綜采工作面刮板運(yùn)輸機(jī)磨損失效分析及對策

賈建軍

（潞安集團(tuán) 常村煤礦，山西 長治046102）

刮板運(yùn)輸機(jī)是綜采工作面的關(guān)鍵運(yùn)輸設(shè)備，隨著工作面單產(chǎn)水平和綜合機(jī)械化水平的不斷提高，刮板運(yùn)輸機(jī)朝著高運(yùn)載能力、長距離運(yùn)輸?shù)确较虬l(fā)展。山西、陜西和內(nèi)蒙等省部分礦井綜采工作面配備的刮板運(yùn)輸機(jī)運(yùn)輸能力已經(jīng)超過10000t／h，長度達(dá)到400m以上。但是受到地質(zhì)條件的復(fù)雜性、工作面環(huán)境、煤巖體特征、運(yùn)輸機(jī)設(shè)計和安裝以及人為操作不當(dāng)?shù)纫蛩氐挠绊懀伟暹\(yùn)輸機(jī)在長期使用后會出現(xiàn)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(yùn)輸機(jī)性能和運(yùn)輸能力大幅度下降，甚至?xí)斐晒ぷ髅嫔a(chǎn)停滯，為礦井的安全高效生產(chǎn)帶來消極影響〔1－2〕。據(jù)相關(guān)資料統(tǒng)計，我國煤礦因磨損而廢棄的刮板運(yùn)輸機(jī)價值可達(dá)數(shù)億元，不但造成鋼材的浪費(fèi)也影響礦井綜合效益，同時因磨擦而增加電機(jī)耗能相比于正常設(shè)備增加了20%～25%左右。故本著提高工作面單產(chǎn)和運(yùn)輸機(jī)使用性能、壽命等方面考慮，筆者結(jié)合多年刮板運(yùn)輸機(jī)管理經(jīng)驗(yàn)對其磨損失效機(jī)理進(jìn)行研究，并提出相應(yīng)對策來提高刮板運(yùn)輸機(jī)使用性能。

1 刮板運(yùn)輸機(jī)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(yùn)輸通道，由槽幫鋼和中板焊接而成，各節(jié)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(yùn)輸和承載煤巖體。觀察長期使用后的刮板運(yùn)輸機(jī)發(fā)現(xiàn)，中部槽表面會存在分布形狀不均勻的表面磨剝現(xiàn)象，分析認(rèn)為這種磨損主要是磨料磨損和疲勞磨損導(dǎo)致，這種磨損是槽式運(yùn)輸設(shè)備最常見的磨損形式。在刮板運(yùn)輸機(jī)運(yùn)輸煤巖體過程中，部分堅硬煤巖體細(xì)碎顆粒與中部槽表面相互接觸并作相對摩擦運(yùn)動，致使中部槽表面發(fā)生塑性變形，且隨著煤巖體細(xì)碎顆粒硬度的增加磨損呈加劇狀態(tài)；同時，刮板鏈和刮板在運(yùn)行過程中不斷敲擊和摩擦中部槽，致使接觸部位出現(xiàn)疲勞摩擦變形和壓剪破壞，刮板運(yùn)輸機(jī)長時間運(yùn)行后中部槽會出現(xiàn)細(xì)微裂紋，若不及時處理，裂紋便會沿中部槽表面擴(kuò)展，最終導(dǎo)致中部槽表面出現(xiàn)磨剝現(xiàn)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(zhì)融入降塵水等水體后造成水質(zhì)具有腐蝕性，刮板運(yùn)輸機(jī)長期受到腐蝕性水體和礦物質(zhì)的侵蝕會進(jìn)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(huán)磨損

鏈環(huán)是刮板運(yùn)輸機(jī)的牽引構(gòu)件，目前常用的刮板運(yùn)輸機(jī)鏈環(huán)規(guī)格為 Φ30×108mm、Φ34×126mm、Φ38×137 mm等，大型運(yùn)輸機(jī)鏈環(huán)規(guī)格為Φ42×146mm、Φ52×176 mm。鏈環(huán)尺寸的增加為提高刮板運(yùn)輸機(jī)運(yùn)輸能力奠定了基礎(chǔ)，但是過大的運(yùn)載量也加劇了鏈環(huán)的磨損程度。根據(jù)現(xiàn)場觀測，刮板運(yùn)輸機(jī)鏈環(huán)磨損主要發(fā)生在鏈環(huán)直邊外側(cè)，分析認(rèn)為主要是由于垂直鏈直邊與中部槽接觸摩擦運(yùn)行，同時受到承載煤巖體的巨大壓力會進(jìn)一步增加垂直鏈的摩擦阻力，垂直鏈長時間運(yùn)行后會造成接觸直邊出現(xiàn)磨損現(xiàn)象，這種磨損會持續(xù)降低鏈環(huán)的耐磨和承載能力，若不及時處理會造成斷鏈?zhǔn)鹿省Ａ硗?，鏈環(huán)磨損還常出現(xiàn)在鏈環(huán)內(nèi)圈圓弧側(cè)，分析認(rèn)為主要是兩相鄰鏈環(huán)不斷彼此沖擊和摩擦，造成圓弧處出現(xiàn)應(yīng)力疲勞磨損，圓弧側(cè)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(huán)失效現(xiàn)象較少見，故在刮板輸送機(jī)使用過程中對圓弧側(cè)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(yùn)輸機(jī)常見故障，這主要是由于大功率、高運(yùn)輸能力刮板運(yùn)輸機(jī)齒輪外形尺寸未出現(xiàn)較大改變，致使齒輪受力大幅度增加，相關(guān)研究表明，部分大功率刮板運(yùn)輸機(jī)所用傳動齒輪單位齒寬載荷值可高達(dá)20 kN／cm。受到齒輪強(qiáng)度的限制，大功率刮板運(yùn)輸機(jī)傳動齒輪往往磨損較嚴(yán)重，若不及時更換甚至?xí)コ傻度袪睿X輪的失效會直接導(dǎo)致刮板運(yùn)輸機(jī)的停運(yùn)。分析認(rèn)為，齒輪磨損的主要機(jī)理是齒輪間除了節(jié)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(dǎo)致齒輪面直接接觸出現(xiàn)磨損。另外，齒輪的不斷嚙合也會造成齒輪接觸處出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象，長時間運(yùn)行后會造成齒輪接觸處出現(xiàn)疲勞磨損，其直接表現(xiàn)形式是齒輪面出現(xiàn)細(xì)小裂紋和點(diǎn)蝕。

生產(chǎn)實(shí)踐表明，受到井下惡劣條件的限制，刮板運(yùn)輸機(jī)軸承的潤滑性會持續(xù)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(yùn)輸機(jī)軸承時常伴隨著震動沖擊作用，這樣會進(jìn)一步加劇軸承的摩擦強(qiáng)度和磨損程度。

2 刮板運(yùn)輸機(jī)磨損對策

2.1 中部槽磨損對策

當(dāng)前，國內(nèi)絕大多數(shù)刮板運(yùn)輸機(jī)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(shù)高、耐磨性差等缺點(diǎn)，特別是鏈道處更易出現(xiàn)磨損，若不及時對溜槽進(jìn)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(yīng)用于中部槽耐磨處理。對于設(shè)計單位而言，可采用新型耐磨材料制作刮板運(yùn)輸機(jī)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(yīng)制作溜槽胚件，部分煤礦使用結(jié)果表明該種溜槽磨損率要遠(yuǎn)低于金屬中部槽，且質(zhì)量輕、噪音小，節(jié)能明顯〔3〕。此外，還可利用新型等離子熔覆技術(shù)對中部槽表面熔覆高強(qiáng)耐磨材料來提高中部槽的耐磨和耐腐蝕性〔4〕。

2.2 鏈環(huán)磨損對策

有關(guān)資料顯示，引起刮板運(yùn)輸機(jī)停運(yùn)的最主要故障是斷鏈，斷鏈約占刮板運(yùn)輸機(jī)故障率的53%左右，而引起斷鏈發(fā)生主要是鏈環(huán)磨損嚴(yán)重導(dǎo)致〔5〕。目前，提高鏈環(huán)耐磨性主要從改良鏈環(huán)制作材料和對鏈環(huán)表面進(jìn)行特殊熱處理來進(jìn)行?？紤]到鏈環(huán)是易損、易磨件，采用鏈環(huán)表面強(qiáng)化處理經(jīng)濟(jì)性較差，故及時掌握鏈環(huán)磨損情況并進(jìn)行更換是確保刮板運(yùn)輸機(jī)可靠運(yùn)行的最直接也是最有效方法。研究表明，新鏈環(huán)使用一定時間后斷鏈現(xiàn)象會頻頻發(fā)生，說明鏈環(huán)有一個使用壽命范圍，故掌握鏈環(huán)的使用壽命，及時更換受損鏈環(huán)是確保鏈環(huán)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(zhì)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(qiáng)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(yīng)加強(qiáng)齒輪箱密封性能，因?yàn)槊芊庀渲袧櫥鸵坏┻M(jìn)入顆粒物質(zhì)很容易進(jìn)入齒輪嚙合區(qū)，造成齒輪磨料磨損，且顆粒物質(zhì)還會使齒輪表面因磨擦升溫出現(xiàn)齒輪表面潤滑油膜破裂，造成齒輪磨損。嚴(yán)守操作規(guī)程，加強(qiáng)轉(zhuǎn)載機(jī)維護(hù)，避免超載、超速和潤滑不良等現(xiàn)象可有效避免軸承磨損問題。

3 刮板運(yùn)輸機(jī)使用管理

從刮板運(yùn)輸機(jī)磨損失效分析可知，規(guī)范刮板運(yùn)輸機(jī)使用也可有效地降低刮板輸送機(jī)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(huán)境，及時清理浮煤，嚴(yán)禁刮板運(yùn)輸機(jī)拉底煤；確保工作面噴霧降塵系統(tǒng)的可靠性，必要時對煤壁進(jìn)行注水，降低煤塵對刮板運(yùn)輸機(jī)零部件的影響。根據(jù)工作面現(xiàn)狀，及時調(diào)整刮板運(yùn)輸機(jī)狀態(tài)，盡量確保刮板運(yùn)輸機(jī)平直。

2）加強(qiáng)刮板運(yùn)輸機(jī)油質(zhì)管理，防止煤巖體細(xì)微顆粒進(jìn)入油中，及時對刮板運(yùn)輸機(jī)減速機(jī)、軸承等零件加油，確保刮板運(yùn)輸機(jī)傳動裝置的良好潤滑性。

3）加強(qiáng)刮板運(yùn)輸機(jī)日常檢修工作，對刮板運(yùn)輸機(jī)出現(xiàn)的故障及時進(jìn)行診斷和處理，這樣可以有效避免刮板運(yùn)輸機(jī)帶病運(yùn)行和刮板運(yùn)輸機(jī)磨損。加強(qiáng)煤壁和頂板管理，盡量減少大塊煤巖體掉落砸向運(yùn)輸機(jī)槽體和鏈環(huán)，對于出現(xiàn)鏈環(huán)扭曲變形、采煤機(jī)下方卡有大塊巖石或者刮板運(yùn)輸機(jī)被煤巖壓死時及時進(jìn)行處理，嚴(yán)禁刮板運(yùn)輸機(jī)強(qiáng)行運(yùn)行。

4）加強(qiáng)刮板運(yùn)輸機(jī)操作技能培訓(xùn)，規(guī)范刮板運(yùn)輸機(jī)操作制度，這樣可以盡量減少人為原因造成刮板運(yùn)輸機(jī)故障和磨損。

5）組織刮板運(yùn)輸機(jī)操作管理人員對刮板運(yùn)輸機(jī)磨損機(jī)理進(jìn)行學(xué)習(xí)和研究，從根本上弄清刮板運(yùn)輸機(jī)磨損的具體原因，有針對性地采取行之有效的方法。

4 結(jié)語

刮板運(yùn)輸機(jī)作為綜采工作面關(guān)鍵運(yùn)輸設(shè)備，在使用過程中因設(shè)計制造、安裝、使用環(huán)境和操作等多方面原因，常常因磨損嚴(yán)重而使其使用性能和使用壽命大幅度下降。實(shí)踐表明，刮板運(yùn)輸機(jī)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(huán)等，通過現(xiàn)場分析掌握了這些部件磨損機(jī)理并提出了相應(yīng)的對策，這些措施對于保障刮板運(yùn)輸機(jī)安全高效運(yùn)行具有重要的作用。在刮板運(yùn)輸機(jī)日常使用和維護(hù)過程中，要對其使用性能和使用狀況加強(qiáng)觀察，對出現(xiàn)的問題及時進(jìn)行解決，這對預(yù)防刮板運(yùn)輸機(jī)磨損具有顯著的作用。

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

〔2〕張林虎.刮板輸送機(jī)典型故障的分析與預(yù)防〔J〕.中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2010，（13）：129.

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

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

〔5〕蔡秀凡，李洪彪，李留璽.鏈板除渣機(jī)磨損失效分析及對策〔J〕.機(jī)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(jī)磨損失效及對策〔J〕.煤礦機(jī)械，2005，（7）：58－59.