煤礦機(jī)械磨損失效研究

摘 要：隨著我國經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，煤礦機(jī)械作為煤炭開采的重要的工具，承擔(dān)著煤礦順利生產(chǎn)的主要任務(wù)。由于煤礦工作環(huán)境非常復(fù)雜與惡劣、工況條件苛刻，并且運(yùn)行時(shí)間長等，因此，煤礦機(jī)械在生產(chǎn)使用過程中造成設(shè)備和零件嚴(yán)重磨損失效的現(xiàn)象。為了減少煤礦機(jī)械磨損失效，使煤礦機(jī)械的可靠性和使用壽命得到提高，該文通過簡要介紹煤礦機(jī)械磨損失效的因素，根據(jù)磨損失效分析的方式，針對幾種常見煤礦機(jī)械磨損失效的形式，提出一些減少煤礦機(jī)械磨損失效的建議。

關(guān)鍵詞：煤礦機(jī)械 磨損 失效 建議

中圖分類號：TD40文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）05（b）-0028-02

根據(jù)調(diào)查統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，我國煤礦企業(yè)因機(jī)械磨損失效問題需更換的投入資金，每年要達(dá)到20億，甚至因?yàn)闄C(jī)械更換停機(jī)而造成的損失更是無法被統(tǒng)計(jì)。因此，加大對煤礦機(jī)械磨損失效的研究，成為日后煤礦企業(yè)安全生產(chǎn)被關(guān)注焦點(diǎn)。

1 煤礦機(jī)械磨損失效的因素

為了充分認(rèn)識和高度重視我國煤礦機(jī)械的磨損失效問題，對煤礦機(jī)械的磨損失效形式和機(jī)理進(jìn)行了現(xiàn)場研究和理論分析，對因磨損而造成的經(jīng)濟(jì)損失進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)計(jì)算.研究表明：煤礦機(jī)械的磨損失效形式主要是磨損和斷裂；磨損機(jī)理主要是磨粒磨損和腐蝕磨損；全國煤礦系統(tǒng)因磨損而造成的經(jīng)濟(jì)損失每年大約在400億元以上.此外，還對如何有效地減少煤礦機(jī)械磨損和延長其使用壽命提出了具體建議。

我國煤礦開采主要分為露天開采和礦井開采兩種，其中，我國多數(shù)煤炭生產(chǎn)工作都是在礦井中進(jìn)行。而造成機(jī)械磨損的主要因素除了環(huán)境和地質(zhì)條件外，還有煤的硬度等都將造成機(jī)械設(shè)備的嚴(yán)重?fù)p害。

由于煤礦機(jī)械環(huán)境中濕度很大，空氣中所含的水分達(dá)到了80%，嚴(yán)重腐蝕著金屬材質(zhì)的機(jī)械，并且礦井中酸堿度很高，pH成分超過了6.5，使煤礦機(jī)械在濕潤的環(huán)境下容易形成化學(xué)反應(yīng)，同時(shí)，機(jī)械在工作的時(shí)候會產(chǎn)生大量電流，這樣更進(jìn)一步的快速加快了腐蝕度，因此，導(dǎo)致煤礦機(jī)械磨損失效。

除此之外，對于煤礦機(jī)械磨損來說，硬度是影響磨損的主要原因。煤中含有大量不同硬度的雜質(zhì)，例如：石英和方解石、黃鐵礦和褐鐵礦等，其中，影響機(jī)械磨損的主要雜質(zhì)有石英和黃鐵礦兩種。為了能夠證明煤的硬度對煤礦機(jī)械的磨損，通過磨損試驗(yàn)：浮選無煙煤鏡質(zhì)組HV138～174得知，煤與其它磨料一樣都具有磨損性。當(dāng)磨料硬度和金屬材料硬度小于6.4，磨料硬度沒有發(fā)生改變的情況下，磨損就會隨著材料硬度的增加而近似于零，相反磨料硬度發(fā)生改變以后，煤與機(jī)械的接觸就會造成犁溝碾平斷裂的軟磨料磨損；當(dāng)磨料硬度和金屬材料硬度大于6.4，磨料硬度沒有發(fā)生改變的情況下，磨損就會隨著材料硬度的減低而急劇升高，相反磨料硬度發(fā)生改變以后，煤與機(jī)械的接觸就會造成切削硬磨料磨損。

2 磨損失效分析的方式

雖然影響煤礦機(jī)械磨損失效的因素有多種，但是我們可以通過不同方式對磨損失效進(jìn)行分析。

2.1 磨屑分析

磨屑分析主要是針對材料在磨損過程中被去除的磨屑，這種分析方式能夠綜合反映各中機(jī)械或物理作用下失效的原因。由于受到煤礦工作環(huán)境的影響，在收集煤的碎屑過程中依然存在難度，因此，將采用氣動(dòng)鐵鋪和磁性法進(jìn)行收集。

2.2 工況和磨損形貌分析

由于煤礦機(jī)械工作的環(huán)境復(fù)雜多變，在進(jìn)行機(jī)械磨損分析的時(shí)候，可以根據(jù)每個(gè)不同機(jī)械的用途和受力情況、磨料硬度，以及結(jié)構(gòu)特征等進(jìn)行數(shù)據(jù)對比分析。這種工況的分析方式不僅能夠有效的獲取機(jī)械磨損情況與原因，還能夠?yàn)槿蘸蟮姆乐翁峁┮罁?jù)。

磨損形貌分析主要是通過宏觀和微觀，以及磨損表層分析，對機(jī)械失效的部位進(jìn)行觀察和數(shù)據(jù)采集進(jìn)行分析，利用肉眼和拍攝等方式，觀察機(jī)械零件外表磨損的數(shù)據(jù)，并進(jìn)行詳細(xì)測量與記錄綜合分析，以獲取煤礦機(jī)械磨損失效的因素。

3 幾種常見煤礦機(jī)械磨損失效的形式

3.1 刮板輸送機(jī)的磨損失效

煤礦機(jī)械中，由于刮板輸送機(jī)輸送物料主要是通過鏈條帶動(dòng)刮板中部槽內(nèi)滑動(dòng)進(jìn)行的，因此，造成該機(jī)械磨損失效的形式有兩個(gè)方面：摩擦和腐蝕磨損。其中，磨損較為嚴(yán)重的地方有：中部槽和鏈條，以及刮板等。

在刮板輸送機(jī)的實(shí)際工作中，中部槽磨損主要是中板和槽幫受到刮板、物料、鏈的影響造成磨損。除此之外，還有采煤機(jī)隨著中部槽進(jìn)行移動(dòng)的同時(shí)，使槽幫上翼被磨損。根據(jù)實(shí)際的刮板機(jī)中部槽的設(shè)計(jì)要求，兩個(gè)相鄰的槽之間垂直平面彎曲傾角與水平偏轉(zhuǎn)角間的角度要小于等于3°。但是因?yàn)閷?shí)際地面不平的因素，使兩個(gè)相鄰槽之間的鋪設(shè)角度超出要求范圍度數(shù)，造成運(yùn)行時(shí)中板與槽幫接觸的壓力過大加速磨損，并且極容易導(dǎo)致發(fā)生機(jī)電事故。

而鏈條磨損主要是鏈條斷裂造成的磨損。由于鏈條與物料和槽接觸的過程中存在摩擦，以及鏈輪和鏈環(huán)相對滑動(dòng)時(shí)存在摩擦等，因此，造成鏈條在實(shí)際的工作條件下必然會被磨損。當(dāng)鏈條環(huán)的面積在不斷磨損過程中逐漸減小時(shí)，那么鏈條環(huán)的強(qiáng)度就會減低直至鏈條斷裂。同時(shí)鏈條磨損后所產(chǎn)生的傳動(dòng)效率與正常鏈條的傳動(dòng)效率相比要低出6%左右，并且加快了鏈條平環(huán)肩部的磨損和平環(huán)與鏈輪輪齒接觸面爬鏈，造成啃肩現(xiàn)象和刮板輸送機(jī)事故的發(fā)生。

3.2 采煤機(jī)與掘進(jìn)機(jī)的磨損

由于采煤機(jī)與掘進(jìn)機(jī)之間的工作原理大致相同，所以在機(jī)械運(yùn)行的過程中，兩種煤礦機(jī)械的磨損失效形式也大致一樣。其磨損形式分為截齒和滾筒磨損兩種。前者磨損是由于滾筒在旋轉(zhuǎn)的過程中直接和煤層產(chǎn)生摩擦，而造成機(jī)械磨損失效的。當(dāng)煤層中含有硬礦物料的時(shí)候時(shí)，在運(yùn)行的過程中就會產(chǎn)生高達(dá)600～800°的摩擦高溫加快截齒的磨損。同時(shí)，在截割煤巖的時(shí)候，當(dāng)巖石硬度超過了HV900～1100后，截齒將會承受巨大的沖擊負(fù)荷和壓硬力，以及剪應(yīng)力，就會直接造成截齒過載斷裂；而后者主要是煤塊掉落在螺旋葉片上由滾筒旋轉(zhuǎn)移至輸送機(jī)中造成的磨損，尤其是在螺旋葉片中，磨損會將最初的25 mm螺旋葉片磨損至幾毫米。除此之外，滾筒中的截齒座由于受到振動(dòng)沖擊的影響，通過長期截齒與齒座間的摩擦，在機(jī)械采煤100萬t左右就會出現(xiàn)變大和縫隙現(xiàn)象，一旦煤?；蛎悍鄣羧朐斐赡チＤp的同時(shí)，加快齒座磨損。這樣一來，截齒的牢固程度就會受到影響，容易引發(fā)事故的發(fā)生。

3.3 提升機(jī)和膠帶運(yùn)輸機(jī)的磨損

在提升機(jī)的磨損中，鋼絲繩和箕斗磨損是該機(jī)械磨損最為嚴(yán)重的部位。鋼絲繩磨損主要是由于多層纏繞和滾筒直徑與鋼絲繩纏繩的間隙不符，造成跨圈和咬繩狀況加快著鋼絲繩的磨損；而箕斗主要是在卸煤的過程中煤與襯板之間的滑動(dòng)沖擊磨損。當(dāng)箕斗進(jìn)入井道過程中，大量的水汽嚴(yán)重腐蝕著襯板，經(jīng)過長期裝煤的沖擊力，被腐蝕的鐵銹脫落使襯板磨穿失效。

在膠帶輸送機(jī)的磨損中，除了驅(qū)動(dòng)滾筒與膠帶之間的摩擦不會影響到機(jī)械的正常運(yùn)行外，其他任何摩擦都將嚴(yán)重造成機(jī)械的失效。例如：托輥磨損。在軸承中進(jìn)入大量粉塵顆粒后，就會造成軸承中的潤滑度降低，甚至干化，不僅嚴(yán)重影響著托輥的運(yùn)行，還加快了機(jī)械的磨損失效。除此之外，殼體磨損也是造成托輥磨損失效的重要原因之一。

3.4 其他煤礦機(jī)械的磨損

在煤礦機(jī)械中，磨損失效除了刮板輸送機(jī)、采煤機(jī)、掘進(jìn)機(jī)、提升機(jī)、膠帶運(yùn)輸機(jī)的磨損外，還有其他機(jī)械設(shè)備的磨損，例如：振動(dòng)篩激振器軸承和篩板磨損、礦車輪和車箱的磨損與三連環(huán)碰頭的磨損，以及通風(fēng)機(jī)、壓風(fēng)機(jī)葉片主軸的磨損等等。這些常見的煤礦機(jī)械磨損失效不僅能夠?yàn)槊旱V企業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失，還能夠引起嚴(yán)重的安全事故。

4 減少煤礦機(jī)械磨損失效的建議

其一，注重煤礦機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。在煤礦機(jī)械中，結(jié)構(gòu)是造成機(jī)械磨損失效的重要方面，機(jī)械的結(jié)構(gòu)和各零件的形狀、尺寸，以及工藝方式等等都需要對摩擦物質(zhì)接觸的狀態(tài)進(jìn)行考慮，同時(shí)在掌握摩擦學(xué)理論后，針對磨損失效的形式進(jìn)行全面設(shè)計(jì)。例如：將某一耐磨襯板中的方形減重孔改變成為橢圓形的減重孔，這樣大大提高了襯板的使用壽命。

其二，注重煤礦機(jī)械設(shè)備的選材和工藝。通過對煤礦機(jī)械磨損失效分析后，初步確定合理選擇高性能的材料是如何提高設(shè)備耐磨性的首要問題。選擇的過程中，主要針對機(jī)械的適用和經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行?？梢愿鶕?jù)不同工況的情況，選擇不同成分和型號的材料。同時(shí)，還要對冶煉的成分進(jìn)行控制，對雜物和氣體的含量等進(jìn)行控制。例如：在使用煤礦機(jī)械截齒刀頭的時(shí)候，可以選取刀體為42CrMo和35CrMnSi硬質(zhì)合金來確保刀頭的高強(qiáng)度耐磨性。

其三，注重煤礦機(jī)械設(shè)備的維護(hù)與使用。由于煤礦機(jī)械不僅工作環(huán)境惡劣，而且工況條件苛刻，因此，極容易造成機(jī)械出現(xiàn)嚴(yán)重的磨損和腐蝕失效的狀況。為了能夠及時(shí)避免設(shè)備磨損失效，除了要注重機(jī)械的設(shè)計(jì)和工藝，以及選材外，還要注重機(jī)械的維護(hù)和使用。嚴(yán)格按照操作規(guī)程，在改善設(shè)備使用條件和維護(hù)的情況下，不斷加強(qiáng)對設(shè)備的維護(hù)與管理，在減少磨損和提高設(shè)備使用壽命的條件下，確保設(shè)備生產(chǎn)運(yùn)行的穩(wěn)定。

由于煤礦工作環(huán)境非常復(fù)雜與惡劣、工況條件苛刻，并且運(yùn)行時(shí)間長等，因此，煤礦機(jī)械在生產(chǎn)使用過程中造成設(shè)備和零件嚴(yán)重磨損失效的現(xiàn)象。為了減少煤礦機(jī)械磨損失效，使煤礦機(jī)械的可靠性和使用壽命得到提高，本文通過簡要介紹煤礦機(jī)械磨損失效的因素，根據(jù)磨損失效分析的方式，針對幾種常見煤礦機(jī)械磨損失效的形式，提出一些減少煤礦機(jī)械磨損失效的建議。

總而言之，由于煤礦機(jī)械設(shè)備多在井下工作，其惡劣的工作環(huán)境不僅能夠?qū)е聡?yán)重的機(jī)械磨損失效現(xiàn)象，而且還能夠引發(fā)設(shè)備發(fā)生故障安全事故，嚴(yán)重影響和危害到煤礦企業(yè)經(jīng)濟(jì)。因此，減少煤礦機(jī)械磨損失效，使煤礦機(jī)械的可靠性和使用壽命得到提高，為實(shí)現(xiàn)煤礦高效生產(chǎn)和安全運(yùn)行有著重要意義。

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