煤礦機(jī)械設(shè)備的磨損與降損問(wèn)題探討

韓發(fā)朝

摘 要：我國(guó)煤礦機(jī)械設(shè)計(jì)、制造、使用和維護(hù)過(guò)程中由于受傳統(tǒng)習(xí)慣的影響，對(duì)摩擦學(xué)知識(shí)缺乏深入的了解，不能將當(dāng)今國(guó)內(nèi)外先進(jìn)的抗磨技術(shù)和抗磨材料及時(shí)應(yīng)用到煤礦機(jī)械的設(shè)計(jì)和制造上，造成我國(guó)煤礦機(jī)械易磨損零件的使用壽命遠(yuǎn)低于國(guó)外先進(jìn)水平，文章通過(guò)分析煤礦機(jī)械磨損的種類和形式，找出磨損的規(guī)律以及影響磨損的因素，從而歸納出減小磨損的途徑。在工作中盡量減小機(jī)械磨損，提高機(jī)械壽命。

關(guān)鍵詞：煤礦機(jī)械磨損；種類；形式；規(guī)律；因素；途徑

1 引言

煤礦機(jī)械的工作對(duì)象為煤炭，加之工作條件非常惡劣，在工作中會(huì)受到嚴(yán)重的磨損。由于煤礦機(jī)械的磨損失效，每年給礦井帶來(lái)巨大的損失。

作相對(duì)運(yùn)動(dòng)的零件，由于相接觸的表面都存在著摩擦現(xiàn)象，致使零件不斷磨損。煤礦機(jī)械大多屬重型機(jī)械，磨損問(wèn)題尤為突出。當(dāng)磨損超過(guò)一定限度時(shí)，零件間的合理配合就遇到破壞，導(dǎo)致機(jī)械工作性能的降低或變壞，從而造成機(jī)械的各種故障。因此，分析煤礦機(jī)械磨損的種類和形式，找出磨損的規(guī)律以及影響磨損的因素，從而找到減小磨損的途徑非常必要。

2 煤礦機(jī)械的磨損特性

天然煤炭屬于生物沉積巖類的可燃礦物，它的物理及機(jī)械性能，取決于積聚時(shí)原始材料的性能、物質(zhì)成分、煤化程度以及礦物雜質(zhì)的含量和特性。這就決定了煤炭機(jī)械性能的多樣性。對(duì)煤層機(jī)械性能的研究表明，煤炭并不是完整的質(zhì)量均勻的各向同性體，煤層里有節(jié)理、層理以及解理造成的巖隙，還有各種夾雜物。

對(duì)磨損來(lái)說(shuō)，硬度是重要的因素，煤的硬度是比較低的，根據(jù)普拉托諾夫（ПЛАТОНОВ）資料，煤的基本組成鏡質(zhì)煤硬度在HV24-214。僅用煤的硬度來(lái)確定煤的磨料磨損特性是不夠的，因?yàn)槊豪锍：胁煌捕鹊碾s質(zhì)且大部分硬度較高。煤中的雜質(zhì)主要有粘土、方解石、石英和鐵礦（黃鐵礦、菱鐵礦及褐鐵礦）。煤中的石英和黃鐵礦對(duì)磨損的影響起主要作用，石英的硬度在HV900-1000，黃鐵礦在HV1000，有的研究指出，煤的磨損性能與石英和黃鐵礦含量成正比。

3 影響磨損的因素和減小磨損的途徑

3.1 工作條件

由于零部件磨損主要是由摩擦力引起，而摩擦力大小直接受潤(rùn)滑好壞的影響，所以給機(jī)器提供適宜的工作條件，能提高機(jī)器的使用壽命，保證機(jī)器正常運(yùn)行。建立液體摩擦，摩擦系數(shù)可以降低10倍以至更多倍，所以在摩擦表面建立液體摩擦是減少摩擦損失的重要措施。

建立液體摩擦的必要條件：

（1）合適的配合間隙；（2）潤(rùn)滑油供應(yīng)充足，并有一定的壓力和流入速度；（3）軸頸必須具有足夠高的轉(zhuǎn)速；（4）軸頸與軸承的加工精度和配合表面的加工光潔度應(yīng)適當(dāng)；（5）注油孔和油槽應(yīng)設(shè)計(jì)在軸承的承載區(qū)以外。

但實(shí)踐證明，由于機(jī)器經(jīng)常不斷地停車、起動(dòng)以及載荷的變化，保證不了液體摩擦條件的始終穩(wěn)定，使液體摩擦條件受到破壞，引起不可避免的磨損。

3.2 加工制造精度低、熱處理、修理裝配質(zhì)量差，維護(hù)操作不良

3.2.1 表面加工質(zhì)量

宏觀幾何形狀精度指加工后實(shí)際形狀與理論形狀的偏差，即形位公差精度，如橢圓、不圓度、不平行度等。宏觀幾何形狀的誤差指零件表面載荷分布不均勻，集中于局部地方，容易造成局部摩擦，表面光潔度對(duì)于相同載荷一般說(shuō)來(lái)光潔度愈高，磨損越小，但超過(guò)合理點(diǎn)后，磨損量又會(huì)逐漸上升。這是因?yàn)檫^(guò)高的光潔度會(huì)使接觸面增大，分子間引力增強(qiáng)，產(chǎn)生膠合磨損的可能性增大，磨損最小點(diǎn)在8-10。

3.2.2 零件的配合間隙

零件裝配間隙對(duì)零件磨損影響很大，一般間隙不能過(guò)大，也不應(yīng)過(guò)小，當(dāng)間隙過(guò)小，不易形成液體摩擦，容易產(chǎn)生膠合磨損；當(dāng)間隙過(guò)大，同樣不易形成液體摩擦。因此，配合間隙大到一定程度，即應(yīng)進(jìn)行修復(fù)，以恢復(fù)其原有的配合間隙。

3.3 材料選取不當(dāng)或材料本身有缺陷

3.3.1 材料的屈服極限δs的影響

在一定載荷作用下，材料的屈服極限δs愈高，滑動(dòng)摩擦下的膠合磨損傾向愈小，滾動(dòng)摩擦下的摩擦疲勞過(guò)程的速度愈低。實(shí)踐證明，在其他條件相同的情況下，10#鋼在低速下產(chǎn)生強(qiáng)烈的膠合磨損，而10#優(yōu)質(zhì)鋼則完全避免了膠合磨損。

3.3.2 材料硬度及含碳量的影響

實(shí)踐證明，在同樣條件下工作的碳鋼零件，其耐磨性隨著硬度和含碳量的提高而提高。

3.4 潤(rùn)滑油選取不當(dāng)

潤(rùn)滑油的品種應(yīng)根據(jù)機(jī)器的工作條件來(lái)進(jìn)行選擇，潤(rùn)滑油的選擇一般應(yīng)遵循以下原則。

3.4.1 在充分保證機(jī)器摩擦零件安全運(yùn)轉(zhuǎn)的條件下，為了減少能量的消耗，應(yīng)優(yōu)先選用粘度較小的潤(rùn)滑油。

3.4.2 在高速輕負(fù)荷條件下工作的摩擦零件，應(yīng)選用粘度小的潤(rùn)滑油，而在低速重負(fù)荷條件下工作的摩擦零件，應(yīng)選用粘度大的。

3.4.3 在冬季工作的摩擦零件，應(yīng)選用粘度小和凝固點(diǎn)低的潤(rùn)滑油，而在夏季，應(yīng)選粘度大的。

3.4.4 受沖擊負(fù)荷和往復(fù)運(yùn)動(dòng)的摩擦零件，應(yīng)選粘度大的。

3.4.5 工作溫度較高，摩擦較嚴(yán)重和加工較粗糙的摩擦表面也應(yīng)選用粘度較大的潤(rùn)滑油。

4 抗磨措施

4.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

磨損失效受結(jié)構(gòu)的影響很大，包括整機(jī)的結(jié)構(gòu)和零件的形狀尺寸、配合方式、特殊的工藝方法等。為此，需要考慮磨物的接觸狀態(tài)，本質(zhì)是力的作用和力流方向的改善問(wèn)題，這在磨損亞表層分析時(shí)能找到一定的依據(jù)。如某高鉻鑄鐵耐磨襯板，上面原來(lái)有若干方形的減重孔，易開(kāi)列造成早期失效，后改為橢圓形孔，使用壽命有較大提高。

4.2 選材

根據(jù)失效分析的結(jié)果，對(duì)提高耐磨性可以初步確定重點(diǎn)考慮的問(wèn)題。經(jīng)常遇到的問(wèn)題是如何合理選擇該工況下的最佳性能材料，特別是合理地選用耐磨材料。其選擇的基本原則是適用性、可得性和經(jīng)濟(jì)性。

耐磨材料的選擇，國(guó)內(nèi)外都積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，可以根據(jù)工況選用不同成分、牌號(hào)的鋼、鐵材料和非金屬陶瓷、玻璃、橡膠、塑料等材料，包括不同的強(qiáng)化方法。如煤礦機(jī)械截齒的刀頭用硬質(zhì)合金保證高耐磨性，刀體用42CrMo或35CrMnSi保證高強(qiáng)度等等。

4.3 工藝

合理的設(shè)計(jì)、選材，但如果生產(chǎn)工藝、熱處理工藝、表面抗磨工藝不恰當(dāng)，也容易造成易磨損件的早期失效。生產(chǎn)工藝包括冶煉、鑄造、冷加工等工藝。

冶煉的成分控制、夾雜物和氣體含量，都影響材料的性能，如韌性和強(qiáng)度。鑄造質(zhì)量同樣影響零件的耐磨性，同樣工況下，粗晶比細(xì)晶耐磨性差。熱處理工藝和質(zhì)量決定了材料的最終組織。

5 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)磨損的種類和規(guī)律的分析，找出影響磨損的因素，從而在煤礦工作中，盡可能使磨損減小，延長(zhǎng)設(shè)備的工作時(shí)間，使設(shè)備的壽命提高，從而達(dá)到提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的目的。

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