上海实嘉传动机械有限公司 上海市 201499
摘要：在煤矿开采过程中，时常出现各类设备运行故障问题，不仅影响企业经济效益与煤矿开采作业效率，严重时还会造成重大的经济损失与人员伤亡。而根据相关调查数据结果显示，机械传动齿轮失效是多数煤矿机械设备运行故障问题的主要成因之一。因此，为有效控制煤矿机械设备故障发生频率，提高设备运行稳定性。本文从问题根源着手，深入分析煤矿机械传动齿轮的主要失效形式、问题成因及有效改进措施。
关键词：煤矿机械；传动齿轮；失效形式；改进建议
引言：近年来，随着生产技术的不断优化，以及各类煤矿机械设备的更新换代，设备各项性能及生产效率呈现逐年稳步提升态势。但同时，多数机械设备所配置传动齿轮装置的外形尺寸、性能质量并未出现大幅提升，且随着传动齿轮实际受力的不断增大，部分煤矿机械设备的运行稳定性出现不增反降现象。
一、煤矿机械传动齿轮的主要失效形式
1.磨损失效
部分煤矿机械设备长时间在复杂工作环境进行高负荷运行，设备所配置传动齿轮的磨损程度将不断积累、加快老化与磨损速度，进而对煤矿机械设备的生产效率、运行稳定性造成影响。如过没有及时更换磨损严重的传动齿轮，将会加大各类煤矿机械运行故障的出现概率。而常见磨损故障可分为正常磨损、胶合磨损、疲劳磨损、破损性磨损、腐蚀性磨损等失效形式。
（1）正常磨损。煤矿机械设备保持正常模式进行长时间运行，设备所配置传动齿轮的磨损程度不断积累，最终在超过磨损值临界点后引发各类设备故障问题的出现。
（2）破坏性磨损。设备在运行过程中，工作环境中所溅射各类颗粒物质进入设备内部结构中，并在传动齿轮运动过程中与其进行接触，加大齿轮磨损程度。
（3）胶合磨损。传动齿轮在超负荷使用过程中，齿轮工作温度异常升高，进而受到重载作用影响导致其接触面油膜挤破，出现胶合破坏问题。而在传动齿轮所附着润滑油量过少时，也有可能出现胶合磨损问题。
2.变形失效
在煤矿机械运行过程中，时常受到多方面因素影响而出现传动齿轮啮合不当问题，进而导致齿轮扭曲变形，出现飞边、齿面凹陷变形等一系列问题。此外在未及时开展传动齿轮润滑保养工作时，有可能出现齿面产生波纹、变形等失效问题。
3.表面疲劳
多数传动齿轮的材质为金属材质，在齿轮长时间使用、运动过程中，其金属材质将受到交变应力的反复影响，进而产生金属疲劳问题。如果没有及时更换产生金属疲劳问题的传动齿轮，且传动齿轮应力已超过其材质的疲劳极限，将会导致所出现初始裂纹不断进行扩展，进而引发凹坑等一系列齿轮失效问题。
二、煤矿机械传动齿轮失效问题的主要成因
1.设计因素
与其他机械设备传动齿轮相比而言，煤矿机械传动齿轮的主要特征为，工作环境较为复杂恶劣、普遍为低速重载齿轮、类型繁多。目前来看，多数处于服役期内的传动齿轮普遍存在功能性不足、与实际工况结合不紧密、缺乏统一设计规范标准等问题。传动齿轮的实际使用情况与预期情况之间有所出入。以某款传动齿轮为例，在其设计阶段中，所采用解除疲劳强度计算公式为Hertz公式，将传动齿轮样品于交变应力作用下的试验断裂循环次数作为计算依据。但在该款传动齿轮实际使用过程中，将受到工况、技术等多方面因素影响，但Hertz公式中并未考虑这些因素。
2.齿轮加工因素
与西方发达国家横向对比而言，我国在传动齿轮制造加工领域中尚存在生产工艺落后、缺乏构建统一生产标准、齿面硬度不达标等问题。
部分国产传动齿轮在长时间、高负荷使用过程中频繁出现各类失效故障问题，且齿轮的接触精度、实际使用寿命与承载能力都有所不足。
三、煤矿机械传动齿轮的有效改进措施建议
1.设计改进措施
从设计层面来看，多数煤矿机械传动齿轮的外形尺寸修改空间较为有限，要优先确保传动齿轮造型结构的合理性与适用性。因此对传动齿轮设计方案的改进需要从提高弯曲极限应力强度以及接触耐久极限强度方向着手。可以通过提高荷载计算数值的准确率、优化齿形结构、提升齿轮表面光洁度、采用合理/修正强度计算公式、明确润滑参数等等方式。此外，在调节各项传动齿轮设计参数时，也将对传动齿轮的各类失效形式抵御强度造成多方面影响，因此需要根据不同传动齿轮的实际使用需求、工况而进行针对设计。例如在提高齿面光洁度时，将会小幅度增强传动齿轮对剥落、断齿失效形式的抵御能力，大幅提高对点蚀失效形式的抵御能力。而在加大齿轮模数时，将大幅提高断齿抵御能力，但却会小幅度降低点蚀与剥落失效形式的抵御能力。
2.选材改进措施
部分企业在传动齿轮选材环节中，参考标准较为单一，往往较为重视选择采购成本较为低廉，抑或是强度系数较高的金属材料作为传动齿轮材料。而在后续传动齿轮长时间使用过程中，受到复杂环境与高强度工作需求因素的共同影响，实际使用寿命与性能质量有所不足。针对于此，需要企业基于强度、工艺性能、造价成本、韧性、耐久性等多方面因素进行综合选材，充分保障所配置传动齿轮具有较强综合性能，完全符合煤矿开采作业的实际需求。此外在传动齿轮采购环节中，也需要对齿轮材质、质量性能进行检测，及时更换劣质传动齿轮。例如某企业对煤矿机械传动齿轮的致密性、韧性及塑性性能的要求较高，因此可优先选择配置以真空脱气精炼钢为材质的传动齿轮。
3.加工工艺改进措施
在传动齿轮机械加工环节中，要严格遵循“先滚刀、后精切”的加工顺序原则，优先对工件进行粗切处理，再对其进行精切加工，从而实现对传动齿轮滚刀精度、切齿深度的有效控制。在齿形加工环节，确保加工精度达到相应等级，齿面粗糙度符合设计要求后，再对传动齿轮开展磨齿、点曝光、齿面修行与齿形修缘加工作业。而在硬齿面加工环节，需要在条件允许前提下优先采用磨削加工技术，对传动齿轮的齿胚开展重复热处理以及切削加工作业。
4.热处理改进措施
传动齿轮承载性能高低的主要决定因素包含齿轮表面硬度以及剪切比值（齿轮表层向芯部过渡区域）。但在传统所制造传动齿轮中，普遍存在芯部硬度强度较小、硬化层深度不足等问题。因此，应对传动齿轮进行热处理，可以采用深层渗碳淬火工艺，对传动齿轮进行硬化处理。而在采取热处理改进措施时，应将传动齿轮的齿面含碳量、剪切比值、表面硬度系数、渗入深度控制在合理范围内。
5.齿轮表面强化处理措施
为有效提高传动齿轮的表面强度系数，确保其适应高强度工作需求。因此需要在传动齿轮机械加工过程中，优先采取齿轮表面强化措施，对齿面以及齿根加以喷丸强化处理。通过齿轮表面强化处理，使用微小球形状的弹丸不断对传动齿轮表面结构进行撞击，从而产生一定的残余压应力，压应力在传动齿轮的齿面次表面中进行集中，进而针对性提高齿根弯曲疲劳强度以及齿轮接触疲劳强度系数，预防裂纹扩展等失效问题的出现。此外也将对传动齿轮在机械加工过程中所残留的各种刀痕、缺陷进行消除。
结语：各项煤矿机械传动齿轮失效问题的反复出现，对企业经济效益与煤矿开采效率造成严重影响。因此煤矿企业要深入分析各项煤矿机械传动齿轮的失效形式、主要成因，并采取相应措施针对设计、选材、加工等各环节问题加以改进和完善，降低故障发生频率，促进我国煤矿产业健康发展。
参考文献：
[1]武成钢.关于采煤机械传动齿轮失效问题的研究[J].机械管理开发，2017，32（07）：49-50.
[2]马军.浅谈煤矿机械传动齿轮失效原因及其改进措施[J].山东煤炭科技，2015（12）：111-112.
[3]刘颖.煤矿机械传动齿轮失效形式分析及改进措施[J].煤炭技术，2013，32（01）：38-39.