富源县十八连山镇四角地煤矿有限公司
摘要：若是采掘机械出现齿轮断齿的情况，对于采矿工作是有很大影响的，其会限制采矿工作的施工进度。由于采掘工程施工环境的恶劣及荷载情况的无法掌控在一定程度上增大了施工的复杂性，因此我们要利用合理的操作方式和管理措施来改善这一情况，深入分析探究其产生因素，并采取科学应对方案，积极应对预防，尽量把损失减到最小。
关键词：采掘机械；齿轮；断齿
前言
齿轮是采掘机械中有着传动功能的一种器件，因各种因素，在生产期间总会发生齿轮断齿的一些情况，特别是低速重载齿轮最为明显。通过分析某一煤矿的数据资料得出，在发生的齿轮断齿情况中，采掘机械齿轮断齿的情况占所有齿轮断齿情况的20%左右，关于这个问题，分析采掘机械齿轮断齿其产生因素就显得很必要了。
一、采掘机械齿轮断齿因素分析
由断裂形式可分为三种，即疲劳断齿、偏获断齿、静力断齿
1.1疲劳断齿
若是采掘机械出现齿轮断齿的情况，对于采矿工作是有很大影响的，其会限制采矿工作的施工进度。疲劳断齿，这种属于最严重的一种断齿情况，对于直齿轮而言，一般是顺着齿长方向在根部出现断裂，若是齿宽较大，或许在端部出现断裂；于齿斜轮而言，通常会出现倾斜断裂，这是由于荷载仅仅作用在一段齿顶上。与疲劳断齿而言，断裂面是下凹的曲线型，或者下凹台阶形。通常属于哪种形状与齿轮热处理形式有重要关系，但是这两种断口的裂纹区域是不同的，展区和瞬间脆短区。因此导致疲劳断齿情况，最主要的因素就是齿轮要经受不同程度的荷载作用力。若是弯曲应力超过材料承载极限，疲劳损伤就会逐渐积累，从而在齿根部发生疲劳性裂纹，刚出现时损伤一般较小，在时间的推移下会逐渐疲劳折断。
疲劳断齿又可分为低周疲劳断齿和高周疲劳断齿，第一种就是轮齿在受到大型弯曲应力时，应力循环频率在材料基数下出现的断齿情况。一般特征是，轮齿在最初受力时，就出现了积累性损伤，以至于载荷的改变运动，都会引起轮齿内部的应力产生一定变化，先是出现弹性变形，当应力峰值超过限度时，就会发生弹塑性变形情况，并出现裂纹群，逐渐延伸扩大，就形成了疲劳断裂面，导致轮齿折断情况出现。引起低周疲劳断齿的因素有：
（1）荷载变化。
采掘机械施工期间，因地质环境和截割情况的改变，齿轮上的荷载也有所改变，其变化情况不存在明确的规律。我们明确的是，工作荷载是机械强度设计的重要基础，因此在采掘机械设计中，怎样科学的估算设计荷载，确保其符合实际，是一个很关键的问题。
（2）制造齿轮的材质性能、热处理技术及齿轮的制造精确性
高周疲劳断齿通常是应力循环频率超过循环基数时发生的断齿情况，齿根部应力小于材料极限承载力，轮齿受载初较少有积累性损伤，然而在长期荷载作用力下，齿根部出现应力集中情况。若是循环应力不断变大，就会逐渐在齿根出现疲劳裂纹，只是裂缝形成过程较慢。
1.2偏获断齿
这种断齿情况通常是因齿轮的外负荷突然上升导致过负荷情况而引起的。比较而言，这种断齿情况出现几率较高。如在采煤期间，接触到顶底板的硬岩石时，弱底板顺着煤层方向会出现不平坦的情况，或许会截割到铲煤板等，此时截煤滚筒会由于阻力变大而无法动弹，那么转动器件就会全部承载在轮齿上，这时轮齿就会遭受极严重的冲击力，齿轮就极易出现脆性折断，这时就是较粗糙的断口。
1.3静力断齿
这种断齿情况通常是因机壳或者轴承超负荷引起变形，或是生产零部件期间，安装不规范导致荷载在接触线布局不均匀，出现偏载导致的。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆一般而言机壳刚性不够，安装就缺乏一定精确性，偏载情况就会更严重，特别是两轴承布局不协调。因他们在受力后，会偏向各个方向，如此就会导致它们出现偏斜，这时其啮合齿面就只能聚集在轮齿端部位置。
二、采掘机械齿轮断齿的预防措施
1.齿轮工作荷载的科学预测
我们了解到采掘机械承受的荷载是逐渐改变的，荷载的科学推算对于齿轮精确度及耐久性的计算有积极作用。然而当前考虑到荷载因子的复杂多边性，大多是我们难以控制的，因此至今还是缺乏一种较合适的计算方法，在设计中一般利用统计法或者类比法，结合设计人员的实践经验，进行分析。
2.加强机壳与轴的刚性
提高机壳与轴的刚性能够有效避免齿轮出现偏载。通常而言，钢机壳性能要优于铸铁或焊接机壳，对机壳方面进行筋板的加强，并对轴孔凸台有一定的强化，适应其含轴量标准，若是条件允许，可对两轴承采取对称性设置。
3.齿轮动感系统中过载断齿保护装置的设置
设置保护装置而言，既能是剪切保险销式的联轴设备，也能是摩擦片式的联轴离合设备，其剪切力矩都很大。若是齿轮过载超过限度，那么摩擦离合器就会打措或对保险销进行剪切，起到保护传动件的作用，在国外一种M K且型采煤机中，在其牵引端就安装了避免牵引过载的摩擦片式离合装置，就能管理液压控制系统，最终使得采煤机能够自动中断牵引。
4.加大齿轮模数及对变位齿轮的应用
可采取加大模数的方式来增强轮齿弯曲程度，要注意的是这有一定限制，不能无限加强。由于一般的，在井下施工操作，因空间制约，因此采掘机械尺寸也会有所制约，若是增加模数，就会使得齿数随之变少，所以就减少了齿轮转动的重迭系数，会影响到其平稳性及连续性，这是我们要足够明确的。
利用变为齿轮既能缩减齿轮传动的规格大小和重量，还能强化齿轮的承载性。采掘机械通常利用变位系数大的高度变位齿轮。通过分析了解到，利用高变位传动，小齿轮变位系数取为0.6，齿数是20齿时，齿根弯曲强度可在一般齿轮基础上提升40%以上。因此要科学选择变位系数，就能极大增强轮齿抗弯性。若是齿轮出现变位，就要重视对重迭系数和齿顶厚的检查，要注意重迭系数要不低于1.2，齿顶厚度不低于模数的40%。
5.齿轮制造精度及安装精度的提升
对于齿轮而言，接触精确性要实现七级，至少不能少与八级。对于齿根部要有必要的加工，也就是磨削，这是为了避免应力集中，在齿根部要有足够的过渡圆角。在安装期间轴要在水平或垂直端确保准确性，维持齿轮的啮合空隙，这些措施能在一定程度上减小弯曲应力。
6.顺着齿长方向采取鼓形修齿措施
采取这种鼓形修齿措施，确保齿的侧面能够顺着齿长的方向而产生腰鼓形，段齿廓还是原来的渐开线形。如此就会促进齿轮的啮合两个曲面性的充分接触，如此才能较为彻底的调整轮齿的偏载情况，那么载荷在沿齿长的布局上就能逐渐协调，也能在一定程度上缓解载荷引发的情况，还有在时间方面也体现了鼓形修齿的齿轮在生产运行期间是较少发生偏载断齿情况的。
7.加强管理
对于施工机械设备要采取定期的检修操作，完成好日常维护任务，确保在施工生产期间可正常运转。并且在工人技能方面要实施必要的指导培训，强化他们在施工期间的技术能力以及掌握必要的机械设备保养知识经验，如此能确保机械运行期间效率更高，水平更强，设备也能在合理的情况下正常的运作。
三、总结
总的来说，由于采掘工程施工环境的恶劣及荷载情况的无法掌控在一定程度上增大了施工的复杂性，那么对于生产期间发生的断齿情况，我们要采取必要的措施进行预防，防止对采掘工作造成影响，给企业造成经济损失。对于齿轮断齿情况，采取对应的改善措施能够有效延长采掘机械的使用期限，减少成本支出，进而为企业创造更佳的经济效益。
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论文作者:梓金王
论文发表刊物:《防护工程》2017年第4期
论文发表时间:2017/7/7
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