刮板机减速器的现状及发展研究

王伟

（太重煤机有限公司重型减速机公司，太原030032）

0 引言

刮板机减速器属于硬齿面齿轮传动机械的一种，是煤矿刮板机专用的齿轮传动设备，其可靠性直接影响着煤炭的开采效率。由于煤炭开采的特点，致使刮板机减速器在使用中面临如载荷的不稳定性、严重的冲击震动、粉尘颗粒物含量多、空间狭小等恶劣工况。同时减速器安装为侧挂式，驱动电动机悬挂在减速器前面，减速器作为传动件的同时还扮演着支撑件的角色。由于以上不利因素，刮板机减速器经常出现打齿、断轴、密封失效等故障，而随着煤炭开采向更高效发展，需要更高水平的煤矿机械产品支撑煤炭行业发展，要求刮板机减速器具有更佳的承载能力和应用环境适应性。所以研究刮板机减速器的应用现状，分析问题原因并解决是刮板机减速器研究中的重点问题。

1 国外刮板机减速器的研究现状

刮板输送机减速器的发展随着刮板机的发展在20世纪基本经历了3个阶段。第一阶段是在20世纪初期，英国最先研制了刮板输送机，当时的刮板机减速器特点是结构简单、功率小、可靠性低；第二阶段从20世纪50年代初开始，出现了高效重型可弯曲刮板输送机，运量不断增大，减速器传递功率也有了很大提高，开始出现了行星结构，并逐步应用硬齿面齿轮精加工技术；第三阶段是20世纪80年代中后期，为了提高采煤工作面的产量和工效，降低生产成本，增强市场竞争能力，提高经济效益，刮板输送机向超大功率、超大运量、超长运距、高强度、长寿命以及高可靠性方向发展，其功率和运量比第二阶段增大2～3倍[1]。此时的刮板机减速器开始使用新材料，Cr-Ni-Mo系低碳合金钢的使用，使齿轮强度大幅提高。DBT公司生产的刮板输送机最长的使用长度已达500 m长的工作面，JOY公司生产的刮板输送机单电动机功率最大已达到1600 kW，并成功应用变频电动机、可控软起动技术、工况监测及自动控制技术[2]。研究手段上，国外已经全部采用三维设计，在对整机进行建模的基础上进行有限元分析、动态仿真分析、结构分析，使整机的设计寿命能够达到100 000 h以上，并注重绿色设计理念，易损件设计为可快速更换结构，延长整机系统的使用寿命。目前国外主要研究刮板机减速器的更高可靠性、轻量化以及智能化，以适应目前的现代化煤炭开采需求。

2 国内刮板机减速器的研究现状

国产刮板输送机减速器的研制及使用起步较晚。建国初期，当国外已经开始进入综采机械化时，我国的煤矿机械刚刚走出仿制阶段[3-15]，20世纪70年代初我国从国外引进了一批刮板输送机，经消化、吸收并加以改进，发展了我国的刮板输送机，刮板机减速器作为动力部部件开始自行设计制造。近年来，我国的刮板输送机发展很快，功率档次越来越大，已发展到目前的3×1600 kW。国产减速器制造功率最大为1600 kW，基本实现了自主设计制造，然而在产品可靠性、创新性、先进性等方面与进口减速器还存在明显差距。国内生产制造的刮板机减速器，同等功率机型较国外产品重量重20%左右。研发手段虽然也逐步应用三维设计，但基本都是验证二维设计，有限元分析、流体分析、振动特性分析、热力场分析等基本没有应用，没有充分发挥三维设计的先进性。

据国家安标中心数据，具备矿用减速机生产资质的企业多达上百家。国内主要生产厂家且销售过亿的有张家口煤机、西北煤机、太重煤机重减公司、山西维达、天津沃德等企业。其中张家口煤机、西北煤机是刮板机制造企业，减速器属于附件制造，其他都是专业厂家。研发实力较强的有张家口煤机、西北煤机、太重煤机以及天津沃德。虽然国内制造厂家较多，但是真正对该领域关注和研究的人员较少，我国的刮板机减速器研究制造发展较其他领域齿轮产品发展缓慢，几乎每次改进都是首先由国外发起，而后我们引进、消化、吸收，这就使得我们在刮板机减速器这一专用减速器领域长期以来非常被动。值得肯定的是天津沃德起点高，目前正在研究智能化减速机，并已应用远程状态监测。太重煤机重减公司设计制造出可独立运行的减速机监测系统，正在进行稳定性测试。国内产品与国外产品的差距体现在同等质量的承载能力以及工作的可靠性，国内产品普遍笨重，产品寿命平均在1～2 a，而国外同类产品可使用3 a以上。目前情况是，国内能够制造出满足使用的全功率系列减速机产品，也能形成一定规模，但是缺少在世界上有影响力的产品和领军品牌，产量和销售额能够占据国内市场80%左右，然而利润相对较低。生产制造厂家能力参差不齐，尤其是一些小功率机型存在低端制造。

3 刮板机减速器存在的问题及发展趋势

3.1 存在问题

目前国内外生产制造的刮板机减速器，已经解决了“大”的问题，能够满足目前年产千万吨级煤矿的需求。结构型式上也比较丰富，能够满足不同安装方式的需求。核心零件齿轮经过百年发展已经趋于完善，制造技术也历经几次升级，已能够实现高精度加工。金属材料也已经由原来的普通碳钢，到Cr-Mn-Mo（Ti）系低碳合金钢，再到如今的Cr-Ni-Mo系低碳合金钢，如果没有重大材料方面进展，其在原材料使用上也难有突破。虽然经过几十年的研究，刮板机减速器可靠性有了很大提高，但是依然不能满足煤矿开采需求。具体来说主要有以下几方面内容：

1）减速器在带载或者满载工况下启动经常发生的打齿、断轴故障。刮板机减速器经常出现有载启动，启动瞬间转矩可达额定载荷的2.5倍左右，由于齿轮间隙的存在，对齿轮和轴的冲击更大，在这样的情况下，会大大降低齿轮、轴的使用寿命。瞬时过载和冲击载荷是导致齿轮打齿、轴断裂的主要原因。

2）煤矿工况下的密封失效问题。密封失效是矿用减速机的常见故障，轻者表现为润滑油渗漏，造成油品浪费，污染其他零部件。重者可造成润滑不良，导致轴承损坏等严重问题发生，同时也会造成煤粉颗粒进入减速机内部，缩短轴承及齿轮寿命。

3）如何长久地控制整机运行温度。刮板机减速器的冷却方式主要靠冷却水循环水冷，这在使用初期可得到较理想效果，然而随着使用时间的推移，加之煤矿冷却水水质不佳，使用一段时间后造成换热效率下降，减速器运行温度升高，有的可达100℃以上。高温运行下加速润滑油老化，进而导致机械部件故障。

4）减速器故障的早期诊断和运行数据监测。故障诊断在刮板机减速器中目前还处于应用研究阶段，这一技术对于刮板机减速器具有重要意义，早期轻微故障做到早发现早排除，可避免由于继续带病运转造成的整机报废事故。

3.2 发展趋势

1）高可靠性。通过研究应用类似如CST软启动技术，提高减速器应对启动冲击载荷的能力，同时密封结构和密封件应用更加个性化的设计，提高密封性能，冷却系统设计换热效率更稳定的部件，通过这些方式提高整机的可靠性。

2）轻量化。轻量化设计是一种先进的设计理念，通过降低箱体、轴齿类零件重量进而降低整机重量，使减速器更易于运输和安装维护。

3）智能化。通过增加不同类型传感器，并辅以信号处理设备，监测模块可集成于减速器之上，通过信号的监测，数据分析，早期发现故障并解决，还可通过信号传输控制停机，太重煤机已制造出一代监测样机。

4）大型化。由于国家对于煤矿的关停整合，以后煤矿的产量会越来越高，大型煤矿越来越集中，这样矿用减速器也会越来越大型化，所以各生产制造企业应重点研发大功率刮板机减速器。

4 结 语

刮板机减速器经过几十年的发展，仍然存在一些问题。我国的刮板机减速器技术及产品可靠性均与世界先进水平有较明显差距，而煤矿开采机械化、自动化、大型化趋势下的今天对煤矿机械设备提出了越来越高的要求，所以对企业和社会来说,为了实现该类产品的性能提升,应该加大对大功率刮板机减速机的研究优化。研究的重点在于如何实现减速器的“一性三化”，即高可靠性、轻量化、智能化和大型化。

[参考文献]

[1] 王新莉,毕建平,闫庆先.浅谈煤矿刮板输送机的发展及使用概况[J].中州煤炭,1999(4)：19-20.

[2] 陈世其.超重型刮板输送机行星传动装置设计理论研究[D].徐州：中国矿业大学,2011.

[3] 孙永新.刮板输送机技术发展现状[J].煤炭技术,2013(3)：21-22.

[4] 孟国营程晓涵.我国矿用刮板输送机技术现状及发展分析[J].煤炭工程,2014,46(10)：58-60.

[5] 刘红.矿用刮板输送机减速器失效原因的综合分析及解决方法[J].煤矿机械,2011,32(10)：227-229.

[6] 闫红萍.矿用减速机密封结构的介绍及改进[J].机械管理开发,2013(136)：43-44.

[7] 王伟,张亚琴.JS315型减速机振动噪声的研究[J].机械传动,2012(4)：105-107.

[8] 付晓莉,韩超,李勇,等.减速器设计方法的研究现状与发展趋势[J].机械传动,2012,36(10)：112-118.

[9] 张颖越.刮板输送机减速器齿轮传动系统动态特性研究[D].天津：天津科技大学,2014.

[10] 成大先.机械设计手册：第3卷[M].北京：化学工业出版社,2008.

[11] 刘媛,步怀修,张桂芬.骨架油封失效分析及解决措施研究[J].煤矿机械,2012,33(8)：202-204.

[12] 张秀全.进口大功率行星减速机失效原因及分析[J].中国水泥,2013(4)：79-81.

[13] DBT．Ultra-long face conveying[J]．International Mining，2007(9)：36-37.

[14] 崔丽娟,宋福泉,王书伟.刮板输送机用减速器传动装置[J].科技创业家,2013(22)：53.

[15]宋庭锋.矿用设备齿轮箱齿轮材料的选取[J].煤矿机械,2011,32(7)：104-105.