煤礦刮板運輸機磨損失效分析及對策

朱榮濤

（河南能源化工集團義馬煤業(yè)集團常村煤礦，河南義馬 472300）

刮板運輸機是采煤工作面配套使用的重要設(shè)備，主要起到承載采煤機和煤炭運輸?shù)淖饔茫涫褂眯阅苁欠窳己弥苯雨P(guān)系到工作面整個生產(chǎn)系統(tǒng)能否穩(wěn)定。由于刮板運輸機各運動部件主要通過相對滑動而起到運輸作用，所以解決刮板運輸機的磨損問題一直是提高其使用性能和使用壽命的關(guān)鍵[1]。此外，工作面環(huán)境較惡劣，煤水以及煤炭中的硫都會對刮板運輸機的磨損起到促進(jìn)作用?，F(xiàn)場發(fā)現(xiàn)，刮板運輸機的磨損失效主要有刮板鏈條磨損、齒輪磨損和槽體磨損等，現(xiàn)就此進(jìn)行分析。

1 刮板運輸機磨損機理

1.1 刮板鏈條磨損

刮板鏈條是帶動煤炭運行的直接驅(qū)動裝置，其上部為運輸?shù)拿禾?，下部直接與槽體相接做相對滑動。同時，鏈環(huán)與鏈輪在嚙合時也會產(chǎn)生相對滑動，導(dǎo)致刮板鏈條進(jìn)一步受損。資料[2]顯示，因刮板鏈條磨損過度導(dǎo)致的斷鏈?zhǔn)鹿始s占刮板運輸機事故的53%左右，說明磨損是刮板運輸機事故的主要因素。對刮板鏈條磨損情況進(jìn)行現(xiàn)場調(diào)研，發(fā)現(xiàn)鏈條磨損主要出現(xiàn)在鏈條直邊外側(cè)、圓弧外側(cè)、鏈條與槽體接觸側(cè)三個部分，分析認(rèn)為直邊外側(cè)磨損主要是受到槽幫摩擦而引起，圓弧外側(cè)磨損主要受到鏈輪嚙合作用時產(chǎn)生的相對滑動摩擦而形成，底側(cè)磨損主要是在煤炭等重載作用下與槽體發(fā)生摩擦運動而形成。刮板鏈條除了受到相對摩擦外，還會受到礦井水的侵蝕、煤炭中硫等酸性物質(zhì)的腐蝕，同時鏈環(huán)與鏈環(huán)之間的沖擊作用也會對鏈條磨損起到促進(jìn)作用。磨損后的刮板鏈條會進(jìn)一步加大傳動負(fù)荷，存在鏈條磨損的刮板運輸機其傳動效率要遠(yuǎn)低于正常鏈條的運輸機，據(jù)不完全統(tǒng)計，我國因刮板運輸機刮板鏈條磨損而導(dǎo)致的煤炭損失不下千萬噸。

1.2 槽體磨損

刮板運輸機槽體可分為機頭槽體、二節(jié)槽體、過渡槽、中部槽、機尾槽體等部分，其主要起到支撐刮板鏈條和物料的作用。當(dāng)前，如何防止運輸機槽體磨損一直是運輸機使用單位和設(shè)計單位的研究重點?，F(xiàn)場發(fā)現(xiàn)，槽體的磨損主要包括槽底板磨損和槽幫磨損，槽底板磨損主要是受到刮板鏈條、煤矸相對摩擦作用引起；槽幫磨損與槽板磨損原因基本相同，不同的是槽幫卡槽在刮板兩端滑動作用下容易出現(xiàn)上翼磨損，其磨損速度要遠(yuǎn)超過槽底板的磨損速度。在煤巖運輸過程中，除了要承受煤機垂直載荷作用，還要承受破落煤炭滾落對槽體的沖擊，這些都會對槽體的磨損起到促進(jìn)作用，另外液壓支架的推拉容易使槽體疲勞變形，造成其抗拉、抗壓和抗磨等性能下降。刮板運輸機刮板鏈條與槽體相互位置如圖1所示。

圖1 刮板運輸機刮板鏈條與槽體相互位置示意圖

1.3 齒輪磨損

近年來，我國煤炭行業(yè)展現(xiàn)出來異常迅速的發(fā)展態(tài)勢，各大煤業(yè)集團不斷提高產(chǎn)能和改造升級老礦井，這促使煤機朝著大型化、大功率化發(fā)展，也直接導(dǎo)致設(shè)備的輸出扭矩增大，進(jìn)而造成齒輪受力劇增。對于大型刮板運輸機而言，其單位齒寬載荷可達(dá)22 kN/cm，同時齒面潤滑膜也隨著齒面溫度的逐漸升高而破裂，經(jīng)過一段時間的運行，齒輪齒面會出現(xiàn)不同程度的磨損。齒面在載荷持續(xù)作用下還會出現(xiàn)細(xì)微裂紋，這些裂紋會隨著齒面載荷的加劇不斷擴展，導(dǎo)致齒面出現(xiàn)點蝕，又會進(jìn)一步促使齒輪的磨損。工作面微細(xì)粉塵也是造成齒輪磨損失效的重要因素，微細(xì)粉塵會穿過齒輪箱密封進(jìn)入到箱體內(nèi)部的潤滑油中，并隨油體進(jìn)入齒輪嚙合區(qū)，造成齒輪的固體顆粒性磨損。此外，齒輪的鍛造技術(shù)是否合理也會影響其耐磨性，如淬火不均會導(dǎo)致齒輪耐磨性大幅度降低。

2 刮板運輸機磨損對策

2.1 刮板鏈條磨損對策

針對刮板鏈條磨損原因，可采用高強度、高耐磨材料來制造鏈條。鑒于新型耐磨材料制造鏈條成本較高，可對鏈條進(jìn)行特殊熱處理加強其耐磨性和耐腐蝕性；同時采用扁圓型鏈環(huán)和新型弧形齒扁平接鏈環(huán)等產(chǎn)品，這些新型鏈環(huán)具有強度高、耐磨性好、重量輕、裝卸方便等諸多優(yōu)點，同時還可有效改善齒面受力狀態(tài)，應(yīng)用在刮板運輸機上可有效提高鏈條使用壽命。此外，鏈條設(shè)計單位要充分考慮鏈環(huán)尺寸和形狀對不同采煤工作面中的受力狀態(tài)，選擇合適的材料和耐磨工藝對其改進(jìn)，從設(shè)計上和制造上保證鏈條的質(zhì)量。

2.2 槽體磨損對策

針對槽體磨損機理，認(rèn)為可以從提高槽體耐磨強度和采用新材料制造槽體兩個方面來處理槽體磨損問題。由于刮板運輸機尺寸較大，往往組裝有幾十節(jié)甚至一百多節(jié)槽子，涉及到的磨損面積較大，采用常規(guī)的滲碳、堆焊、淬火等工藝難以操作，且需要花費的成本也相對較高。鑒于此，可對槽底板進(jìn)行噴涂耐磨進(jìn)行處理。對槽底板噴涂鎳基合金可以大幅度地提高槽體的耐磨性，但若底板全進(jìn)行噴涂會造成大量的合金消耗，同時勞動強度也較大，不利于提高經(jīng)濟效益。經(jīng)過分析認(rèn)為，可以對槽底板進(jìn)行點噴，這樣不僅可以有效提高底板的耐磨性，同時施工工序也較簡處理，但點與點的間距、排列關(guān)系和點的厚度與直徑要設(shè)計合理，否則會引起刮板運行失穩(wěn)。經(jīng)過多次試驗，確定鎳基點噴參數(shù)如圖2所示[3]。此外，還可以利用DRF-2等離子熔覆技術(shù)對槽體進(jìn)行表明強化，這樣可以大幅度地提高槽體的耐磨性和耐腐蝕性[4]。

目前，我國生產(chǎn)的刮板運輸機槽體材料多為高錳鋼，高錳鋼耐磨性和耐腐蝕性較差，因此，可以考慮采用新型耐磨材料來制造槽體。資料[4]顯示，耐磨合金材料NK-EH360具有高耐磨性、高耐腐蝕性等優(yōu)點，該材料制成的運輸機槽體耐磨性強度相比于高錳鋼提高了30%以上。另外，美國某鑄鋼公司生產(chǎn)的Xtralloy材料其耐磨性、耐腐蝕性也很好，經(jīng)現(xiàn)場試驗，其磨損率遠(yuǎn)低于高錳鋼槽體，可以較好地提高刮板運輸機的使用性能和使用壽命。

圖2 噴涂鎳基合金耐磨點參數(shù)示意圖

2.3 齒輪磨損對策

由齒輪磨損機理可知，處理齒輪磨損可以從提高密封箱密封性和齒輪耐磨性兩個方面進(jìn)行。提高密封箱的密封性可以阻止微細(xì)顆粒進(jìn)入齒輪嚙合區(qū)，防止齒輪出現(xiàn)固體顆粒磨損。齒面載荷大是當(dāng)前刮板運輸機大型化、高功率化發(fā)展的必然結(jié)果，為了應(yīng)對齒面載荷和點蝕對齒輪造成磨損，可以采用新型耐磨材料或者對齒輪進(jìn)行噴涂耐磨層進(jìn)行處理。聚芳醚砜酮樹脂材料PPESK被證明是具有耐高溫、自潤滑和高耐磨性的有機材料，用其制造的齒輪、軸承的耐磨性較合金材料提高了30%～70%[5]。ZA27型高強度鋅鋁合金也是制造齒輪的較好選擇，實驗表明，利用該材料制造齒輪不僅可以降低材料費用，還可以將齒輪使用壽命提高1～3倍，傳動效率提高10%～15%[6]。另外，對齒輪噴涂耐磨層也是一個較好的選擇，采用DRF-2等離子熔覆技術(shù)可將刮板運輸機齒輪耐磨性提高3～5倍，使用壽命提高15倍左右。

3 結(jié)語

只有從根本上了解刮板機各部件磨損的原因，才能采取有效措施進(jìn)行預(yù)防和處理，進(jìn)而提高刮板運輸機的使用性能和使用壽命。當(dāng)前，針對刮板運輸機磨損處理的主要途徑有增加耐磨層和改變材質(zhì)，前者可以通過較低的成本獲得較好的耐磨性，改變材質(zhì)一般是利用新型耐磨材料來制造刮板運輸機部件，是刮板運輸機發(fā)展的一個方向。在運用刮板運輸機時，嚴(yán)禁超負(fù)載運料，對于磨損嚴(yán)重的零部件及時處理或更換，避免刮板運輸機運輸事故的出現(xiàn)。

［1］吳兆宏，朱華，王勇華，等.刮板輸送機磨損失效及對策［J］.煤礦機械，2005（7）：58-59.

［2］趙運才，李偉，張正旺.中部槽磨損失效的摩擦學(xué)系統(tǒng)分析［J］.煤礦機械，2007，28（8）：57-58.

［3］項傳寶.礦用刮板輸送機的磨損及對策［J］.通用機械，2006（2）：72-73.

［4］蔡秀凡，李洪彪，李留璽.鏈板除渣機磨損失效分析及對策［J］.機械工程與自動化，2012（1）：172-173.

［5］湯傳貴，靳新，蹇錫高.PPESK耐高溫自潤滑耐磨涂料的研制［J］.涂料工業(yè)，2012，42（1）：68-70.

［6］徐紀(jì)平，計偉志，何志琴.高強度鋅鋁合金齒輪擠壓鑄造成形［J］.特種鑄造及有色合金，2005，25（10）：637-638.