刮板输送机用减速器齿轮的优化改进

杨志刚

（大同煤矿集团同发东周窑煤业有限公司， 山西 大同 037000）

1 事故现象

主流刮板输送机的减速器都使用普通的渐开线齿轮啮合来达到减速的目的，但是在煤炭远送过程中极易出现过载导致减速器不能正常使用，从而引发停工的现象。例如，原煤生产过程中，输送机的减速器产生较大声响并随之停转。经检查发现减速器的齿轮轮齿被打断，俗称推齿，造成输送机停运。

2 事故原因调查

经分析，该减速器停止运转的主要原因是齿轮轮齿折断。疲劳断裂是该型号齿轮失效的主要原因。疲劳断裂是指在交变循环载荷的作用下，齿轮的齿根处产生较大的集中应力，齿轮齿根处受到的弯曲应力超过齿轮疲劳极限时，在齿根圆角处首先产生疲劳裂纹，随着工作时间和循环次数的增加，裂纹不断扩大、加深，最后在某时刻疲劳断裂。

输送机在正常工作中，做上山运动，整机的自重变大，运行一段后，减速器输入轴上的齿轮副齿轮面上将出现“点蚀”现象，这将导致齿轮的安全性降低。输送带在向外输送采摘下的煤炭的过程中，很容易出现杂质掉入输送链条的现象，而出现这种现象必然会致使减速器超载荷运行，这将会导致输送机出现较大的冲击振动，这种冲击过载极容易导致轮齿过载，从而使齿轮的轮齿折断。

渐开线斜齿圆柱齿轮进行啮合传动时，两轮齿首先从一点开始啮合，然后随着传动的进程，慢慢地由一个啮合点延展成一条啮合斜线，再由啮合长线变成啮合点最后退出啮合。可以看出，斜轮齿传动中，在一对轮齿刚进入啮合，同时啮合即将完成时，齿根部会受到较大的冲击载荷，这会在齿轮的根部引起较大的应力集中现象。

3 齿轮的优化改进

在保证经济性的前提下，不改变减速箱使用材料和外形尺寸，提高齿轮齿根的应力上限是工作的重点。

点线啮合齿轮是在普通线啮合齿轮和点啮合齿轮的基础上发展出来的新型齿轮传动方式。该齿轮的齿顶部分齿廓曲线跟普通的渐开线齿轮相同，但是靠近齿轮根部的轮廓是凹的过渡曲线。该轮廓曲线的齿轮兼具了两种齿轮的传动特点，且在现有技术条件下该型齿轮易加工，适应于大规模矿场。

为保证设计的准确性，依据刮板输送机输送过程中的实际工况和地下复杂的工作环境，设定减速器的齿轮的额定功率P为50 kW，输入轴的转速N为970 r/min，计算可得传动的最小扭矩T为：

对同等参数的点线啮合齿轮和普通的渐开线啮合齿轮进行三维建模设计，然后用solidworks软件进行建模，并用solidworks进行应力分布的有限元分析。

3.1 主、从动轮齿根处弯曲应力分析

图1 点线啮合齿轮齿根受力图

模拟地下矿井中输送机的载荷条件和工况条件，对基本参数相同的点线啮合齿轮和渐开线标准圆柱斜齿轮进行齿根弯曲应力分布情况分析。为保证数据的真实可靠，选取该两种齿轮在啮合过程中相同时间间隔下的啮合点进行分析，图1是点线啮合齿轮的受力情况，下页图2是标准渐开线齿轮受力分布图。

图2 渐开线斜齿轮主从齿轮齿根处弯曲应力分布图

从图2可以得出以下结论：

1）主动轮。两种齿轮在齿根处的弯曲应力分布基本相同，其最大弯曲应力都出现在30°切线附近。不同点是点线啮合主动齿轮的最大应力区域要比渐开线斜齿轮的主动轮最大应力区域偏上一点；

2）从动轮。两种齿轮的从动轮的应力分布有明显的不同，点线啮合齿轮的从动轮弯曲应力明显分布在齿根靠上部的位置，而且应力分布的区域要更长且横跨区域更大。

3.2 主、从动轮最大瞬时弯曲应力分析

图3与图4是选取的不同的啮合瞬间弯曲应力分析图，通过对比可以得出以下结论：

1）最大应力。点线啮合齿轮的主从动齿轮要比渐开线齿轮主从动轮值要大；

2）整体趋势。点线啮合主动轮和渐开线线齿轮在最大弯曲应力方面基本相同，但稍高于普通齿轮；而图4可以看出点线啮合齿轮与普通齿轮在载荷突变的情况下有更高的承载能力。

图3 主动轮最大瞬时弯曲应力

图4 从动轮最大瞬时弯曲应力

4 结语

刮板输送机是煤炭行业的主要作业工具，其工作的稳定性和产能有着密切联系，是保证整个煤炭业经济性的基础工具。在其减速器内使用点线啮合齿轮可以在同等应力载荷冲击下，保证减速器内齿轮工作的稳定性，使得输送机能够正常工作，从而提高煤矿产量。