礦用刮板輸送機(jī)中部槽結(jié)構(gòu)的磨損特征分析研究

劉桐

摘 要：刮板輸送機(jī)在煤礦開(kāi)采行業(yè)中具有無(wú)可替代的重要作用，其工作性能、使用壽命等直接影響出煤率，從而影響開(kāi)采效率，在一定程度上決定煤礦企業(yè)的發(fā)展。本文針對(duì)煤礦開(kāi)采生產(chǎn)過(guò)程中刮板輸送機(jī)中部槽結(jié)構(gòu)的磨損情況進(jìn)行了深入分析，指出主要磨損來(lái)源，剖析對(duì)磨損狀況影響較大的因素，并探究磨損機(jī)理，結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)出了中部槽結(jié)構(gòu)磨損的相關(guān)變化規(guī)律，并提出能夠延長(zhǎng)使用壽命、提升中部槽結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的有效措施。

關(guān)鍵詞：礦用刮板輸送機(jī);中部槽結(jié)構(gòu);磨損特征;分析研究

引言：刮板輸送機(jī)是我國(guó)煤礦資源開(kāi)采過(guò)程中必不可少的重要設(shè)備，應(yīng)用范圍廣、頻率高、工作環(huán)境復(fù)雜，因此最容易產(chǎn)生磨損，其中以中部槽結(jié)構(gòu)磨損最為嚴(yán)重，在實(shí)際生產(chǎn)中，常出現(xiàn)由于中部槽磨損腐蝕失效而導(dǎo)致跳鏈卡死、損害整臺(tái)設(shè)備的現(xiàn)象，為煤炭企業(yè)帶來(lái)了巨大的經(jīng)濟(jì)損失，大幅度提高生產(chǎn)成本，限制企業(yè)發(fā)展。為有效解決中部槽結(jié)構(gòu)磨損問(wèn)題，本文結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)狀況，詳細(xì)分析了礦用刮板輸送機(jī)中部槽結(jié)構(gòu)的磨損特征，希望能夠起到一定的幫助。

一、刮板輸送機(jī)與中部槽結(jié)構(gòu)綜述

刮板輸送機(jī)是我國(guó)煤礦中長(zhǎng)壁工作廣泛使用的運(yùn)輸設(shè)備，以刮板鏈作為牽引設(shè)備，能夠在槽內(nèi)高效運(yùn)送散料，并作為采煤機(jī)的運(yùn)行軌道，提高生產(chǎn)效率。刮板運(yùn)輸機(jī)正常且連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，才可保證生產(chǎn)過(guò)程的順利進(jìn)行，否則就會(huì)直接導(dǎo)致煤礦停產(chǎn)。其主要組分為機(jī)頭、中部和機(jī)尾三個(gè)部分，其中中部主要由槽結(jié)構(gòu)組成，中部槽是直接承載運(yùn)輸物料的部分，具有關(guān)鍵性的作用。在機(jī)器運(yùn)行過(guò)程中，中部槽需要承受來(lái)自多方的作用力，如煤炭物料、鏈條、刮板等的摩擦，當(dāng)摩擦損耗較為嚴(yán)重時(shí)，中部槽就無(wú)法發(fā)揮作用，致使設(shè)備出現(xiàn)故障，因此，中部槽是使用量與消耗量最大、最容易出現(xiàn)故障且嚴(yán)重影響生產(chǎn)的組分。

中部槽質(zhì)量占據(jù)整臺(tái)設(shè)備總質(zhì)量的七成以上，刮板運(yùn)輸機(jī)在生產(chǎn)中出現(xiàn)的故障也大多是由于中部槽過(guò)渡磨損甚至斷裂引發(fā)的，因此，其使用壽命直接影響整機(jī)壽命。該結(jié)構(gòu)除卻運(yùn)送物料，還需承受采煤機(jī)運(yùn)行負(fù)荷，推拉液壓支架的應(yīng)力，以及大塊巖石和煤炭卡死時(shí)施加的作用力，工作環(huán)境較為惡劣，損壞形式也呈現(xiàn)多樣化，除卻嚴(yán)重磨損外，還時(shí)常發(fā)生槽體變形、連接件斷裂等問(wèn)題，因此，必須對(duì)中部槽質(zhì)量進(jìn)行提升。

二、礦用刮板輸送機(jī)中部槽結(jié)構(gòu)的磨損來(lái)源

1、磨料磨損

首先，當(dāng)刮板鏈表面沿著中板緩慢運(yùn)行時(shí)，其表面的凸起、二者中間的固體顆粒物等都會(huì)對(duì)中板產(chǎn)生一定程度的磨損，屬于物料磨損，當(dāng)鏈環(huán)和軟環(huán)中板產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)時(shí)，在顯微鏡下可以觀察到表面上許多微凸體相互接觸、作用，其中包含大量磨料，如煤炭顆粒、金屬顆粒、矸石等，以及其腐蝕產(chǎn)物，最主要的磨料則是煤炭與矸石中硬度較大的礦物質(zhì)。經(jīng)顯微鏡觀察后，初步認(rèn)定除卻磨料磨損會(huì)造成中板產(chǎn)生切屑而剝落、逐漸損傷外，也可能存在犁溝導(dǎo)致的塑性變形，引發(fā)中部槽損傷;另外，鏈環(huán)和中板之間卡住的煤炭顆粒與矸石中的較硬礦物也會(huì)對(duì)中板產(chǎn)生一定的切剝作用，使其以切屑的形式損失。

2、疲勞剝落

三體磨損指的是磨粒夾在兩個(gè)接觸面之中，造成磨損，在三體磨損中，磨粒大約只有一成左右時(shí)間在產(chǎn)生滑動(dòng)，從而損害表面，鏈環(huán)與中板之間的煤炭碎屑和矸石發(fā)生的相對(duì)運(yùn)動(dòng)就會(huì)產(chǎn)生三體磨損。磨粒會(huì)將金屬擠到槽溝側(cè)面與前面，而鏈環(huán)和磨粒每一次通過(guò)中板，都會(huì)積累一定的剪切應(yīng)變，當(dāng)其積累到一定程度時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致中板產(chǎn)生較為明顯的塑性變形。其遵循斷裂準(zhǔn)則，即滿足準(zhǔn)則時(shí)，就會(huì)擺脫斷裂限制，從中板表面剝離，使得中板歪曲，且當(dāng)磨損表層深度逐漸提升時(shí)，歪扭層硬度會(huì)逐漸減小。

3、黏著磨損

在顯微鏡下，刮板鏈和中板的基礎(chǔ)是大量微凸體之間的接觸，因此微凸體需要承擔(dān)的應(yīng)力較高，若超出承受極限，就容易發(fā)生塑性變形，增大實(shí)際接觸面積。雖然鏈環(huán)與中板間存在一定的物質(zhì)，如煤炭粉末和氧化膜，但界面的相對(duì)運(yùn)動(dòng)會(huì)破壞接觸點(diǎn)的沾染膜，從而導(dǎo)致相互接觸的微凸體發(fā)生冷焊現(xiàn)象，當(dāng)鏈環(huán)繼續(xù)運(yùn)作時(shí)，鏈道接點(diǎn)就會(huì)斷裂，并形成新接點(diǎn)，從而造成黏著磨損。

4、腐蝕磨損

煤礦當(dāng)中包含復(fù)雜的化學(xué)物質(zhì)，礦井的水中有一定量的溶氧、二氧化碳與容易分解且產(chǎn)生有害氣體的四氧化硫離子。容易在摩擦過(guò)程中發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，對(duì)金屬表面造成腐蝕，觀察研究表明，金屬表面腐蝕坑就是由于鏈條與中板之間通過(guò)腐蝕性物質(zhì)造成的，若不及時(shí)處理，在同時(shí)存在腐蝕與摩擦的情況下，就會(huì)致使腐蝕的晶界裂紋片狀剝落。

三、礦用刮板運(yùn)輸機(jī)中部槽結(jié)構(gòu)的磨損影響因素與建議

1、磨料性質(zhì)

實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)表明，磨料性質(zhì)是影響中部槽結(jié)構(gòu)磨損程度的主要因素，由于我國(guó)國(guó)土面積巨大，不同礦區(qū)的礦石性質(zhì)各異，諸如抗碎強(qiáng)度、含水量、含矸率等都大相徑庭，因此所用刮板運(yùn)輸機(jī)的磨損情況也存在很大差異。經(jīng)多次實(shí)驗(yàn)后得知，磨料顆粒越大，對(duì)中部槽結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的沖擊與摩擦力就越大，因此磨損更為嚴(yán)重;磨料含水量則會(huì)通過(guò)改變物料粘度來(lái)間接作用于摩擦系數(shù);矸石中含有大量硬度較高的礦石，因此物料含矸率越高，磨損越嚴(yán)重。

2、環(huán)境因素

不同的工作環(huán)境與工作狀態(tài)也會(huì)對(duì)磨損情況造成一定影響，研究表明，同型號(hào)的刮板運(yùn)輸機(jī)在不同煤礦中使用，或在同一煤礦的不同工作面使用，其磨損程度都存在差異。實(shí)驗(yàn)表明，單位時(shí)間內(nèi)落煤越多，對(duì)中板磨損越嚴(yán)重;且工作鏈速過(guò)高時(shí)也會(huì)加重磨損。

3、結(jié)論

通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn)在各個(gè)影響因素中，物料含水率、含矸率與壓力對(duì)刮板運(yùn)輸機(jī)中部槽結(jié)構(gòu)磨損狀況影響最為明顯，其他因素如速度、煤種稍次之;磨損程度會(huì)隨著上述三種因素的增加而提升，其與壓力幾乎呈現(xiàn)線性關(guān)系，其他兩者則呈先慢后快趨勢(shì);當(dāng)含水量過(guò)高且壓力較大時(shí)，磨損機(jī)制可能會(huì)發(fā)生變化，導(dǎo)致磨損格外嚴(yán)重。中板材料的耐磨性能與磨損程度具有緊密關(guān)聯(lián)，二者呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)且接近線性關(guān)系，因此，建議選用耐磨性較高的材料。

4、建議

在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，應(yīng)關(guān)注物料含水率與含矸率，采取有效措施使其降低，控制在某個(gè)臨界點(diǎn)下，并盡可能減小壓力，緩解刮板運(yùn)輸機(jī)中部槽結(jié)構(gòu)的磨損問(wèn)題;選取設(shè)備型號(hào)時(shí)，需要充分考慮中板材料的各項(xiàng)性能，目前常用的NM360材料在實(shí)驗(yàn)中表現(xiàn)不佳，耐磨性最差，要盡可能避免使用，選取使用諸如HARDOX450等耐磨材料構(gòu)建的中板，并在生產(chǎn)過(guò)程中做好管理維護(hù)，在停止運(yùn)轉(zhuǎn)后及時(shí)清理設(shè)備中的殘余雜物，做好清潔潤(rùn)滑，觀察是否存在變形，延長(zhǎng)其使用壽命。

四、結(jié)束語(yǔ)

刮板運(yùn)輸機(jī)的中部槽結(jié)構(gòu)主要面臨著四種磨損，其磨損程度與多種因素有關(guān)，磨損機(jī)制還可能發(fā)生轉(zhuǎn)變，為有效避免在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中發(fā)生設(shè)備損傷甚至報(bào)廢現(xiàn)象，應(yīng)對(duì)此類問(wèn)題提起重視，選用耐磨性能更好的材料作為中部槽結(jié)構(gòu)原料，并注重設(shè)備使用過(guò)程中的養(yǎng)護(hù)，延長(zhǎng)其壽命，節(jié)省生產(chǎn)資金，促進(jìn)我國(guó)煤炭開(kāi)采行業(yè)發(fā)展。

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