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1、目录引言21.行走轮的加工制造工艺22.行走车轮应具备的性能32.1行走轮结构32.2行走车轮结构尺寸42.3 行走车轮疲劳强度分析52.4行走轮机构失效分析53.行走车轮的材料选择63.1 空冷贝氏体钢73.2 ZG45Cr4Si Mo VRE钢73.3 准贝氏体钢71.4 35Cr Mn Si合金钢84.行走车轮的热处理工艺84.1热处理方法84.2渗碳表层含碳量的选择104.3.硬度的确定114.4淬火组织114.4.1齿条热处理变形现状114.4.2 热处理过程齿条变形原因124.4.3. 减少和控制齿条渗碳淬火变形的措施145. 结语14摘要:本文介绍了采煤机重型齿轮的加工制造技术和
2、热处理技术，提出了一系列改善和提高齿轮性能的措施，以保证采煤机工作的安全可靠，延长其使用寿命。关键词：采煤机；行走车轮；制造工艺；热处理工艺引言采煤机行走轮的最后一级传动是通过齿轨轮与输送机上的销轴啮合来实现的。由于这一级传动是开放式传动，因此力很大。承受强烈的振动和冲击。因此，行走轮上的齿轮加工机床磨损快，齿面过早被切掉，有时甚至断齿，严重影响行走轮的使用寿命。由于目前使用的行走轮的使用寿命远低于采煤机的其他部件，附件等成本大大增加。因此，如何提高行走轮的使用寿命是用户和制造商非常关心和值得研究的问题。随着煤矿行业及其产业链的深入拓展, 市场对煤矿等不可再生资源的需求越来越旺盛, 采煤等机械
3、的制造与生产也进入一个高速发展的时期, 对机械生产技术提出了更高的要求, 特别是在机械中运用频率极高的齿体零部件的生产, 不管是其材料的选用还是生产工艺的选择, 都是影响机械作业的效率、质量的重要因素。作者通过生产实践认识到，要获得高强度、耐用的行走轮，除了齿形和模数的设计外，还必须重视材料的悬挂，这是齿轮材料选择和热处理的方法。目前，中国煤矿越来越多地使用薄煤层采煤机进行开采。采煤机行走轮的可靠性直接关系到煤矿安全生产效率和生产进度。保证行走轮轮轨协调的合理性非常重要。在功率不断提高、结构尺寸要求紧凑的情况下，采煤机行走轮引鞋目前采用分体式和整体式两种结构。分体式引鞋能更好地满足行走箱结构的
4、设计要求，但对输送机的水平和垂直弯曲适应性差。1.行走轮的加工制造工艺采用大圆角凸滚刀新技术:对于模数为10、压力角为200的齿轮，标准齿轮齿根的圆角和径向间隙为RI。滚齿时分别为0和2.5，加工时采用大圆角凸滚刀新技术。齿根圆角和径向间隙分别为R4和4。显然，齿圆角半径增加了。磨齿后，齿根不会留下任何痕迹，降低了齿根的应力集中，提高了齿轮的弯曲强度。通过对比试验，上述工艺制造的齿轮使用寿命提高了2-5倍。212氮化钛涂层齿轮成形器用于加工由18Cr2Ni4WA材料制成的齿轮，一般外齿模数为612。压力角是20。大多数内孔是渐开线花键孔。模量3-5，压力角300。经过渗碳、淬火和冷处理后，外齿
5、面硬度可达52惠科，型芯硬度可达42 HRC左右，从而控制型芯在加工和热处理后的硬度在30- 36 HRC之间。为了保证齿轮的强度和使用寿命，我们采用渗碳后切削内孔渗碳层的工艺，整体淬火后插入渐开线花键孔。因为热处理后材料芯的硬度在30-36 HRC的范围内。普通插齿机加工困难，而氮化钛涂层插齿机加工渐开线花键孔，可以保证外齿和渐开线花键孔的制造质量，使用效果好，保证齿轮的设计要求。低速重载齿轮采用高强度合金钢硬齿面磨齿工艺，齿顶缘修整磨齿工艺，其中一端浮动无支撑太阳轮进行鼓形磨齿，通过冷却液、砂轮粒度、硬度和磨削量的磨削。除热处理工艺外，在磨齿过程中不会出现啮合齿轮副齿面粗糙和齿面开裂的问题
6、。2.行走车轮应具备的性能2.1行走轮结构根据工程实践，采煤机主要由切割装置、行走机构和辅助机构组成。行走机构是采煤机的核心部件。其结构包括牵引机构和驱动装置。牵引机构主要包括液压制动器、牵引电机、牵引轴、中心齿轮等部件。驱动装置主要包括齿轨轮、销排和引鞋、空档、支撑面等部件。齿轨轮和销排在使用过程中经常变形和断裂。行走机构通过驱动装置提供的动力源驱动牵引机构前进，实现行走机构的运行。行走机构的牵引方式主要有链条牵引、非链条牵引、钢丝绳牵引等形式。早期主要采用钢丝绳牵引，但存在钢丝绳容易断裂、容易引发重大安全事故等问题。因此，现在主要使用无链牵引模式。采煤机行走部的结构组成如图所示。由于特定的
7、地质条件和环境影响，在采煤机运行过程中，面粉输送机的溜槽需要一定的水平弯曲和垂直弯曲。中间溜槽的偏转角和采煤机机身与第一水平中间溜槽的偏转角0是确定引鞋水平偏转角间隙和结构参数的主要依据。当l l0 n1，n = 2，3，4时，水平和垂直弯曲关系分别为：式中: L单节溜槽长度;L0 两个导向滑靴中心距离; 0 采煤机机身与偏转水平溜槽间的偏转角;每节中部溜槽相对偏转角;2.2行走车轮结构尺寸引鞋的结构尺寸主要取决于弯曲段斜槽齿轨的最大转折点，即直线段进入弯曲段的接触点。由于分体式引鞋的右侧片与行走箱固定在一起，不能适应输送机水平和垂直弯曲的变化。在实际应用过程中，齿轨轮严重磨损，引鞋断齿断裂频
8、繁发生。仅仅通过增加滑靴的内部宽度或锥形宽度是不可能实现导向功能的。为了确保整体引鞋平稳地穿过斜槽齿轨和斜槽转折点的对接和弯曲部分。目前采煤机主要有两种齿轮，一种是圆柱直齿轮(包括主传动内齿圈)，另一种是圆锥齿轮和螺旋锥齿轮。螺旋锥齿轮模数为12，螺旋角为350，属于格里森系统。在MG200W、MG300W系列采煤机和MG4630DW采煤机中，承受重载的主传动齿轮由高淬透性的合金渗碳钢18Cr2Ni制成。2.3行走车轮疲劳强度分析引鞋的主要失效模式是疲劳断裂和疲劳磨损。本文以静强度分析为例，根据线性累积损伤疲劳理论，采用Solidworks COSMOS疲劳分析模块对引鞋进行疲劳强度分析。在目
9、标工作条件下，经过1000次负载循环后，引鞋的最小生命周期为13669次，最大生命周期为1 106次。右耳根部疲劳寿命最小，损伤率为1.5%，安全系数为1.983，基本满足采煤机易损件的设计要求。现场应用表明，整体引鞋的使用性能和使用寿命比分体引鞋有明显提高。采煤机上的齿轮是一种特殊的大齿轮，模数大，齿数少，节距一般为125、150和200ram。要使它正常工作，它必须具有以下属性:1)具有足够的弯曲强度；2)抗冲击性强；3)齿面应具有高耐磨性、抗疲劳性和点蚀耐腐蚀性。换句话说，齿轮轨道轮的基体结构应标准化，表面应渗碳淬火以获得更好的综合机械性能。为了满足这一要求，必须选择高质量的低碳合金钢，
10、并进行渗碳和淬火。2.4行走轮机构失效分析由于齿轨轮在工作过程中承受较大的载荷，并且经常超过齿轨轮能够承受的设计载荷，齿轨轮在较大的作用力下长时间工作，导致齿轨轮的每次接触都出现裂纹。在交变载荷的作用下，裂纹进一步发展为牙齿断裂，牙齿断裂更难预防。齿轮轨道轮失效的形式主要包括齿轮断裂和齿轮磨损。根据材料力学，当齿轮的工作应力小于材料的许用应力时，轮轨轮不会断裂。然而，在实际工作过程中，齿轮将不会平稳啮合并卡住，导致齿轮上的应力瞬间增加并超过其允许值，从而导致齿轮断裂。损坏的齿轮轨道轮的物理图。具体原因可以总结如下:1)在行走机构的工作过程中，由于齿轨轮与销排之间的冲击较大，啮合点的接触力瞬间增
11、大。2)引鞋的故障增加了引鞋和牵引机构外壳之间的间隙，导致齿轮接收来自不同方向的侧向力。3)齿轮工作过程中，应力不均匀，关键部位未得到结构保护。过大的力会导致齿轮的一侧断裂和失效。4)开采煤层倾角大，需要较大的开采功率，导致齿轮上的侧向力增加，齿轮与销排之间的磨损增加，导致齿轮断裂失效。3.行走车轮的材料选择齿轮的工作条件要求材料必须是高质量的低碳合金钢，并经过渗碳淬火。渗碳后的优质低碳合金钢淬火后，由于芯部含碳量低，可获得良好的冲击韧性。渗碳后，齿面含碳量高，由于含碳量的增加，表面淬火硬度可达到IJHRC60以上。实践证明，硬度越高，齿面耐磨性越好。适合渗碳淬火工艺的最佳材料是18Cr2Ni
12、4W、20Cr2Ni4、17CrNi3等。这些材料都是很好的渗碳淬火材料。行走轮锻造加工工艺(正常锻造成形除外，需进行氢氧去除处理)叶片毛坯粗加工叶片正火+高温回火_齿廓加工_渗透210短壁机械化采矿专业委员会碳+高温回火_加工(参照去除渗碳层的工艺)_淬火+低温回火其他部位加工。加工齿轮轨轮齿廓时，应尽可能降低表面粗糙度，抛光所有倒角，过渡部分圆角半径应尽可能避免渗碳过程中碳化物的集中。一般来说，采煤机齿体用钢对韧性和硬度有要求:如果硬度太低，很容易弯曲。然而，如果韧性低而硬度太高，就会发生脆性破坏。这为牙齿材料的选择提供了两个指导性指标。一般来说，钢(如铬钼系、锰硼系、铬镍钼系、铬锰硅系、
13、硅锰钼系等)。)添加了硅、锰、钼、铬等合金元素，如气冷贝氏体钢、高韧性二次硬化钢、准贝氏体钢等。3.1 空冷贝氏体钢采煤机截齿体使用的传统35Cr锰硅钢经过连续实践回火后，硬度可达42左右，满足煤矿机械材料的要求。然而，从其整个生产过程来看，在焊接硬质合金刀头之前，其淬火和回火处理将在距齿尖30毫米的距离内降低硬度，从而形成硬度(HRC)小于12的钢和魏氏组织(Widmanstatten structure)。将这种钢应用于截齿体将导致采煤机的机械性能降低(尤其是齿体的耐磨性将由于刀片面粉的低硬度而显著提高)。这种钢应用于采煤机截齿体时，硬度可达3550，冲击韧性可提高到45，相对耐磨性也可提
14、高到1.31。3.2 ZG45Cr4Si Mo VRE钢ZG45Cr4Si钼VRE钢是一种高韧性的二次硬化钢。与35Cr锰硅钢相比，其综合性能更好。ZG45Cr4Si钼VRE钢应用于采煤机截齿体。虽然其韧性低于35Cr锰硅钢，但耐磨性较高。从高强度采煤作业的角度来看，这种钢的应用更符合需求。特别是在空气淬火和高温回火后，钢的抗拉强度将达到1730兆帕，硬度将在50和52之间。相对耐磨性也在1.54左右，齿体的齿头相应硬化强化，在实际运行中能抵抗砾石脉石和煤尘的磨损，综合性能较高。3.3 准贝氏体钢准贝氏体钢，即硅锰钼系钢，具有较高的耐磨性和韧性。特别是在空冷过程后，获得了更多由贝氏体铁素体和奥
15、氏体组成的准贝氏体组织，自动取代了碳化物在该过程中的作用，从而大大提高了钢的硬度、耐磨性、塑性和韧性。用于采煤机截齿体，由于其表面硬度提高，裂纹扩展得到抑制，齿体磨损后可以减少甚至防止裂纹扩展。1.4 35Cr Mn Si合金钢35Cr锰硅合金钢是最常见的低合金钢。等温淬火之后，硬度只能达到4244，冲击韧性为60 J/m2，拉伸强度为1600兆帕。如果要强化基体，热处理时应加入1%2%的铬。其冲击变形等性能较好，成本较低。但是，从截齿体材料的要求来看，35Cr锰硅钢的应用在一定程度上可以抵抗意外冲击变形、突然严重磨损等现象，但仍然不能满足采煤机高强度作业的要求。4.行走车轮的热处理工艺采煤机齿轮的承载能力和使用寿命不仅取决于齿轮的制造工艺，而且在很大程度上取决于齿轮的热处理工艺。18Cr2Ni4WA材料淬透性高。经过渗碳、淬火和冷处理后，具有较高的强度和韧性。为了进一步提高齿轮芯的强度和硬度。4.1热处理方法采用深度渗碳法，L齿轮淬火后渗碳层深度提高到1.9-2.3毫米，齿面硬度为58-62 HRC，芯部硬度为36HRC。表面渗碳层浓度应控制在0.75% 1.00%，过渡层的变化应平缓，以降低过渡层的残余拉应力。有效硬化层应控制在整个渗碳层的68%。金相组织要求碳化物等级3级，残余奥氏体量4级，脱碳层0.05轧机，渗碳淬火后应保证型芯的机械
