采煤機導向滑靴失效分析與優化設計

吳立杰

（山西大同晉能控股煤業集團機電設備分公司設備租賃中心,山西 大同 037000）

引言

我國煤礦資源所處的位置地質條件相對復雜，煤層傾角大、煤質層較硬等，都對采煤設備的自動化程度提出了較高要求。而導向滑靴作為采煤機的關鍵設備之一，其穩定性直接影響到采煤機的整體運行。隨著采煤需求量的不斷增加，導向滑靴所承受的受力工況差異也越來越大，這就增加了導向滑靴失效的可能性。因此，結合導向滑靴失效的原因，并制定一系列合理的優化措施，有利于保障導向滑靴的使用性能，對于提高采煤機的工作穩定性和生產效率具有重要意義。

1 采煤機導向滑靴的失效形式與危害

1.1 導向槽前后面的磨損和危害

采煤機在切割煤壁的過程中，齒軌極易與導向滑靴的導向槽發生摩擦，在水平方向扭轉力的影響下，這種摩擦僅發生于導向槽的前、后面。這種磨損所帶來的危害具體呈現為：影響采煤機行走輪和齒軌的嚙合情況，容易造成采煤機在運行過程中發生卡軌、脫軌等事故；會額外產生一種側向力對行走輪進行施壓，在這一受力的影響下，行走輪軸承端蓋會加劇與導向滑靴間的摩擦，從而降低了導向滑靴的使用壽命；在側向力的影響下，軸承套和軸承滾柱表面也會出現磨損，對整個采煤機的安全運行構成了嚴重威脅。

1.2 導向槽上下面的磨損和危害

采煤機在正常割煤的狀態下，由于受到設備自身重力以及地面不夠平整的影響，采煤機齒軌的水平位置容易發生傾斜，傾斜后導向滑靴導向槽上表面就會受到嚴重磨損，而下表面由于受力面積小，磨損程度相對小一些。導向槽上、下面出現磨損易造成的危害有：上表面坡口的直徑會越來越小，這種情況下，齒軌聯接很容易失去平衡，導致其本該承受的壓力被分攤到其他零部件運作中，無形中加大了其他零部件的運作壓力，這不僅會降低零件的使用壽命，還容易對其運行穩定性造成沖擊；上表面坡口直徑變小，還會對行走輪的中心位置造成影響，使其更偏向于齒軌側的一側，在自身設備重力和周邊受力工況的影響下，大大增加了齒軌的磨損程度，不利于采煤機的穩定運行；割煤滾筒在割煤過程中，易出現高頻振擺的現象，嚴重影響了割煤的進度和效率；大大降低了采煤機零件設備的強度和使用性能[1]。

2 采煤機導向滑靴失效的原因

2.1 結構加工出現偏差

大量導向滑靴失效現場調查結果顯示，導向滑靴組件槽口的加工尺寸和圖紙要求不符是導致導向滑靴失效的重要原因之一。因為導向滑靴組件槽口的加工尺寸直接決定了其與采煤機銷軌輪之間的嚙合度，如果嚙合度不能達標，那在運行過程中銷軌輪會不斷撞擊到導向滑靴，這使得導向滑靴超出了其本身所能承受的載荷。同時，刮板機銷軌座在加工過程中出現尺寸偏差，也會導致導向滑靴頻繁承受過大的載荷，從而影響到運行穩定性。

2.2 焊接位置設置不合理

斷裂損壞是導向滑靴在運行過程中頻繁出現的一種失效類型，導致該失效行為發生的最大原因就是焊接工藝和焊接位置設計不合理。通過現場檢測得知，導向滑靴焊縫內仍存有馬氏體的成分，這就表明在焊接前，操作人員未對其進行預熱處理，導致導向滑靴的硬度不達標，一旦受到外界沖擊就極易出現斷裂的問題。同時，導向滑靴的焊接位置多會選擇在兩側面過渡圓角處，這一位置由于應力相對集中，很容易產生擴散性的焊接裂紋，嚴重影響了導向滑靴的使用質量，從而導致其出現斷裂的問題。

2.3 凹糟設計尺寸不合理

凹槽設計尺寸不合理的話，采煤機齒軌在運行過程中就會出現傾斜的情況，在這種傾斜力的作用下，滾筒的搖臂和煤壁之間的摩擦力也會增加，同時也增大了導向滑靴的受力，導致其出現過度磨損的問題，嚴重的話還會發生斷裂[2]。

2.4 滑靴材料強度和韌度不達標

為了更好地滿足采煤需求，導向滑靴應具備較強的韌性和硬度，但在實際加工過程中，所使用的設備零件強度、韌度等難以達到這一標準，從而使得導向滑靴的耐磨性受到影響。

2.5 熱處理工藝不合理

在對導向滑靴失效現場檢查后得知，鐵素體和珠光體是導向滑靴失效所殘留的鑄態組織，出現這一基體組織會大大降低導向滑靴的沖擊性能，在采煤機運行過程中，一旦遇到較大的沖擊力，極有可能導致導向滑靴失效。

3 采煤機導向滑靴的優化設計

據相關統計報告顯示，導向滑靴失效在采煤機運行過程中出現的頻率較高，再加上故障出現后更換設備費時又費力，會嚴重影響到采煤的效率和質量。所以，結合采煤機的實際運行，對導向滑靴進行優化設計，能從根本上提高導向滑靴的使用性能。

3.1 加強結構改進

針對導向滑靴易出現裂紋和斷裂的部位進行結構強化處理，對于提高導向滑靴的穩定性能具有推動作用。具體落實措施為：增加導向鉤側根部的圓角，擴大應力集中的面積，從而避免該部位出現擴展性裂紋；在滿足綜合力學性能的要求下，適當增加導向鉤側的壁厚，以增強該部位的強度，確保導向滑靴具備足夠的強度來應對磨損。

3.2 優化設計耐磨板的焊接位置

關于焊接位置的優化措施需具體落實到兩個方面，一是在實施焊接工藝前，對焊接位置進行預熱處理；二是應采取措施對圓角應力進行分散，以減少導向滑靴的受力面積，盡可能避免產生焊接裂紋。

3.3 合理設計導向槽的凹面

導向槽凹面設計是否合理，直接關系到齒軌和導向滑靴導向槽之間的嚙合度，在采煤機處于正常運行的情況下，齒軌和導向槽之間應保持適當空隙。這也就對凹槽弧度設計的大小提出了更高要求，如果設計弧度過大，則會影響到導向滑靴的整體強度，而凹面弧度設計過小的話，齒軌和導向滑靴之間易發生脫軌的問題。因此，要嚴格保證導向槽凹面設計的合理性，確保其在水平運行和垂直運行中都能保持穩定的狀態。

3.4 提高材料的耐磨性能

從提高材料的耐磨性能入手，有利于提高導向滑靴的自身強度，可以從兩個方面著手：保證導向滑靴的尺寸在合理范圍內；采用熔敷或鑲焊的方式對導向滑靴的耐磨層進行加工處理，以提高導向滑靴上、下、前、后各表面的耐磨性能[3]。

3.5 合理優化熱處理工藝

相關試驗表明，熱處理工藝實施得當的話，導向滑靴的沖擊性能會提高30%左右。因此，在熱處理工藝操作過程中，要確保導向滑靴的基體組織為調質金相組織，大量實踐表明，這一基體組織下的導向滑靴各項指標均已達標，且韌性和強度均有所提高。

4 結語

導向滑靴作為采煤機的關鍵設備之一，其運行穩定性和企業的經濟效益息息相關，為了進一步提高企業的市場競爭力，分析導向滑靴出現失效故障的原因是十分必要的。同時，還應結合采煤機的運行實際，對導向滑靴進行優化設計，有利于提高導向滑靴的整體強度和韌性，保障采煤機的效率和質量。