煤礦機械重負荷齒輪材料的研究

岳偉利　王勝利

摘 要 隨著我國經濟形勢的迅猛發展，對煤炭資源的需求與日俱增。煤礦企業為了能夠獲取更多的經濟收益紛紛擴大生產規模，在一定程度上提高了煤炭資源的產量，促進了社會的進步。然而由于產量的激增導致煤炭在開采過程中機械重負荷齒輪使用壽命出現了較為明顯的縮短，從而造成煤礦企業的生產成本支出較高，不利于企業進一步發展。因此對機械重負荷齒輪材料的研究在當下具有重要的現實意義。

關鍵詞 煤礦；機械重負荷齒輪；材料；煤炭開采；使用壽命；現實意義

中圖分類號：TH132 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）14-0056-01

煤礦挖掘機械設備的重負荷齒輪材料一直是困擾相關行業的重要因素，每年煤炭開采企業因為負重輪低壽命以及超負荷運轉引起的經濟損失數額較高并且呈現出逐年上升的趨勢，國內外對相關材料的研究已經廣泛展開，取得了比較矚目的成就。因此本文針對重負荷齒輪材料的研究，以尋找提高齒輪壽命的新型材料，能夠在很大程度上促進煤礦企業的進一步發展，具有重要的促進作用。

1 目前我國煤礦機械重負荷齒輪應用現狀分析

1.1 齒輪制造工藝比較落后

由于機械重負荷齒輪雖然尺寸較小，但是其所需要的加工工藝水平要求較高，而我國在此方面的研究相較于發達國家存在著較大的差距，造成齒輪制造工藝相對比較落后，無法滿足實際的煤炭開采需求[1]。大型的煤炭開采企業為了保證生產的正常運轉，經常采取進口的方式通過使用發達國家制造的齒輪來促進開采進度符合預期目標；中小型煤礦開采企業由于不具有充足的資金，只能應用目前我國自產的齒輪，通過準備較多備件來進行替換的方式滿足煤炭開采需求。不管在哪一方面都對企業自身的經濟發展造成了較為嚴重的影響，導致企業生產成本飆升，為了轉嫁成本因素，煤礦企業紛紛提高了煤炭的銷售價格，繼而影響了整個社會的穩定有序促發展[2]。

1.2 齒輪制造材料相應比較缺乏

由于重負荷齒輪負荷程度較高，造成了相應的強度韌性需求較高，目前國外紛紛采用17CrNiMo6鋼作為重負荷齒輪的制造材料，在很大程度上提高了重負荷齒輪的使用壽命，對煤炭開采工作具有重要的促進作用。然而由于我國在17CrNiMo6鋼的制造工藝還不過關，造成了只能采取進口的方式來進行生產，傳統的齒輪制造材料如30CrMnTiA鋼以及12CrNi3A鋼在具體的韌性、強度、彎曲疲勞壽命等指標上已經無法滿足現代煤炭資源開采工作，逐步被淘汰出了大型設備制造材料行列中。因此我國在重負荷齒輪的制造材料上面臨著研究的現實形勢，必須尋找出一種能夠滿足實際開采工作需求，價格相對17CrNiMo6鋼要便宜的制造材料，來實現負重齒輪的國產化，降低煤炭企業的生產成本，提高機械設備的使用價值，為煤炭開采企業的快速發展作出應有的貢獻[3]。

2 18Cr2Ni4WA鋼的研究應用

2.1 國產重負荷齒輪制造材料的對比分析

隨著我國制造技術及工藝的不斷發展，在將國外先進的生產技術及材料工藝引進基礎上我國開發了一種全新的含鎳高合金滲碳鋼-18Cr2Ni4WA鋼，在很大程度上提高了重負荷齒輪的實際應用價值，滿足了實際的工作需求。通過對18Cr2Ni4WA鋼、30CrMnTiA鋼以及12CrNi3A鋼的對比情況來確定國產鋼的實際應用研究所取得的成果。

在所有指標中30CrMnTiA鋼的指標是最低的，因此其也是最早從我國重負荷齒輪制造材料中所淘汰的材料。12CrNi3A鋼在斷裂韌性以及沖擊韌性要好于18Cr2Ni4WA鋼，但是其彎曲疲勞壽命嚴重低于18Cr2Ni4WA鋼，隨著煤炭資源的開采強度越來越高，采用12CrNi3A鋼所制造的重負荷齒輪在高強度工作條件下容易發生齒輪斷裂的現象進而造成生產安全事故，對煤炭開采企業的影響較大，因此高強度工作條件下18Cr2Ni4WA鋼的應用越來越廣泛，其所具有的使用價值也在不斷提高[4]。

2.2 國內外重負荷齒輪制造材料的對比情況分析

目前我國主要采用的重負荷在齒輪制造材料為17CrNiMo6鋼，是由德國蒂森公司生產研發的，在世界范圍內得到了廣泛的應用，市場價值較高，在我國自主開發出了高強度以及高韌性的18Cr2Ni4WA鋼后，采用國產材料替換進口材料已經成為了一種可能。國內外兩種制造材料指標對比情況詳見表1。

通過表1的對比情況可以明顯看出，國產的18Cr2Ni4WA鋼在靜強度以及彎曲疲勞壽命上已經遠遠超過了德國的17CrNiMo6鋼，處于世界領先水平，已經能夠滿足我國目前實際的煤炭資源開采強度，完全具備替換進口制造材料的可行性[5]。

3 具體應用分析

18Cr2Ni4WA鋼是我國目前機械制造工藝的結晶，其成果已經處于世界先進行列，在我國的煤炭資源開采過程中已經完全能夠滿足實際的工作需求，因此其替換進口17CrNiMo6鋼已經成為了我國煤炭開采機械重負荷齒輪材料發展的必然趨勢。在大型的機械設備上進行替換不僅可以有效的降低煤炭企業的生產成本，同時在很大程度上提高生產效率，促進企業經濟收益的進一步提升，具有較好的應用推廣使用價值。同時大型設備也是目前我國大型煤炭生產企業所必須要用的機械設備，實現關鍵部件的國產化，不僅能夠從整體上帶動行業的發展，也能促進相應研究的進一步深化[6]。

同時在中小型煤炭挖掘設備使用上，由于不需要高強度的進行工作，可以采用斷裂韌性以及沖擊韌性指標較好的12CrNi3A鋼，相對于18Cr2Ni4WA鋼，前者具有明顯的價格優勢，能夠較好的滿足中小型煤炭開采企業的發展需求，目前我國正在進行相關方面的替換工作，相信隨著工作逐步接近尾聲，煤炭企業的開采效率以及經濟收益將會得到進一步的提升，對促進相關產業的發展具有重要的現實意義。

4 總結

綜上所述，煤炭重負荷齒輪的制造材料不僅是一國機械制造水平的體現，也是煤炭開采企業發展的重要因素，對企業的經濟收益和競爭能力是一種有效的提升手段。通過將我國國產制造材料與進口材料進行對比，可以將目前使用的進口材料進行充分替換，以提高煤炭資源的開采效率，滿足社會生產生活對煤炭資源量的需求，推動社會的向前發展。

參考文獻

[1]高美蘭，白樹全，王紅.煤礦機械重負荷齒輪材料的研究[J].熱加工工藝，2012，12（20）：55-56.

[2]高美蘭，白樹全，王紅，孫杰.礦用新型重負荷齒輪材料研究[J].鑄造技術，2013，12（01）：34-35.

[3]陳紀民.不同材質的齒輪發展現狀[J].熱加工工藝，2013，12（12）：36-40.

[4]廖宜劍.高速重載齒輪用PVD涂層分析與性能評價[D].重慶大學，2013.

[5]李海翔.漸開弧面齒輪傳動的基本理論及試驗研究[D].重慶大學，2012.

[6]石瑩.基于摩擦學的機車牽引齒輪力學性能研究[D].大連交通大學，2013.endprint