礦機械傳動齒輪優(yōu)化技術，對其故障問題采取針對性的解決措施。此外，操作人員應規(guī)范自身的作業(yè)手法，科學合理地進行煤礦機械傳動齒輪維修與安裝，進而確保傳動齒輪的正常運行，為煤礦開采工作的高效生產提供保障。