煤礦機械磨損失效研究

摘 要：隨著我國經濟的不斷發展，煤礦機械作為煤炭開采的重要的工具，承擔著煤礦順利生產的主要任務。由于煤礦工作環境非常復雜與惡劣、工況條件苛刻，并且運行時間長等，因此，煤礦機械在生產使用過程中造成設備和零件嚴重磨損失效的現象。為了減少煤礦機械磨損失效，使煤礦機械的可靠性和使用壽命得到提高，該文通過簡要介紹煤礦機械磨損失效的因素，根據磨損失效分析的方式，針對幾種常見煤礦機械磨損失效的形式，提出一些減少煤礦機械磨損失效的建議。

關鍵詞：煤礦機械 磨損 失效 建議

中圖分類號：TD40文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）05（b）-0028-02

根據調查統計發現，我國煤礦企業因機械磨損失效問題需更換的投入資金，每年要達到20億，甚至因為機械更換停機而造成的損失更是無法被統計。因此，加大對煤礦機械磨損失效的研究，成為日后煤礦企業安全生產被關注焦點。

1 煤礦機械磨損失效的因素

為了充分認識和高度重視我國煤礦機械的磨損失效問題，對煤礦機械的磨損失效形式和機理進行了現場研究和理論分析，對因磨損而造成的經濟損失進行了統計計算.研究表明：煤礦機械的磨損失效形式主要是磨損和斷裂；磨損機理主要是磨粒磨損和腐蝕磨損；全國煤礦系統因磨損而造成的經濟損失每年大約在400億元以上.此外，還對如何有效地減少煤礦機械磨損和延長其使用壽命提出了具體建議。

我國煤礦開采主要分為露天開采和礦井開采兩種，其中，我國多數煤炭生產工作都是在礦井中進行。而造成機械磨損的主要因素除了環境和地質條件外，還有煤的硬度等都將造成機械設備的嚴重損害。

由于煤礦機械環境中濕度很大，空氣中所含的水分達到了80%，嚴重腐蝕著金屬材質的機械，并且礦井中酸堿度很高，pH成分超過了6.5，使煤礦機械在濕潤的環境下容易形成化學反應，同時，機械在工作的時候會產生大量電流，這樣更進一步的快速加快了腐蝕度，因此，導致煤礦機械磨損失效。

除此之外，對于煤礦機械磨損來說，硬度是影響磨損的主要原因。煤中含有大量不同硬度的雜質，例如：石英和方解石、黃鐵礦和褐鐵礦等，其中，影響機械磨損的主要雜質有石英和黃鐵礦兩種。為了能夠證明煤的硬度對煤礦機械的磨損，通過磨損試驗：浮選無煙煤鏡質組HV138～174得知，煤與其它磨料一樣都具有磨損性。當磨料硬度和金屬材料硬度小于6.4，磨料硬度沒有發生改變的情況下，磨損就會隨著材料硬度的增加而近似于零，相反磨料硬度發生改變以后，煤與機械的接觸就會造成犁溝碾平斷裂的軟磨料磨損；當磨料硬度和金屬材料硬度大于6.4，磨料硬度沒有發生改變的情況下，磨損就會隨著材料硬度的減低而急劇升高，相反磨料硬度發生改變以后，煤與機械的接觸就會造成切削硬磨料磨損。

2 磨損失效分析的方式

雖然影響煤礦機械磨損失效的因素有多種，但是我們可以通過不同方式對磨損失效進行分析。

2.1 磨屑分析

磨屑分析主要是針對材料在磨損過程中被去除的磨屑，這種分析方式能夠綜合反映各中機械或物理作用下失效的原因。由于受到煤礦工作環境的影響，在收集煤的碎屑過程中依然存在難度，因此，將采用氣動鐵鋪和磁性法進行收集。

2.2 工況和磨損形貌分析

由于煤礦機械工作的環境復雜多變，在進行機械磨損分析的時候，可以根據每個不同機械的用途和受力情況、磨料硬度，以及結構特征等進行數據對比分析。這種工況的分析方式不僅能夠有效的獲取機械磨損情況與原因，還能夠為日后的防治提供依據。

磨損形貌分析主要是通過宏觀和微觀，以及磨損表層分析，對機械失效的部位進行觀察和數據采集進行分析，利用肉眼和拍攝等方式，觀察機械零件外表磨損的數據，并進行詳細測量與記錄綜合分析，以獲取煤礦機械磨損失效的因素。

3 幾種常見煤礦機械磨損失效的形式

3.1 刮板輸送機的磨損失效

煤礦機械中，由于刮板輸送機輸送物料主要是通過鏈條帶動刮板中部槽內滑動進行的，因此，造成該機械磨損失效的形式有兩個方面：摩擦和腐蝕磨損。其中，磨損較為嚴重的地方有：中部槽和鏈條，以及刮板等。

在刮板輸送機的實際工作中，中部槽磨損主要是中板和槽幫受到刮板、物料、鏈的影響造成磨損。除此之外，還有采煤機隨著中部槽進行移動的同時，使槽幫上翼被磨損。根據實際的刮板機中部槽的設計要求，兩個相鄰的槽之間垂直平面彎曲傾角與水平偏轉角間的角度要小于等于3°。但是因為實際地面不平的因素，使兩個相鄰槽之間的鋪設角度超出要求范圍度數，造成運行時中板與槽幫接觸的壓力過大加速磨損，并且極容易導致發生機電事故。

而鏈條磨損主要是鏈條斷裂造成的磨損。由于鏈條與物料和槽接觸的過程中存在摩擦，以及鏈輪和鏈環相對滑動時存在摩擦等，因此，造成鏈條在實際的工作條件下必然會被磨損。當鏈條環的面積在不斷磨損過程中逐漸減小時，那么鏈條環的強度就會減低直至鏈條斷裂。同時鏈條磨損后所產生的傳動效率與正常鏈條的傳動效率相比要低出6%左右，并且加快了鏈條平環肩部的磨損和平環與鏈輪輪齒接觸面爬鏈，造成啃肩現象和刮板輸送機事故的發生。

3.2 采煤機與掘進機的磨損

由于采煤機與掘進機之間的工作原理大致相同，所以在機械運行的過程中，兩種煤礦機械的磨損失效形式也大致一樣。其磨損形式分為截齒和滾筒磨損兩種。前者磨損是由于滾筒在旋轉的過程中直接和煤層產生摩擦，而造成機械磨損失效的。當煤層中含有硬礦物料的時候時，在運行的過程中就會產生高達600～800°的摩擦高溫加快截齒的磨損。同時，在截割煤巖的時候，當巖石硬度超過了HV900～1100后，截齒將會承受巨大的沖擊負荷和壓硬力，以及剪應力，就會直接造成截齒過載斷裂；而后者主要是煤塊掉落在螺旋葉片上由滾筒旋轉移至輸送機中造成的磨損，尤其是在螺旋葉片中，磨損會將最初的25 mm螺旋葉片磨損至幾毫米。除此之外，滾筒中的截齒座由于受到振動沖擊的影響，通過長期截齒與齒座間的摩擦，在機械采煤100萬t左右就會出現變大和縫隙現象，一旦煤粒或煤粉掉入造成磨粒磨損的同時，加快齒座磨損。這樣一來，截齒的牢固程度就會受到影響，容易引發事故的發生。

3.3 提升機和膠帶運輸機的磨損

在提升機的磨損中，鋼絲繩和箕斗磨損是該機械磨損最為嚴重的部位。鋼絲繩磨損主要是由于多層纏繞和滾筒直徑與鋼絲繩纏繩的間隙不符，造成跨圈和咬繩狀況加快著鋼絲繩的磨損；而箕斗主要是在卸煤的過程中煤與襯板之間的滑動沖擊磨損。當箕斗進入井道過程中，大量的水汽嚴重腐蝕著襯板，經過長期裝煤的沖擊力，被腐蝕的鐵銹脫落使襯板磨穿失效。

在膠帶輸送機的磨損中，除了驅動滾筒與膠帶之間的摩擦不會影響到機械的正常運行外，其他任何摩擦都將嚴重造成機械的失效。例如：托輥磨損。在軸承中進入大量粉塵顆粒后，就會造成軸承中的潤滑度降低，甚至干化，不僅嚴重影響著托輥的運行，還加快了機械的磨損失效。除此之外，殼體磨損也是造成托輥磨損失效的重要原因之一。

3.4 其他煤礦機械的磨損

在煤礦機械中，磨損失效除了刮板輸送機、采煤機、掘進機、提升機、膠帶運輸機的磨損外，還有其他機械設備的磨損，例如：振動篩激振器軸承和篩板磨損、礦車輪和車箱的磨損與三連環碰頭的磨損，以及通風機、壓風機葉片主軸的磨損等等。這些常見的煤礦機械磨損失效不僅能夠為煤礦企業帶來巨大的經濟損失，還能夠引起嚴重的安全事故。

4 減少煤礦機械磨損失效的建議

其一，注重煤礦機械結構的設計。在煤礦機械中，結構是造成機械磨損失效的重要方面，機械的結構和各零件的形狀、尺寸，以及工藝方式等等都需要對摩擦物質接觸的狀態進行考慮，同時在掌握摩擦學理論后，針對磨損失效的形式進行全面設計。例如：將某一耐磨襯板中的方形減重孔改變成為橢圓形的減重孔，這樣大大提高了襯板的使用壽命。

其二，注重煤礦機械設備的選材和工藝。通過對煤礦機械磨損失效分析后，初步確定合理選擇高性能的材料是如何提高設備耐磨性的首要問題。選擇的過程中，主要針對機械的適用和經濟性進行。可以根據不同工況的情況，選擇不同成分和型號的材料。同時，還要對冶煉的成分進行控制，對雜物和氣體的含量等進行控制。例如：在使用煤礦機械截齒刀頭的時候，可以選取刀體為42CrMo和35CrMnSi硬質合金來確保刀頭的高強度耐磨性。

其三，注重煤礦機械設備的維護與使用。由于煤礦機械不僅工作環境惡劣，而且工況條件苛刻，因此，極容易造成機械出現嚴重的磨損和腐蝕失效的狀況。為了能夠及時避免設備磨損失效，除了要注重機械的設計和工藝，以及選材外，還要注重機械的維護和使用。嚴格按照操作規程，在改善設備使用條件和維護的情況下，不斷加強對設備的維護與管理，在減少磨損和提高設備使用壽命的條件下，確保設備生產運行的穩定。

由于煤礦工作環境非常復雜與惡劣、工況條件苛刻，并且運行時間長等，因此，煤礦機械在生產使用過程中造成設備和零件嚴重磨損失效的現象。為了減少煤礦機械磨損失效，使煤礦機械的可靠性和使用壽命得到提高，本文通過簡要介紹煤礦機械磨損失效的因素，根據磨損失效分析的方式，針對幾種常見煤礦機械磨損失效的形式，提出一些減少煤礦機械磨損失效的建議。

總而言之，由于煤礦機械設備多在井下工作，其惡劣的工作環境不僅能夠導致嚴重的機械磨損失效現象，而且還能夠引發設備發生故障安全事故，嚴重影響和危害到煤礦企業經濟。因此，減少煤礦機械磨損失效，使煤礦機械的可靠性和使用壽命得到提高，為實現煤礦高效生產和安全運行有著重要意義。

參考文獻

[1]陳力捷.煤礦機械磨損失效分析和抗磨措施[J].煤炭技術，2011（6）：56-57.

[2]馬力.煤礦機械磨損失效分析研究[J].科技致富向導，2011（36）：123-124.

[3]楊桂冬，范勝山.煤礦機械磨損失效的危害及預防[J].采礦技術，2005（2）：45-46.

[4]謝泳.煤礦機械磨損失效分析方法和抗磨措施[J].潤滑與密封，2006（9）：76-78.