淺析礦山機(jī)械中摩擦磨損

李朋陽(yáng) 李寧 陳鵬沖

【摘要】礦山機(jī)械在生產(chǎn)的過(guò)程中，由于其工作對(duì)象都是較為堅(jiān)硬的煤礦，同時(shí)還有殲石等非煤礦的物質(zhì)存在，其機(jī)械所產(chǎn)生的磨損也較為嚴(yán)重，尤其是個(gè)別部位出現(xiàn)嚴(yán)重磨損之后，就會(huì)導(dǎo)致礦山機(jī)械設(shè)備出現(xiàn)故障，嚴(yán)重情況下還可能會(huì)導(dǎo)致事故的發(fā)生。為了能夠有效的降低礦山機(jī)械的摩擦磨損，有效的延長(zhǎng)礦山機(jī)械的使用壽命，就需要對(duì)礦山機(jī)械的摩擦磨損機(jī)械分析和研究，熟悉了解礦山機(jī)械摩擦磨損的形式以及各種摩擦磨損的原理，以便更好地進(jìn)行保養(yǎng)。主要針對(duì)礦山機(jī)械中摩擦磨損現(xiàn)象進(jìn)行了深入的分析，以期為其他礦區(qū)礦山機(jī)械使用的情況提供參考。

【關(guān)鍵詞】礦山機(jī)械；液壓泵；內(nèi)燃機(jī)；摩擦磨損；分析

礦山機(jī)械所需要的動(dòng)力較大，而在大動(dòng)力運(yùn)行的過(guò)程中，只要有部分區(qū)域沒(méi)有做好養(yǎng)護(hù)工作，就會(huì)促使劇烈的摩擦現(xiàn)象出現(xiàn)，這也就導(dǎo)致礦山的機(jī)械磨損過(guò)大，尤其是個(gè)別重要的零件，在遭受到嚴(yán)重磨損之后，就只能整體性的更換，這對(duì)于礦山企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益來(lái)說(shuō)有著極大的影響。這就需要對(duì)礦山機(jī)械進(jìn)行全面的分析，從而預(yù)先采取應(yīng)對(duì)措施。本文對(duì)礦山機(jī)械液壓泵和內(nèi)燃機(jī)的摩擦磨損進(jìn)行了分析。

1.液壓泵的摩擦磨損分析

1.1 磨粒磨損

液壓元件兩相互摩擦表面中， 微小硬質(zhì)點(diǎn)不斷滑磨較軟材料表面，劃出溝紋，使得液壓泵泄露增大，減小液壓泵的容積效率，造成流量及壓力減小。在污染的油液中，金屬顆粒約占 75%，塵埃約占 15%，其他雜質(zhì)約占 10%。 可見，固體顆粒危害最大。 顆粒污染物的硬度、破碎強(qiáng)度、形狀、尺寸大小及分布等特性對(duì)元件的污染磨損有直接的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，泵的磨損與顆粒污染物的磨損性有很大關(guān)系，在試驗(yàn)污染物中煤粉的磨損性最小，淬火鋼粉的磨損性最大。 這與摩擦磨損理論是相符合的，材料抵抗磨損主要取決于磨粒硬度和材料表面硬度和耐磨性。

1.2 粘著磨損

根據(jù)鮑頓和泰伯提出的粘著-犁溝摩擦理論， 在液壓泵的兩表面接觸時(shí)，在載荷作用下，某些接觸點(diǎn)的單位壓力很大，發(fā)生塑性變形，這些點(diǎn)將牢固的粘著，使兩表面形成一體，稱為粘著或冷焊。當(dāng)一表面相對(duì)另一表面硬一些，則硬表面的粗糙微凹體頂端將會(huì)在較軟表面上產(chǎn)生犁溝。礦山機(jī)械液壓泵往往工作于壓力高、流量大、溫度高，表面形成的潤(rùn)滑油膜，特別是物理吸附膜和化學(xué)反應(yīng)膜，會(huì)在高溫下解附。并且在重載下，將潤(rùn)滑油膜擠破，使得摩擦表面直接接觸即干摩擦。由表面膜效應(yīng)知，表面膜的剪切強(qiáng)度小于金屬剪切強(qiáng)度，當(dāng)表面膜消失時(shí)，摩擦系數(shù)迅速增大，使液壓元件表面溫度進(jìn)一步升高，當(dāng)溫度很高使材料軟化，導(dǎo)致粘著磨損的發(fā)生。例如，柱塞泵體中的柱塞與缸孔正常工作處于液體潤(rùn)滑狀態(tài)，當(dāng)存在制造誤差與安裝誤差時(shí)，造成摩擦表面直接接觸，導(dǎo)致粘著磨損的發(fā)生。

1.3 氣穴氣屑

油液中的空氣也會(huì)引起液壓元件的侵蝕磨損。氣體在油液中的存在形式有兩種：一、氣體溶解在油液中，氣體的溶解度也油液的壓力有關(guān)，氣體隨著油壓增大，溶解增強(qiáng)。二、氣體混雜在液體中。在液壓泵工作過(guò)程中，油液壓力發(fā)生不斷地波動(dòng)，當(dāng)壓力降低到一定程度，油液中溶解的氣體將會(huì)釋放，并在元件壁上形成氣泡，而當(dāng)壓力增大到大于氣泡內(nèi)的壓力時(shí)，氣泡爆破，產(chǎn)生瞬間壓力沖擊，沖擊壓力可以達(dá)到幾百兆帕，使液壓元件產(chǎn)生金屬疲勞，金屬表面剝落或出現(xiàn)孔洞。從金屬表面掉下的金屬磨粒進(jìn)入油液中，造成進(jìn)一步的磨損。

2.內(nèi)燃機(jī)的摩擦磨損分析

2.1 磨粒磨損

內(nèi)燃機(jī)在井下作業(yè)，由于工況復(fù)雜，條件苛刻，加工工藝較差，表面粗糙度較大，在元件回轉(zhuǎn)過(guò)程中產(chǎn)生大量的磨粒和磨屑，加之，井下灰塵濃度高，進(jìn)入氣缸內(nèi)，從而加劇內(nèi)燃機(jī)的磨損；燃燒后的殘?jiān)头e碳，對(duì)缸套內(nèi)壁和活塞環(huán)表面，產(chǎn)生的微切削、刮傷、壓傷和疲勞破壞，都是材料磨損的主要形式。工作時(shí)，隨著顆粒速度和濃度增加，當(dāng)缸體內(nèi)壓力增加時(shí)，材料表面接觸應(yīng)力增加，磨粒在兩表面之間來(lái)回摩擦，導(dǎo)致磨損增加。磨粒的形態(tài)有球形狀、層狀等，污染顆粒有塵埃、金屬粉、煤屑、石棉纖維、濾器材料、密封材料等。磨粒的形狀、大小和磨屑的成分及含量可用鐵譜法和光譜法進(jìn)行測(cè)量，但使用鐵譜法主要依賴于個(gè)人經(jīng)驗(yàn)和抽取合適的油樣。

2.2 粘著磨損

粘著磨損主要發(fā)生于機(jī)器的跑和階段，由于表面粗糙度大，實(shí)際接觸面積僅有名義接觸面積的 0.01%～0.1%，微凸體在強(qiáng)大的壓力下，產(chǎn)生塑性變形并接著產(chǎn)生粘著磨損，磨損率是正常工作的 50～100 倍，磨去最大峰高度的 65%～75%。 因此，內(nèi)燃機(jī)在跑和階段若磨合不當(dāng)就會(huì)造成嚴(yán)重的粘著、膠合并發(fā)生拉缸，使內(nèi)燃機(jī)報(bào)廢。為防止擦傷和疲勞磨損，可以對(duì)缸體表面進(jìn)行各種處理，如滲碳、滲碳、PCD、CVD 等，增加表面硬度，增強(qiáng)表面耐磨性；為減少磨粒在材料表面磨出溝槽，降低內(nèi)燃機(jī)的密合性，可減小發(fā)動(dòng)機(jī)的耗油量。

3.總結(jié)

礦山機(jī)械在實(shí)際工作過(guò)程中，摩擦磨損無(wú)處不在，而且不同形式的磨損往往是共同作用的或者是相互交替發(fā)生的。在了解礦山機(jī)械摩擦磨損的原理后就應(yīng)該對(duì)零件材料進(jìn)行綜合性能分析，盡可能的降低礦山機(jī)械在使用過(guò)程中的摩擦磨損，有效的延長(zhǎng)礦山機(jī)械的使用壽命。而且礦山機(jī)械的工作環(huán)境比較惡劣，就更容易受到摩擦磨損，使得機(jī)械的正常使用，礦山機(jī)械設(shè)備因此而磨損失效的礦山機(jī)械設(shè)備，給國(guó)家和人民都帶來(lái)很大的經(jīng)濟(jì)損失。因此，應(yīng)該對(duì)礦山機(jī)械的摩擦磨損進(jìn)行深入地分析和研究，正確的使用和維護(hù)礦山機(jī)械，并對(duì)降低機(jī)械摩擦磨損采取有效地措施，以減小機(jī)械摩擦磨損，延長(zhǎng)使用壽命，降低經(jīng)濟(jì)損失。

參考文獻(xiàn)：

[1] 蔣建忠，趙永武.摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)計(jì)算機(jī)輔助測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].江南大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）.

[2] 楊曉京.固體顆粒雜質(zhì)影響活塞環(huán)-缸套潤(rùn)滑，磨損的理論及試驗(yàn)裝備研究[D].浙江大學(xué)，2008.

[3]徐粲銘.油膜理論與液壓泵和馬達(dá)的摩擦副設(shè)計(jì)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1984：1-4.

[4]賈錫印.內(nèi)燃機(jī)的潤(rùn)滑與磨損[M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社，1988.

[5]孟 凡 明 ，張 優(yōu) 云 .運(yùn)動(dòng) 顆 粒 對(duì) 活 塞 環(huán) 潤(rùn) 滑 的 影響 [J]. 內(nèi) 燃 機(jī) 學(xué)報(bào) ，2004，（3）：

169-175.

作者簡(jiǎn)介：李朋陽(yáng)：鄭州大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院學(xué)生

李寧：鄭州大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院學(xué)生

陳鵬沖： 鄭州大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院學(xué)生