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机械齿轮断齿的原因探究

时间:2022-09-29来源:内燃机与配件

导语:实际上,在进行煤矿建设工作时,相关机械设备长期处于工作状态,承受的压力非常大,所以机械齿轮经常出现各种各样的问题,包括机械疲劳问题、齿面腐蚀问题、机械轮齿开裂问题、机械零件变形问题等。由此可见,想要保证煤矿建设工作的顺利进行,就一定要积极研究影响机械齿轮断齿的因素,探索有效的防治方案。本篇文章就将深入研究机械齿轮断齿的主要原因,以及预防机械齿轮断齿的有效措施,希望能够给相关工作者一些启迪和帮助。

  实际上,在进行煤矿建设工作时,相关机械设备长期处于工作状态,承受的压力非常大,所以机械齿轮经常出现各种各样的问题,包括机械疲劳问题、齿面腐蚀问题、机械轮齿开裂问题、机械零件变形问题等。由此可见,想要保证煤矿建设工作的顺利进行,就一定要积极研究影响机械齿轮断齿的因素,探索有效的防治方案。本篇文章就将深入研究机械齿轮断齿的主要原因,以及预防机械齿轮断齿的有效措施,希望能够给相关工作者一些启迪和帮助。

  伴随着我国经济的飞速发展和社会的不断进步,大家对煤炭行业的发展要求越来越高。煤炭作为工业发展中非常重要的资源能源,相关开采工作受到了大家的广泛关注。目前来看,国内的露天煤矿非常少,主要的煤矿资源集中在地下,所以煤矿工作基本上都是需要在地下完成的。和进行其它建设工作的机械设备比较而言,煤矿机械的工作环境更为恶劣,地下包含非常多的粉尘、噪音、水汽以及大量的酸性有害恶劣的气体或液体,机械在运行过程中需要承受很多环境压力。在整个煤矿机械设备当中,最常见的零件就是机械齿轮,机械齿轮经常处在长时间的工作状态当中,一直承受较大的工作压力和环境压力,所以时常会出现各种故障,尤其是齿轮断齿问题。这些齿轮故障问题维修难度非常大,直接影响整个矿产开采工作的顺利进行。因此,必须要积极研究导致煤矿机械设备失灵的原因,应用有效的预防措施,确保机械设备能够正常运转,相关工作能够顺利进行。

  一、 分析研究机械齿轮断齿的主要原因

  机械设备在运行过程当中不可避免的会出现机械齿轮断齿问题,一般来讲,经常出现问题的齿轮都是处在工作传动体系中的重载齿轮,整个齿轮承受的压力比较大,工作量非常多。例如掘进机载割部减速器中的末级齿轮就经常出现断齿问题。此类齿轮在工作运转过程当中扭矩非常大,经常会经受各种各样的超强压力冲击,所以齿轮的齿根处经常会承受较强的集中力,长时间的压力影响下,齿轮根部很容易出现断齿问题。另外,伴随着齿轮承受的弯曲应力越来越大,齿轮的使用年限就会逐渐减少。正因如此,积极探索和应用减少断齿承受弯曲应力的方法,能够在一定程度上增加齿轮的使用年限,有效防止机械齿轮的断齿问题。根据实际工作情况分析,导致机械齿轮出现断齿问题的因素非常多,主要影响因素有三点,具体的情况如下。

  出现疲劳断齿问题的原因: 实际上,所谓的疲劳断齿问题就是机械齿轮出现折断现象,而且整个直齿轮会根据机械齿的顺延方向出现断裂问题,一旦机械齿轮的面积较大,那么机械齿轮的端部就会出现折断问题。一般来讲,在荷载作用力的直接影响下,机械斜齿很容易出现倾斜开裂问题。疲劳断齿现象则是产生下凹的开裂曲线,用于整体淬火工作的机械上的齿轮经常会出现这一问题。或者产生下凹台阶形的开裂曲线,这一现象则是因为表面氧化处理而造成的。这两类疲劳断齿问题一旦出现,工作人员能够明确开裂的具体位置,观察到齿轮断齿的具体过程。而机械齿轮之所以会出现疲劳断齿问题,最主要的影响因素则是承受的作用压力,齿轮长期处在工作运转当中,如果齿根处弯曲应力超过了齿轮的承受能力,那么就会出现严重的疲劳,损伤问题。长此以往,齿轮根部一定会因为拉力问题出现疲劳损伤,裂纹会随着时间的增加而加长或加深,直到最后彻底断裂,机械设备不再运转。

  具体来讲,可以将疲劳断齿问题分为两种类型,一种是低周疲劳断齿问题,另一种则是高周疲劳断齿问题。低周疲劳断齿问题很常见,因为机械齿轮在弯曲应力影响下,始终处在循环工作当中,所以会出现断裂现象。另外,机械齿轮在承受压力的过程当中,前期齿轮内部已经出现一定的损伤,在承受弯曲应力的过程当中,齿轮内部的承受能力会逐渐发生变化,随着齿轮的工作时间越来越长,齿轮原材料的弹性就会越来越差,进而出现严重的变形问题,并且逐渐出现裂纹,长此以往就会形成严重的低周疲劳断裂面。总而言之,导致机械齿轮出现低周疲劳断齿问题的因素非常多,齿轮的荷载力情况以及机械设施材料的品质都是重要的影响因素。而出现高周疲劳齿轮断齿问题则是因为齿轮遭受的应力循环次数比其实际承受能力多,机械齿轮的根部位置承受的压力远远超过了其实际的承受能力。一般来讲,这种问题不会在工作初期显现出来,而随着齿轮使用时间的增加,潜在的积累损失越来越严重,长期经受循环载荷力的影响,机械齿轮自然会因为应力集中影响产生损伤,如果应力循环次数过多,那么在机械齿轮根部位置则会出现严重的裂纹,进而出现高周疲劳断齿问题。具体来讲,如果整个机械工作环境比较平稳、载荷应力变化不大而且齿轮品质较高,那么机械齿轮就会在长期运转的过程当中出现高周疲劳断齿问题。

  出现静力断齿问题的原因: 在进行矿山采掘工作时,实际的工作环境非常差,工作设备不完善,所以采掘机械设备上的齿轮经常会出现静力断齿问题。出现静力断齿问题的原理也非常简单,就是因为采掘机械齿轮外部的负荷突然增加,远远超过机械齿轮能够承受的范围,齿轮出现静力断齿问题。具体来讲,在进行煤矿建设工作期间,如果采煤机械不小心碰触到较为坚固的岩石或者其他坚固的物品,那么整个截割工作的阻力就会在一瞬间增加;如果工作人员不能熟练操作相关机械,工作底板的表面不平整,都有可能会出现采煤机滚筒截割液压支架顶梁问题, 或者出现采煤工作面刮板输送机前面铲板的问题,这些情况都会导致截割阻力瞬间增加,进而使得采煤机滚筒承受较大的阻力,无法进行正常工作,那么增大截割摇臂中的系统零件的转动惯量就会直接作用到受载齿轮的轮齿上,此刻机械轮齿承受的压力和和动扭矩就远远高于截割电机传过来的扭矩,在如此大的冲击力的严重影响下,机械齿轮的承受能力就会到达极限,出现轮齿脆性折断问题。

  出现偏载断齿问题的原因:实际上,导致机械齿轮出现偏载断齿问题的原因非常多,最主要原因则是载荷不能与接触线均匀分布而造成的主机和辅机保护误动。具体来讲,造成机械齿轮出现偏载断齿问题的因素非常多,温度变化、压力变化、流量变化或者阀门位置偏差都会导致这一问题。在采矿机械设备运转过程当中,如果机械设备机壳和轴的刚性比较差,那么就会经常出现偏载断齿问题。另外,在整个机械运转体系当中,通常会设置温度计,工作人员可以根据温度计显示的温度观测机械的工作情况。一旦温度计呈现的温度产生异常情况,那么就很有可能是机械齿轮出现了偏载断齿问题。如果齿轮在两轴之间的偏置时,那么机械齿轮遭受的压力过大,一旦出现变形问题或者操作问题,整个机械齿轮的荷载能力就无法达到工作标准,荷载更是无法同齿轮的接触线的分布完全一样,一旦出现偏载问题,那么齿轮的两轴就会朝着相反的方向变形,那么整个齿轮也会逐渐变形,进而出现折断问题。在进行采矿工作时,采矿机械设备经常会出现偏载断齿问题,进而严重影响整个工作的进程。偏载断齿对机械设备的影响非常大,两个机械齿轮的表面的承受能力就会发生变化,齿轮的右边位置严重变形,齿轮端部的齿根需要承受较大的弯曲力,偏载后承受的压力比不偏载时多达 3 到 7 倍。简而言之,如果机械设备在运行的过程中出现偏载断齿的问题,那么就将严重影响机械设备的正常工作,甚至会使整个设备受损。由此可见,必须要积极研究出现偏载断齿的原因,尽可能缓解出现偏载断齿问题,减少这一问题对正常工作的影响,提高机械运行的安全性。

  二、 解决采掘机械齿轮断齿问题的有效方案

  提前估算机械齿轮承受的载荷力:实际上,在采掘机械运行的过程当中,机械齿轮承受的载荷力处在不断变化之中,必须提前估算机械齿轮承受的载荷能力,才能够深入研究齿轮承受的强度和具体的使用寿命。目前来讲,在工作过程当中出现了很多影响齿轮载荷的因素,有些外力因素是无法避免的,所以并未明确有效的计算方法。在实际工作过程当中,常用的方法有统计法、类比法或者新型计算方法,相关设计人员根据实际工作情况,进一步研发估算机械齿轮承受荷载的技术方案,提高计算数据的精准度,进而设计出有效防止机械齿轮断齿问题的具体方案。

  加强机械齿轮机壳和轴的刚性: 基于机械齿轮断齿的原因分析发现,想要尽可能的避免齿轮出现偏载断齿问题,就必须不断加强机械齿轮机壳和轴的刚性,在采掘机械齿轮上安装钢机壳,尽可能不用铸铁或者焊接的机械壳。另外,可以在机械齿轮机壳上强筋板,加强轴孔凸台,尽可能满足轴量的实际需求标准。

  安装过载断齿保护设备: 现有的过载断齿保护装置越来越多,最常见的是剪切保险销式的联轴器和摩擦片式的连轴离合器,这些装置的切断力矩非常大,一旦发现机械齿轮承受的压力大于其承受能力,那么离合器就会直接切断保险丝,起到保护相关零部件的作用,防止出现严重的断齿问题。

  积极应用变位齿轮: 想要加大齿轮的弹性,可以不断适当齿轮的模数。但是,这种方式操作起来具有较大的局限性,一旦在井中进行相关机械设备的操作工作,那么整个空间完全受限制,就不得不减少采掘机械的尺寸,这也就说明无法增加齿轮的模数。想要有效解决这一问题,必须要积极应用变位齿轮,不断提高工作的平稳性和安全性。

  不断提高齿轮制造的精准度和安装水平:一般来讲,制造出来的齿轮的接触精度必须高达八级,所以在制作机械齿轮时,必须重视齿轮根部的加工工作,根据制作要求完成磨削工作,确保齿轮承受的应力不会完全集中到一起。在安装机械齿轮时,一定要保证轴承的角度符合安装要求,留出相映的齿合间隙,减少齿根部承受的弯曲应力,进而有效防止出现机械齿轮断裂问题。

  根据齿长方向维修机械齿轮: 按照齿长方向进行鼓形修齿能够使齿轮侧面沿着齿长方向形成腰鼓形,而且断齿轮廓也会渐渐呈现开线形,能够有效缓解齿轮偏载问题。

  加强施工建设现场的管理力度,提高管理水平: 想要有效预防机械齿轮断齿问题,就必须要加强施工建设现场的管理力度,提高管理水平。第一,提高工作人员的技术水平和操作能力,确保机械运转不会因为操作不当而出现齿轮断裂问题。第二,明确每一位工作人员的职责,及时清理施工垃圾,保护施工环境。第三,要求工作人员及时检查和维修采掘机器,提前做好防御措施,保证工作的顺利进行。

  三、 结语

  总而言之,机械设备在工作当中长期承受较大的负荷量,很容易出现各种各样的断齿问题,所以工作人员一定要积极探索出现机械齿轮断齿的原因,根据断齿原因,探索和应用有效的防范措施,保证机械设备能够正常运转。

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