非公路礦用自卸車車廂上耐磨材料的應用思考

王英杰

摘要：本文在分析非公路礦用自卸車車廂磨損機理的基礎上，探討了非公路礦用自卸車車廂常用耐磨材料，最后還就耐磨材料發展對于車廂設計的影響進行分析，指出對于礦山使用車廂的具體情況進行具體分析，以便通過合理選擇耐磨材料。

關鍵詞：非公路礦用自卸車，車廂耐磨，耐磨材料，磨損問題

對于非公路礦用自卸車來說，車廂重量大約為整車凈重的25%～35%左右，其70%的零件都是鋼板制作的，車廂的磨損非常嚴重，這是由于其直接與礦石相接處，車廂最常見的失效就是磨損問題。所以，通過分析車廂的磨損形式和機理，能夠有效探索提高車廂壽命的方法，改善車廂磨損的現狀，使得資源利用率大大提高，對于提高礦山開發的經濟效益具有重要意義。

1.非公路礦用自卸車車廂磨損機理分析

分析礦石作用在鋼板表面的力，可以將其分解為切向力和法向力。其中，礦石磨粒向前推進則是切向力，使礦石磨粒壓入鋼板表面則是法向力，對于特定運動方向的特定形狀的礦石磨粒來說，其有可能在鋼板表面像刀具一樣工作，能夠進行表面切削而形成切屑。盡管這種切屑的深度和寬度都比較小，但是，這是在公路礦用自卸車車廂最為常見的磨損。

分析礦石劃過鋼板表面的過程，接觸的鋼板材料具有向前緣和兩邊運動的趨勢，造成此部分材料具有比較大的塑性變形，盡管還沒有脫離母體，但較大的變形出現在溝底及溝槽附近。在犁溝過程中，在切削作用下，部分材料變成切屑，另外一部分沒有被切削的材料，則出現犁皺情況，即在塑變之后而推向前緣或者兩側。在兩側和前緣的材料都是由于犁溝或犁皺的堆積作用，這些還應該包括溝槽中的材料，在礦石磨粒作用下，已堆積的材料很可能出現壓平的情況，或者再次進行相關的犁皺變形，產生反復的塑變，這樣而形成的加工硬化或者其他強化作用力，使得上述部分材料最終剝落而成為磨屑[1]。

受到沖擊力的影響，礦石顆粒的硬度大于鋼板表面的硬度的情況時，礦石顆粒就存在壓入鋼板表面的情況，塑性流動在鋼板材料中產生，使得凹坑和相關的凸緣形成。當再次出現上述情況時，第二次礦石顆粒在此壓入凹坑，塑性流動反復發生，鋼板材料的硬化過程不可避免，這樣就會產生脆性剝落以致成為切屑。

綜上分析，磨料磨損則是多種磨損機理的共同作用的結果，在不同的磨損條件下，即磨料磨損經常從一種機制轉為另一種機制。

2.非公路礦用自卸車車廂常用耐磨材料分析

2.1.淬火回火高強度耐磨鋼板

這種淬火回火高強度耐磨鋼板俗稱QT板，具有高硬度、高強度特點，在鋼板熱軋成型的基礎上，得到相應的硬度和強度則是通過淬火回火工藝而獲得，一般能夠達到硬度在400HB以上，抗拉強度在1 200 MP以上，還能具備較好的焊接性能，具備熱切割能力和較好的冷加工能力。

2.2.工程塑料板

由于工程塑料板具有較好的材料力學性能，能夠部分代替鋼板作為結構用件。考慮其一般為熱塑性材料的特點，具有重量比較輕和密度比較小的性質。比較光滑的表面，能夠有效防止粘連潮濕的粘土。車軸耐磨村板比較適合具有較好耐磨性的工程塑料板，但需要注意，工程塑料對溫度的敏感性很高，一般最高溫度不應該超過120℃，否則則會嚴重影響整體性能。在低溫時候容易產生低溫脆性，不能在使用時超過溫度極限。綜上所述，工程塑料一般應用于沖擊不大的、松散的礦山工礦，主要在小噸位礦用車車廂和鉸接車車廂。

2.3.復合金屬材料

此種復合金屬材料主要是由高碳高鉻（鎢）所進行相關的配比，這樣而產生的大量的碳化鎢、碳化鉻的硬質顆粒，上述顆粒的最高微觀硬度能夠達到1750HV，此外，一定厚度的板材則使用過特殊的粉末冶金的相關制造工藝而成，然后，在普通的碳素鋼板的基材上進行焊接處理。通過上述做法，能夠使得整體保持一定的強度，還能保持表面的非常強的耐磨性能，不容易被破壞；上述方法在成本上能夠大大節省，降低成本而提高其經濟性。相比于高強度耐磨鋼板，考慮到碳化鎢、碳化鉻的抗沖擊性能趕不上前者，所以，在大沖擊的工況下，不建議使用，而應該在礦用車尾部的位置使用則是較為合適。

2.4 橡膠耐磨板

通過合成橡膠制成的橡膠耐磨板一般具有較好的抗臭氧性、抗氧化性、耐老化和不易燃等特性。具有較強的抗拉能力，是由于中間夾有多層簾布；另外，能夠對于礦石沖擊具有緩沖作用，其變形能力大大高于鋼板，能夠有效保護整車。但是，橡膠受到環境溫度影響比較大，性能受到溫度影響而下降較快，耐寒性比較差。考慮到其自身強度比鋼板弱很多，則應該采用鋪裝厚度大的方式，一般厚度為2～4英寸。由于能夠增加整車的重量，這種密度比較大的橡膠板會造成較差的燃油經濟性。

3.耐磨材料發展對于車廂設計的影響分析

最近幾年，在車廂設計中已經越來越多使用到一些新的材料，比如，通過選用性能級別比較高的耐磨鋼板或是高強度結構鋼板，能夠在保證車廂原設計強度不變的基礎上，有可能降低鋼板的厚度，使得整體車重有所降低，達到能夠盡可能多運送礦石和剝離物，在空載時還能有效降低自重，提高運輸效率，同時，使得燃油經濟性也有提高。

總之，通過新材料的應用，能夠改進并提升車廂設計，分析其優點包括以下幾個方面：第一，提高運輸效率，增加載重量，使得礦山經濟效益所有提高；第二，車廂自重降低，能夠有效保證生產成本的降低，使得OEM經濟效益提高；第三，延長礦車使用壽命，使得裝載沖擊得到緩解；第四，輪胎磨損減少能夠實現綠色環保；第五，節能減排能夠通過燃油消耗而降低；第六，耐磨性提高能夠減少資源損耗，維修時間有所減低，經濟效益所有提高。

4.結語

通過分析在非公路礦用自卸車車廂的耐磨材料的應用，指出在清晰認識車廂磨損狀況的基礎上，了解物料硬度以及具體相關的使用工況條件的基礎上，應該對于礦山使用車廂的具體情況進行具體分析，以便通過合理選擇耐磨材料，提出有效的解決方案，這樣才能有效提高車廂的使用壽命，同時，上述研究對于礦山使用有著重要的現實意義。

參考文獻：

[1] 林新忠. 礦車輪對非區常磨損原因分析及預防措施[J]. 能源與環境， 2012，（3）.

[2] 許臘信. 索道設備磨損與車廂更新改造[J].中國索道， 2002，2（1）.