綜采工作面刮板運輸機磨損失效分析及對策

賈建軍

（潞安集團 常村煤礦，山西 長治046102）

刮板運輸機是綜采工作面的關鍵運輸設備，隨著工作面單產水平和綜合機械化水平的不斷提高，刮板運輸機朝著高運載能力、長距離運輸等方向發展。山西、陜西和內蒙等省部分礦井綜采工作面配備的刮板運輸機運輸能力已經超過10000t／h，長度達到400m以上。但是受到地質條件的復雜性、工作面環境、煤巖體特征、運輸機設計和安裝以及人為操作不當等因素的影響，刮板運輸機在長期使用后會出現中部槽、刮板鏈、齒輪和軸承等零部件的磨損，若不及時處理會造成刮板運輸機性能和運輸能力大幅度下降，甚至會造成工作面生產停滯，為礦井的安全高效生產帶來消極影響〔1－2〕。據相關資料統計，我國煤礦因磨損而廢棄的刮板運輸機價值可達數億元，不但造成鋼材的浪費也影響礦井綜合效益，同時因磨擦而增加電機耗能相比于正常設備增加了20%～25%左右。故本著提高工作面單產和運輸機使用性能、壽命等方面考慮，筆者結合多年刮板運輸機管理經驗對其磨損失效機理進行研究，并提出相應對策來提高刮板運輸機使用性能。

1 刮板運輸機磨損失效分析

1.1 中部槽磨損

中部槽是工作面煤巖體的運輸通道，由槽幫鋼和中板焊接而成，各節中部槽是通過啞鈴連接在一起，槽體中空部供刮板鏈和刮板返程，上部用來運輸和承載煤巖體。觀察長期使用后的刮板運輸機發現，中部槽表面會存在分布形狀不均勻的表面磨剝現象，分析認為這種磨損主要是磨料磨損和疲勞磨損導致，這種磨損是槽式運輸設備最常見的磨損形式。在刮板運輸機運輸煤巖體過程中，部分堅硬煤巖體細碎顆粒與中部槽表面相互接觸并作相對摩擦運動，致使中部槽表面發生塑性變形，且隨著煤巖體細碎顆粒硬度的增加磨損呈加劇狀態；同時，刮板鏈和刮板在運行過程中不斷敲擊和摩擦中部槽，致使接觸部位出現疲勞摩擦變形和壓剪破壞，刮板運輸機長時間運行后中部槽會出現細微裂紋，若不及時處理，裂紋便會沿中部槽表面擴展，最終導致中部槽表面出現磨剝現象。另外，受到礦井開采條件的限制，部分礦井水呈弱酸或弱堿性，煤體中含有的硫等物質融入降塵水等水體后造成水質具有腐蝕性，刮板運輸機長期受到腐蝕性水體和礦物質的侵蝕會進一步加劇中部槽的磨損程度，腐蝕磨損最常見的形式便是中部槽表面鱗片狀剝落。

1.2 鏈環磨損

鏈環是刮板運輸機的牽引構件，目前常用的刮板運輸機鏈環規格為 Φ30×108mm、Φ34×126mm、Φ38×137 mm等，大型運輸機鏈環規格為Φ42×146mm、Φ52×176 mm。鏈環尺寸的增加為提高刮板運輸機運輸能力奠定了基礎，但是過大的運載量也加劇了鏈環的磨損程度。根據現場觀測，刮板運輸機鏈環磨損主要發生在鏈環直邊外側，分析認為主要是由于垂直鏈直邊與中部槽接觸摩擦運行，同時受到承載煤巖體的巨大壓力會進一步增加垂直鏈的摩擦阻力，垂直鏈長時間運行后會造成接觸直邊出現磨損現象，這種磨損會持續降低鏈環的耐磨和承載能力，若不及時處理會造成斷鏈事故。另外，鏈環磨損還常出現在鏈環內圈圓弧側，分析認為主要是兩相鄰鏈環不斷彼此沖擊和摩擦，造成圓弧處出現應力疲勞磨損，圓弧側磨損具有一定的隱蔽性，排查較困難，但因該處磨損造成的鏈環失效現象較少見，故在刮板輸送機使用過程中對圓弧側磨損往往不夠重視。

1.3 齒輪和軸承磨損

齒輪磨損是大功率刮板運輸機常見故障，這主要是由于大功率、高運輸能力刮板運輸機齒輪外形尺寸未出現較大改變，致使齒輪受力大幅度增加，相關研究表明，部分大功率刮板運輸機所用傳動齒輪單位齒寬載荷值可高達20 kN／cm。受到齒輪強度的限制，大功率刮板運輸機傳動齒輪往往磨損較嚴重，若不及時更換甚至會磨成刀刃狀，齒輪的失效會直接導致刮板運輸機的停運。分析認為，齒輪磨損的主要機理是齒輪間除了節線處為純滾筒外，齒輪間其它接觸部位均為相對滑動，長時間的相對滑動會造成齒輪面溫度急劇升高，齒輪表面的潤滑油層會破裂，最終導致齒輪面直接接觸出現磨損。另外，齒輪的不斷嚙合也會造成齒輪接觸處出現應力集中現象，長時間運行后會造成齒輪接觸處出現疲勞磨損，其直接表現形式是齒輪面出現細小裂紋和點蝕。

生產實踐表明，受到井下惡劣條件的限制，刮板運輸機軸承的潤滑性會持續下降，軸承潤滑性降低會造成軸承溫度和磨損程度不斷增加，同時受到載荷變化的作用，運輸機軸承時常伴隨著震動沖擊作用，這樣會進一步加劇軸承的摩擦強度和磨損程度。

2 刮板運輸機磨損對策

2.1 中部槽磨損對策

當前，國內絕大多數刮板運輸機溜槽采用高錳鋼鑄造，高錳鋼溜槽存在重量大、易銹蝕、摩擦系數高、耐磨性差等缺點，特別是鏈道處更易出現磨損，若不及時對溜槽進行耐磨處理很容易造成溜槽報廢。提高中部槽耐磨性最簡單的方法是在中部槽表面采用堆焊焊接耐磨層或者在中部槽表面焊接耐磨條紋，這種方法簡單易行，被廣泛應用于中部槽耐磨處理。對于設計單位而言，可采用新型耐磨材料制作刮板運輸機中部槽，如利用單體澆筑尼龍作為基體樹脂與異氰酸酯等助催化劑反應制作溜槽胚件，部分煤礦使用結果表明該種溜槽磨損率要遠低于金屬中部槽，且質量輕、噪音小，節能明顯〔3〕。此外，還可利用新型等離子熔覆技術對中部槽表面熔覆高強耐磨材料來提高中部槽的耐磨和耐腐蝕性〔4〕。

2.2 鏈環磨損對策

有關資料顯示，引起刮板運輸機停運的最主要故障是斷鏈，斷鏈約占刮板運輸機故障率的53%左右，而引起斷鏈發生主要是鏈環磨損嚴重導致〔5〕。目前，提高鏈環耐磨性主要從改良鏈環制作材料和對鏈環表面進行特殊熱處理來進行。考慮到鏈環是易損、易磨件，采用鏈環表面強化處理經濟性較差，故及時掌握鏈環磨損情況并進行更換是確保刮板運輸機可靠運行的最直接也是最有效方法。研究表明，新鏈環使用一定時間后斷鏈現象會頻頻發生，說明鏈環有一個使用壽命范圍，故掌握鏈環的使用壽命，及時更換受損鏈環是確保鏈環安全使用的重要途徑。

2.3 齒輪和軸承磨損對策

提高齒輪的耐磨性主要可從改良材質和噴涂耐磨層來著手，考慮到齒輪表面因嚙合、摩擦而引起磨損是其常見故障，故選擇高耐磨新型材料是確保齒輪使用壽命和使用性能的最佳途徑；噴涂耐磨層是提高齒輪磨損的重要方法，資料顯示齒輪噴霧聚氨酯彈性體等超強耐磨材料可提高齒輪使用壽命8倍以上，同時具有良好的耐腐蝕性〔6〕。另外，還應加強齒輪箱密封性能，因為密封箱中潤滑油一旦進入顆粒物質很容易進入齒輪嚙合區，造成齒輪磨料磨損，且顆粒物質還會使齒輪表面因磨擦升溫出現齒輪表面潤滑油膜破裂，造成齒輪磨損。嚴守操作規程，加強轉載機維護，避免超載、超速和潤滑不良等現象可有效避免軸承磨損問題。

3 刮板運輸機使用管理

從刮板運輸機磨損失效分析可知，規范刮板運輸機使用也可有效地降低刮板輸送機磨損程度，針對此，主要可采取如下措施：

1）改善綜采工作面環境，及時清理浮煤，嚴禁刮板運輸機拉底煤；確保工作面噴霧降塵系統的可靠性，必要時對煤壁進行注水，降低煤塵對刮板運輸機零部件的影響。根據工作面現狀，及時調整刮板運輸機狀態，盡量確保刮板運輸機平直。

2）加強刮板運輸機油質管理，防止煤巖體細微顆粒進入油中，及時對刮板運輸機減速機、軸承等零件加油，確保刮板運輸機傳動裝置的良好潤滑性。

3）加強刮板運輸機日常檢修工作，對刮板運輸機出現的故障及時進行診斷和處理，這樣可以有效避免刮板運輸機帶病運行和刮板運輸機磨損。加強煤壁和頂板管理，盡量減少大塊煤巖體掉落砸向運輸機槽體和鏈環，對于出現鏈環扭曲變形、采煤機下方卡有大塊巖石或者刮板運輸機被煤巖壓死時及時進行處理，嚴禁刮板運輸機強行運行。

4）加強刮板運輸機操作技能培訓，規范刮板運輸機操作制度，這樣可以盡量減少人為原因造成刮板運輸機故障和磨損。

5）組織刮板運輸機操作管理人員對刮板運輸機磨損機理進行學習和研究，從根本上弄清刮板運輸機磨損的具體原因，有針對性地采取行之有效的方法。

4 結語

刮板運輸機作為綜采工作面關鍵運輸設備，在使用過程中因設計制造、安裝、使用環境和操作等多方面原因，常常因磨損嚴重而使其使用性能和使用壽命大幅度下降。實踐表明，刮板運輸機在使用過程中最容易磨損的部件為中部槽、齒輪、軸承和鏈環等，通過現場分析掌握了這些部件磨損機理并提出了相應的對策，這些措施對于保障刮板運輸機安全高效運行具有重要的作用。在刮板運輸機日常使用和維護過程中，要對其使用性能和使用狀況加強觀察，對出現的問題及時進行解決，這對預防刮板運輸機磨損具有顯著的作用。

〔1〕趙運才，龐佑霞.刮板輸送機中部槽磨損與磨蝕問題探討〔J〕.礦山機械，2000，（5）：55－56.

〔2〕張林虎.刮板輸送機典型故障的分析與預防〔J〕.中國新技術新產品，2010，（13）：129.

〔3〕裴中愛，王榮杰.煤礦刮板輸送機溜槽失效分析及改進〔J〕.煤礦機械，2007，（3）28：58－59.

〔4〕喬金虎.提高礦用刮板輸送機鏈輪耐磨損性能的試驗研究〔J〕.山西煤炭管理干部學院學報，2008，（4）：108－109.

〔5〕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.

〔6〕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.