基于失效分析的采煤機行走機構(gòu)關(guān)鍵零件改進研究一、引言1.1研究背景與意義煤炭作為我國重要的基礎(chǔ)能源，在能源消費結(jié)構(gòu)中占據(jù)著舉足輕重的地位。采煤機作為煤炭開采作業(yè)的核心設(shè)備，其性能直接影響著煤炭開采的效率與安全。而行走機構(gòu)作為采煤機的關(guān)鍵組成部分，承擔(dān)著支撐采煤機機體、實現(xiàn)采煤機在工作面移動以及傳遞動力等重要任務(wù)，對采煤作業(yè)的精準(zhǔn)性和連續(xù)性起著決定性作用。采煤機行走機構(gòu)主要由齒軌輪、銷軌和導(dǎo)向滑靴等關(guān)鍵零件組成。在實際采煤過程中，這些零件工作環(huán)境惡劣，承受著復(fù)雜的載荷，如采煤機自身重力、牽引力、煤層的不均勻反作用力以及沖擊載荷等。同時，還會受到煤炭砂粒等磨料的磨損作用，導(dǎo)致零件容易出現(xiàn)失效問題，如齒軌輪的齒面磨損、齒輪斷裂，銷軌的斷裂、磨損、變形，導(dǎo)向滑靴的磨損、斷裂等。這些失效問題不僅會降低采煤機的工作效率，增加設(shè)備維修成本，嚴重時甚至?xí)?dǎo)致采煤作業(yè)中斷，威脅到工作人員的生命安全。據(jù)相關(guān)統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，在采煤機的各類故障中，行走機構(gòu)故障所占比例較高，且呈上升趨勢。某大型煤礦企業(yè)在過去一年中，采煤機因行走機構(gòu)故障導(dǎo)致的停機時間累計達到了[X]小時，直接經(jīng)濟損失超過了[X]萬元。這些故障不僅影響了煤炭的正常生產(chǎn)，還對企業(yè)的經(jīng)濟效益和安全生產(chǎn)造成了嚴重影響。因此，對采煤機行走機構(gòu)關(guān)鍵零件進行深入分析，并提出有效的改進措施，具有重要的現(xiàn)實意義。通過對采煤機行走機構(gòu)關(guān)鍵零件的分析及改進，可以顯著提高行走機構(gòu)的可靠性和使用壽命，減少設(shè)備故障發(fā)生的概率，降低維修成本，從而提高采煤效率，保障煤炭生產(chǎn)的連續(xù)性和穩(wěn)定性。改進后的行走機構(gòu)能夠更好地適應(yīng)復(fù)雜多變的采煤工作環(huán)境，提高采煤機的運行穩(wěn)定性和安全性，為煤礦企業(yè)的安全生產(chǎn)提供有力保障。對采煤機行走機構(gòu)關(guān)鍵零件的研究還可以推動相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新和發(fā)展，為煤炭開采行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供技術(shù)支持。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀隨著煤炭開采行業(yè)的不斷發(fā)展，采煤機行走機構(gòu)關(guān)鍵零件的研究受到了國內(nèi)外學(xué)者和企業(yè)的廣泛關(guān)注。國內(nèi)外針對采煤機行走機構(gòu)關(guān)鍵零件的研究取得了一定的成果，主要集中在失效分析、優(yōu)化設(shè)計和材料改進等方面。國外在采煤機行走機構(gòu)關(guān)鍵零件的研究方面起步較早，技術(shù)相對成熟。美國、德國、英國等國家的一些知名礦業(yè)設(shè)備制造企業(yè)，如卡特彼勒（Caterpillar）、艾柯夫（Eickhoff）、久益環(huán)球（JoyGlobal）等，投入了大量的研發(fā)資源，對行走機構(gòu)關(guān)鍵零件進行深入研究。他們通過理論分析、實驗研究和數(shù)值模擬等手段，對齒軌輪、銷軌和導(dǎo)向滑靴的受力特性、失效形式和壽命預(yù)測等方面進行了系統(tǒng)的研究，并取得了一系列重要成果。在齒軌輪的設(shè)計方面，國外企業(yè)采用先進的設(shè)計理念和制造工藝，提高了齒軌輪的強度和耐磨性；在銷軌的材料選擇和結(jié)構(gòu)設(shè)計上，也進行了優(yōu)化，以提高其承載能力和抗疲勞性能。國內(nèi)在采煤機行走機構(gòu)關(guān)鍵零件的研究方面也取得了顯著進展。近年來，中國礦業(yè)大學(xué)、太原理工大學(xué)、西安科技大學(xué)等高校以及煤炭科學(xué)研究總院等科研機構(gòu)，在國家相關(guān)科研項目的支持下，對采煤機行走機構(gòu)關(guān)鍵零件進行了深入研究。研究內(nèi)容涵蓋了行走機構(gòu)的動力學(xué)分析、關(guān)鍵零件的失效機理、優(yōu)化設(shè)計方法以及新材料的應(yīng)用等多個方面。通過理論研究與實際工程應(yīng)用相結(jié)合，國內(nèi)在采煤機行走機構(gòu)關(guān)鍵零件的國產(chǎn)化設(shè)計和制造方面取得了重大突破，一些關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)已經(jīng)達到或接近國際先進水平。在失效分析方面，國內(nèi)外學(xué)者對采煤機行走機構(gòu)關(guān)鍵零件的失效形式和原因進行了大量研究。研究表明，齒軌輪的失效主要表現(xiàn)為齒面磨損、齒輪斷裂和齒面塑性流動；銷軌的失效形式包括斷裂、磨損和變形；導(dǎo)向滑靴的失效類型有磨損、斷裂、剝落、整體變形和腐蝕等。學(xué)者們通過對失效零件的微觀組織分析、力學(xué)性能測試和現(xiàn)場工況監(jiān)測，揭示了失效的內(nèi)在機理，為改進設(shè)計提供了理論依據(jù)。在優(yōu)化設(shè)計方面，國內(nèi)外研究人員采用現(xiàn)代設(shè)計方法，如有限元分析、多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計和可靠性設(shè)計等，對采煤機行走機構(gòu)關(guān)鍵零件進行優(yōu)化。通過建立精確的數(shù)學(xué)模型，對零件的結(jié)構(gòu)參數(shù)進行優(yōu)化，提高了零件的強度和剛度，降低了應(yīng)力集中，從而延長了零件的使用壽命。一些研究還考慮了采煤機工作過程中的動態(tài)載荷和多因素耦合作用，使優(yōu)化設(shè)計更加符合實際工況。在材料改進方面，國內(nèi)外都在積極探索新型材料在采煤機行走機構(gòu)關(guān)鍵零件中的應(yīng)用。高強度合金鋼、耐磨鑄鐵和表面涂層材料等被廣泛研究和應(yīng)用，以提高零件的耐磨性、抗疲勞性和耐腐蝕性。一些新型復(fù)合材料，如陶瓷基復(fù)合材料、金屬基復(fù)合材料等，也展現(xiàn)出了良好的應(yīng)用前景，有望進一步提高行走機構(gòu)關(guān)鍵零件的性能。盡管國內(nèi)外在采煤機行走機構(gòu)關(guān)鍵零件的研究方面取得了一定的成果，但仍存在一些不足之處。部分研究主要集中在單一零件的分析和改進，缺乏對整個行走機構(gòu)系統(tǒng)的綜合研究，難以充分考慮零件之間的相互作用和協(xié)同效應(yīng)?，F(xiàn)有研究在考慮采煤機復(fù)雜多變的工作環(huán)境和動態(tài)載荷方面還不夠全面，導(dǎo)致一些改進措施在實際應(yīng)用中效果不夠理想。對于新型材料和制造工藝的研究，雖然取得了一定的進展，但在實際應(yīng)用中還面臨著成本高、可靠性驗證不足等問題。1.3研究內(nèi)容與方法1.3.1研究內(nèi)容本研究將針對采煤機行走機構(gòu)中的齒軌輪、銷軌和導(dǎo)向滑靴這三個關(guān)鍵零件展開深入分析與改進，具體研究內(nèi)容如下：齒軌輪分析與改進：對齒軌輪的失效形式，如齒面磨損、齒輪斷裂和齒面塑性流動等進行詳細分析。運用材料力學(xué)、接觸力學(xué)等理論知識，研究齒軌輪在不同工況下的受力特性，明確導(dǎo)致其失效的主要因素。通過優(yōu)化齒軌輪的齒形參數(shù)，如模數(shù)、齒數(shù)、齒頂高系數(shù)等，改善齒軌輪的嚙合性能，減小齒面接觸應(yīng)力和彎曲應(yīng)力，提高其抗磨損和抗疲勞能力。研究新型材料在齒軌輪制造中的應(yīng)用，如高強度合金鋼、表面涂層材料等，提高齒軌輪的強度和耐磨性。銷軌分析與改進：深入研究銷軌在采煤機運行過程中的受力情況，包括牽引力、采煤機重力、導(dǎo)向滑靴側(cè)向力、銷軸支撐力等。分析銷軌的失效形式，如斷裂、磨損、變形等，探討其失效機理。對銷軌的結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化設(shè)計，如增加銷軌的厚度、改進銷齒的形狀和尺寸等，提高銷軌的承載能力和抗疲勞性能。研究采用新型材料和制造工藝，如高強度合金鑄造、表面熱處理等，提高銷軌的強度和耐磨性，延長其使用壽命。導(dǎo)向滑靴分析與改進：全面分析導(dǎo)向滑靴的失效類型，如磨損、斷裂、剝落、整體變形和腐蝕等，重點研究磨損和斷裂的原因。通過對導(dǎo)向滑靴的結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化，如調(diào)整滑靴的尺寸、形狀和安裝方式等，改善其受力狀態(tài)，減小磨損和斷裂的風(fēng)險。研究采用耐磨材料和表面處理技術(shù)，如耐磨橡膠、陶瓷涂層等，提高導(dǎo)向滑靴的耐磨性和抗腐蝕性。建立導(dǎo)向滑靴的可靠性模型，對其可靠性進行評估和預(yù)測，為導(dǎo)向滑靴的設(shè)計和維護提供依據(jù)。1.3.2研究方法本研究將綜合運用多種研究方法，以確保研究的科學(xué)性和有效性，具體研究方法如下：失效分析方法：通過對采煤機行走機構(gòu)關(guān)鍵零件的失效樣本進行宏觀觀察、微觀組織分析、力學(xué)性能測試和化學(xué)成分分析等，深入研究零件的失效形式和原因，為改進設(shè)計提供依據(jù)。收集實際采煤過程中出現(xiàn)失效的齒軌輪、銷軌和導(dǎo)向滑靴樣本，對其失效部位進行詳細的外觀檢查，記錄失效的宏觀特征，如磨損痕跡、裂紋形態(tài)、變形情況等。采用掃描電子顯微鏡（SEM）、金相顯微鏡等設(shè)備對失效零件的微觀組織進行分析，觀察組織形態(tài)、晶粒大小、缺陷分布等，揭示失效的微觀機制。對失效零件進行硬度測試、拉伸試驗、沖擊試驗等力學(xué)性能測試，了解零件的力學(xué)性能變化，判斷是否因力學(xué)性能不足導(dǎo)致失效。通過化學(xué)分析方法，檢測失效零件的化學(xué)成分，檢查是否存在化學(xué)成分不合格或偏析等問題，影響零件的性能。建模與仿真方法：利用計算機輔助設(shè)計（CAD）軟件建立齒軌輪、銷軌和導(dǎo)向滑靴的三維模型，運用有限元分析（FEA）軟件對其進行力學(xué)分析和優(yōu)化設(shè)計。通過建立精確的模型，模擬零件在不同工況下的受力和變形情況，預(yù)測零件的性能，為改進設(shè)計提供理論支持。在CAD軟件中，根據(jù)齒軌輪、銷軌和導(dǎo)向滑靴的實際尺寸和結(jié)構(gòu)，建立詳細的三維模型，確保模型的準(zhǔn)確性和完整性。將建立好的三維模型導(dǎo)入到有限元分析軟件中，對模型進行網(wǎng)格劃分，定義材料屬性、邊界條件和載荷工況。根據(jù)實際采煤工況，施加相應(yīng)的力、位移、約束等邊界條件，模擬零件在工作過程中的受力情況。通過有限元分析，得到零件的應(yīng)力、應(yīng)變分布云圖，分析零件的薄弱部位和潛在的失效風(fēng)險。根據(jù)分析結(jié)果，對零件的結(jié)構(gòu)參數(shù)進行優(yōu)化調(diào)整，重新進行有限元分析，直到滿足設(shè)計要求為止。實驗研究方法：設(shè)計并進行相關(guān)實驗，驗證改進方案的有效性。通過實驗測試，獲取零件的性能數(shù)據(jù)，為理論分析和仿真研究提供實際依據(jù)。根據(jù)研究內(nèi)容和目的，設(shè)計針對性的實驗方案，包括實驗設(shè)備的選擇、實驗參數(shù)的設(shè)定、實驗步驟的安排等。制造改進后的齒軌輪、銷軌和導(dǎo)向滑靴樣品，將其安裝在采煤機實驗臺上，模擬實際采煤工況進行實驗測試。在實驗過程中，使用各種傳感器和測試設(shè)備，實時監(jiān)測零件的受力、磨損、溫度等參數(shù)，記錄實驗數(shù)據(jù)。對實驗數(shù)據(jù)進行分析處理，對比改進前后零件的性能變化，評估改進方案的效果。根據(jù)實驗結(jié)果，對改進方案進行進一步優(yōu)化和完善。案例分析法：收集和分析實際煤礦生產(chǎn)中采煤機行走機構(gòu)關(guān)鍵零件的應(yīng)用案例，總結(jié)經(jīng)驗教訓(xùn)，為研究提供實踐參考。通過對實際案例的分析，了解零件在不同工作環(huán)境和工況下的運行情況，發(fā)現(xiàn)存在的問題，驗證改進措施的實際應(yīng)用效果。調(diào)研多個煤礦企業(yè)，收集采煤機行走機構(gòu)關(guān)鍵零件的使用情況、故障記錄、維修數(shù)據(jù)等信息，建立案例數(shù)據(jù)庫。對案例數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，總結(jié)零件的失效規(guī)律和常見問題，分析其產(chǎn)生的原因。針對典型案例，深入研究改進措施的實施過程和效果，評估改進措施在實際應(yīng)用中的可行性和有效性。將案例分析的結(jié)果反饋到研究中，對改進方案進行調(diào)整和優(yōu)化，使其更符合實際生產(chǎn)需求。二、采煤機行走機構(gòu)關(guān)鍵零件概述2.1采煤機行走機構(gòu)簡介采煤機行走機構(gòu)作為采煤機實現(xiàn)移動功能的核心部件，在煤炭開采過程中發(fā)揮著不可或缺的作用。它主要由牽引減速箱、行走箱、驅(qū)動輪、行走輪（齒軌輪）、銷軌以及導(dǎo)向滑靴等部分組成。牽引減速箱是行走機構(gòu)的動力傳輸樞紐，內(nèi)部包含牽引電動機、兩級直尺傳動和兩級行星機構(gòu)。牽引電動機通過電磁感應(yīng)原理，將電能轉(zhuǎn)化為機械能，輸出高速旋轉(zhuǎn)的動力。然后，動力經(jīng)兩級直尺傳動和兩級行星機構(gòu)的減速增扭作用，將高轉(zhuǎn)速、低扭矩轉(zhuǎn)化為適合采煤機行走的低轉(zhuǎn)速、高扭矩，為采煤機的移動提供穩(wěn)定的動力支持。行走箱則是行走機構(gòu)的重要承載部件，采用整體直立式結(jié)構(gòu)，左、右通用，主要由殼體、驅(qū)動輪、行走組件、花鍵軸、心軸和導(dǎo)向滑靴等機構(gòu)組成，其傳動方式為開式齒輪傳動。花鍵軸的一端與牽引部中雙行星減速器的四行星機構(gòu)中的行星架一側(cè)的花鍵相嚙合，另一端與行走箱中的驅(qū)動輪花鍵孔相嚙合，從而將牽引減速箱輸出的動力傳遞給驅(qū)動輪。驅(qū)動輪在接收到動力后，通過與外擺線齒行走輪的外擺線齒相嚙合，將動力進一步傳遞給行走輪。行走輪通常采用齒軌輪的形式，其外擺線齒與鋪設(shè)在工作面刮板輸送機上的銷軌相嚙合。當(dāng)行走輪在驅(qū)動輪的帶動下旋轉(zhuǎn)時，由于齒軌輪與銷軌的嚙合作用，采煤機便沿著刮板輸送機實現(xiàn)向左或向右的行走運動。在整個行走過程中，導(dǎo)向滑靴起著至關(guān)重要的作用。它安裝在采煤機的行走箱上，主要有兩個作用：一是為采煤機的行走提供導(dǎo)向，確保采煤機能夠沿著預(yù)定的軌道穩(wěn)定移動，避免出現(xiàn)跑偏現(xiàn)象；二是支撐采煤機的部分重量，分擔(dān)采煤機在運行過程中所受到的各種力，保證采煤機的平穩(wěn)運行。導(dǎo)向滑靴一般分為兩種類型，一種是導(dǎo)向滑靴，另一種是平滑靴。采煤機由老塘側(cè)的兩個導(dǎo)向滑靴和煤壁側(cè)的兩個平滑靴分別支承在工作面刮板運輸機銷軌和鏟煤板上。常見的采煤機無鏈牽引方式主要有齒輪-銷軌式、鏈輪-鏈軌式等。齒輪-銷軌式無鏈牽引方式在采煤機的行走部安裝有與牽引電機相連的驅(qū)動齒輪，在工作面的刮板輸送機上鋪設(shè)銷軌。驅(qū)動齒輪與銷軌相互嚙合，當(dāng)電機帶動驅(qū)動齒輪旋轉(zhuǎn)時，齒輪在銷軌上滾動，從而推動采煤機前進或后退。這種牽引方式傳動平穩(wěn)、可靠性高，能適應(yīng)較大的牽引力需求，在采煤機中應(yīng)用較為廣泛。鏈輪-鏈軌式無鏈牽引裝置則是在采煤機上安裝鏈輪，工作面鋪設(shè)特制的鏈軌。鏈輪與鏈軌的鏈節(jié)相嚙合，通過鏈輪的轉(zhuǎn)動實現(xiàn)采煤機的牽引。這種方式在一些對牽引力和穩(wěn)定性要求較高的采煤作業(yè)中應(yīng)用較多，如大采高采煤工作面。2.2關(guān)鍵零件構(gòu)成齒軌輪、銷軌和導(dǎo)向滑靴是采煤機行走機構(gòu)中的關(guān)鍵零件，它們在采煤機的運行過程中各自承擔(dān)著獨特且重要的作用，共同確保行走機構(gòu)的正常運行，進而保障采煤機高效、穩(wěn)定地完成采煤作業(yè)。齒軌輪作為行走機構(gòu)中動力傳遞和實現(xiàn)行走的關(guān)鍵部件，安裝于采煤機行走箱內(nèi)的行走輪組件上，通常通過花鍵或鍵連接等方式與驅(qū)動軸相連。其輪齒與鋪設(shè)在刮板輸送機上的銷軌相互嚙合，將牽引減速箱輸出的扭矩轉(zhuǎn)化為采煤機的行走動力。在采煤機運行過程中，齒軌輪持續(xù)承受著來自銷軌的法向力、切向力以及因采煤機機身振動和煤層起伏等因素產(chǎn)生的沖擊載荷。這些復(fù)雜的載荷使得齒軌輪在工作時面臨著嚴峻的考驗，極易出現(xiàn)齒面磨損、齒輪斷裂和齒面塑性流動等失效形式。齒面磨損會導(dǎo)致齒厚減薄，降低齒軌輪的承載能力，嚴重時甚至?xí)l(fā)齒輪斷裂，導(dǎo)致采煤機停機；齒面塑性流動則會破壞齒面的幾何形狀，影響齒軌輪與銷軌的嚙合精度，進而降低采煤機的行走穩(wěn)定性。銷軌是采煤機行走的軌道，通常安裝在刮板輸送機的槽幫上，通過銷軸或螺栓等連接件與槽幫固定。銷軌的銷齒與齒軌輪相互嚙合，為采煤機的行走提供支撐和導(dǎo)向作用。在采煤機運行過程中，銷軌承受著來自齒軌輪的嚙合力、采煤機機身的重力以及導(dǎo)向滑靴的側(cè)向力等多種載荷。同時，由于銷軌與齒軌輪的嚙合過程中存在相對滑動和沖擊，銷軌還會受到磨損和疲勞作用。這些復(fù)雜的受力情況使得銷軌容易出現(xiàn)斷裂、磨損和變形等失效形式。銷軌的斷裂會導(dǎo)致采煤機行走中斷，影響采煤作業(yè)的正常進行；磨損會使銷軌的銷齒尺寸減小，降低其與齒軌輪的嚙合精度，增加采煤機運行的不穩(wěn)定因素；變形則會導(dǎo)致銷軌與齒軌輪的嚙合不良，甚至出現(xiàn)脫軌的危險。導(dǎo)向滑靴安裝在采煤機行走箱的兩側(cè)，與刮板輸送機的鏟煤板或銷軌接觸，主要起到為采煤機行走提供導(dǎo)向和支撐部分重量的作用。在采煤機運行過程中，導(dǎo)向滑靴受到采煤機機身的重力、側(cè)向力以及因采煤機轉(zhuǎn)彎、起伏等運動產(chǎn)生的慣性力等作用。同時，導(dǎo)向滑靴與鏟煤板或銷軌之間存在相對滑動，會受到摩擦磨損的影響。這些復(fù)雜的受力和工作條件使得導(dǎo)向滑靴容易出現(xiàn)磨損、斷裂、剝落、整體變形和腐蝕等失效形式。磨損是導(dǎo)向滑靴最常見的失效形式之一，會導(dǎo)致導(dǎo)向滑靴的尺寸減小，降低其導(dǎo)向和支撐能力；斷裂則會使導(dǎo)向滑靴失去作用，影響采煤機的行走穩(wěn)定性；剝落會破壞導(dǎo)向滑靴的表面質(zhì)量，加速其磨損；整體變形會導(dǎo)致導(dǎo)向滑靴與鏟煤板或銷軌的配合不良，影響采煤機的正常運行；腐蝕則會降低導(dǎo)向滑靴的強度和耐磨性，縮短其使用壽命。齒軌輪、銷軌和導(dǎo)向滑靴在采煤機行走機構(gòu)中緊密配合，缺一不可。齒軌輪通過與銷軌的嚙合實現(xiàn)采煤機的行走，導(dǎo)向滑靴則為采煤機的行走提供導(dǎo)向和支撐，確保采煤機能夠沿著預(yù)定的軌道穩(wěn)定運行。任何一個零件出現(xiàn)失效問題，都可能導(dǎo)致行走機構(gòu)故障，影響采煤機的正常工作，因此，對這些關(guān)鍵零件進行深入分析和改進具有重要意義。三、關(guān)鍵零件失效分析3.1齒軌輪失效分析3.1.1齒面磨損在采煤機的運行過程中，齒軌輪的齒面磨損是一種較為常見的失效形式。齒軌輪為開式齒輪結(jié)構(gòu)，在采煤機工作時，煤炭開采環(huán)境中不可避免地會有大量煤炭沙粒掉落并進入齒軌輪與銷軌的嚙合區(qū)域。這些沙粒硬度較高，在齒軌輪與銷軌相對運動時，會嵌入齒面，如同磨料一般，在齒面產(chǎn)生微小的劃痕和擦傷。隨著采煤機的持續(xù)運行，齒軌輪不斷轉(zhuǎn)動，齒面與沙粒的摩擦持續(xù)進行，劃痕和擦傷逐漸增多且加深，導(dǎo)致齒面材料逐漸被磨損掉。齒面磨損會導(dǎo)致齒厚逐漸減薄，齒軌輪的承載能力隨之下降。根據(jù)材料力學(xué)原理，齒厚減薄會使齒面在承受載荷時的應(yīng)力集中現(xiàn)象加劇，當(dāng)應(yīng)力超過齒軌輪材料的許用應(yīng)力時，就容易引發(fā)齒面疲勞裂紋的產(chǎn)生。裂紋一旦出現(xiàn)，在交變載荷的作用下會迅速擴展，最終可能導(dǎo)致齒面剝落，嚴重時甚至?xí)l(fā)齒輪斷裂。齒面磨損還會改變齒面的粗糙度和齒形精度，使得齒軌輪與銷軌的嚙合變差，在嚙合過程中產(chǎn)生沖擊和振動，不僅降低了采煤機行走的平穩(wěn)性，還會產(chǎn)生較大的噪聲，影響設(shè)備的正常運行。3.1.2齒輪斷裂采煤機在工作時，行走部需要承受采煤機自身重力、煤層的不均勻反作用力以及由于煤層地質(zhì)條件變化、采煤機啟動和停止等原因產(chǎn)生的沖擊載荷。這些重載因素會使齒軌輪承受巨大的彎矩和扭矩。當(dāng)齒軌輪受到的載荷超過其材料的強度極限時，就會在齒根等薄弱部位產(chǎn)生裂紋。齒根部位是齒輪受力的關(guān)鍵部位，在傳遞動力過程中，齒根承受著較大的彎曲應(yīng)力。由于齒根過渡圓角半徑較小，在載荷作用下容易產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象。在采煤機運行過程中，齒軌輪受到的載荷是動態(tài)變化的，這種交變載荷會使齒根處的應(yīng)力集中更加嚴重，加速裂紋的產(chǎn)生和擴展。當(dāng)裂紋擴展到一定程度時，齒軌輪就會發(fā)生斷裂。齒輪斷裂是一種嚴重的失效形式，會導(dǎo)致采煤機突然停機，嚴重影響采煤效率。不僅如此，齒輪斷裂還可能引發(fā)其他零部件的損壞，如銷軌、導(dǎo)向滑靴等，增加設(shè)備維修成本和維修難度。在一些情況下，齒輪斷裂還可能對工作人員的生命安全構(gòu)成威脅，因此，齒輪斷裂問題必須引起足夠的重視。3.1.3齒面塑性流動在低速重載的工作條件下，齒軌輪齒面容易出現(xiàn)塑性流動現(xiàn)象。當(dāng)齒軌輪接觸面受到的應(yīng)力超過材料的屈服極限時，齒面金屬就會產(chǎn)生塑性變形，發(fā)生流動。這是因為在低速重載工況下，齒軌輪與銷軌之間的接觸應(yīng)力分布不均勻，在局部區(qū)域會產(chǎn)生較大的應(yīng)力集中。齒面塑性流動會導(dǎo)致齒面的幾何形狀發(fā)生改變，原本光滑的齒面會出現(xiàn)波浪狀、齒頂變尖、齒根變寬等現(xiàn)象。這些變化會破壞齒軌輪與銷軌的正常嚙合，使得嚙合過程中的傳動比不穩(wěn)定，產(chǎn)生沖擊和振動。齒面塑性流動還會使齒面的粗糙度增加，進一步加劇齒面的磨損，降低齒軌輪的使用壽命。由于齒面幾何形狀的改變，齒軌輪在工作時的受力情況也會發(fā)生變化，導(dǎo)致齒根處的彎曲應(yīng)力增大，增加了齒輪斷裂的風(fēng)險。3.2導(dǎo)向滑靴失效分析3.2.1滑靴磨損在采煤機的工作過程中，導(dǎo)向滑靴承受著多種復(fù)雜的作用力，其中軸向力是導(dǎo)致滑靴磨損的重要因素之一。采煤機在運行時，由于受到煤層起伏、刮板輸送機的不平整以及自身重力等因素的影響，會產(chǎn)生較大的彎矩。為了避免這種彎矩對采煤機整體結(jié)構(gòu)造成影響，導(dǎo)向滑靴需要增大對軌道側(cè)面的正向壓力，以維持采煤機的穩(wěn)定運行。在這個過程中，銷軌軌道上不可避免地存在煤炭沙粒，這些沙粒在軸向力的作用下成為了滑靴和軌道之間的磨料。隨著采煤機的持續(xù)運行，滑靴與軌道之間的相對滑動不斷進行，煤炭沙粒就像砂紙一樣，對滑靴表面進行著持續(xù)的摩擦和刮削。這種摩擦作用使得滑靴表面的材料逐漸被磨損掉，導(dǎo)致滑靴的尺寸逐漸減小，表面粗糙度增加。銷軌和滑靴之間的間隙也會因磨損而被放大。當(dāng)間隙過大時，齒軌輪在運行過程中就會出現(xiàn)偏載現(xiàn)象，即齒軌輪的受力不均勻，一側(cè)受到的壓力較大，另一側(cè)受到的壓力較小。偏載會導(dǎo)致齒軌輪與銷軌的嚙合不良，進一步加劇齒軌輪和銷軌的磨損，形成惡性循環(huán)?；ツp會嚴重影響導(dǎo)向滑靴的導(dǎo)向和支撐作用。導(dǎo)向作用的減弱會使采煤機在行走過程中容易出現(xiàn)跑偏現(xiàn)象，導(dǎo)致采煤機偏離預(yù)定的運行軌道，影響采煤作業(yè)的精度和效率。支撐作用的降低則會使采煤機的穩(wěn)定性下降，在運行過程中容易產(chǎn)生振動和晃動，不僅會對采煤機的其他部件造成損壞，還會增加工作人員的操作難度和安全風(fēng)險。3.2.2滑靴斷裂在采煤機行走機構(gòu)的設(shè)計中，為保證采煤機行走部的正常工作，刮板輸送機的底板在水平方向和垂直方向均設(shè)置了一定大小的彎曲角度。一般來說，水平方向的彎曲角度不超過±1°，垂直方向的彎曲角度不超過±3°。然而，在實際采煤過程中，隨著采煤機運行時間的增加，刮板輸送機的連接位置會因受到各種力的作用而逐漸出現(xiàn)磨損。這種磨損會導(dǎo)致刮板輸送機的彎曲角度逐漸增大。當(dāng)彎曲角度增大到一定程度，超過了齒軌輪能夠正常通過的范圍時，導(dǎo)向滑靴就會受到異常的作用力。特別是導(dǎo)向滑靴的底鉤和中部，會承受較大的應(yīng)力。當(dāng)這些應(yīng)力超過導(dǎo)向滑靴材料的強度極限時，底鉤和中部就會發(fā)生斷裂。滑靴斷裂是一種嚴重的失效形式，會對采煤機的平穩(wěn)運行產(chǎn)生極大的危害。一旦導(dǎo)向滑靴斷裂，采煤機就會失去有效的導(dǎo)向和支撐，在運行過程中會出現(xiàn)劇烈的晃動和偏移，甚至可能導(dǎo)致采煤機脫軌，引發(fā)嚴重的安全事故?；嗔堰€會導(dǎo)致采煤機停機，需要進行維修和更換滑靴，這不僅會影響采煤效率，增加設(shè)備維修成本，還會對整個煤礦生產(chǎn)的連續(xù)性造成影響。3.3銷軌失效分析3.3.1啟動階段失效在采煤機啟動階段，銷軌承受著極為復(fù)雜且巨大的載荷，其中接觸應(yīng)力和剪切力表現(xiàn)得尤為突出。采煤機啟動時，需要克服自身的慣性以及與刮板輸送機之間的靜摩擦力等阻力，從而產(chǎn)生較大的啟動扭矩。這個啟動扭矩通過齒軌輪傳遞到銷軌上，使得銷軌的銷齒與齒軌輪的輪齒之間產(chǎn)生強烈的相互作用。從力學(xué)原理角度分析，當(dāng)齒軌輪與銷軌開始嚙合時，由于接觸面積較小，根據(jù)接觸應(yīng)力計算公式\sigma_{H}=\sqrt{\frac{F_{n}}{b\rho_{1}}\left(\frac{1}{\rho_{1}}+\frac{1}{\rho_{2}}\right)E}（其中\(zhòng)sigma_{H}為接觸應(yīng)力，F(xiàn)_{n}為法向載荷，b為接觸寬度，\rho_{1}、\rho_{2}為兩接觸體在接觸點處的曲率半徑，E為綜合彈性模量），在較大的法向載荷F_{n}作用下，會產(chǎn)生極大的接觸應(yīng)力。同時，由于齒軌輪的轉(zhuǎn)動，會對銷軌產(chǎn)生一個切向力，這個切向力試圖使銷軌發(fā)生相對移動，從而在銷軌內(nèi)部產(chǎn)生剪切力。在實際采煤過程中，由于煤層地質(zhì)條件的復(fù)雜性和不確定性，采煤機啟動時所面臨的阻力可能會出現(xiàn)較大的波動。在一些地質(zhì)條件較差的區(qū)域，煤層中可能存在夾矸等堅硬物質(zhì)，采煤機啟動時需要額外克服這些障礙物的阻力，這會進一步增大啟動扭矩，從而使銷軌所受到的接觸應(yīng)力和剪切力急劇增加。這種極大的接觸應(yīng)力和剪切力會對銷軌的材料性能產(chǎn)生嚴重的考驗。在高應(yīng)力的作用下，銷軌表面的材料容易發(fā)生塑性變形，導(dǎo)致銷齒的形狀和尺寸發(fā)生改變。如果應(yīng)力超過銷軌材料的屈服強度，還會在銷軌內(nèi)部產(chǎn)生微小的裂紋。這些微小裂紋在后續(xù)采煤機的運行過程中，會在交變載荷的作用下不斷擴展和連接，最終導(dǎo)致銷軌的斷裂。即使裂紋沒有立即導(dǎo)致銷軌斷裂，也會降低銷軌的承載能力和疲勞壽命，使其更容易在后續(xù)的工作中出現(xiàn)失效問題。因此，啟動階段的失效對銷軌的壽命有著重要的影響，是導(dǎo)致銷軌早期失效的一個關(guān)鍵因素。3.3.2運行階段失效采煤機在運行階段，銷軌主要受到齒軌輪施加的周期性沖擊力的作用。隨著采煤機的移動，齒軌輪與銷軌不斷嚙合和脫離，每一次嚙合都會對銷軌產(chǎn)生一次沖擊。這種周期性的沖擊載荷是由于齒軌輪與銷軌的嚙合特性以及采煤機運行過程中的振動等因素引起的。在齒軌輪與銷軌的嚙合過程中，由于制造誤差、安裝精度以及運行過程中的磨損等原因，齒軌輪與銷軌的嚙合并非完全平穩(wěn)。當(dāng)齒軌輪的輪齒與銷軌的銷齒進入嚙合時，會產(chǎn)生一定的沖擊。而且，采煤機在運行過程中，會受到來自煤層的不均勻反作用力、刮板輸送機的振動以及自身的慣性力等多種因素的影響，這些因素會導(dǎo)致采煤機產(chǎn)生振動和晃動，進而使齒軌輪對銷軌的沖擊力進一步增大。這種周期性的沖擊力長期作用在銷軌上，會導(dǎo)致銷軌出現(xiàn)多種失效形式。首先，沖擊力會使銷軌產(chǎn)生疲勞裂紋。根據(jù)疲勞損傷理論，材料在交變載荷作用下，會在內(nèi)部產(chǎn)生微觀裂紋，隨著載荷循環(huán)次數(shù)的增加，裂紋會逐漸擴展。當(dāng)裂紋擴展到一定程度時，銷軌就會發(fā)生斷裂。其次，沖擊力會加劇銷軌的磨損。在沖擊作用下，銷軌與齒軌輪之間的相對滑動加劇，導(dǎo)致銷軌表面的材料不斷被磨損掉，銷齒的尺寸逐漸減小。磨損還會使銷軌表面的粗糙度增加，進一步降低銷軌的耐磨性，形成惡性循環(huán)。沖擊力還會導(dǎo)致銷軌發(fā)生變形。當(dāng)沖擊力超過銷軌的屈服強度時，銷軌會發(fā)生塑性變形，使銷軌的形狀和尺寸發(fā)生改變，影響其與齒軌輪的嚙合精度。銷軌的斷裂、磨損和變形等失效形式會對采煤機的運行產(chǎn)生嚴重的影響。銷軌斷裂會導(dǎo)致采煤機行走中斷，需要立即停機進行維修，嚴重影響采煤效率。磨損會降低銷軌的承載能力和嚙合精度，增加采煤機運行的不穩(wěn)定因素，導(dǎo)致采煤機出現(xiàn)振動和噪聲，還會加速齒軌輪的磨損。變形會使銷軌與齒軌輪的嚙合不良，甚至出現(xiàn)脫軌的危險，危及采煤機的安全運行。四、關(guān)鍵零件分析方法4.1理論分析4.1.1力學(xué)分析在采煤機行走機構(gòu)中，齒軌輪、銷軌和導(dǎo)向滑靴的力學(xué)分析是深入理解其工作性能和失效機理的關(guān)鍵。運用材料力學(xué)、接觸力學(xué)等力學(xué)原理，對這些關(guān)鍵零件在工作過程中的受力情況進行詳細分析，能夠為后續(xù)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化和材料改進提供堅實的理論基礎(chǔ)。對于齒軌輪，在采煤機運行時，其與銷軌的嚙合過程極為復(fù)雜。齒軌輪的輪齒承受著來自銷軌的法向力和切向力。法向力垂直于齒面，它的大小直接影響齒面接觸應(yīng)力的大小，根據(jù)赫茲接觸理論，接觸應(yīng)力與法向力的平方根成正比。切向力則沿著齒面方向，用于驅(qū)動齒軌輪轉(zhuǎn)動，同時也會使齒軌輪產(chǎn)生彎曲應(yīng)力。在齒軌輪的齒根部位，由于幾何形狀的突變，存在著明顯的應(yīng)力集中現(xiàn)象。當(dāng)齒軌輪傳遞動力時，齒根承受著較大的彎曲應(yīng)力，根據(jù)材料力學(xué)中的彎曲應(yīng)力公式\sigma=\frac{My}{I}（其中\(zhòng)sigma為彎曲應(yīng)力，M為彎矩，y為計算點到中性軸的距離，I為截面慣性矩），齒根處的彎曲應(yīng)力較大，容易引發(fā)疲勞裂紋。在采煤機啟動、停止以及遇到煤層地質(zhì)變化時，齒軌輪還會受到?jīng)_擊載荷的作用，這些沖擊載荷會瞬間增大齒軌輪所承受的應(yīng)力，加速其失效過程。銷軌在工作過程中，受到來自齒軌輪的嚙合力、采煤機機身的重力以及導(dǎo)向滑靴的側(cè)向力等多種載荷的共同作用。齒軌輪與銷軌的嚙合點處，銷軌承受著較大的接觸應(yīng)力和剪切力。接觸應(yīng)力使銷軌表面產(chǎn)生局部塑性變形，長期作用下會導(dǎo)致表面磨損和疲勞裂紋的產(chǎn)生。剪切力則試圖使銷軌發(fā)生相對移動，當(dāng)剪切力超過銷軌材料的抗剪強度時，會導(dǎo)致銷軌內(nèi)部產(chǎn)生裂紋。采煤機機身的重力通過導(dǎo)向滑靴傳遞到銷軌上，使銷軌承受一定的壓力，這也會影響銷軌的受力分布。導(dǎo)向滑靴的側(cè)向力會使銷軌受到側(cè)向彎曲作用，增加銷軌的變形和應(yīng)力。在采煤機啟動階段，由于需要克服較大的靜摩擦力，齒軌輪對銷軌的沖擊力較大，此時銷軌所承受的應(yīng)力最為復(fù)雜，容易出現(xiàn)早期失效。導(dǎo)向滑靴在采煤機運行過程中，主要受到采煤機機身的重力、側(cè)向力以及因采煤機轉(zhuǎn)彎、起伏等運動產(chǎn)生的慣性力等作用。采煤機機身的重力使導(dǎo)向滑靴與刮板輸送機的鏟煤板或銷軌之間產(chǎn)生正壓力，在相對滑動過程中，這個正壓力會導(dǎo)致導(dǎo)向滑靴表面產(chǎn)生摩擦力，從而引起磨損。側(cè)向力是由于采煤機在運行過程中受到煤層起伏、刮板輸送機的不平整以及自身轉(zhuǎn)彎等因素的影響而產(chǎn)生的。側(cè)向力會使導(dǎo)向滑靴與軌道之間的接觸應(yīng)力分布不均勻，在局部區(qū)域產(chǎn)生較大的應(yīng)力集中，加速導(dǎo)向滑靴的磨損和破壞。當(dāng)采煤機轉(zhuǎn)彎時，導(dǎo)向滑靴還會受到離心力的作用，這個離心力會增加導(dǎo)向滑靴的側(cè)向力，進一步加劇其受力的復(fù)雜性。在采煤機爬坡或下坡時，由于重力的分力作用，導(dǎo)向滑靴會受到額外的拉力或壓力，這也會影響其工作性能。通過對齒軌輪、銷軌和導(dǎo)向滑靴的力學(xué)分析，可以明確它們在工作過程中的受力特點和薄弱環(huán)節(jié)，為后續(xù)的改進設(shè)計提供有力的理論依據(jù)。在齒軌輪的設(shè)計中，可以通過優(yōu)化齒形參數(shù)，如增大齒根過渡圓角半徑、調(diào)整齒厚等，來降低齒根處的應(yīng)力集中，提高齒軌輪的抗疲勞能力。在銷軌的設(shè)計中，可以采用合理的結(jié)構(gòu)形式和材料，提高其承載能力和抗剪強度，減少裂紋的產(chǎn)生。對于導(dǎo)向滑靴，可以通過改進結(jié)構(gòu)和安裝方式，減小側(cè)向力的影響，降低磨損和斷裂的風(fēng)險。4.1.2材料性能分析采煤機行走機構(gòu)關(guān)鍵零件的材料性能對其工作性能和使用壽命有著至關(guān)重要的影響。深入研究齒軌輪、銷軌和導(dǎo)向滑靴材料的性能指標(biāo)，分析材料性能與零件失效之間的關(guān)系，能夠為材料改進提供科學(xué)依據(jù)，從而提高零件的可靠性和耐久性。齒軌輪通常采用高強度合金鋼制造，其材料性能指標(biāo)對齒軌輪的性能起著關(guān)鍵作用。硬度是衡量材料抵抗局部塑性變形能力的指標(biāo)，齒軌輪的硬度直接影響其耐磨性。較高的硬度可以使齒軌輪表面更能抵抗煤炭沙粒等磨料的磨損，減少齒面磨損的程度。但硬度也并非越高越好，過高的硬度會使材料的韌性降低，增加齒軌輪在承受沖擊載荷時發(fā)生脆性斷裂的風(fēng)險。強度是材料抵抗變形和斷裂的能力，對于齒軌輪來說，足夠的強度能夠保證其在傳遞動力過程中不發(fā)生過量變形和斷裂。齒軌輪在工作時承受著復(fù)雜的載荷，包括彎曲應(yīng)力、接觸應(yīng)力和沖擊應(yīng)力等，因此需要材料具有較高的抗拉強度、屈服強度和疲勞強度。韌性是材料在斷裂前吸收能量的能力，良好的韌性可以使齒軌輪在受到?jīng)_擊載荷時，通過塑性變形吸收能量，避免突然斷裂。如果齒軌輪材料的韌性不足，在受到?jīng)_擊時容易產(chǎn)生裂紋并迅速擴展，導(dǎo)致齒軌輪失效。銷軌材料的性能同樣對其工作性能有著重要影響。銷軌在工作過程中承受著齒軌輪的嚙合力、采煤機機身的重力以及導(dǎo)向滑靴的側(cè)向力等多種載荷，因此需要具備較高的強度和韌性。高強度可以保證銷軌在承受較大載荷時不發(fā)生斷裂和變形，確保采煤機的正常運行。韌性則可以使銷軌在受到?jīng)_擊時能夠吸收能量，防止裂紋的產(chǎn)生和擴展。銷軌還需要具有良好的耐磨性，以抵抗齒軌輪與銷軌之間的相對滑動和摩擦所產(chǎn)生的磨損。耐磨性與材料的硬度、組織結(jié)構(gòu)以及表面處理等因素有關(guān)。通過選擇合適的材料和進行表面處理，如淬火、滲碳等，可以提高銷軌的硬度和耐磨性，延長其使用壽命。導(dǎo)向滑靴由于工作環(huán)境惡劣，需要具備良好的耐磨性、耐腐蝕性和一定的強度。耐磨性是導(dǎo)向滑靴材料的重要性能指標(biāo)之一，因為導(dǎo)向滑靴在工作過程中與刮板輸送機的鏟煤板或銷軌之間存在相對滑動，容易產(chǎn)生磨損。采用耐磨材料，如耐磨橡膠、陶瓷涂層等，可以顯著提高導(dǎo)向滑靴的耐磨性。耐腐蝕性也是導(dǎo)向滑靴材料需要考慮的重要因素，因為煤礦井下環(huán)境潮濕，含有大量的腐蝕性氣體和液體，容易對導(dǎo)向滑靴造成腐蝕。選擇耐腐蝕材料，如不銹鋼、表面鍍鋅等，可以提高導(dǎo)向滑靴的耐腐蝕性。導(dǎo)向滑靴還需要具有一定的強度，以承受采煤機機身的重力、側(cè)向力以及慣性力等作用。強度不足會導(dǎo)致導(dǎo)向滑靴在工作過程中發(fā)生變形和斷裂，影響采煤機的正常運行。材料性能與零件失效之間存在著密切的關(guān)系。如果齒軌輪材料的硬度不足，容易導(dǎo)致齒面磨損加劇，齒厚減薄，從而降低齒軌輪的承載能力，最終引發(fā)齒軌輪的失效。如果銷軌材料的強度和韌性不足，在承受較大載荷時容易發(fā)生斷裂和變形，影響采煤機的行走。如果導(dǎo)向滑靴材料的耐磨性和耐腐蝕性不足，會導(dǎo)致導(dǎo)向滑靴表面磨損和腐蝕嚴重，降低其導(dǎo)向和支撐能力，甚至引發(fā)安全事故。因此，通過對材料性能的深入研究和分析，可以有針對性地選擇和改進材料，提高關(guān)鍵零件的性能，減少失效的發(fā)生。四、關(guān)鍵零件分析方法4.2建模與仿真分析4.2.1模型建立利用專業(yè)的計算機輔助設(shè)計（CAD）軟件，如SolidWorks、Pro/E等，建立齒軌輪、銷軌和導(dǎo)向滑靴的三維模型。這些軟件具有強大的建模功能，能夠準(zhǔn)確地模擬零件的結(jié)構(gòu)和形狀，為后續(xù)的仿真分析提供精確的模型基礎(chǔ)。在建立齒軌輪三維模型時，根據(jù)其實際的設(shè)計參數(shù)，如模數(shù)、齒數(shù)、齒頂高系數(shù)、齒根高系數(shù)等，精確繪制齒軌輪的齒形。利用軟件的草圖繪制工具，繪制漸開線齒廓，并通過拉伸、旋轉(zhuǎn)等操作，生成齒軌輪的實體模型?？紤]齒軌輪的輪轂結(jié)構(gòu)、鍵槽位置和尺寸等細節(jié)，確保模型的完整性和準(zhǔn)確性。對齒軌輪模型進行必要的簡化，去除一些對分析結(jié)果影響較小的圓角、倒角等特征，以提高后續(xù)仿真分析的計算效率。對于銷軌，根據(jù)其在刮板輸送機上的安裝尺寸和結(jié)構(gòu)特點，建立三維模型。詳細描繪銷軌的銷齒形狀、尺寸和分布規(guī)律，以及銷軌的本體結(jié)構(gòu)，包括其長度、寬度、厚度等參數(shù)?？紤]銷軌與刮板輸送機的連接方式，如銷軸孔的位置和尺寸等，確保模型能夠真實反映銷軌在實際工作中的安裝和受力情況。同樣，對銷軌模型進行合理的簡化，保留主要的結(jié)構(gòu)特征，去除一些次要的細節(jié)。在建立導(dǎo)向滑靴的三維模型時，根據(jù)其與采煤機行走箱的連接方式和在刮板輸送機上的導(dǎo)向作用，精確設(shè)計模型的結(jié)構(gòu)。描繪導(dǎo)向滑靴的滑靴本體形狀、尺寸，以及與行走箱連接的耳板結(jié)構(gòu)、螺栓孔位置等。考慮導(dǎo)向滑靴與刮板輸送機鏟煤板或銷軌接觸的表面形狀和尺寸，如導(dǎo)向槽的深度、寬度和形狀等，以準(zhǔn)確模擬導(dǎo)向滑靴在工作過程中的受力和磨損情況。對導(dǎo)向滑靴模型進行適當(dāng)?shù)暮喕?，以便于后續(xù)的仿真分析。通過以上步驟，利用專業(yè)軟件建立了齒軌輪、銷軌和導(dǎo)向滑靴的精確三維模型。這些模型不僅能夠直觀地展示零件的結(jié)構(gòu)和形狀，還為后續(xù)的仿真分析提供了基礎(chǔ)，能夠更準(zhǔn)確地模擬零件在不同工況下的工作狀態(tài)，為深入研究零件的失效機理和改進設(shè)計提供有力支持。4.2.2仿真分析借助有限元分析（FEA）軟件，如ANSYS、ABAQUS等，對建立好的齒軌輪、銷軌和導(dǎo)向滑靴三維模型進行仿真分析，以模擬零件在不同工況下的工作狀態(tài)，預(yù)測零件的失效形式和壽命。在對齒軌輪進行仿真分析時，首先定義材料屬性，根據(jù)齒軌輪實際使用的高強度合金鋼材料，輸入其彈性模量、泊松比、屈服強度、抗拉強度等力學(xué)性能參數(shù)。對齒軌輪模型進行網(wǎng)格劃分，采用合適的網(wǎng)格類型和尺寸，確保網(wǎng)格質(zhì)量滿足分析要求。在齒軌輪與銷軌的嚙合面上施加接觸約束，模擬兩者之間的接觸狀態(tài)。根據(jù)采煤機的實際工作情況，施加相應(yīng)的載荷，如法向力、切向力和沖擊載荷等。設(shè)置不同的工況，如采煤機正常運行、啟動、停止以及遇到煤層地質(zhì)變化等，分別進行仿真分析。通過仿真計算，得到齒軌輪在不同工況下的應(yīng)力、應(yīng)變分布云圖，分析齒軌輪的薄弱部位和潛在的失效風(fēng)險。在齒根部位，由于應(yīng)力集中現(xiàn)象較為明顯，容易出現(xiàn)疲勞裂紋，通過仿真分析可以準(zhǔn)確預(yù)測齒根處的應(yīng)力大小和分布情況，為評估齒軌輪的疲勞壽命提供依據(jù)。對于銷軌的仿真分析，同樣先定義材料屬性，根據(jù)銷軌的材料特性輸入相應(yīng)的力學(xué)性能參數(shù)。對銷軌模型進行網(wǎng)格劃分，注意在銷齒與齒軌輪嚙合的部位以及銷軌的連接部位，加密網(wǎng)格以提高計算精度。在銷軌與齒軌輪的嚙合面、與刮板輸送機的連接面等部位施加接觸約束。根據(jù)銷軌在工作過程中的受力情況，施加齒軌輪的嚙合力、采煤機機身的重力、導(dǎo)向滑靴的側(cè)向力等載荷。設(shè)置不同的工況，如采煤機啟動、正常運行、轉(zhuǎn)彎等，進行仿真分析。通過仿真結(jié)果，分析銷軌的應(yīng)力、應(yīng)變分布情況，預(yù)測銷軌可能出現(xiàn)的失效形式，如斷裂、磨損和變形等。在銷軌的啟動階段，由于受到較大的沖擊力，通過仿真分析可以了解銷軌在該階段的應(yīng)力變化情況，判斷其是否會出現(xiàn)早期失效。在對導(dǎo)向滑靴進行仿真分析時，定義導(dǎo)向滑靴材料的屬性，包括其彈性模量、泊松比、硬度、耐磨性等參數(shù)。對導(dǎo)向滑靴模型進行網(wǎng)格劃分，重點關(guān)注導(dǎo)向滑靴與刮板輸送機接觸的表面以及連接耳板等部位的網(wǎng)格質(zhì)量。在導(dǎo)向滑靴與刮板輸送機的接觸面上施加接觸約束，考慮摩擦力的影響。根據(jù)導(dǎo)向滑靴在工作過程中的受力情況，施加采煤機機身的重力、側(cè)向力、慣性力等載荷。設(shè)置不同的工況，如采煤機直線行走、轉(zhuǎn)彎、爬坡、下坡等，進行仿真分析。通過仿真計算，得到導(dǎo)向滑靴在不同工況下的應(yīng)力、應(yīng)變分布云圖，分析導(dǎo)向滑靴的磨損情況和潛在的斷裂風(fēng)險。在導(dǎo)向滑靴的底鉤和中部，由于受力較為復(fù)雜，容易出現(xiàn)斷裂，通過仿真分析可以評估這些部位的應(yīng)力大小和分布情況，為改進導(dǎo)向滑靴的結(jié)構(gòu)設(shè)計提供依據(jù)。通過對齒軌輪、銷軌和導(dǎo)向滑靴的仿真分析，可以全面了解零件在不同工況下的工作狀態(tài)，預(yù)測零件的失效形式和壽命。這些仿真結(jié)果為后續(xù)的改進設(shè)計提供了重要的參考依據(jù)，有助于針對性地提出改進措施，提高零件的可靠性和使用壽命。五、關(guān)鍵零件改進措施5.1齒軌輪改進5.1.1材料優(yōu)化齒軌輪在采煤機行走機構(gòu)中承擔(dān)著傳遞動力和實現(xiàn)行走的關(guān)鍵作用，其工作環(huán)境惡劣，承受著復(fù)雜的載荷和磨損作用。因此，選擇更耐磨、高強度的材料制造齒軌輪，對于提高其抗磨損和抗斷裂能力，延長使用壽命具有重要意義。目前，齒軌輪常用的材料為高強度合金鋼，如18Cr2Ni4W、20Cr2Ni4等。這些材料具有較高的強度和韌性，能夠在一定程度上滿足齒軌輪的工作要求。然而，隨著采煤機向大功率、高效率方向發(fā)展，對齒軌輪的性能要求也越來越高。傳統(tǒng)材料在耐磨性和抗疲勞性能方面逐漸暴露出不足，難以適應(yīng)日益苛刻的工作條件。為了提高齒軌輪的性能，研究人員開始探索新型材料的應(yīng)用。新型高強度合金鋼，如添加了稀有元素的合金鋼，具有更高的強度、硬度和耐磨性。通過在合金鋼中添加適量的鉬（Mo）、釩（V）、鈮（Nb）等元素，可以細化晶粒，提高材料的強度和韌性，同時增強材料的耐磨性和抗疲勞性能。這些稀有元素能夠形成細小的碳化物，彌散分布在基體中，阻礙位錯運動，從而提高材料的硬度和耐磨性。它們還可以提高材料的回火穩(wěn)定性，使材料在高溫下仍能保持較好的力學(xué)性能，增強抗疲勞能力。表面涂層材料在齒軌輪上的應(yīng)用也具有廣闊的前景。采用熱噴涂、電鍍、化學(xué)鍍等方法在齒軌輪表面制備涂層，可以顯著提高齒軌輪的表面硬度、耐磨性和耐腐蝕性。陶瓷涂層具有硬度高、耐磨性好、耐高溫等優(yōu)點，能夠有效抵抗煤炭沙粒等磨料的磨損。在齒軌輪表面噴涂陶瓷涂層后，齒軌輪的耐磨性可以提高數(shù)倍，大大延長了其使用壽命。金屬基復(fù)合材料涂層也具有良好的綜合性能，如高硬度、高強度、良好的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性等，能夠在提高齒軌輪耐磨性的同時，改善其其他性能。在選擇齒軌輪材料時，還需要考慮材料的成本、加工性能和可獲得性等因素。雖然新型材料具有優(yōu)異的性能，但如果成本過高或加工難度大，將限制其在實際生產(chǎn)中的應(yīng)用。因此，需要在性能和成本之間進行綜合權(quán)衡，選擇性價比高的材料。可以通過優(yōu)化材料的成分和加工工藝，降低材料的成本，提高其加工性能。同時，加強與材料供應(yīng)商的合作，確保材料的穩(wěn)定供應(yīng)。材料優(yōu)化是提高齒軌輪性能的重要途徑。通過選擇更耐磨、高強度的材料，以及采用表面涂層技術(shù)，可以有效提高齒軌輪的抗磨損和抗斷裂能力，為采煤機的高效、穩(wěn)定運行提供有力保障。未來，隨著材料科學(xué)的不斷發(fā)展，將有更多新型材料應(yīng)用于齒軌輪的制造，進一步提升齒軌輪的性能和可靠性。5.1.2結(jié)構(gòu)改進齒軌輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計對其承載能力和傳動效率有著重要影響。通過優(yōu)化齒軌輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計，如增加齒厚、改進齒形等，可以有效提高其性能，滿足采煤機在復(fù)雜工況下的工作要求。增加齒厚是提高齒軌輪承載能力的有效方法之一。根據(jù)材料力學(xué)原理，齒厚的增加可以增大齒根的抗彎截面系數(shù)，從而降低齒根在傳遞動力時所承受的彎曲應(yīng)力。在齒軌輪的設(shè)計中，合理增加齒厚能夠顯著提高其抗彎曲疲勞能力，減少齒根斷裂的風(fēng)險。在實際應(yīng)用中，需要綜合考慮齒軌輪的整體尺寸、重量以及與其他部件的配合等因素，確定合適的齒厚增加量。如果齒厚增加過多，可能會導(dǎo)致齒軌輪的重量增加，影響采煤機的運行效率，同時也會增加制造成本。因此，需要通過精確的力學(xué)分析和計算，找到齒厚增加量與齒軌輪性能之間的最佳平衡點。改進齒形是優(yōu)化齒軌輪結(jié)構(gòu)的另一個重要方面。傳統(tǒng)的齒軌輪齒形多采用漸開線齒形，雖然漸開線齒形具有傳動平穩(wěn)、制造工藝簡單等優(yōu)點，但在某些工況下，其承載能力和嚙合效率仍有待提高。為了改善這種情況，研究人員提出了多種改進的齒形方案。采用修形齒形，如齒頂修緣、齒根修根等，可以改善齒軌輪在嚙合過程中的受力狀態(tài)，減小齒面接觸應(yīng)力和沖擊載荷。齒頂修緣可以使齒頂在進入嚙合時更加平穩(wěn)，避免因突然接觸而產(chǎn)生的沖擊；齒根修根則可以減小齒根處的應(yīng)力集中，提高齒軌輪的抗疲勞能力。采用特殊齒形，如雙模數(shù)齒形、復(fù)合齒形等，能夠進一步提高齒軌輪的承載能力和傳動效率。雙模數(shù)齒形是指在齒頂和齒根采用不同的模數(shù)，使齒頂部分具有較好的耐磨性，齒根部分具有較高的強度；復(fù)合齒形則是將不同的齒形組合在一起，充分發(fā)揮各種齒形的優(yōu)點，提高齒軌輪的綜合性能。除了增加齒厚和改進齒形外，還可以通過優(yōu)化齒軌輪的其他結(jié)構(gòu)參數(shù)來提高其性能。合理設(shè)計齒根過渡圓角半徑，能夠減小齒根處的應(yīng)力集中，提高齒軌輪的抗疲勞能力。適當(dāng)增大齒根過渡圓角半徑，可以使齒根處的應(yīng)力分布更加均勻，降低應(yīng)力集中系數(shù)，從而延長齒軌輪的使用壽命。優(yōu)化齒軌輪的輪轂結(jié)構(gòu)，提高其與軸的連接強度，也有助于提高齒軌輪的整體性能。采用合理的鍵連接或花鍵連接方式，確保齒軌輪與軸之間能夠可靠地傳遞動力，避免在工作過程中出現(xiàn)松動或打滑現(xiàn)象。在進行齒軌輪結(jié)構(gòu)改進時，需要借助先進的設(shè)計工具和分析方法。利用計算機輔助設(shè)計（CAD）軟件，可以精確地繪制齒軌輪的三維模型，直觀地展示其結(jié)構(gòu)特點。通過有限元分析（FEA）軟件，可以對齒軌輪在不同工況下的受力情況進行模擬分析，預(yù)測其性能變化，為結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供科學(xué)依據(jù)。在實際制造過程中，還需要嚴格控制加工精度和質(zhì)量，確保改進后的齒軌輪能夠達到設(shè)計要求。結(jié)構(gòu)改進是提高齒軌輪承載能力和傳動效率的重要手段。通過增加齒厚、改進齒形以及優(yōu)化其他結(jié)構(gòu)參數(shù)，并結(jié)合先進的設(shè)計和分析方法，可以有效提升齒軌輪的性能，為采煤機行走機構(gòu)的可靠性和穩(wěn)定性提供有力支持。隨著技術(shù)的不斷進步，齒軌輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計將不斷優(yōu)化，以適應(yīng)煤炭開采行業(yè)的發(fā)展需求。5.2導(dǎo)向滑靴改進5.2.1材料與工藝改進導(dǎo)向滑靴在采煤機運行過程中，面臨著極為惡劣的工作環(huán)境，承受著復(fù)雜的載荷和磨損作用。為了提高導(dǎo)向滑靴的耐磨性和抗斷裂性能，采用耐磨、耐腐蝕的材料，并改進制造工藝是至關(guān)重要的。在材料選擇方面，目前導(dǎo)向滑靴常用的材料有ZG35CrMnSi、ZG40Cr等合金鋼。這些材料具有一定的強度和韌性，但在耐磨性和耐腐蝕性方面仍有待提高。為了滿足日益苛刻的工作要求，新型材料的研發(fā)和應(yīng)用成為了研究的熱點。耐磨橡膠材料在導(dǎo)向滑靴中的應(yīng)用具有很大的潛力。耐磨橡膠具有良好的彈性和耐磨性，能夠有效緩沖導(dǎo)向滑靴在工作過程中受到的沖擊和振動，減少磨損。橡膠的柔韌性可以使其更好地適應(yīng)刮板輸送機表面的不平整，降低接觸應(yīng)力，從而延長導(dǎo)向滑靴的使用壽命。一些特殊配方的耐磨橡膠還具有較好的耐腐蝕性，能夠在潮濕、腐蝕性氣體和液體的環(huán)境中保持穩(wěn)定的性能。在一些煤礦中，采用耐磨橡膠制成的導(dǎo)向滑靴，其磨損速度明顯降低，使用壽命得到了顯著延長。陶瓷涂層材料也是一種具有優(yōu)異性能的選擇。陶瓷具有硬度高、耐磨性好、耐高溫、耐腐蝕等特點，在導(dǎo)向滑靴表面涂覆陶瓷涂層，可以極大地提高其表面硬度和耐磨性。陶瓷涂層能夠有效抵抗煤炭沙粒等磨料的磨損，減少導(dǎo)向滑靴表面的劃痕和擦傷。陶瓷涂層還具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性，能夠抵御腐蝕性物質(zhì)的侵蝕，提高導(dǎo)向滑靴的耐腐蝕性。通過熱噴涂、化學(xué)氣相沉積等方法，可以在導(dǎo)向滑靴表面制備均勻、致密的陶瓷涂層。在實際應(yīng)用中，涂覆陶瓷涂層的導(dǎo)向滑靴在耐磨性和耐腐蝕性方面表現(xiàn)出色，有效提高了采煤機的運行穩(wěn)定性和可靠性。除了選擇合適的材料，改進制造工藝也是提高導(dǎo)向滑靴性能的重要手段。傳統(tǒng)的鑄造工藝在制造導(dǎo)向滑靴時，容易產(chǎn)生氣孔、砂眼等缺陷，影響導(dǎo)向滑靴的強度和耐磨性。采用先進的鑄造工藝，如消失模鑄造、熔模鑄造等，可以顯著提高鑄件的質(zhì)量。消失模鑄造利用泡沫塑料模樣代替?zhèn)鹘y(tǒng)的木?；蚪饘倌＃谏靶椭袧沧r，泡沫塑料模樣受熱分解氣化，從而形成鑄件型腔。這種工藝可以避免傳統(tǒng)鑄造工藝中因起模而產(chǎn)生的缺陷，使鑄件的尺寸精度更高，表面質(zhì)量更好。熔模鑄造則是用易熔材料制成模樣，在模樣上涂覆多層耐火材料，待其硬化干燥后，將模樣熔化排出型外，從而獲得無分型面的鑄型。這種工藝可以制造出形狀復(fù)雜、尺寸精確的鑄件，并且鑄件表面光潔，內(nèi)部質(zhì)量高。熱處理工藝的改進也能夠有效提高導(dǎo)向滑靴的性能。通過優(yōu)化淬火、回火等熱處理工藝參數(shù)，可以改善材料的組織結(jié)構(gòu)，提高材料的強度、韌性和耐磨性。適當(dāng)提高淬火溫度和延長保溫時間，可以使材料的晶粒細化，提高材料的強度和硬度；合理控制回火溫度和時間，可以消除淬火應(yīng)力，提高材料的韌性。采用表面熱處理工藝，如感應(yīng)淬火、滲碳淬火等，可以在導(dǎo)向滑靴表面形成一層硬度高、耐磨性好的硬化層，進一步提高其表面性能。感應(yīng)淬火是利用電磁感應(yīng)原理，使導(dǎo)向滑靴表面迅速加熱到淬火溫度，然后快速冷卻，從而在表面形成硬化層。這種工藝加熱速度快，效率高，能夠精確控制硬化層的深度和硬度分布。滲碳淬火則是將導(dǎo)向滑靴在富碳的介質(zhì)中加熱到高溫，使碳原子滲入表面，然后進行淬火和回火處理，從而在表面獲得高硬度、高耐磨性的滲碳層。材料與工藝改進是提高導(dǎo)向滑靴性能的重要途徑。通過選擇耐磨、耐腐蝕的材料，如耐磨橡膠、陶瓷涂層等，并改進制造工藝，如采用先進的鑄造工藝和優(yōu)化熱處理工藝，可以有效提高導(dǎo)向滑靴的耐磨性和抗斷裂性能，為采煤機的高效、穩(wěn)定運行提供有力保障。隨著材料科學(xué)和制造技術(shù)的不斷發(fā)展，未來將有更多新型材料和先進工藝應(yīng)用于導(dǎo)向滑靴的制造，進一步提升其性能和可靠性。5.2.2結(jié)構(gòu)優(yōu)化導(dǎo)向滑靴的結(jié)構(gòu)對其強度和穩(wěn)定性有著至關(guān)重要的影響。通過優(yōu)化導(dǎo)向滑靴的結(jié)構(gòu)，如增加加強筋、改進底鉤設(shè)計等，可以有效提高其性能，確保采煤機在復(fù)雜工況下的安全穩(wěn)定運行。增加加強筋是提高導(dǎo)向滑靴強度的一種有效方法。在導(dǎo)向滑靴的本體結(jié)構(gòu)中合理布置加強筋，可以增強其整體剛度，提高其抵抗變形和斷裂的能力。加強筋的布置方式和尺寸需要根據(jù)導(dǎo)向滑靴的具體受力情況進行優(yōu)化設(shè)計。在導(dǎo)向滑靴的受力較大部位，如與刮板輸送機接觸的底面和側(cè)面，可以設(shè)置縱向和橫向的加強筋，形成網(wǎng)格狀結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)能夠有效地分散載荷，減小應(yīng)力集中，提高導(dǎo)向滑靴的承載能力。加強筋的高度和厚度也需要合理確定，過高或過厚的加強筋可能會增加導(dǎo)向滑靴的重量，影響采煤機的運行效率；而過低或過薄的加強筋則無法起到有效的增強作用。通過有限元分析等方法，可以對加強筋的布置和尺寸進行優(yōu)化，找到最佳的設(shè)計方案。改進底鉤設(shè)計也是優(yōu)化導(dǎo)向滑靴結(jié)構(gòu)的重要方面。底鉤是導(dǎo)向滑靴與刮板輸送機連接的關(guān)鍵部位，其設(shè)計的合理性直接影響導(dǎo)向滑靴的工作性能。傳統(tǒng)的底鉤設(shè)計在一些情況下容易出現(xiàn)斷裂等問題，影響采煤機的正常運行。為了改善這種情況，可以對底鉤的形狀和尺寸進行優(yōu)化。增加底鉤的厚度和寬度，增大其與刮板輸送機的接觸面積，能夠減小接觸應(yīng)力，降低底鉤斷裂的風(fēng)險。優(yōu)化底鉤的彎曲角度和過渡圓角，使底鉤在受力時應(yīng)力分布更加均勻，避免應(yīng)力集中。在底鉤的材料選擇上，也可以采用高強度、高韌性的材料，進一步提高其強度和抗斷裂能力。除了增加加強筋和改進底鉤設(shè)計外，還可以通過優(yōu)化導(dǎo)向滑靴的其他結(jié)構(gòu)參數(shù)來提高其性能。合理設(shè)計導(dǎo)向滑靴的導(dǎo)向槽形狀和尺寸，能夠提高其導(dǎo)向精度，確保采煤機在運行過程中沿著預(yù)定的軌道穩(wěn)定移動。優(yōu)化導(dǎo)向滑靴與行走箱的連接方式，增強連接的可靠性，避免在工作過程中出現(xiàn)松動或脫落現(xiàn)象。在導(dǎo)向滑靴的結(jié)構(gòu)設(shè)計中，還需要考慮其與其他部件的配合，確保整個采煤機行走機構(gòu)的協(xié)調(diào)運行。在進行導(dǎo)向滑靴結(jié)構(gòu)優(yōu)化時，需要借助先進的設(shè)計工具和分析方法。利用計算機輔助設(shè)計（CAD）軟件，可以精確地繪制導(dǎo)向滑靴的三維模型，直觀地展示其結(jié)構(gòu)特點。通過有限元分析（FEA）軟件，可以對導(dǎo)向滑靴在不同工況下的受力情況進行模擬分析，預(yù)測其性能變化，為結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供科學(xué)依據(jù)。在實際制造過程中，還需要嚴格控制加工精度和質(zhì)量，確保優(yōu)化后的導(dǎo)向滑靴能夠達到設(shè)計要求。結(jié)構(gòu)優(yōu)化是提高導(dǎo)向滑靴強度和穩(wěn)定性的重要手段。通過增加加強筋、改進底鉤設(shè)計以及優(yōu)化其他結(jié)構(gòu)參數(shù)，并結(jié)合先進的設(shè)計和分析方法，可以有效提升導(dǎo)向滑靴的性能，為采煤機行走機構(gòu)的可靠性和穩(wěn)定性提供有力支持。隨著技術(shù)的不斷進步，導(dǎo)向滑靴的結(jié)構(gòu)設(shè)計將不斷優(yōu)化，以適應(yīng)煤炭開采行業(yè)的發(fā)展需求。5.3銷軌改進5.3.1材料強化處理銷軌作為采煤機行走機構(gòu)的重要部件，在工作過程中承受著復(fù)雜的載荷和磨損作用，其材料性能直接影響著銷軌的使用壽命和采煤機的工作效率。對銷軌材料進行強化處理，如淬火、回火等，可以顯著提高其硬度和韌性，增強其抗沖擊和抗磨損能力。淬火是一種重要的材料強化工藝，通過將銷軌加熱到臨界溫度以上，保溫一定時間后迅速冷卻，可以使銷軌的組織結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，形成馬氏體等高強度組織。馬氏體具有高硬度和高強度的特點，能夠有效提高銷軌的耐磨性和抗變形能力。在淬火過程中，需要嚴格控制加熱溫度、保溫時間和冷卻速度等工藝參數(shù)。加熱溫度過高或保溫時間過長，可能會導(dǎo)致銷軌晶粒粗大，降低其韌性；冷卻速度過快，則可能會產(chǎn)生較大的內(nèi)應(yīng)力，導(dǎo)致銷軌開裂。因此，需要根據(jù)銷軌的材料成分和尺寸等因素，合理選擇淬火工藝參數(shù)，以獲得最佳的強化效果?；鼗鹗窃诖慊鸷筮M行的一種熱處理工藝，其目的是消除淬火內(nèi)應(yīng)力，調(diào)整銷軌的硬度和韌性，使其達到良好的綜合機械性能。根據(jù)回火溫度的不同，回火可分為低溫回火、中溫回火和高溫回火。低溫回火主要用于消除淬火內(nèi)應(yīng)力，保持銷軌的高硬度和耐磨性，適用于對硬度要求較高的場合；中溫回火可以使銷軌獲得較高的彈性極限和屈服強度，同時具有一定的韌性，常用于承受沖擊和振動載荷的銷軌；高溫回火則可以使銷軌的硬度、強度和韌性達到較好的平衡，適用于對綜合性能要求較高的情況。在回火過程中，同樣需要嚴格控制回火溫度和時間，以確?；鼗鹦Ч姆€(wěn)定性。除了淬火和回火，還可以采用其他材料強化處理方法，如滲碳、滲氮等。滲碳是將銷軌在富碳的介質(zhì)中加熱到高溫，使碳原子滲入銷軌表面，形成一層高硬度、高耐磨性的滲碳層。滲碳層可以顯著提高銷軌表面的硬度和耐磨性，同時保持芯部的韌性。滲氮則是使氮原子滲入銷軌表面，形成一層硬度高、耐磨性好、抗腐蝕性強的滲氮層。滲氮層不僅可以提高銷軌的表面性能，還可以提高其疲勞強度和抗咬合性能。這些表面強化處理方法可以根據(jù)銷軌的具體使用要求和工作條件進行選擇和應(yīng)用。在進行材料強化處理時，需要對處理后的銷軌進行質(zhì)量檢測，確保其硬度、韌性等性能指標(biāo)符合要求。可以采用硬度測試、沖擊試驗、金相分析等方法對銷軌進行檢測。硬度測試可以直接反映銷軌的硬度值，判斷其是否達到設(shè)計要求；沖擊試驗可以評估銷軌的韌性，檢測其在沖擊載荷下的抗斷裂能力；金相分析則可以觀察銷軌的組織結(jié)構(gòu)，判斷強化處理是否達到預(yù)期效果，是否存在組織缺陷等問題。通過嚴格的質(zhì)量檢測，可以保證強化處理后的銷軌質(zhì)量可靠，性能穩(wěn)定，從而提高其使用壽命和工作效率。材料強化處理是提高銷軌性能的重要手段。通過合理選擇淬火、回火等強化處理工藝，并嚴格控制工藝參數(shù)和質(zhì)量檢測，可以有效提高銷軌的硬度和韌性，增強其抗沖擊和抗磨損能力，為采煤機的安全穩(wěn)定運行提供有力保障。隨著材料科學(xué)和熱處理技術(shù)的不斷發(fā)展，將有更多先進的材料強化處理方法應(yīng)用于銷軌制造，進一步提升銷軌的性能和可靠性。5.3.2結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化改進銷軌的結(jié)構(gòu)設(shè)計是提高其抗沖擊和抗變形能力的關(guān)鍵。通過優(yōu)化銷軌的結(jié)構(gòu)，如增加銷齒強度、優(yōu)化銷軸支撐結(jié)構(gòu)等，可以有效改善銷軌的受力狀況，提高其承載能力和使用壽命。增加銷齒強度是優(yōu)化銷軌結(jié)構(gòu)的重要措施之一。銷齒是銷軌與齒軌輪直接接觸并傳遞動力的部分，其強度直接影響銷軌的工作性能?？梢酝ㄟ^優(yōu)化銷齒的形狀和尺寸來提高其強度。適當(dāng)增大銷齒的齒厚和齒高，能夠增加銷齒的抗彎和抗剪能力，使其在承受齒軌輪的嚙合力時不易發(fā)生變形和斷裂。優(yōu)化銷齒的齒根過渡圓角半徑，減小應(yīng)力集中，也能有效提高銷齒的疲勞強度。通過有限元分析等方法，可以對銷齒的形狀和尺寸進行優(yōu)化設(shè)計，找到最佳的結(jié)構(gòu)參數(shù)，以提高銷齒的強度和承載能力。優(yōu)化銷軸支撐結(jié)構(gòu)也是提高銷軌抗沖擊和抗變形能力的重要方面。銷軸支撐結(jié)構(gòu)承擔(dān)著支撐銷軌和傳遞載荷的作用，其設(shè)計的合理性對銷軌的工作性能有著重要影響。傳統(tǒng)的銷軸支撐結(jié)構(gòu)在一些情況下容易出現(xiàn)松動和變形，影響銷軌的穩(wěn)定性。為了改善這種情況，可以采用新型的銷軸支撐結(jié)構(gòu)，如增加銷軸的數(shù)量、采用更合理的支撐方式等。增加銷軸的數(shù)量可以分散載荷，減小單個銷軸所承受的力，從而降低銷軸的變形和磨損。采用更合理的支撐方式，如采用彈性支撐或自調(diào)心支撐等，可以使銷軸更好地適應(yīng)銷軌的受力變化，提高銷軌的穩(wěn)定性和抗沖擊能力。在優(yōu)化銷軸支撐結(jié)構(gòu)時，還需要考慮銷軸與銷軌之間的配合精度和潤滑條件。配合精度不足會導(dǎo)致銷軸與銷軌之間的間隙過大或過小，過大的間隙會使銷軌在工作時產(chǎn)生晃動和沖擊，過小的間隙則會增加摩擦和磨損。因此，需要嚴格控制銷軸與銷軌之間的配合精度，確保其在合理的范圍內(nèi)。良好的潤滑條件可以減小銷軸與銷軌之間的摩擦和磨損，延長其使用壽命。可以采用合適的潤滑劑和潤滑方式，如在銷軸與銷軌之間涂抹潤滑脂或采用油潤滑等，確保銷軸與銷軌之間的潤滑良好。除了增加銷齒強度和優(yōu)化銷軸支撐結(jié)構(gòu)外，還可以通過改進銷軌的整體結(jié)構(gòu)來提高其性能。在銷軌的本體上設(shè)置加強筋，增強銷軌的整體剛度，提高其抵抗變形的能力。優(yōu)化銷軌的連接方式，確保銷軌與刮板輸送機之間的連接牢固可靠，減少因連接松動而導(dǎo)致的故障。在銷軌的結(jié)構(gòu)設(shè)計中，還需要考慮其與齒軌輪和導(dǎo)向滑靴等其他部件的配合，確保整個行走機構(gòu)的協(xié)調(diào)運行。在進行銷軌結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化時，需要借助先進的設(shè)計工具和分析方法。利用計算機輔助設(shè)計（CAD）軟件，可以精確地繪制銷軌的三維模型，直觀地展示其結(jié)構(gòu)特點。通過有限元分析（FEA）軟件，可以對銷軌在不同工況下的受力情況進行模擬分析，預(yù)測其性能變化，為結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供科學(xué)依據(jù)。在實際制造過程中，還需要嚴格控制加工精度和質(zhì)量，確保優(yōu)化后的銷軌能夠達到設(shè)計要求。結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化是提高銷軌抗沖擊和抗變形能力的重要手段。通過增加銷齒強度、優(yōu)化銷軸支撐結(jié)構(gòu)以及改進銷軌的整體結(jié)構(gòu)，并結(jié)合先進的設(shè)計和分析方法，可以有效提升銷軌的性能，為采煤機行走機構(gòu)的可靠性和穩(wěn)定性提供有力支持。隨著技術(shù)的不斷進步，銷軌的結(jié)構(gòu)設(shè)計將不斷優(yōu)化，以適應(yīng)煤炭開采行業(yè)的發(fā)展需求。六、改進案例分析6.1案例介紹本案例選取了某煤礦企業(yè)在采煤作業(yè)過程中，對采煤機行走機構(gòu)關(guān)鍵零件進行改進的實際情況。該煤礦所使用的采煤機型號為[具體型號]，在長期的采煤作業(yè)中，行走機構(gòu)關(guān)鍵零件頻繁出現(xiàn)失效問題，給煤炭生產(chǎn)帶來了嚴重的影響。在改進前，該采煤機行走機構(gòu)的齒軌輪、銷軌和導(dǎo)向滑靴均存在不同程度的問題。齒軌輪的齒面磨損嚴重，齒厚明顯減薄，部分齒面出現(xiàn)了剝落現(xiàn)象，導(dǎo)致齒軌輪的承載能力大幅下降，在運行過程中經(jīng)常出現(xiàn)跳齒、卡齒等故障，嚴重影響了采煤機的行走穩(wěn)定性和可靠性。齒輪斷裂問題也時有發(fā)生，給采煤作業(yè)帶來了極大的安全隱患。銷軌在啟動階段，由于受到的接觸應(yīng)力和剪切力過大，經(jīng)常出現(xiàn)銷齒斷裂和銷軌變形的情況。在運行階段，周期性的沖擊力使得銷軌的磨損加劇，銷齒尺寸減小，嚙合精度降低，導(dǎo)致采煤機行走時出現(xiàn)振動和噪聲，進一步影響了設(shè)備的使用壽命和工作效率。導(dǎo)向滑靴的磨損問題尤為突出，滑靴表面的磨損深度較大，導(dǎo)致導(dǎo)向滑靴的導(dǎo)向和支撐作用明顯減弱。在采煤機轉(zhuǎn)彎和爬坡時，導(dǎo)向滑靴容易出現(xiàn)脫軌現(xiàn)象，給采煤作業(yè)帶來了嚴重的安全風(fēng)險?；嗔褑栴}也時有發(fā)生，進一步降低了導(dǎo)向滑靴的可靠性。這些問題不僅導(dǎo)致采煤機的故障率升高，維修成本大幅增加，還嚴重影響了煤炭生產(chǎn)的效率和安全性。據(jù)統(tǒng)計，在改進前的一段時間內(nèi)，該采煤機因行走機構(gòu)故障導(dǎo)致的停機時間每月平均達到了[X]小時，直接經(jīng)濟損失每月超過了[X]萬元。為了解決這些問題，該煤礦企業(yè)決定對采煤機行走機構(gòu)關(guān)鍵零件進行改進。6.2改進實施過程在確定了改進方案后，該煤礦企業(yè)按照以下步驟對采煤機行走機構(gòu)關(guān)鍵零件進行了改進實施。針對齒軌輪，在材料優(yōu)化方面，選用了添加稀有元素的新型高強度合金鋼。這種材料的采購過程嚴格按照質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)進行，從具備資質(zhì)的供應(yīng)商處采購，并要求供應(yīng)商提供材料的質(zhì)量證明文件，包括化學(xué)成分分析報告、力學(xué)性能測試報告等。在加工過程中，采用先進的鍛造工藝，嚴格控制鍛造溫度和變形量，以確保材料的組織結(jié)構(gòu)均勻，性能穩(wěn)定。為了進一步提高齒軌輪的表面性能，采用熱噴涂工藝在齒軌輪表面制備陶瓷涂層。熱噴涂過程中，嚴格控制噴涂參數(shù)，如噴涂溫度、噴涂速度、噴槍與工件的距離等，以保證涂層的厚度均勻、結(jié)合牢固。在涂層制備完成后，對齒軌輪進行了嚴格的質(zhì)量檢測，包括硬度測試、涂層厚度檢測、結(jié)合強度測試等，確保齒軌輪的性能符合改進要求。在結(jié)構(gòu)改進方面，通過計算機輔助設(shè)計（CAD）軟件對齒軌輪的結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化設(shè)計。根據(jù)有限元分析（FEA）結(jié)果，適當(dāng)增加齒厚，增大齒根過渡圓角半徑，對齒形進行修形處理。在加工過程中，采用高精度的數(shù)控加工設(shè)備，嚴格控制加工精度，確保齒軌輪的各項尺寸符合設(shè)計要求。對齒軌輪的輪轂結(jié)構(gòu)進行改進，采用更合理的鍵連接方式，增強與軸的連接強度。在裝配過程中，嚴格按照裝配工藝要求進行操作，確保齒軌輪與軸的配合精度，避免出現(xiàn)松動或打滑現(xiàn)象。對于導(dǎo)向滑靴，在材料與工藝改進方面，選用了耐磨橡膠作為導(dǎo)向滑靴的主要材料。耐磨橡膠的配方經(jīng)過多次試驗優(yōu)化，以確保其具有良好的耐磨性和彈性。在制造過程中，采用先進的注塑工藝，將耐磨橡膠注塑成型為導(dǎo)向滑靴的本體。為了提高導(dǎo)向滑靴的表面硬度和耐磨性，在其表面涂覆陶瓷涂層。涂覆過程中，采用化學(xué)氣相沉積工藝，嚴格控制工藝參數(shù)，保證涂層的質(zhì)量。對導(dǎo)向滑靴進行熱處理，優(yōu)化淬火和回火工藝參數(shù)，提高材料的強度和韌性。在熱處理過程中，使用專業(yè)的熱處理設(shè)備，嚴格控制加熱溫度、保溫時間和冷卻速度，確保導(dǎo)向滑靴的性能得到有效提升。在結(jié)構(gòu)優(yōu)化方面，利用CAD軟件對導(dǎo)向滑靴的結(jié)構(gòu)進行重新設(shè)計。在導(dǎo)向滑靴的本體上合理布置加強筋，增加其整體剛度。加強筋的布置方式和尺寸經(jīng)過多次模擬分析確定，以確保其能夠有效分散載荷，提高導(dǎo)向滑靴的承載能力。對底鉤進行改進設(shè)計，增加底鉤的厚度和寬度，優(yōu)化底鉤的彎曲角度和過渡圓角，使底鉤在受力時應(yīng)力分布更加均勻，降低底鉤斷裂的風(fēng)險。在加工過程中，嚴格控制加工精度，確保導(dǎo)向滑靴的結(jié)構(gòu)尺寸符合設(shè)計要求。在裝配過程中，確保導(dǎo)向滑靴與行走箱的連接牢固可靠，避免在工作過程中出現(xiàn)松動或脫落現(xiàn)象。對于銷軌，在材料強化處理方面，對銷軌材料進行淬火和回火處理。淬火過程中，將銷軌加熱到合適的溫度，保溫一定時間后迅速冷卻，使銷軌的組織結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，形成馬氏體等高強度組織?；鼗疬^程中，根據(jù)銷軌的使用要求，選擇合適的回火溫度和時間，消除淬火內(nèi)應(yīng)力，調(diào)整銷軌的硬度和韌性，使其達到良好的綜合機械性能。在淬火和回火過程中，使用專業(yè)的熱處理設(shè)備，嚴格控制工藝參數(shù)，確保處理后的銷軌性能穩(wěn)定。為了進一步提高銷軌的表面性能，采用滲碳工藝在銷軌表面形成一層高硬度、高耐磨性的滲碳層。滲碳過程中，嚴格控制滲碳溫度、時間和碳勢等參數(shù)，保證滲碳層的質(zhì)量。在滲碳處理完成后，對銷軌進行質(zhì)量檢測，包括硬度測試、金相分析等，確保銷軌的性能符合要求。在結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方面，通過CAD軟件對銷軌的結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化設(shè)計。增加銷齒的齒厚和齒高，優(yōu)化齒根過渡圓角半徑，提高銷齒的強度和承載能力。對銷軸支撐結(jié)構(gòu)進行改進，增加銷軸的數(shù)量，采用彈性支撐方式，使銷軸更好地適應(yīng)銷軌的受力變化，提高銷軌的穩(wěn)定性和抗沖擊能力。在加工過程中，嚴格控制加工精度，確保銷軌的結(jié)構(gòu)尺寸符合設(shè)計要求。在裝配過程中，保證銷軌與刮板輸送機之間的連接牢固可靠，減少因連接松動而導(dǎo)致的故障。同時，確保銷軌與齒軌輪和導(dǎo)向滑靴等其他部件的配合良好，保證整個行走機構(gòu)的協(xié)調(diào)運行。6.3改進效果評估在完成對采煤機行走機構(gòu)關(guān)鍵零件的改進后，對改進效果進行了全面、深入的評估。通過對比改進前后采煤機的運行數(shù)據(jù)和故障發(fā)生率，客觀、準(zhǔn)確地判斷改進措施的實際成效。從運行數(shù)據(jù)方面來看，改進后的采煤機在多個關(guān)鍵指標(biāo)上表現(xiàn)出顯著的提升。行走速度穩(wěn)定性得到了極大改善，改進前，由于齒軌輪齒面磨損和銷軌變形等問題，采煤機在行走過程中速度波動較大，平均速度偏差達到了[X]m/min。而改進后，通過優(yōu)化齒軌輪和銷軌的結(jié)構(gòu)與材料，行走速度更加平穩(wěn)，平均速度偏差降低至[X]m/min，有效提高了采煤作業(yè)的效率和精度。牽引力也有了明顯增強，改進前，受齒軌輪與銷軌嚙合不良以及導(dǎo)向滑靴磨損影響，采煤機的有效牽引力不足，在遇到煤層硬度較大或地質(zhì)條件復(fù)雜的區(qū)域時，容易出現(xiàn)行走困難的情況。改進后，齒軌輪和銷軌的承載能力提高，導(dǎo)向滑靴的導(dǎo)向和支撐作用更加可靠，采煤機的最大牽引力從改進前的[X]kN提升至[X]kN，能夠更好地適應(yīng)各種復(fù)雜的采煤工況，確保采煤作業(yè)的順利進行。能耗方面，改進后的采煤機也有了一定程度的降低。改進前，由于行走機構(gòu)零件的磨損和失效，導(dǎo)致采煤機在運行過程中能量損耗較大，單位采煤量的能耗較高。改進后，通過優(yōu)化零件結(jié)構(gòu)和材料，減少了零件之間的摩擦和能量損失，單位采煤量的能耗降低了[X]%，這不僅