煤礦機械設備的磨損與降損問題探討

韓發朝

摘 要：我國煤礦機械設計、制造、使用和維護過程中由于受傳統習慣的影響，對摩擦學知識缺乏深入的了解，不能將當今國內外先進的抗磨技術和抗磨材料及時應用到煤礦機械的設計和制造上，造成我國煤礦機械易磨損零件的使用壽命遠低于國外先進水平，文章通過分析煤礦機械磨損的種類和形式，找出磨損的規律以及影響磨損的因素，從而歸納出減小磨損的途徑。在工作中盡量減小機械磨損，提高機械壽命。

關鍵詞：煤礦機械磨損；種類；形式；規律；因素；途徑

1 引言

煤礦機械的工作對象為煤炭，加之工作條件非常惡劣，在工作中會受到嚴重的磨損。由于煤礦機械的磨損失效，每年給礦井帶來巨大的損失。

作相對運動的零件，由于相接觸的表面都存在著摩擦現象，致使零件不斷磨損。煤礦機械大多屬重型機械，磨損問題尤為突出。當磨損超過一定限度時，零件間的合理配合就遇到破壞，導致機械工作性能的降低或變壞，從而造成機械的各種故障。因此，分析煤礦機械磨損的種類和形式，找出磨損的規律以及影響磨損的因素，從而找到減小磨損的途徑非常必要。

2 煤礦機械的磨損特性

天然煤炭屬于生物沉積巖類的可燃礦物，它的物理及機械性能，取決于積聚時原始材料的性能、物質成分、煤化程度以及礦物雜質的含量和特性。這就決定了煤炭機械性能的多樣性。對煤層機械性能的研究表明，煤炭并不是完整的質量均勻的各向同性體，煤層里有節理、層理以及解理造成的巖隙，還有各種夾雜物。

對磨損來說，硬度是重要的因素，煤的硬度是比較低的，根據普拉托諾夫（ПЛАТОНОВ）資料，煤的基本組成鏡質煤硬度在HV24-214。僅用煤的硬度來確定煤的磨料磨損特性是不夠的，因為煤里常含有不同硬度的雜質且大部分硬度較高。煤中的雜質主要有粘土、方解石、石英和鐵礦（黃鐵礦、菱鐵礦及褐鐵礦）。煤中的石英和黃鐵礦對磨損的影響起主要作用，石英的硬度在HV900-1000，黃鐵礦在HV1000，有的研究指出，煤的磨損性能與石英和黃鐵礦含量成正比。

3 影響磨損的因素和減小磨損的途徑

3.1 工作條件

由于零部件磨損主要是由摩擦力引起，而摩擦力大小直接受潤滑好壞的影響，所以給機器提供適宜的工作條件，能提高機器的使用壽命，保證機器正常運行。建立液體摩擦，摩擦系數可以降低10倍以至更多倍，所以在摩擦表面建立液體摩擦是減少摩擦損失的重要措施。

建立液體摩擦的必要條件：

（1）合適的配合間隙；（2）潤滑油供應充足，并有一定的壓力和流入速度；（3）軸頸必須具有足夠高的轉速；（4）軸頸與軸承的加工精度和配合表面的加工光潔度應適當；（5）注油孔和油槽應設計在軸承的承載區以外。

但實踐證明，由于機器經常不斷地停車、起動以及載荷的變化，保證不了液體摩擦條件的始終穩定，使液體摩擦條件受到破壞，引起不可避免的磨損。

3.2 加工制造精度低、熱處理、修理裝配質量差，維護操作不良

3.2.1 表面加工質量

宏觀幾何形狀精度指加工后實際形狀與理論形狀的偏差，即形位公差精度，如橢圓、不圓度、不平行度等。宏觀幾何形狀的誤差指零件表面載荷分布不均勻，集中于局部地方，容易造成局部摩擦，表面光潔度對于相同載荷一般說來光潔度愈高，磨損越小，但超過合理點后，磨損量又會逐漸上升。這是因為過高的光潔度會使接觸面增大，分子間引力增強，產生膠合磨損的可能性增大，磨損最小點在8-10。

3.2.2 零件的配合間隙

零件裝配間隙對零件磨損影響很大，一般間隙不能過大，也不應過小，當間隙過小，不易形成液體摩擦，容易產生膠合磨損；當間隙過大，同樣不易形成液體摩擦。因此，配合間隙大到一定程度，即應進行修復，以恢復其原有的配合間隙。

3.3 材料選取不當或材料本身有缺陷

3.3.1 材料的屈服極限δs的影響

在一定載荷作用下，材料的屈服極限δs愈高，滑動摩擦下的膠合磨損傾向愈小，滾動摩擦下的摩擦疲勞過程的速度愈低。實踐證明，在其他條件相同的情況下，10#鋼在低速下產生強烈的膠合磨損，而10#優質鋼則完全避免了膠合磨損。

3.3.2 材料硬度及含碳量的影響

實踐證明，在同樣條件下工作的碳鋼零件，其耐磨性隨著硬度和含碳量的提高而提高。

3.4 潤滑油選取不當

潤滑油的品種應根據機器的工作條件來進行選擇，潤滑油的選擇一般應遵循以下原則。

3.4.1 在充分保證機器摩擦零件安全運轉的條件下，為了減少能量的消耗，應優先選用粘度較小的潤滑油。

3.4.2 在高速輕負荷條件下工作的摩擦零件，應選用粘度小的潤滑油，而在低速重負荷條件下工作的摩擦零件，應選用粘度大的。

3.4.3 在冬季工作的摩擦零件，應選用粘度小和凝固點低的潤滑油，而在夏季，應選粘度大的。

3.4.4 受沖擊負荷和往復運動的摩擦零件，應選粘度大的。

3.4.5 工作溫度較高，摩擦較嚴重和加工較粗糙的摩擦表面也應選用粘度較大的潤滑油。

4 抗磨措施

4.1 結構設計

磨損失效受結構的影響很大，包括整機的結構和零件的形狀尺寸、配合方式、特殊的工藝方法等。為此，需要考慮磨物的接觸狀態，本質是力的作用和力流方向的改善問題，這在磨損亞表層分析時能找到一定的依據。如某高鉻鑄鐵耐磨襯板，上面原來有若干方形的減重孔，易開列造成早期失效，后改為橢圓形孔，使用壽命有較大提高。

4.2 選材

根據失效分析的結果，對提高耐磨性可以初步確定重點考慮的問題。經常遇到的問題是如何合理選擇該工況下的最佳性能材料，特別是合理地選用耐磨材料。其選擇的基本原則是適用性、可得性和經濟性。

耐磨材料的選擇，國內外都積累了豐富的經驗，可以根據工況選用不同成分、牌號的鋼、鐵材料和非金屬陶瓷、玻璃、橡膠、塑料等材料，包括不同的強化方法。如煤礦機械截齒的刀頭用硬質合金保證高耐磨性，刀體用42CrMo或35CrMnSi保證高強度等等。

4.3 工藝

合理的設計、選材，但如果生產工藝、熱處理工藝、表面抗磨工藝不恰當，也容易造成易磨損件的早期失效。生產工藝包括冶煉、鑄造、冷加工等工藝。

冶煉的成分控制、夾雜物和氣體含量，都影響材料的性能，如韌性和強度。鑄造質量同樣影響零件的耐磨性，同樣工況下，粗晶比細晶耐磨性差。熱處理工藝和質量決定了材料的最終組織。

5 結束語

通過對磨損的種類和規律的分析，找出影響磨損的因素，從而在煤礦工作中，盡可能使磨損減小，延長設備的工作時間，使設備的壽命提高，從而達到提高企業經濟效益的目的。

參考文獻

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