煤礦機械齒輪傳動系統(tǒng)壽命評價體系淺析

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摘要：目前，煤礦機械齒輪傳動系統(tǒng)的壽命研究還缺乏科學(xué)合理的評價體系。因此，有必要研究煤礦機械壽命的綜合評價模型和系統(tǒng)，有助于掌握煤礦機械的實際使用狀況，對保證煤礦安全可靠開采具有重要意義。

關(guān)鍵詞：煤礦機械；齒輪傳動；壽命評價

1煤礦機械齒輪傳動系統(tǒng)故障

在煤礦設(shè)備中，最容易出現(xiàn)失效的大概比是62%的失效，17%的軸承，10%的軸，7%的箱體，3%的固件，1%的密封器件?？梢钥闯?，在煤礦機械齒輪傳動系統(tǒng)中，齒輪本身的故障率最高。在煤礦機械傳動系統(tǒng)中，齒輪是傳動機構(gòu)的重要組成部分，據(jù)統(tǒng)計，主要有斷齒、點蝕、卡滯、磨耗等幾種。

1.1斷齒

采煤機齒面在嚙合和驅(qū)動過程中，會受到持續(xù)的交流負載，在嚙合區(qū)齒輪處的應(yīng)力和變形都在發(fā)生變化。所以，齒輪處的應(yīng)力最為突出。在此過程中，多次的彎曲應(yīng)力和應(yīng)力集中都會超出這一階段的極限，從而使齒根產(chǎn)生疲勞開裂，裂紋會不斷擴大，在無法承受足夠的載荷時，產(chǎn)生疲勞斷裂。另外，齒輪加工誤差、裝配誤差、短期超載、齒面沖擊負荷等因素使齒輪在運轉(zhuǎn)時產(chǎn)生了超越其應(yīng)力極限的應(yīng)力強度系數(shù)。這會造成齒輪的齒裂開或斷裂。

1.2齒面點蝕

在煤礦機械的齒輪嚙合過程中，輪齒的嚙合面既有相對軸承，又有相對滑移。相對滑動時的接觸面。齒輪嚙合并轉(zhuǎn)動。驅(qū)動輪齒面嚙合點由根向齒尖移動，速度逐漸增大，從動輪嚙合點由齒尖向齒根移動，速度逐漸減慢。驅(qū)動輪與傳動齒輪在打結(jié)器處的接觸面相對速度為零。因此，驅(qū)動輪的齒面滑動方向遠離打結(jié)器，而驅(qū)動輪的齒面滑向打結(jié)器。這樣，驅(qū)動輪和輪對輪齒頂?shù)臐L動和滑動方向相同，接觸面承受壓縮應(yīng)力。

1.3齒面粘結(jié)

煤礦機械的齒輪大多是高速、重載的。在使用中，由于溫度過高，會導(dǎo)致油膜斷裂，從而導(dǎo)致齒面與表面的直接接觸，從而在使用時產(chǎn)生齒面粘結(jié)。在低速、高功率運轉(zhuǎn)時，高速齒輪的轉(zhuǎn)速不會太高，但是很難在表面上形成一層很好的潤滑層，從而導(dǎo)致了重載。

1.4齒面磨損

齒面磨損本質(zhì)上是齒輪嚙合面材料消耗的現(xiàn)象。煤礦機械齒輪的常見磨損是磨料磨損和腐蝕磨損。當齒輪在高負載、潤滑不足時，其嚙合表面不能形成很好的潤滑，與之直接接觸會產(chǎn)生摩擦。當齒輪嚙合表面間添加金屬粒子或其它硬質(zhì)粒子時，會發(fā)生磨損，從而使齒形發(fā)生很大的變化。由于礦山潤滑油的老化和含水量的存在，使其具有腐蝕性，從而使齒輪齒面的腐蝕加快，從而使齒輪的磨損率增大。

2煤礦機械齒輪傳動系統(tǒng)壽命的影響因素

采煤機齒輪傳動系統(tǒng)的功能是為采煤機的工作傳遞運動和動力，以保證采煤機的工作效率和工作時間。對齒輪傳動的精度和穩(wěn)定性提出了要求。通過對故障類型的分析，將影響煤礦機械齒輪傳動系統(tǒng)壽命的主要因素分為內(nèi)部因素和外部因素。內(nèi)部因素包括齒輪損壞和載荷特性，外部因素包括齒輪潤滑等因素。根據(jù)對煤礦機械齒輪傳動系統(tǒng)壽命的影響程度，分別分析如下內(nèi)容。

2.1齒輪損壞

煤礦機械齒輪在長時間的超負荷運轉(zhuǎn)下，會對其產(chǎn)生一定的損傷，從而對其工作可靠度產(chǎn)生較大的影響，從而直接影響到其工作壽命。但是，并不是所有的齒輪都會引起齒輪的故障，這些故障對傳動系統(tǒng)的影響并不是完全獨立的，而是互相聯(lián)系的。齒輪的質(zhì)量是由多種不同的齒輪所造成的，其對齒輪的質(zhì)量的影響可能是重疊的，也可能是交錯的，許多原因?qū)е铝她X輪的損傷。

2.2齒輪潤滑

煤礦機械的齒輪傳動系統(tǒng)依靠齒輪嚙合時產(chǎn)生的力來傳遞運動和動力。潤滑油是影響齒輪承載能力和使用壽命的重要因素。潤滑油不只是一種潤滑。為了防止齒輪與齒輪的直接接觸而產(chǎn)生的磨損，提高了齒輪的效率，降低了齒輪的溫度，減少了振動和噪音。能有效地保護齒輪的銹蝕，提高齒輪的工作狀態(tài)。然而，由于煤礦機械工作環(huán)境惡劣，其齒輪潤滑油經(jīng)常因氧化或與水分、機械雜質(zhì)等混合而變質(zhì)。潤滑油粘度的變化是潤滑油的重要評價指標，其變化將導(dǎo)致嚴重的齒輪傳動故障。

2.3負載特性

煤礦機械的齒輪傳動裝置長時間運轉(zhuǎn)，在反復(fù)的交變應(yīng)力作用下，齒輪產(chǎn)生了一種微裂紋，這種裂紋會不斷擴大，最后引起齒輪的斷裂，也就是所謂的疲勞破壞。

2.4其它因素

（1）加工誤差直接導(dǎo)致齒輪輪廓的誤差，這會損害齒輪傳動的穩(wěn)定性并縮短齒輪傳動的使用壽命。（2）齒輪箱傳動系統(tǒng)由于裝配誤差、不同的軸和齒輪錯位而導(dǎo)致不完全接觸。（3）由于煤層的不均勻性，采煤機的齒輪在工作過程中會受到額外的非線性沖擊載荷。同時，由于齒輪轉(zhuǎn)速的急劇改變，齒輪本身也會承受沖擊負荷，因此，齒輪的劇烈振動對變速箱的傳動性能有很大的影響。（4）煤礦機械運行中的過載、超速和缺油加劇了傳動過程中齒面損壞、異常發(fā)熱和噪音，如果不及時檢查和更換，會對傳動系統(tǒng)造成嚴重干擾。

3煤礦機械齒輪傳動系統(tǒng)壽命評價體系

3.1評價體系的構(gòu)建原則

（1）目的原則：在對煤礦機械傳動裝置的壽命進行評價時，僅對影響其壽命的因素進行了分析，對其它不明確或深遠的影響因素則不必作為主要范圍。（2）科學(xué)原則：在評估采煤機熱電聯(lián)供傳輸系統(tǒng)的使用壽命時，必須客觀地建立指標和指標數(shù)據(jù)。只有在科學(xué)的基礎(chǔ)上作為指導(dǎo)，才能保證指標體系的客觀性和可靠性，才能保證評價結(jié)果。（3）系統(tǒng)原則：煤礦機械齒輪傳動系統(tǒng)的耐久性因素非常復(fù)雜，各因素對其耐久性的影響是疊加或平衡的，因此指標體系的結(jié)構(gòu)必須清晰，而各種影響因素的復(fù)雜背景可以明確界定，是準確評估壽命狀態(tài)的關(guān)鍵。（4）完整性原則：采煤機齒輪傳動非常復(fù)雜，任何影響因素都可能導(dǎo)致故障，從而影響使用壽命。因此，在評價指標體系中指標的選擇應(yīng)充分考慮生命周期因素，確保主要壽命周期因素納入體系，使評價結(jié)果更具代表性。（5）實用性原則：煤礦機械齒輪傳動系統(tǒng)壽命評價指標的建立必須考慮到其工作和運行的特點。指標數(shù)據(jù)的收集和處理必須考慮到指標體系的最新技術(shù)沒有實用價值就沒有壽命評價的科學(xué)意義。

3.2體系的構(gòu)建

從礦井機械的齒輪傳動系統(tǒng)的壽命指標及指標體系的設(shè)計原理出發(fā)，結(jié)合礦井機械的主要影響因素，得出了該評價指標體系的耐用性。

3.3煤礦機械齒輪傳動系統(tǒng)壽命定性評價

VDU變速箱傳動系統(tǒng)的耐久性沒有公認的指標。評估包括多種因素，每種評估方法都分析這些因素。（1）為保證煤礦機械穩(wěn)定安全運行，煤礦機械齒輪傳動系統(tǒng)壽命指標體系中的定性指標只能在一定范圍內(nèi)改變閾值，地位將發(fā)生變化，其耐久性將不可避免地受到嚴重影響。如果定性指標的初始估值范圍超過劣化值，則煤礦機械齒輪傳動系統(tǒng)的運行與正常運行狀態(tài)不同。（2）在煤礦機械的齒輪傳動中，對齒輪的失效標準沒有統(tǒng)一的要求，因此指標的標準化是基于煤礦機械齒輪的齒輪傳動、孔道、粘結(jié)和磨損的失效標準。

4結(jié)語

煤礦機械齒輪傳動系統(tǒng)壽命評價涉及因素眾多，因此，對影響其壽命的因素還需進一步研究和完善，以提高評價方法的可靠性。

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作者:王虎 單位:國家能源集團新疆能源有限責任公司