煤礦刮板輸送機(jī)溜槽失效分析及改進(jìn)研究

高艷軍

（山西汾西礦業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司雙柳煤礦， 山西 呂梁 033300）

1 刮板輸送機(jī)溜槽的結(jié)構(gòu)組成

在刮板輸送機(jī)整體結(jié)構(gòu)中，溜槽是機(jī)身部分，可承載煤炭重物或是采煤機(jī)軌道。溜槽主要包括中部槽、連接槽以及調(diào)節(jié)槽等部分，其中中部槽占據(jù)絕大部分。中部槽結(jié)構(gòu)示意見(jiàn)圖1，其主要是由中板以及槽幫鋼經(jīng)焊接而成。上槽為承載槽，主要是裝運(yùn)物料，下槽分為封閉和敞口兩種，主要用于刮板鏈返程。中部槽形式較多，主要分為中單鏈型、中雙鏈型以及邊雙鏈型三類[1]。

2 刮板輸送機(jī)溜槽工況與故障

刮板輸送機(jī)一般分為機(jī)頭部、機(jī)尾部、中間部和附屬裝置四大模塊，機(jī)頭部主要由機(jī)頭架、鏈輪組件、電動(dòng)機(jī)、減速器以及液力耦合器等部件組成；機(jī)尾部則由機(jī)尾架、鏈輪組件、電動(dòng)機(jī)、減速器以及液力耦合器等組成；中間部分為中部溜槽、刮板鏈、連接溜槽以及調(diào)節(jié)溜槽四個(gè)組件；其他附屬裝置比如移溜裝置、緊鏈器、防滑裝置、鏟煤板以及擋煤板等等[2]。

刮板輸送機(jī)工作原理：刮板鏈?zhǔn)窍到y(tǒng)牽引機(jī)構(gòu)，處于無(wú)極循環(huán)狀態(tài)并繞過(guò)機(jī)頭與機(jī)尾鏈輪，溜槽為系統(tǒng)承載平臺(tái)，電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)后，液力耦合器與減速器一同驅(qū)動(dòng)鏈輪旋轉(zhuǎn)，刮板鏈在此影響下持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，拖動(dòng)機(jī)尾部溜槽中的裝載物到機(jī)頭部位卸載。刮板輸送機(jī)溜槽在作業(yè)狀態(tài)下承受諸多的物理影響，譬如壓、拉、摩擦、彎曲、腐蝕、沖擊以及震動(dòng)等等，其故障多表現(xiàn)為磨損失效。

3 刮板輸送機(jī)溜槽磨損失效的主要類型

3.1 磨料磨損

作業(yè)狀態(tài)下刮板鏈不斷在溜槽上來(lái)回滑動(dòng)，刮板鏈表面凸起或棱角持續(xù)磨損溜槽主體，從而造成磨料磨損。溜槽硬度相對(duì)較低，而鏈環(huán)硬度更高，二者之間出現(xiàn)相對(duì)滑動(dòng)的狀態(tài)時(shí)，從微觀角度分析來(lái)看，溜槽和鏈環(huán)相互接觸的部位處于凸體部位，加上煤或者矸石等一些磨料的影響，特別是煤與矸石中存在硬度較高的礦物成分，是引起磨損的最主要磨粒。掃描電鏡下檢查發(fā)現(xiàn)，溜槽多因磨料受到摩擦損傷，引起這一問(wèn)題的主要原因是磨料對(duì)溜槽產(chǎn)生微切剝效應(yīng)[3-4]。

圖1 刮板輸送機(jī)中部溜槽示意圖

3.2 黏著破損

所謂黏著破損，即各部分相互接觸的狀態(tài)下，接觸部分出現(xiàn)微凸體，而且微凸體彼此之間出現(xiàn)黏著節(jié)點(diǎn)，一旦受到滑動(dòng)效應(yīng)的影響，節(jié)點(diǎn)就會(huì)破裂，加上滑動(dòng)摩擦的干預(yù)，產(chǎn)生不同程度的磨屑。如上所述，刮板鏈和刮板機(jī)溜槽在微觀角度下是一種微凸體接觸狀態(tài)，受到承載力的影響，微凸體上應(yīng)力值非常高。倘若應(yīng)力數(shù)值超出屈服極限，就會(huì)導(dǎo)致微凸體轉(zhuǎn)變成塑性狀態(tài)，直到出現(xiàn)新的應(yīng)力平衡。然而受到刮板機(jī)溜槽和鏈環(huán)滑動(dòng)的影響，這些節(jié)點(diǎn)被剪斷損壞，并不斷形成新節(jié)點(diǎn)，這一循環(huán)往復(fù)容易引起黏著磨損，即鏈道黏著磨損[5]。

3.3 腐蝕磨損

考慮到刮板輸送機(jī)作業(yè)環(huán)境處于井下，特別是煤礦井下潮濕，還有各種氣體離子，例如氧氣和二氧化碳等等，此類氣體、水分子或離子作用于磨損面后引起一系列化學(xué)反應(yīng)，可導(dǎo)致腐蝕問(wèn)題。應(yīng)指出的是，腐蝕坑之所以形成，其首先基于溜槽和鏈條之間的黏著磨損，在這一前提下，腐蝕影響溜槽表層并致其出現(xiàn)裂紋，受外部持續(xù)摩擦力的影響不斷脫落，形成腐蝕坑。

3.4 接觸疲勞磨損

運(yùn)行狀態(tài)下刮板輸送機(jī)各部件需要滾動(dòng)或者滑動(dòng)一定距離來(lái)完成相應(yīng)的工作，不同器件之間相互接觸，共同協(xié)作來(lái)完成任務(wù)，接觸部位出現(xiàn)較高的應(yīng)力，并且受到次應(yīng)力的影響可能導(dǎo)致部件表層疲勞脫落現(xiàn)象。溜槽在長(zhǎng)期運(yùn)載過(guò)程中與煤、矸石密切接觸，同樣承受較大的應(yīng)力，因此溜槽表面難以避免地出現(xiàn)剝落問(wèn)題，這屬于接觸性疲勞磨損。

4 刮板輸送機(jī)溜槽失效的改進(jìn)措施

4.1 選擇耐磨材料

礦業(yè)工程生產(chǎn)中應(yīng)用比較廣泛的耐磨材料例如高鉻碳硼系耐磨粉塊、FW系列耐磨焊條以及QTS系列耐磨焊絲等等，此類材料中均含有Cr、Si、稀土、Ni、W、Mo、Mn、Ve、P 等成分，性能優(yōu)越，具有較高的可靠性，因而得到廣泛應(yīng)用。以SGW-44刮板輸送機(jī)為例，原溜槽用材為16Mn鋼，成分為：w(C)=0.15%，w(Mn)=1.2%，w(Si)=0.4%，可以選用40Mn2鋼冷軋板（w(C)=0.40%，w(Mn)=2.0%）取代16Mn鋼熱軋板，以增強(qiáng)溜槽抗摩擦性能，延長(zhǎng)使用年限。諸多實(shí)踐表明，溜槽材料改為40Mn2鋼冷軋板以后，磨損犁溝淺而細(xì)，未出現(xiàn)黏著磨損現(xiàn)象，溜槽整體抗磨性能大大增強(qiáng)。

4.2 工藝處理

1）除銹除垢。刮板輸送機(jī)受周圍作業(yè)環(huán)境的侵蝕，溜槽表面很容易生銹，為了有效緩解表層雜質(zhì)對(duì)后續(xù)焊接工作的干擾，建議采用除銹工藝處理堆焊部位。一些新設(shè)備則應(yīng)進(jìn)行除漆處理。

2）堆焊。首先應(yīng)預(yù)熱，因?yàn)槎押敢鬁囟冗_(dá)到一定數(shù)值，所以在進(jìn)行堆焊處理之前要對(duì)焊接材料以及施工部位進(jìn)行一定的熱處理。其次是打底，中板耐磨層硬度和基體母材有一定的差異，如果受到應(yīng)力影響就有較大幾率導(dǎo)致離層、脫落等問(wèn)題。所以在耐磨處理部位堆焊時(shí)應(yīng)做好過(guò)渡層的處理[6]。

3）保溫。對(duì)特定部位進(jìn)行打底處理后要保持一定溫度，堆焊過(guò)后應(yīng)做好保溫處理，確保焊接溫度維持在相應(yīng)數(shù)值。

4）耐磨處理。鏈道處出現(xiàn)犁溝磨損的部分，可通過(guò)“自熔合金熔融堆焊法”這一特殊工藝進(jìn)行處理，采用耐磨性質(zhì)較強(qiáng)的焊接材料完成該部位的補(bǔ)平工作。新裝設(shè)備也應(yīng)施加相應(yīng)的耐磨保護(hù)層。考慮到中板過(guò)煤面和底板刮板有較大幾率磨損，建議采取特別堆焊處理，選用的焊材應(yīng)具備充分的耐磨性。

5）打磨。完成堆焊操作后，倘若其他焊接部位有余渣殘留，則用角磨機(jī)進(jìn)行打磨，以免刮板通行不暢。

5 結(jié)語(yǔ)

在煤矸石含量比較高的情況下刮板輸送機(jī)很容易嚴(yán)重磨損，選用抗磨性能較好的材料（例如高鉻碳硼系耐磨粉塊、FW系列耐磨焊條以及QTS系列耐磨焊絲等等）予以堆焊補(bǔ)平、施加表層耐磨處理后，溜槽耐磨性能可得到強(qiáng)化。