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采煤机传动齿轮接触疲劳性能及其磨损状态监测研究

刘宇航  
【摘要】:采煤机是现代化矿井中综合机械化采煤的关键设备,采煤机传动系统主要靠齿轮传动,齿轮的强度和寿命长短直接影响采煤机的安全运行和煤矿生产,每年因为齿轮失效引发多次设备故障和安全事故。因此,研究齿轮的疲劳性能与磨损状态采煤机设计维修具有重大意义。本文以采煤机传动系统齿轮及油液监测技术为研究对象,在查找大量资料的基础之上,对比分析了18Cr2Ni4W和17Cr Ni Mo6两种常用齿轮材料的疲劳性能与磨损性能,并根据油液分析技术设计开发了分别基于铁谱技术与颗粒计数技术的在线油液监测装置,用以监测分析传动系统的磨损状态。主要工作和结论如下:设计了适用于采煤机传动系统的在线油液监测系统。完成能够对润滑油的粘度、水分、污染物等级进行监测的传感器的集成,进而构建在线油液监测系统,所开发的油液在线监测系统均能够对油液温度、粘度、水分和磨粒进行监测,从而分析传动齿轮的磨损状态。利用铁谱技术设计的油液在线监测系统能够有效监测磨粒的形貌与尺寸;而利用颗粒计数器设计的油液在线监测系统能够对磨粒的浓度与污染度作出有效判断。利用齿轮试验机模拟采煤机传动齿轮箱,通过在线油液监测装置及多种离线测试分析手段,得到了齿轮服役期间油液理化性能的变化规律,发现随着试验箱的运行,油液低温粘度不断升高,粘温性能变差,油液中水分含量不断升高。相同运行时间下,载荷越高,油液低温性能与粘温性越差;平衡温度与运行阶段符合“浴盆曲线”;发生异常磨损时,温度会发生突变。通过扫描电子显微镜、在线铁谱仪及在线粒度仪,得到了齿轮试验机与采煤机传动系统磨粒产生的数量与尺寸变化规律及磨粒形貌特征。结果表明,随着磨损的加剧,磨粒数量与磨粒尺寸均会增加,其中15-80μm的磨粒所占比例随之变大;随着载荷的增大磨粒浓度不断增大;相同条件下,18Cr2Ni4W齿轮较之17Cr Ni Mo6齿轮产生的磨粒数量更少,展现出更为优异的耐磨性能。齿轮试验机与采煤机传动系统齿轮箱所产生的磨粒多为疲劳剥块及厚大层状磨粒,二者皆为齿轮系所产生的磨粒。统计齿轮试验机与采煤机传动系统磨粒特征,结合NAS1638与SAE AS4059污染等级,制定了适用于采煤机传动系统的污染度等级,得出正常磨损期污染度小于等于8级,而异常磨损期污染等级大于9级。结合国内工业闭式齿轮油换油标准,初步制定在线油液监测预警标准,能够针对传动系统的各项异常发出预警并给出相应对策。综上所述,所开发的油液在线监测系统可有效监测采煤机传动齿轮的运行状态,所制定在线油液监测预警标准,能够针对传动系统的各项异常发出预警并给出相应对策。


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