煤礦機(jī)械齒輪失效形式及處理探究

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[摘要]我國是產(chǎn)煤大國，大多數(shù)需求所用煤炭都是我國自己開采的。在開采過程中，大多數(shù)機(jī)械在長時間使用中都會發(fā)生各種故障，其中煤炭機(jī)械齒輪失效是煤炭機(jī)械發(fā)生故障的主要原因。主要對煤炭機(jī)械齒輪失效的主要類型做了科學(xué)分析，并對失效的主要原因作了分析，最后提出針對此類失效的處理對策，希望可以對實(shí)際生產(chǎn)過程中此類問題的處理提供一些指導(dǎo)性意見。

[關(guān)鍵詞]煤礦機(jī)械；齒輪；失效分析；處理對策

地下開采與露天開采的不同之處就是地下開采時，煤礦機(jī)械一般處于比較差的環(huán)境中，機(jī)械周圍有大量的煤塵，并且由于地下空間有限，機(jī)械的散熱非常差，再加上煤炭機(jī)械的工作性質(zhì)導(dǎo)致其自身的震動非常劇烈，這些問題就導(dǎo)致煤炭機(jī)械比較容易發(fā)生故障。

1煤炭機(jī)械齒輪失效的類型

齒輪磨損失效：由于煤礦機(jī)械處于重載和長時間運(yùn)行的工作環(huán)境中，齒輪受到的載荷非常打，齒輪與齒輪嚙合工作時就會產(chǎn)生磨損。由于磨損產(chǎn)生的原因不同分類也不同，常見的磨損為：機(jī)械齒輪的正常磨損，此類磨損比較常見，只要有齒輪嚙合工作就會發(fā)生磨損，這類磨損對機(jī)械影響不大，在設(shè)計(jì)壽命內(nèi)合理保養(yǎng)的情況下以忽略不計(jì)。中重度磨損，此類磨損比較常見于低速中重載的機(jī)械中，煤炭機(jī)械出現(xiàn)此類磨損比較常見。表面疲勞式失效：齒輪表面疲勞產(chǎn)生的主要原因是齒輪長時間處于交變載荷中，這類載荷的特點(diǎn)就是載荷會隨時間不斷變化。長時間工作于此類環(huán)境下的齒輪，齒輪表面就會產(chǎn)生細(xì)小裂紋，這種裂紋會在以后的使用中越來越大，最后會在齒輪表面產(chǎn)生細(xì)小的凹坑，凹坑不斷變大或合并就產(chǎn)生了疲勞失效。齒輪表面膠合失效：齒輪如果長時間處于重載的情況下，齒輪會由于摩擦增大而產(chǎn)生熱量若不能快速散失降低溫度，高溫下就會導(dǎo)致齒輪間相互熔焊在一起，會導(dǎo)致齒輪出現(xiàn)失效現(xiàn)象。煤炭機(jī)械由于工作環(huán)境比較封閉，產(chǎn)生的熱量難以散失，會比較容易產(chǎn)生齒輪膠合的失效現(xiàn)象。齒輪斷裂失效：齒輪斷裂失效常發(fā)生于載荷較大的機(jī)械齒輪上，載荷較大超出齒輪的承受極限時，齒輪就會從齒根等位置發(fā)生斷裂，導(dǎo)致機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)受到影響。常見的齒輪失效主要分為三種：齒輪疲勞斷裂，齒輪表面發(fā)生疲勞點(diǎn)蝕，點(diǎn)蝕位置就會產(chǎn)生應(yīng)力集中的現(xiàn)象，應(yīng)力集中在重載情況下就會導(dǎo)致從點(diǎn)蝕位置出現(xiàn)開裂的現(xiàn)象。磨損斷裂，齒輪發(fā)生磨損后就導(dǎo)致齒輪表面的硬度越來越低，最終會導(dǎo)致材料的失效，最終導(dǎo)致齒輪發(fā)生斷裂的現(xiàn)。超載荷斷裂，這種斷裂就是齒輪的承載已經(jīng)超過設(shè)計(jì)的使用承載極限，齒輪會直接發(fā)生破壞性斷裂現(xiàn)象，煤礦機(jī)械一般發(fā)生這類齒輪失效的現(xiàn)象比較多。

2失效原因分析

設(shè)計(jì)角度考慮失效：由于煤礦機(jī)械的運(yùn)行環(huán)境和承載力的不同，就會使齒輪不同于普通齒輪，所以要在設(shè)計(jì)時著重考慮此類問題。在設(shè)計(jì)時要考慮到機(jī)械齒輪的使用環(huán)境和承載能力，而且要對設(shè)計(jì)出來的齒輪作一系列的實(shí)踐性驗(yàn)證，進(jìn)一步考驗(yàn)齒輪的適用能力。齒輪加工質(zhì)量控制：在加工時要對齒輪的尺寸以及外觀進(jìn)行嚴(yán)格把控，如果不按設(shè)計(jì)要求加工會出現(xiàn)裝配困難以及安裝后齒輪性能變差的現(xiàn)象。齒輪加工要求齒輪材料上不出現(xiàn)化學(xué)成分偏析現(xiàn)象，如果出現(xiàn)化學(xué)成分偏析就會導(dǎo)致齒輪表面性能不均勻，容易出現(xiàn)失效現(xiàn)象。安裝過程控制：要保證齒輪安裝過程中符合機(jī)械裝配的原理以及設(shè)計(jì)要求，以使得齒輪達(dá)到最大的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)要求。在齒輪安裝過程中要嚴(yán)格保證齒輪軸的平行程度以及齒輪間的嚙合距離以及齒輪的接觸面積，通過這樣的方式來保證齒輪的工作壽命和工作效果。

3失效處理對策

針對以上的分析，要對齒輪的失效做出一定的處理性因?qū)?，來保障工作順利進(jìn)行以及煤礦開采人員的安全。齒輪設(shè)計(jì)對策:在齒輪設(shè)計(jì)時就要考慮到齒輪承受的重載工作條件，在設(shè)計(jì)時要在能滿足其他條件的情況下加寬齒根的厚度以及提高齒輪的表面強(qiáng)度，通過這樣的設(shè)計(jì)來保證齒輪在煤礦機(jī)械中正常運(yùn)行。材料選擇對策：材料選擇需要考慮到齒輪的硬度以及塑性，硬度主要是為了抵抗摩擦以及表面膠合現(xiàn)象，提高塑性是為了適應(yīng)交變載荷以及重載狀況，硬度和塑性是相互矛盾的力學(xué)性質(zhì)，不可能同時達(dá)到最佳狀態(tài)，所以需要均衡考慮。工藝制造對策：工藝制造就是要保障齒輪原材料以及加工方面符合設(shè)計(jì)要求，原材料要嚴(yán)格選擇制造要比較精細(xì)才能達(dá)到設(shè)計(jì)要求。熱處理工藝對策：對制造出來的齒輪進(jìn)行熱處理，熱處理主要是為了細(xì)化齒輪材料的晶粒，進(jìn)一步提高齒輪的硬度和塑性，只有細(xì)化晶?？梢酝瑫r提高材料的硬度和塑性。通過細(xì)化晶粒來實(shí)現(xiàn)煤礦機(jī)械齒輪硬度和塑性的同時提高。

4結(jié)語

上文闡述了齒輪在煤礦機(jī)械中發(fā)生失效的類型以及原因，通過原因來科學(xué)地提高齒輪的工作性能，從而保障生產(chǎn)以及工作人員的安全，從而解決我國的能源危機(jī)。

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作者:樊超 單位:山西新元煤炭有限責(zé)任公司