采煤機行走輪齒斷齒原因分析與改進措施研究

王忠民

（大同煤礦集團有限責任公司同家梁礦業(yè)公司，山西大同 037000）

0 引言

在井下煤炭的開采過程中，采煤機的作用尤為重要，因此，對井下作業(yè)而言，其可靠性與安全性影響極其深遠。對于采煤機而言，其外牽引損壞形式主要為行走齒輪的輪齒斷裂，若輪齒出現非正常斷裂，那么不僅會影響設備正常運行，而且還會因地質條件的不斷加劇，從而致使損壞程度更加嚴重。因此，對行走齒輪的斷裂與磨損問題的研究勢在必行。本文基于對大量行走齒輪輪齒斷裂狀況的分析，并結合有關文獻，對產生輪齒斷裂因素進行分析，最后在此基礎上提出了相應的改善與優(yōu)化措施[1]。

1 行走齒輪損壞現象

對于采煤機而言，行走齒輪不僅是其外牽引的執(zhí)行元件，還是其眾多零部件中最易損壞的一種，因其傳動多為開式，故而其工況條件極為惡劣。通常行走齒輪與銷排嚙合的傳動方式為非共扼嚙合，通過改變嚙合角度實現對牽引力和壓力角的改變。因井下坡度的不同，故而常會致使工作中的行走齒輪隨著采煤機的變化而出現中心距的改變，從而導致其銷排節(jié)距出現偏移或是磨損等狀況，進而造成銷排與行走齒輪的嚙合條件加劇，最終出現齒根斷裂、齒側剝落以及齒面磨損嚴重等問題[2]。

2 行走齒輪損壞原因分析

基于同種工況下不同行走齒輪與非同種工況下同種行走齒輪的對比，對行走齒輪輪齒斷裂問題進行分析。

2.1 行走齒輪形狀和工藝的影響

據跟蹤調查發(fā)現，在同種工況下，因不同行走齒輪的不同壽命，從而致使其齒根與齒長在過渡圓角偏小時常會出現斷裂的狀況。對于行走齒輪而言，當其輪齒較長時，常會出現銷排齒座的干擾狀況，不僅如此，還會在嚙合過程中提升相互摩擦，從而導致齒輪轉動困難的狀況，最終出現斷裂、磨損以及憋卡等現象；而當齒根的過渡圓角較小時，因齒根強度的降低，故而在其承受較大的彎曲應力時常會出現應力集中狀況，從而致使斷齒或是裂紋等狀況的出現[3]。

2.2 工況及連接部件的影響

在非同種工況下，對于同種行走齒輪而言，所表現的效果差異極為明顯。當所處施工環(huán)境為刮板輸送機銷排布置平順、巷道平穩(wěn)或是煤層較軟無夾矸時，其使用壽命均相對較長；反之，當煤層的夾矸較多，且較為堅硬時，因其滾筒截齒受力的提升，故而常會致使沖擊載荷的形成，從而導致齒輪磨損狀況的發(fā)生；當行走齒輪進行井下爬坡時，因其不均衡的受力狀況，故而常會出現單行走齒輪的磨損或是壓潰等狀況[4]。

對于行走齒輪而言，其壽命的長短主要取決于銷排的布置狀況與自身質量，因多數銷排均為鑄造件，故而均普遍存在著表面粗糙、圓角和倒角處理不當等問題。在安裝刮板運輸機溜槽時，不僅要確保水平彎曲≤±10，還要保證垂直彎曲≤±30。如果井下的工況或是安裝未達到事前條件，那么將會致使銷排節(jié)距無法實現相互接觸。對于存在傾角的工作面而言，因其坡度使得銷排存在由機尾滑向機頭的趨勢，從而導致接口間隙過小，進而造成接口處節(jié)距過小的問題發(fā)生。

若節(jié)距降低時，將會產生滯后嚙合，且因負荷的提升使得自身出現嚴重變形與壓潰；若過程中存在起伏，那么將會致使銷排與其出現相互撞擊，從而導致設備壞損。如果增大其節(jié)距，抬升采煤機，則銷排側板與導向滑靴下鉤將會緊密相連，若導向滑靴發(fā)生磨損現象，將難以保護行走齒輪。

平滑靴主要用于采煤機的支撐以及規(guī)范其行走方向的作用。在具體應用中需要接觸到較大的壓力，所以磨損相對較快，若其磨損超過規(guī)定范圍，將會影響采煤機平衡，令其傾斜向煤壁側，令導向靴與行走齒輪向上傾斜，銷排和行走齒輪之間的嚙合受影響，加快磨損其溝槽，擠壓行走齒輪齒側，令其磨損進一步加劇。所以，為使行走齒輪壽命有所延長，需要對平滑靴底面磨損情況予以控制[5]。

3 行走齒輪磨損斷裂問題的改進措施

3.1 材料的改進

與廠家合作時，最初選擇40CrNiMo作為行走齒輪所需材料，通過熱處理后，其芯部硬度處于HRC32-35之間，其齒面硬度處于HRC52-56之間，對此，為令其耐磨性有所提升，和廠家協(xié)商后決定將鎢添加在行走齒輪材料內，并調整了其熱處理工藝，最終得到18Cr2Ni4W。表1為上述兩種材料相關性能對比。

18Cr2Ni4W屬于低碳合金鋼，所以其工序整調了滲碳環(huán)節(jié)，其表面淬火可以由整體淬火所取代。當其熱處理工藝與材料改變后，其滲碳層深度處于1～2.4 mm之間，其芯部硬度則介于HRC38～HRC42之間，齒面硬度則處于HRC58～HRC62之間[6]。

表1 兩種材料的機械性能

3.2 導向滑靴的改進

導向滑靴在采煤機工作時不僅具有支撐與導向作用，還能在一定程度上保護行走齒輪，所以，當其發(fā)生磨損后對行走齒輪會產生一定影響，致使其下沉，同時嚙合線的位置也會發(fā)生改變，向下移動，若其達到行走齒輪的齒根圓處時會與其承受的扭矩相接近，在磨損其硬化層后，會令該部位產生形變，甚至齒形彎曲。加工導向滑靴后，會令其橫向與縱向之間的間隙得到保障。此外，容易損壞之處還包括其溝槽處，采取焊接耐磨條的方式有利于磨損程度的降低，使行走齒輪得到保障。

3.3 行走齒輪齒形的改進

現如今，擺線與漸開線是行走齒輪較為常見的兩種齒廓形狀，若采煤機功率相對較大，則選擇前者，若功率較小，則選擇后者。例如行走齒輪若屬于大功率線型，便可優(yōu)化其齒根圓與輪齒長度的圓角，令其加工精度有所提升，且能有效避免尖棱尖角與刀痕。使其刮板運輸機與行走齒輪的嚙合性能得到有效改善，沖擊載荷有所減小。

當前齒廓形狀利用新工藝與新材料予以優(yōu)化后得到的新行走齒輪。現如今，在實際使用過程中已較為常見，其應用范圍明顯擴大，并且與之前相比其壽命與性能得到明顯提升，其壽命能夠達到原有3倍[7]。

3.4 其他影響因素的改善

實際上，行走齒輪和銷排齒輪齒條的嚙合原理具有一定相似之處，且行走齒輪壽命與銷排的安裝精度、磨損程度以及表面粗糙程度和齒廓形狀具有一定關系。所以對銷排進行選擇時，不僅要有較少的缺陷，還應具有較高的精度，在安裝時也應嚴格依據相關行業(yè)規(guī)范進行，為延長其使用壽命，對行走齒輪、平滑靴以及銷排與導向滑靴等均應定期檢查，若發(fā)現有較大磨損，應及時進行維修或更換，從而減少或避免其他部件受到影響[8]。

4 結語

對行走齒輪輪齒斷裂與磨損的原因進行分析時，跟蹤研究了大量采煤機的行走齒輪，并根據具體原因提出了與之相應的解決方案，通過與廠家協(xié)商改進了銷排、導向滑靴與行走齒輪等較為突出的問題，并取得了顯著成效，明顯提高了其使用壽命。然而與井下需求與設計相比，其實際使用壽命還需進一步提升，若要令其效果達到較為理想的狀態(tài)，應對其進一步改進，首先進一步分析嚙合運動整個運動過程，同時根據井下工作具體環(huán)境對其進行調整，為安全可靠的運行采煤機提供保障。