煤礦機(jī)械磨損失效分析方法和抗磨措施

摘要：煤礦產(chǎn)業(yè)推動(dòng)了我國(guó)工業(yè)、航天業(yè)、制造業(yè)的快速發(fā)展，產(chǎn)業(yè)發(fā)展中需要大規(guī)模使用煤炭資源。因此，工作人員應(yīng)當(dāng)不斷提高煤炭的開采質(zhì)量和開采效率，重視煤礦機(jī)械技術(shù)的創(chuàng)新，可全面提高煤礦機(jī)械的應(yīng)用效率。但是，煤礦機(jī)械大多處于惡劣的生產(chǎn)環(huán)境，并且還會(huì)受到設(shè)備磨損、設(shè)備故障等因素的影響，致使生產(chǎn)出現(xiàn)嚴(yán)重的磨損失效問題。為了降低磨損失效對(duì)煤礦機(jī)械設(shè)備應(yīng)用的影響，要制定符合標(biāo)準(zhǔn)的抗磨措施，提高煤礦機(jī)械設(shè)備的功能性。基于此，本文就煤礦機(jī)械磨損失效分析方法和抗磨措施進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：煤礦機(jī)械? 磨損失效? 抗磨措施? 磨損屑末分析法? 煤礦生產(chǎn)工藝? 設(shè)備故障

煤礦機(jī)械使用與煤礦開采質(zhì)量息息相關(guān)，高性能、高標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)械設(shè)備可提高煤礦產(chǎn)業(yè)的綜合效率，對(duì)我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展也提供了一定支持。為了進(jìn)一步提升煤礦機(jī)械設(shè)備的應(yīng)用質(zhì)量，需要工作人員結(jié)合科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新要點(diǎn)、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)改革方向進(jìn)行總結(jié)，積極融入智能化、自動(dòng)化的開采技術(shù)，可降低礦井下機(jī)械設(shè)備磨損的不利因素的影響。另外，明確磨損失效的原因，再?gòu)牟煌慕嵌却_立科學(xué)的抗磨措施，可推動(dòng)我國(guó)煤炭經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。

1 造成煤礦機(jī)械設(shè)備磨損失效原因

1.1 礦區(qū)環(huán)境惡劣

煤礦作業(yè)（綜采、初加工）均在井下完成，但井下空間相對(duì)復(fù)雜，并且還會(huì)受到礦井穩(wěn)定性、承載力的影響，若礦區(qū)有灰塵、煤屑附著在機(jī)械設(shè)備表面、軸承等元件，會(huì)激發(fā)軸承和重要機(jī)械設(shè)備的磨損概率，造成機(jī)械運(yùn)行失效的情況。在此過程中，煤礦機(jī)械井下作業(yè)還會(huì)受到地下水的侵蝕，致使局部零件出現(xiàn)老化、損壞的問題，這也是造成機(jī)械磨損的重要因素[1]。另外，煤礦機(jī)械長(zhǎng)期運(yùn)行也會(huì)使設(shè)備運(yùn)行過度，降低了設(shè)備的使用壽命，而設(shè)備的老化、損壞也增加了后期煤礦機(jī)械的維修成本，極其不利于煤礦產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

1.2 煤礦機(jī)械設(shè)備工作強(qiáng)度大

煤礦機(jī)械大多處于24h的運(yùn)行狀態(tài)，設(shè)備長(zhǎng)期高工作強(qiáng)度作業(yè)不僅會(huì)降低整體煤礦的開采量，還會(huì)造成設(shè)備磨損失效、軸承運(yùn)行異常的問題。在此過程中，若煤礦機(jī)械始終處于超負(fù)荷的狀態(tài)時(shí)，會(huì)導(dǎo)致重要的機(jī)械系統(tǒng)出現(xiàn)損傷，不利于產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，也降低了煤礦產(chǎn)業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展。

1.3 煤礦機(jī)械設(shè)備維護(hù)困難

煤礦機(jī)械設(shè)備維護(hù)可在極大程度上保證機(jī)械設(shè)備的正常運(yùn)行，但部分機(jī)械設(shè)備處于較為復(fù)雜的環(huán)境當(dāng)中，特別是我國(guó)部分維修技術(shù)還不完善，可能會(huì)影響設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。若設(shè)備長(zhǎng)期處于停機(jī)狀態(tài)時(shí)，會(huì)降低煤炭的開采量。因此，工作人員應(yīng)當(dāng)充分認(rèn)知煤礦機(jī)械設(shè)備的維護(hù)要點(diǎn)，在降低磨損損失的基礎(chǔ)上建立科學(xué)的管理要點(diǎn)，提高設(shè)備的抗磨效果[2]。

2 煤礦機(jī)械磨損失效分析方法

2.1 資料分析

利用智能化、自動(dòng)化技術(shù)分析煤礦機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，在評(píng)估、統(tǒng)計(jì)、分析、監(jiān)控期間明確煤礦機(jī)械的設(shè)備的運(yùn)行環(huán)境和運(yùn)行狀態(tài)，可進(jìn)一步提高煤礦機(jī)械設(shè)備運(yùn)行效率。因此，工作人員應(yīng)當(dāng)評(píng)估重要煤礦機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、型號(hào)參數(shù)、工作原理、說明書等要求，再?gòu)臋C(jī)械設(shè)備工作原理出發(fā)，探討影響核心部件的結(jié)構(gòu)特征、材料性能、機(jī)械設(shè)備受力狀態(tài)、裝置運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)、礦井環(huán)境等因素，在必要的總結(jié)、篩查期間標(biāo)識(shí)潛在的問題，可明確影響煤礦機(jī)械設(shè)備的因素。另外，在問題篩查期間，工作人員應(yīng)當(dāng)類比軸承、采掘系統(tǒng)、運(yùn)輸系統(tǒng)、支護(hù)系統(tǒng)、掘進(jìn)系統(tǒng)、通風(fēng)裝置、探查裝置的資料參數(shù)，建立起必要的維護(hù)、保養(yǎng)措施，以便在留存資料的基礎(chǔ)上消除綜采期間的安全隱患問題[3]。

2.2 宏觀及微觀分析

本文利用宏觀分析和微觀分析2種分析思路探查煤礦裝置的運(yùn)行狀態(tài)，可降低煤礦機(jī)械設(shè)備磨損的概率。首先，宏觀分析主要針對(duì)裝置的外觀、尺寸、型號(hào)、磨損數(shù)據(jù)等要點(diǎn)，在對(duì)比不同時(shí)期正常運(yùn)行和失效狀態(tài)的基礎(chǔ)上評(píng)估裝置的尺寸、磨損及凹凸情況，以此得到相應(yīng)的磨損失效原因。其次，微觀分析是深入宏觀分析法所得到的資料數(shù)據(jù)，在信息化技術(shù)的支持下明確零件設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和磨損情況，經(jīng)過必要的提取、整合操作，結(jié)合實(shí)驗(yàn)室裝置發(fā)現(xiàn)不同機(jī)械設(shè)備的功能性，以此評(píng)估出設(shè)備的裂痕、老化情況，這也對(duì)磨損失效分析提供了有利的數(shù)據(jù)。

2.3 磨損屑末分析法

磨損屑末分析法的分析重點(diǎn)是利用重要機(jī)械裝置運(yùn)行、磨損期間得到的碎屑、磨屑進(jìn)行分析，結(jié)合裝置的運(yùn)行環(huán)境、受力因素、磨損現(xiàn)狀、施工條件進(jìn)行監(jiān)控，再通過數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)比磨屑的形狀和大小，以此預(yù)測(cè)出煤礦機(jī)械設(shè)備物理作用失效的問題。但是，該方法也會(huì)受到磨屑質(zhì)量、體積等因素的限制，所以工作人員需要結(jié)合磨屑產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評(píng)估。

2.4 表層和亞表層分析法

當(dāng)煤礦機(jī)械出現(xiàn)磨損問題時(shí)，可利用表層和亞表層分析法進(jìn)行評(píng)估，原因是已出現(xiàn)磨損的零件表面必定會(huì)出現(xiàn)一定變化。第一，表層金屬的結(jié)構(gòu)傳改變，如變硬、變厚等問題時(shí)，會(huì)導(dǎo)致零件表層組織使用出現(xiàn)一定差異問題，影響了煤礦機(jī)械裝置的功能性。第二，若金屬出現(xiàn)超細(xì)結(jié)晶情況時(shí)，會(huì)導(dǎo)致金屬的物理性質(zhì)出現(xiàn)改變，特別是在設(shè)備摩擦過程中會(huì)有大量的熱能出現(xiàn)，金熱導(dǎo)致物質(zhì)本體結(jié)構(gòu)與標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)生出入，激發(fā)案磨損失效問題。第三，煤礦機(jī)械亞表面磨損時(shí)，其運(yùn)動(dòng)軌跡、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)也會(huì)出現(xiàn)一定變化。例如，金屬材料的溫度與機(jī)械裝置的硬度變化有直接的關(guān)系，故此時(shí)機(jī)械設(shè)備的硬度會(huì)明顯降低[4]。因此，工作人員應(yīng)當(dāng)建立系統(tǒng)的管理體系及管理標(biāo)準(zhǔn)，在分析金屬層變化因素、差異因素的過程中得到裝置的實(shí)際磨損情況，可進(jìn)一步推斷出金屬亞表層的功能性，以此評(píng)估裝置是否存在磨損問題。同時(shí)，應(yīng)當(dāng)確定磨損的問題的檢查順序及檢查要點(diǎn)，結(jié)合信息化技術(shù)宏觀考察機(jī)械設(shè)備的功能性，再結(jié)合裂紋的特點(diǎn)、位置評(píng)估機(jī)械磨損失效原因，可為不同部件的磨損問題提供必要的數(shù)據(jù)支持。

3 基于煤礦機(jī)械磨損問題的抗磨措施

3.1 完善煤礦機(jī)械設(shè)計(jì)計(jì)劃

煤礦裝置開采、運(yùn)輸、巷道掘進(jìn)、支護(hù)作業(yè)過程中，工作人員應(yīng)當(dāng)確定不同機(jī)械設(shè)備的使用要求及使用要點(diǎn)，結(jié)合煤礦機(jī)械設(shè)備磨損失效問題進(jìn)行總結(jié)，建立可靠的干預(yù)體系，消除磨損對(duì)設(shè)備功能的不利影響。另外，工作人員需要重視對(duì)煤礦機(jī)械設(shè)備結(jié)構(gòu)、使用要求進(jìn)行優(yōu)化，探討實(shí)際作業(yè)的環(huán)境、生態(tài)、降水因素，確定合理的管理方案，確保滅狂機(jī)械始終在既定的運(yùn)行狀態(tài)中工作。同時(shí)，工作人員應(yīng)當(dāng)利用智能化技術(shù)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，積極探討露天煤礦機(jī)械、井下采煤采礦機(jī)械的運(yùn)行要點(diǎn)，以期提高煤礦的開采量。

3.2 了解煤礦機(jī)械的磨損規(guī)律

煤礦機(jī)械運(yùn)行期間，工作人員要根據(jù)不同機(jī)械設(shè)備的使用、操作、工作原理確定抗磨處理思路，尤其是要發(fā)掘磨損的基本規(guī)律、位置及運(yùn)行特征，通過建立系統(tǒng)、科學(xué)的煤礦開采方針，了解各組件提高煤礦的開采效率。在此過程中，工作人員要分析出跑合、穩(wěn)定、急劇3個(gè)階段的處理重點(diǎn)。跑合階段零件磨損處理的重心是解決零件表面不平整的問題，通過平整零件的表面，保證零件表面的光滑性和平整度。穩(wěn)定階段零件磨損處理的重心是對(duì)機(jī)械的摩擦面進(jìn)行平整處理，并且摩擦面已發(fā)生一定硬化現(xiàn)象，故此，要在建立穩(wěn)定的運(yùn)行體系，通過優(yōu)化液體摩擦狀態(tài)，控制磨損問題。最后，急劇階段已經(jīng)初步改善了摩擦條件，此時(shí)要注意在關(guān)鍵區(qū)域使用潤(rùn)滑油，提高機(jī)械設(shè)備的功能性，降低故障的發(fā)生概率。

3.3 制訂磨損部件的處理計(jì)劃

根據(jù)機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行狀況，制定在磨損部件的處理工藝，即要提高綜采的質(zhì)量，分析出煤礦作業(yè)高強(qiáng)度、高磨損的工作特性，再對(duì)易損部件進(jìn)行專業(yè)的處理，其中要重點(diǎn)提高采煤機(jī)滾筒、截齒、掘進(jìn)機(jī)炮頭、截齒實(shí)施合金鋼堆焊，刮板機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)槽實(shí)施耐磨材料板的功能性，在破碎機(jī)下方安裝抗打擊的厚鋼板材料，并使用具有耐磨功能的鋼絲繩、液管、支架立柱進(jìn)行包套處理，以期提高裝置的耐磨功能。例如，可利用刮板機(jī)耐磨板焊接技術(shù)處理部槽裝置，可提升裝置的使用壽命和使用功能。通過提高部槽的核心質(zhì)量，可降低主體裝置的維修成本（降低50%的支出成本）。完成部件功能的加固后，工作人員應(yīng)當(dāng)確定磨損部件的優(yōu)化思路，在改善刮板機(jī)槽的功能性的基礎(chǔ)上建立維修計(jì)劃，也能提高滾筒、截齒、掘進(jìn)機(jī)炮頭等裝置的穩(wěn)定性。

3.4 優(yōu)化生產(chǎn)材料選擇

重視煤礦機(jī)械設(shè)備材料的選擇技術(shù)，明確不同機(jī)械裝置的材料功能、材料型號(hào)等指標(biāo)，期間要重點(diǎn)評(píng)估裝置的堅(jiān)韌性和抗磨性就水平，可提高煤礦機(jī)械設(shè)備恩的功能性。另外，工作人員應(yīng)當(dāng)清晰地認(rèn)識(shí)到自己的責(zé)任與義務(wù)，重視供應(yīng)商資質(zhì)、水平的分析，同時(shí)要評(píng)估材料的使用效果、使用優(yōu)勢(shì)和經(jīng)濟(jì)性因素，例如，可利用高性能的低碳錳鋼材料，原因是該材料的主要原料是化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定的錳礦石，所以利用低碳錳鋼材料可進(jìn)一步提高裝置的抗磨水平，以期為煤炭的開采提供有效的技術(shù)保障，提高煤礦產(chǎn)業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

3.5 重視煤礦機(jī)械設(shè)備的維護(hù)

重視煤礦機(jī)械設(shè)備的維護(hù)與管理，探討與煤礦機(jī)械設(shè)備相關(guān)抗磨要點(diǎn)，同時(shí)利用自動(dòng)化技術(shù)分析井下作業(yè)特點(diǎn)、環(huán)境、煤礦層的厚度指標(biāo)、機(jī)械設(shè)備質(zhì)量等因素，提高采購(gòu)的合理性。在此過程中，工作人員應(yīng)當(dāng)在不同區(qū)域使用一定的監(jiān)控裝置，以此評(píng)估設(shè)備的磨損的主要原因，也能完善設(shè)備采購(gòu)、設(shè)備使用、設(shè)備管理、設(shè)備維修等環(huán)節(jié)。此外，在裝置日常運(yùn)行維護(hù)中，工作人員也需要錄入關(guān)聯(lián)性的記錄指標(biāo)，在風(fēng)險(xiǎn)控制支持下進(jìn)行對(duì)比分析，保證井下作業(yè)的安全性，具體而言，還需注意以下要點(diǎn)。第一，提高機(jī)械設(shè)備的加工、裝配質(zhì)量，采用有效的對(duì)比方案評(píng)估零件加工、零件使用的關(guān)系，再結(jié)合設(shè)備的理論、標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)的差異因素確定裝置的使用計(jì)劃，可進(jìn)一步控制摩擦損害對(duì)裝置的影響。同時(shí)，要確保機(jī)械設(shè)備安裝的科學(xué)性和合理性，尤其是探討不同元器件、零件的運(yùn)行狀態(tài)，并在固有的配合空間中進(jìn)行模擬環(huán)分析，以便在研發(fā)新型機(jī)械材料、操作工藝、設(shè)計(jì)工藝的過程中確定金屬、非金屬的耐磨材料的使用情況[5]。第二，建立液體摩擦狀態(tài)指標(biāo)，分析液體摩擦對(duì)裝置功能性的影響，并在關(guān)鍵的位置予以應(yīng)用，達(dá)到降低機(jī)械磨損的目的。在此過程中，液體摩擦建立期間要充分考慮液體的流速、液壓和存儲(chǔ)空間，同時(shí)測(cè)試軸徑的旋轉(zhuǎn)速度及軸承的運(yùn)行狀態(tài)，確保軸承、軸徑的加工要求和加工技術(shù)符合應(yīng)用需求，并分析承載區(qū)域油槽、注油孔的功能性，在建立持續(xù)性分析模式的基礎(chǔ)上評(píng)估潤(rùn)滑油的使用要點(diǎn)。第三，潤(rùn)滑油使用過程中，工作人員應(yīng)當(dāng)選用高性能的液體潤(rùn)滑油進(jìn)行保養(yǎng)管理，以便進(jìn)一步降低設(shè)備的機(jī)械磨損問題。通過建立設(shè)備的維護(hù)、使用、保養(yǎng)要求，利用信息化技術(shù)進(jìn)行煤礦機(jī)械設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的測(cè)試，并選擇低粘度的潤(rùn)滑油，注意機(jī)械設(shè)備的載荷和運(yùn)行狀態(tài)，提高裝置的使用壽命。若裝置的載荷、運(yùn)行速度達(dá)到應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，并且礦井外的溫度相對(duì)較好，可選擇高粘度潤(rùn)滑油進(jìn)行控制。

3.6 創(chuàng)新煤礦生產(chǎn)工藝

對(duì)現(xiàn)有的煤礦生產(chǎn)工藝進(jìn)行創(chuàng)新，期間要運(yùn)用運(yùn)行穩(wěn)定、磨損程度較小的生產(chǎn)工藝和生產(chǎn)技術(shù)，總結(jié)重要零件使用要求、管理要求，再結(jié)合必要的優(yōu)化進(jìn)行調(diào)整與控制，應(yīng)當(dāng)重點(diǎn)監(jiān)控零件的冶煉、鍛造、冷卻、操作等環(huán)節(jié)，在強(qiáng)化生產(chǎn)管理的過程中人提高零件的品質(zhì)質(zhì)量，可在技術(shù)創(chuàng)新的過程中提高機(jī)械設(shè)備的抗磨效果及抗磨功能。例如，可利用二維碼技術(shù)進(jìn)行云檢修、云維護(hù)和云監(jiān)控，通過確定“設(shè)備二維碼”的處理框架，改善云檢修系統(tǒng)的核心功能，再依靠臺(tái)賬信息、設(shè)備主數(shù)據(jù)庫(kù)的功能進(jìn)行拓展，利用ERP系統(tǒng)生成數(shù)據(jù)庫(kù)及二維碼，將各類機(jī)械設(shè)備的基礎(chǔ)信息錄入至主系統(tǒng)當(dāng)中，以期實(shí)踐系統(tǒng)信息的存儲(chǔ)、打印需求，此時(shí)工作人員可利用APP掃描二維碼得到相關(guān)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，提升后期設(shè)備的檢修質(zhì)量。二維碼信息錄入中，工作人員應(yīng)當(dāng)規(guī)范設(shè)備編號(hào)、設(shè)備名稱、設(shè)備型號(hào)、分類、制造商、成本中心、使用單位、設(shè)備狀態(tài)的處理計(jì)劃，通過建立完整的標(biāo)準(zhǔn)檢修、管理、抗磨處理計(jì)劃，分析出圖紙信息、檢修方法、故障類型和故障日期，側(cè)重提高裝置的功能性、穩(wěn)定性和安全性，在提高煤礦機(jī)械設(shè)備質(zhì)量的基礎(chǔ)上，降低或避免機(jī)械磨損失效情況出現(xiàn)，也能在APP端口中呈現(xiàn)出不同裝置的維修、配件記錄和處理重心，實(shí)現(xiàn)信息化抗磨處理的目標(biāo)[6]。

4 結(jié)語

綜上所述，煤礦機(jī)械磨損損失問題極其嚴(yán)重，需要工作人員結(jié)合煤礦企業(yè)的環(huán)境、生態(tài)、技術(shù)投入要點(diǎn)進(jìn)行測(cè)試，在必要的維護(hù)和故障診斷過程中建立系統(tǒng)的抗磨處理措施，提高煤礦機(jī)械設(shè)備的功能。另外，工作人員應(yīng)當(dāng)創(chuàng)新技術(shù)的應(yīng)用要點(diǎn)及應(yīng)用方法，探討信息化技術(shù)在煤礦磨損優(yōu)化的應(yīng)用，以期降低煤礦機(jī)的運(yùn)行隱患問題。

參考文獻(xiàn)

[1] 周明明.煤礦機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行維護(hù)和故障診斷技術(shù)[J].能源與節(jié)能，2021（6）：112-113.

[2] 張麗紅.礦井機(jī)械設(shè)備磨損問題及對(duì)策[J].礦業(yè)裝備，2020（5）：88-89.

[3] 李挺.煤礦機(jī)械設(shè)備磨損問題及解決方案探究[J].石化技術(shù)，2020，27（1）：228，234.

[4] Wang We，Shen Gang，Zhang Yimin，Zhu Zhencai，Li Changyou，Lu Hao. Dynamic reliability analysis of mechanical system with wear and vibration failure modes[J]. Mechanism and Machine Theory，2021，163.

[5] 曹公界.煤礦機(jī)械齒輪和軸承故障診斷研究[D].淮南：安徽理工大學(xué)，2020.

[6]韓洋.煤礦機(jī)械齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)壽命評(píng)價(jià)體系研究[D].太原：太原理工大學(xué)，2018.

作者簡(jiǎn)介：周偉光（1991—），男，碩士，高級(jí)工程師，研究方向?yàn)槁短斓V設(shè)計(jì)。