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摘要：分析了煤礦機械齒輪斷裂的主要原因，提出了提高煤礦機械故障維修技術水平的可行性措施，比如運用先進的潤滑技術、盡可能地使用新型材料、提高技術人員的專業水平，探討了煤礦機械故障診斷技術的實際應用。

關鍵詞：煤礦機械；齒輪；軸承；故障診斷

在中國經濟的發展歷程中，煤炭資源占到了非常重要的一部分。然而，如何才能保證煤炭品質卻是一個嚴峻的問題，這就需要深度思考煤礦機械的性能問題。由于機械設備的運行時間一般都很長，而且煤礦機械在很惡劣的環境中工作，使得企業對煤礦機械的保養及維護有一定的難度。在這種情況下，要保證機械的穩定運行更是難上加難。相關資料顯示，機械設備中70%的故障是因機械振動引起的，而機械振動又主要是因齒輪問題引發的。機械設備中齒輪起著承受和傳遞載荷的作用，它們的運行狀況會直接影響到設備的整體性能，因此需要對煤礦機械的故障診斷技術進行進一步的優化及運用。

1煤礦機械齒輪斷裂的主要原因

煤礦機械齒輪斷裂的原因主要有：a)軸承的內外圈滾道出現損傷，接觸面不夠光滑，引發齒輪斷裂；b)在工作中軸承受力不均勻，導致斷裂；c)齒輪本身質量不佳，導致抗拉強度不足，嚴重影響齒輪的使用壽命，導致齒輪運行中斷裂；d)齒輪無法承受較強的靜載荷，較薄的位置會受到影響，導致斷裂；e)齒輪運行時間超過壽命周期，導致因過度使用而使得齒輪斷裂；f)齒輪所承受的靜載荷超過自身極限，從而因載荷過大而導致斷裂。由以上斷裂原因可以看出，要延長齒輪的使用壽命，就需要從以下幾個方面做起。a)設計方面。由于礦井使用條件的限制，如何保證在齒輪外形尺寸一致的情況下提高每一個齒輪的強度，延長其使用壽命是一個很重要的問題。在一些特定的情況下，齒輪所承受的沖擊載荷要求齒輪彎曲極限應力達到1200MPa，接觸耐久性極限強度增加到1600MPa[1]。要達到這樣的標準，就需要準確計算載荷、修正強度計算公式、選擇合適的材料、運用良好的加工和處理工藝，進一步優化齒輪的設計參數，主要包括表面光潔度、硬度、嚙合參數、裝配要求等，并進一步提高標準。b)制造過程方面。煤礦機械使用的齒輪大多數是低速重載齒輪，對強度的要求比較高，因此在制造齒輪的過程中，應該少用鑄鋼制作，多用鍛鋼；對于一些大齒輪，使用鍛鋼制作有較大的難度，此時可以利用鑄鋼齒輪的輪芯鑲嵌鋼齒圈組合件，而且要注意鍛鋼的鍛造過程中鍛造比要大于3[2]。另外，不管是鍛件還是鑄件，都要對其品質進行嚴格的把控，并且要對其進行超聲波探傷，確保產品質量達到既定標準要求。c)注重改善齒輪的熱處理技術。齒輪表面硬度和剪切強度決定了煤礦機械的承載能力。對于齒輪硬化處理，可以采用深層滲碳淬火的方法，利用深層滲碳淬火，得到性價比相對較高的齒輪芯部硬度。齒輪齒面的含碳量必須控制在0.8%～1%。滲碳齒輪經過淬火和回火后，要求表面硬度為HRC62，消除齒輪的殘余內應力，可以將碳的滲入深度控制在0.2mm以內，這樣不僅能保證齒輪表層得以硬化，還能產生壓應力。采用這種工藝時，單單滲碳齒輪的強度極限應力就可以提高13%以上。熱處理過后，還要進行人工時效處理，消除熱處理過程中產生的內應力。對齒輪表面進行熱處理后，還應該對齒輪齒面和齒根做噴丸強化處理。噴丸強化處理的過程要嚴格按照其要求工藝進行操作。因為噴丸強化處理不僅可以使齒根的彎曲疲勞強度變得更高，還可以有效阻止裂紋出現，使齒輪的載荷小于外加載荷，這樣既可以有效減少破壞，又可以極大地提升耐久性。除此之外，齒輪噴丸強化處理還可以有效消除加工過程中出現的一些刀痕和磨削導致的缺陷。根據經驗判斷，經過噴丸強化處理后的齒輪與沒有經過噴丸強化處理的齒輪相比，壽命顯著延長，大量的統計資料表明，壽命可以延長6倍以上[3]。d)齒輪的安裝和使用過程。在使用過程中必須注意相關的操作規范和技術要求，尤其是在安裝、更換、檢修齒輪時，要注意齒輪軸心的中心距、平面度和水平度等重要參數，一定要保證這些參數滿足標準要求。在檢修過程中，如果齒輪的磨損較大，或者已經損壞，要盡可能地按照原有的安裝方法合理地調整齒輪的安裝位置，確保齒輪正常嚙合。齒輪不可以單換，要對相應的齒輪進行成對更換。在使用過程中，要注意齒輪的潤滑。在齒輪相關結構的設計過程中，應充分考慮齒輪的潤滑情況，但同時也不能忽視齒輪的維護過程。在煤礦機械傳動中，使用的基本都是低速重載齒輪，這種齒輪要求有更高的接觸應力，因此一定要保證其接觸表面不能有局部的彈性形變。輪齒在共軛嚙合過程中，除了切點附近的部位以外，其余都是滾動和滑動運行，這樣更加符合彈性流體動力潤滑理論。目前，中國煤礦機械設備的事故率仍較高，煤炭生產和運輸過程中仍存在較多問題。在煤礦機械的運行過程中，故障出現最多的原因就是機械齒輪失效。因此，對各種齒輪的失效形式及原因進行相應的分析和討論，對于改善煤礦機械設備事故率高的狀況有非常重要的現實意義。

2提高煤礦機械故障維修技術水平的可行性措施

2.1運用先進的潤滑技術。通過檢測發現，絕大多數煤礦機械設備發生故障的原因是過度摩擦，導致齒輪磨損，進而使整臺設備發生故障。鑒于此，可以優先運用先進的潤滑技術，有效提高機械設備的重復使用率，延長其使用壽命。同時，必須高度重視機械的潤滑、定期保養以及檢修，這樣才能最大限度地發揮機械的使用價值。需要注意的是，機械的潤滑必須定期進行，且必須是高質量的潤滑[4]。2.2盡可能地使用新型材料。隨著現代科技的發展，各種新型材料逐漸嶄露頭角，以往因機械設備本身強度不足、疲勞磨損、超負荷運轉所導致的問題也逐漸減少。在這種趨勢下，可以通過對新型材料的重新定義設計齒輪結構，讓其在機械維護過程中更無往不利，再通過合理的熱處理加工，就可以得到符合要求的齒輪，有效確保機械設備運行的可靠性。2.3提高技術人員的專業水平。由于現在的煤礦企業大部分進行了詳細的分工，各個工種變得越來越精細，企業內部工作人員各司其職。這樣雖然提高了企業的工作效率，但一旦出現事故，對工作人員的專業技能要求就更高了，工作人員更容易手忙腳亂，這樣就浪費了時間，耽誤了維修。比如：在煤礦企業中，皮帶司機只負責皮帶運輸，對其他崗位的工種不熟悉，基本不懂其他的專業知識，導致其他機械設備一旦出現狀況，皮帶司機沒有辦法及時補救，耽誤了工時；而如果這名皮帶司機還了解其他一些機械設備的相關工作原理以及一定的維修知識，當其他機械設備出現問題時，就可以在其他技術人員不在場的情況下自行解決問題，這樣不僅提升了企業的工作效率，還可以更好地維護與保養設備，避免事故進一步擴大。

3煤礦機械故障診斷技術的實際應用

中國煤礦機械故障診斷技術主要包括油液磨屑分析檢測診斷技術、紅外測溫診斷技術、無損檢測技術、振動檢測診斷技術4種。3.1油液磨屑分析檢測診斷技術。目前，煤礦企業最常用的機械故障診斷技術就是油液磨屑分析檢測診斷技術。油液磨屑分析檢測診斷技術的原理為：從一定的油液中隨機提取樣本，通過光譜分析儀，對所提取的樣本進行詳細的分析，并將其與鐵譜進行對比，最后再根據對比結果，對機械的運行狀況進行全面的分析，了解機械的磨損狀況和設備的損壞程度[5]。3.2紅外測溫診斷技術。除了油液磨屑分析檢測診斷技術外，煤礦企業應用得較多的故障診斷技術之一便是紅外測溫診斷技術。紅外測溫診斷技術的原理為：在機械的不同部位進行溫度檢測，如果機械某個地方燒壞或者出現磨損，就會導致機械的設備材料溫度升高，并且會使機械喪失工作的能力，導致機械無法正常運轉，進而影響正常的工作進度。若煤礦企業機械出現異常，及時應用紅外測溫診斷技術進行有針對性的診斷及維修，可以更高效地查找出問題，并且快速解決，使機械保持正常的運行，從而延長其使用壽命。3.3無損檢測技術。在檢修過程中，還可以應用無損檢測技術進行探傷實驗，比如滲透、磁粉、射線等，這樣就可以在不損傷零件的情況下，對機械的運行狀況進行檢測，確保齒輪零件沒有損傷。3.4振動檢測診斷技術。振動檢測診斷技術的原理為：當機械在運行的時候出現振動或者異響時，可以大致將其判斷為機械出現故障缺陷，對振動或異響進行詳細的診斷和仔細的分析，可以判斷機械運行狀態及故障信息。因此，應用振動檢測診斷技術，技術人員可以更好、更快捷地發現問題。機械設備的振動參數具有雙重特點，即廣泛性和多維性，這樣的診斷精確度較高。應用振動檢測診斷技術可以在不停機的情況下進行檢測，而且診斷的結果具有較高的可行性，診斷更加直觀。若機械設備在運行時出現故障，應用該技術可以對其內部和外部都進行故障檢測。這種檢測技術也是煤礦企業機械診斷中一種常用的技術，通過磁粉、聲全息、超聲波等先進技術來實現。

4結語

在所有煤礦企業中，機械設備是其重要的組成部分，一旦設備出現故障，輕者影響正常的生產進度，重者則會出現嚴重的人員傷害事故等。因此在煤礦企業中，必須做好故障的診斷以及維護工作，這其中最常見的便是機械齒輪故障。相關技術人員有必要掌握診斷的一些重要技術，而且企業要注重增強從業人員的危機意識，要運用更為先進的潤滑技術、提高相關技術人員的能力，并且還要運用更先進和更科學的材料等，積極深入地探索更好的診斷方案，全面地論證，尋找更好的故障診斷及維修技術，推動煤礦行業的長久可持續發展。

參考文獻：

［1］李翠蘭，張愛國，李惠萍，等.淺談煤礦機械齒輪技術的發展趨勢［J］.煤，2002(3)：43-44.

［2］王琳.機械設備故障診斷與監測的常用方法及其發展趨勢［J］.武漢工業大學學報，2000(3)：62-64.

［3］廖伯瑜.機械故障診斷基礎［M］.北京：冶金工業出版社，1994.

［4］時志素.基于神經網絡方法的齒輪箱故障診斷研究［D］.石家莊：河北科技大學，2009

［5］于玉蘭，石來德.機械設備故障診斷技術［M］.上海：上海科學技術文獻出版社，1994.

作者:張繼發 單位:同煤浙能麻家梁煤業有限責任公司