刮板輸送機(jī)中部槽關(guān)鍵部件磨損形貌及影響因素分析

史志遠(yuǎn)

(1.中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院，江蘇 徐州 221116；2.安標(biāo)國(guó)家礦用產(chǎn)品安全標(biāo)志中心，北京 100013)

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刮板輸送機(jī)中部槽關(guān)鍵部件磨損形貌及影響因素分析

史志遠(yuǎn)1,2

(1.中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院，江蘇 徐州 221116；2.安標(biāo)國(guó)家礦用產(chǎn)品安全標(biāo)志中心，北京 100013)

針對(duì)刮板輸送機(jī)中部槽磨損嚴(yán)重造成故障多發(fā)的情況，調(diào)研了典型煤礦用戶、生產(chǎn)企業(yè)、維修現(xiàn)場(chǎng)及檢測(cè)檢驗(yàn)中心等刮板輸送機(jī)相關(guān)單位，根據(jù)現(xiàn)代摩擦學(xué)理論、交互作用原理及疲勞損傷理論，結(jié)合中部槽結(jié)構(gòu)組成及使用工況，對(duì)調(diào)研獲得的磨損樣槽資料進(jìn)行了研究，總結(jié)出了中部槽的基本磨損形貌，并從不同類型的工況環(huán)境中分析出了形成中部槽磨損狀態(tài)的重要影響因素。

刮板輸送機(jī)；中部槽；磨損形貌；影響因素

刮板輸送機(jī)作為綜采工作面機(jī)械化采煤的關(guān)鍵裝備，是煤炭裝運(yùn)的第一個(gè)環(huán)節(jié)，承擔(dān)著運(yùn)輸煤炭、為采煤機(jī)提供運(yùn)行軌道以及為液壓支架提供推移支點(diǎn)的重要任務(wù)，在很大程度上影響著煤礦的生產(chǎn)效率，也決定著煤礦的經(jīng)濟(jì)效益。中部槽是刮板輸送機(jī)的重要組成部分，重量占整機(jī)總重量的80%左右，無(wú)論在結(jié)構(gòu)組成還是功能應(yīng)用方面都對(duì)刮板輸送機(jī)的可靠運(yùn)行至關(guān)重要[1-3]。目前中部槽磨損失效現(xiàn)象非常普遍，經(jīng)常導(dǎo)致刮板輸送機(jī)停機(jī)，從而使整個(gè)采煤工作面停止工作，造成的損失非常巨大，很多煤礦企業(yè)因磨損失效報(bào)廢的中部槽堆積如山。中部槽磨損失效是刮板輸送機(jī)發(fā)生故障的主要原因，也是刮板輸送機(jī)失效的主要表現(xiàn)形式，直接影響到刮板輸送機(jī)的使用壽命。因中部槽的壽命與國(guó)外產(chǎn)品相比差距較大，從而造成我國(guó)生產(chǎn)的刮板輸送機(jī)壽命低于國(guó)外先進(jìn)產(chǎn)品，國(guó)外中部槽壽命已達(dá)到10Mt過(guò)煤量，最高可達(dá)12Mt過(guò)煤量，我國(guó)生產(chǎn)的中部槽壽命最高只達(dá)6Mt左右[4]。從調(diào)研的刮板輸送機(jī)生產(chǎn)企業(yè)來(lái)看，幾乎沒(méi)有企業(yè)在中部槽磨損機(jī)理方面進(jìn)行深入研究，大都進(jìn)行工藝應(yīng)用方面的較表面研究。因此，開(kāi)展中部槽磨損方面的基礎(chǔ)研究非常必要且迫在眉睫。

部分學(xué)者在刮板輸送機(jī)磨損方面開(kāi)展了一些研究工作[4-18]，但均鑒于某臺(tái)刮板輸送機(jī)使用情況，未對(duì)煤礦用戶、生產(chǎn)企業(yè)、維修現(xiàn)場(chǎng)及檢測(cè)檢驗(yàn)中心進(jìn)行實(shí)地調(diào)研，而且考慮的影響因素不是非常全面。本文從中部槽結(jié)構(gòu)組成及使用工況環(huán)境入手，全面研究刮板輸送機(jī)中部槽關(guān)鍵部件的磨損形貌及其影響因素，以期為生產(chǎn)企業(yè)設(shè)計(jì)制造可靠耐磨的中部槽提供技術(shù)支撐，為煤礦用戶制定科學(xué)合理的使用維護(hù)制度提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，為檢測(cè)檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)開(kāi)展準(zhǔn)確合理的檢測(cè)提供評(píng)判依據(jù)。

1　中部槽結(jié)構(gòu)組成

中部槽是刮板輸送機(jī)的關(guān)鍵部件，主要由中板、底板、槽幫、行走機(jī)構(gòu)等部件組成，具體結(jié)構(gòu)組成如圖1所示。在刮板輸送機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，中部槽各部件都發(fā)揮著重要作用，行走機(jī)構(gòu)是采煤機(jī)的行走軌道，支撐著工作中的采煤機(jī)；中板主要承擔(dān)運(yùn)煤和矸石的任務(wù)，需承受煤、矸石和刮板鏈等的重力；底板主要承接卸載后的刮板鏈，為返程的刮板鏈提供支撐；槽幫則是中板、底板等的固定裝置，直接與巷道底板接觸，起整體支撐作用。中部槽要有足夠的強(qiáng)度、剛度及耐磨性，才能保證刮板輸送機(jī)的可靠運(yùn)行，從而保證采煤工作面運(yùn)輸系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)以及整個(gè)煤礦運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)的正常運(yùn)行。以中部槽為核心的摩擦學(xué)系統(tǒng)所處的工況環(huán)境比較復(fù)雜，其關(guān)鍵組成部分中部槽與刮板、高強(qiáng)度圓環(huán)鏈、連接環(huán)、貨載(煤、矸石等)和周圍介質(zhì)(水、腐蝕性氣體等)等發(fā)生相互作用，從而磨損比較嚴(yán)重。

圖1　中部槽結(jié)構(gòu)組成

2　關(guān)鍵部件磨損形貌

通過(guò)調(diào)研煤礦用戶、生產(chǎn)企業(yè)、維修現(xiàn)場(chǎng)及檢測(cè)檢驗(yàn)中心等刮板輸送機(jī)相關(guān)單位，獲得了大量磨損中部槽的樣槽資料，整理并分析資料可以看出，中部槽的磨損形貌及磨損趨勢(shì)基本相似，在經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的使用后，刮板輸送機(jī)的其他部件還未出現(xiàn)故障，但中部槽已磨損得相當(dāng)嚴(yán)重。刮板輸送機(jī)的報(bào)廢大多由于中部槽磨損失效所致。

在中部槽的使用過(guò)程中，磨損比較嚴(yán)重的部件是中板和底板。中板經(jīng)常出現(xiàn)的磨損形貌為鏈道磨損和磨損穿透，如圖2所示。底板經(jīng)常出現(xiàn)的磨損形貌為磨損開(kāi)裂和磨損變形，如圖3所示。

圖2　中板的磨損形貌

圖3　底板的磨損形貌

從圖2可以看出，中板在沿圓環(huán)鏈的運(yùn)行方向上形成了較深的磨損溝痕，即鏈道，如圖2(a)樣槽1所示。刮板輸送機(jī)在運(yùn)送煤炭過(guò)程中，刮板和圓環(huán)鏈下面經(jīng)常卡有煤塊和矸石，在刮板、圓環(huán)鏈、煤塊、矸石與中板的反復(fù)沖擊、碾壓過(guò)程中，便形成了鏈道溝痕，相對(duì)于其他部位，鏈道的磨損看起來(lái)更加明顯。在采煤過(guò)程中工作面環(huán)境中含有大量水分以及CH4，CO2，CO，H2S等有害氣體和煤巖粉塵，中板完全暴露于這種惡劣環(huán)境條件下，容易發(fā)生腐蝕；另外煤塊、矸石等產(chǎn)生的重力及刮板鏈產(chǎn)生的牽引力，給中板形成巨大壓力，在環(huán)境與承力等因素綜合作用下，中板其他部位磨損也相當(dāng)嚴(yán)重，出現(xiàn)了磨損穿透現(xiàn)象，如圖2(b)樣槽2所示。

從圖3可以看出，底板的磨損也非常嚴(yán)重，樣槽3和4底板一些部位已由原出廠值30mm磨損到只有2mm，直至變形開(kāi)裂。底板與潮濕堅(jiān)硬的巷道底板接觸，主要用于托接回程的刮板、圓環(huán)鏈及連接環(huán)等，從受力的角度看，較中板要小一些，但磨損的卻更加嚴(yán)重。分析可知底板磨損嚴(yán)重的主要原因是其所處環(huán)境惡劣及所受沖擊力較大，因巷道頂部大量滴水，巷道底板所處環(huán)境較為潮濕，甚至出現(xiàn)積水。中部槽底板與巷道底板直接接觸，經(jīng)常浸泡在水中，長(zhǎng)期工作在易腐蝕的環(huán)境中，所以容易腐蝕失效；另外在煤礦開(kāi)采過(guò)程中巷道底板受礦山壓力影響，一般高低不平，在刮板輸送機(jī)運(yùn)行及推移過(guò)程中，中部槽底板與工作面底板相互沖擊、作用劇烈，從而造成其磨損較快。

中板、底板嚴(yán)重磨損后會(huì)發(fā)生變形，這樣就造成刮板輸送機(jī)其他組成部件配合不好，從而引發(fā)刮板輸送機(jī)一系列比較嚴(yán)重的故障，其中經(jīng)常出現(xiàn)的兩類故障為啞鈴銷座斷口和鏈輪斷齒，分別如圖4、圖5所示。

圖4　啞鈴銷座斷口形貌

圖5　鏈輪斷齒形貌

從圖4可以看出，啞鈴銷座在中部槽推移過(guò)程中，沖擊磨損較為嚴(yán)重，已出現(xiàn)斷口。究其原因?yàn)橹邪濉⒌装迥p嚴(yán)重、刮板輸送機(jī)安裝不合理或沖擊地壓較大等致其失效。由于以上因素影響使中部槽結(jié)構(gòu)發(fā)生扭曲，從而相鄰中部槽配不好或處于底板起伏不平的工作面，這就使相鄰中部槽連接處在垂直平面內(nèi)或在水平面內(nèi)偏轉(zhuǎn)一定角度。由于垂直彎曲或水平偏轉(zhuǎn)角度的存在，在采煤機(jī)移動(dòng)、刮板輸送機(jī)推進(jìn)及液壓支架移動(dòng)過(guò)程中，勢(shì)必引起連接中部槽的啞鈴銷出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)，啞鈴銷因扭轉(zhuǎn)產(chǎn)生的分力反作用在啞鈴銷座上，數(shù)以萬(wàn)次的對(duì)銷座擠壓、沖擊，從而造成啞鈴銷座斷口失效。

從圖5可以看出，鏈輪所受沖擊嚴(yán)重，已出現(xiàn)斷齒。刮板輸送機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，中部槽中板與圓環(huán)鏈存在摩擦接觸現(xiàn)象，在煤、矸石等貨載較多的情況下，圓環(huán)鏈與中板的摩擦面積較大；在煤、矸石等貨載較少的情況下，圓環(huán)鏈與中板的接觸面積較小。圓環(huán)鏈與中板周而復(fù)始地摩擦接觸勢(shì)必對(duì)圓環(huán)鏈外圓面、內(nèi)圓面等部位產(chǎn)生磨損，致使圓環(huán)鏈形狀發(fā)生變化，在其與鏈輪嚙合傳動(dòng)過(guò)程中，會(huì)發(fā)生配合不暢的情況，這樣在刮板輸送機(jī)突然起動(dòng)或貨載突然增加的情況下，圓環(huán)鏈上的張緊力也會(huì)隨之驟然增加。驟然增加的張緊力通過(guò)圓環(huán)鏈傳到鏈輪上，由于鏈輪與圓環(huán)鏈配合不暢，張緊力不僅驅(qū)動(dòng)鏈輪，還會(huì)在橫向上產(chǎn)生分力，該分力直接作用在鏈輪齒上，反復(fù)的沖擊作用最后使鏈輪磨損斷齒。

3　結(jié)　論

(1)中部槽磨損嚴(yán)重程度與刮板輸送機(jī)的運(yùn)行工況及環(huán)境介質(zhì)有關(guān)，刮板輸送機(jī)所處工況環(huán)境越惡劣、越復(fù)雜，其磨損越嚴(yán)重，失效趨勢(shì)發(fā)展得越快。

(2)中部槽的關(guān)鍵磨損部位為中板、底板，主要影響因素為其所處的工況及所受的循環(huán)作用力。中板、底板的磨損也會(huì)引發(fā)中部槽啞鈴銷座斷口、刮板輸送機(jī)鏈輪斷齒等故障。

(3)刮板輸送機(jī)正常工作過(guò)程中，中部槽的磨損情況及磨損趨勢(shì)基本類似，在刮板輸送機(jī)使用一段時(shí)間后，其他部件還未出現(xiàn)較大故障時(shí)，中部槽已磨損失效；為了避免失效報(bào)廢，煤礦用戶應(yīng)根據(jù)其磨損趨勢(shì)，及時(shí)進(jìn)行維修處理。

(4)科學(xué)合理的使用維護(hù)制度是延長(zhǎng)刮板輸送機(jī)中部槽使用壽命的重要影響因素，其能保證采煤工作面減少停機(jī)、煤礦正常生產(chǎn)。

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[責(zé)任編輯：鄒正立]

Analysis of Wear Appearance and Influence Factors of Middle Chute Critical Components in Scraper Conveyor

SHI Zhi-yuan1,2

(1.School of Mechatronic Engineering，China University of Mining Technology，Xuzhou 221116，China;2.Mining Products Safety Approvat and Certification Center，Beijing 100013，China)

To the large amount troubles that caused by middle chute wear in scraper conveyor，and some coherent company of scraper conveyor was invested，which included typical coal mine，manufacturing enterprise，filed service and detection center and so on.Based on modern tribology，interaction principle and fatigue damage theory，with structural composition of middle chute and service condition，then the material of wear chute samples were studied.And the basic wear appearance of middle chute was put forward，and the important influence factors that caused middle chute wear appearance were analyzed form different service condition.

scraper conveyor；middle chute，wear appearance；influence factors

2016-03-01

國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目(U1510205)；“十二五”國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目(2012BAK04B09)

史志遠(yuǎn)(1979-)，男，河北承德人，博士研究生，主要從事機(jī)械裝備可靠性與摩擦學(xué)研究。

TD528；TH238

A

1006-6225(2016)05-0033-03

[DOI]10.13532/j.cnki.cn11-3677/td.2016.05.010

[引用格式]史志遠(yuǎn).刮板輸送機(jī)中部槽關(guān)鍵部件磨損形貌及影響因素分析[J].煤礦開(kāi)采，2016，21(5)：33-35.