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现代化采煤机中减速器的失效分析
摘要:现阶段,随着社会的发展,我国的煤矿工程的发展也突飞猛进。采煤机
是现代煤矿机械研究的重要课题之一,保证采煤机运行稳定和提高采煤机的工作
寿命是课题研究的主旨。采煤机的工作环境十分复杂,矿井内部的大量粉尘是破
坏采煤机零部件的主要因素,粉尘粒子进入采煤机的零件间隙内,不但会造成表
面材料性质的变化,而且也会干扰正常运动轨迹,直至采煤机不能正常工作,而
采煤机一旦不能正常工作,其维修的力度及成本就会相当大,造成巨大的经济损
失,因此保障采煤机正常平稳工作是研究采煤机的工作重点。
关键词:现代化;采煤机;减速器;失效分析
引言
在煤炭开采过程中薄煤层的采煤设备越来越受到广泛欢迎,它同时具备较为
可靠以及安全的开采功能,这使此类采煤设备成为影响整个矿区工作效率的关键。
采煤设备的主要工作单元是切割单元,主要由切割臂、切割头、齿轮减速器以及
电机几部分组成,并在开采工作中担任重要角色。其中的切割头是整个的切割单
元中最主要的工作部件。采煤机中切割单元的齿轮减速器主要由行星齿轮构成,
正是因为行星齿轮具备传动比较为广泛,而且传动效率较高等特点,使得行星齿
轮被大量应用。此处的行星齿轮主要作用是传递切割电机的动力,将其传递给切
割臂。在系统故障方面,行星齿轮的故障主要由切割目标煤层的反作用力的周期
性变化构成。于是在轮系结构方面增加了许多的保护性措施,例如切割过程的动
态模拟以及寿命评估等措施,目的是保护整个采煤机的正常运行。在采煤机的工
作监测以及诊断方面,运用一定的振动监测技术防止减速器的传动故障,即使这
样依然会出现齿轮的失效发生。
实际断裂案例1及常见分析手段
在采煤机设备内部的切割系统使用的减速器中,普遍将齿圈作为传递扭矩的
部件使用在减速器中。在实际的实验过程中齿圈在减速器正常运行8h后断裂并
脱落。此时的采煤机立即停止生产,之后进行检查维修操作。在齿轮的设计过程
中,0.35~0.5mm的渗氮层金属起着相当大的作用,工艺方面要求这一深度的金
属硬度达到550~700HV。在齿圈的中心部位要求硬度达到280~320HB。
视觉检查1.1
视觉检查主要针对失效齿圈的失效部位进行断面检查,然后对整个的骨折断
面进行评估分析。可知齿的断裂面都与齿圈相平行。其中的两个断裂面表现出了
较为平直的状态,这说明该齿轮的断裂失效原因是直接的轮齿脆性断裂。断裂处
的裂纹主要来自于齿圈的根部。
显微镜检查1.2和硬度测量
包括对样品表面齿形的光学显微检验,此检验技术通过金相显微方法实现断
裂部位夹杂物的放大分析。其中的部分夹杂物形成于轮齿表面并扩展为开口状。
在轮齿的使用过程中,正是因为轮齿表面的夹杂物以及开口处会形成应力集中点,
会进一步发展为裂纹,如果任其发展会导致齿圈故障。通过对轮齿材料的进一步
金相组织分析对裂纹处的微观结构进行分析,对轮齿的核心部位裂纹路径以及齿
面结构进行光学显微分析,然后对比分析断裂的不同形式确定断裂机制。在失效
的轮齿齿圈处,微观材料由贝氏体、索氏体以及铁素体构成。其中的晶粒大小在
24~28μm之间;经过氮化处理后的轮齿特定材料渗透到400μm左右,厚度达到
0.35~0.50mm,这也是氮化处理的技术要求,这正好说明经过氮化处理的金属在
厚度方向分布不均。随着金相显微镜的进一步细化,在裂纹处的齿圈金属并没有
发生氧化脱碳的反应。对样品的齿面材料分析观察到齿面上分布了一些类似氮化
物的物质,同时材料呈现波浪式的分布。正是因为氮化物的基本特性与氮化物的
基体特质不同微观结构也不同,使得基体周围形成分散的氮化物晶粒,进而形成
应力集中区域。氮化物影响下的金属层硬度要求在550~700HV。轮齿核心部位
的硬度要求在280~320HB,对轮齿表面以及轮齿核心部位进行硬度检测检验轮
齿的制造是否达标。在轮齿表面要求渗氮作用的深度在400μm左右,这个深度正
是通过实际的硬度检测规定出来的指标。在氮化作用的影响下金属硬度达到上限,
而且附近的金属表面硬度也达到了上限值。表面硬度过高很容易对金属的强度产
生影响,使得金属过脆而不能出现弹性变形性质。
重要性2
提高采煤机的综合性能,在采煤机截割部行星减速器的研究理论基础上,建
立MG500-1180/WD型电牵引式采煤机中的行星减速系统参数化模型,并基于
有限元分析理论对整体进行静力学分析,利用ANSYS对行星减速系统进行疲劳分
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