煤礦刮板輸送機溜槽失效分析及改進研究

高艷軍

（山西汾西礦業（集團）有限責任公司雙柳煤礦， 山西 呂梁 033300）

1 刮板輸送機溜槽的結構組成

在刮板輸送機整體結構中，溜槽是機身部分，可承載煤炭重物或是采煤機軌道。溜槽主要包括中部槽、連接槽以及調節槽等部分，其中中部槽占據絕大部分。中部槽結構示意見圖1，其主要是由中板以及槽幫鋼經焊接而成。上槽為承載槽，主要是裝運物料，下槽分為封閉和敞口兩種，主要用于刮板鏈返程。中部槽形式較多，主要分為中單鏈型、中雙鏈型以及邊雙鏈型三類[1]。

2 刮板輸送機溜槽工況與故障

刮板輸送機一般分為機頭部、機尾部、中間部和附屬裝置四大模塊，機頭部主要由機頭架、鏈輪組件、電動機、減速器以及液力耦合器等部件組成；機尾部則由機尾架、鏈輪組件、電動機、減速器以及液力耦合器等組成；中間部分為中部溜槽、刮板鏈、連接溜槽以及調節溜槽四個組件；其他附屬裝置比如移溜裝置、緊鏈器、防滑裝置、鏟煤板以及擋煤板等等[2]。

刮板輸送機工作原理：刮板鏈是系統牽引機構，處于無極循環狀態并繞過機頭與機尾鏈輪，溜槽為系統承載平臺，電動機啟動后，液力耦合器與減速器一同驅動鏈輪旋轉，刮板鏈在此影響下持續運轉，拖動機尾部溜槽中的裝載物到機頭部位卸載。刮板輸送機溜槽在作業狀態下承受諸多的物理影響，譬如壓、拉、摩擦、彎曲、腐蝕、沖擊以及震動等等，其故障多表現為磨損失效。

3 刮板輸送機溜槽磨損失效的主要類型

3.1 磨料磨損

作業狀態下刮板鏈不斷在溜槽上來回滑動，刮板鏈表面凸起或棱角持續磨損溜槽主體，從而造成磨料磨損。溜槽硬度相對較低，而鏈環硬度更高，二者之間出現相對滑動的狀態時，從微觀角度分析來看，溜槽和鏈環相互接觸的部位處于凸體部位，加上煤或者矸石等一些磨料的影響，特別是煤與矸石中存在硬度較高的礦物成分，是引起磨損的最主要磨粒。掃描電鏡下檢查發現，溜槽多因磨料受到摩擦損傷，引起這一問題的主要原因是磨料對溜槽產生微切剝效應[3-4]。

圖1 刮板輸送機中部溜槽示意圖

3.2 黏著破損

所謂黏著破損，即各部分相互接觸的狀態下，接觸部分出現微凸體，而且微凸體彼此之間出現黏著節點，一旦受到滑動效應的影響，節點就會破裂，加上滑動摩擦的干預，產生不同程度的磨屑。如上所述，刮板鏈和刮板機溜槽在微觀角度下是一種微凸體接觸狀態，受到承載力的影響，微凸體上應力值非常高。倘若應力數值超出屈服極限，就會導致微凸體轉變成塑性狀態，直到出現新的應力平衡。然而受到刮板機溜槽和鏈環滑動的影響，這些節點被剪斷損壞，并不斷形成新節點，這一循環往復容易引起黏著磨損，即鏈道黏著磨損[5]。

3.3 腐蝕磨損

考慮到刮板輸送機作業環境處于井下，特別是煤礦井下潮濕，還有各種氣體離子，例如氧氣和二氧化碳等等，此類氣體、水分子或離子作用于磨損面后引起一系列化學反應，可導致腐蝕問題。應指出的是，腐蝕坑之所以形成，其首先基于溜槽和鏈條之間的黏著磨損，在這一前提下，腐蝕影響溜槽表層并致其出現裂紋，受外部持續摩擦力的影響不斷脫落，形成腐蝕坑。

3.4 接觸疲勞磨損

運行狀態下刮板輸送機各部件需要滾動或者滑動一定距離來完成相應的工作，不同器件之間相互接觸，共同協作來完成任務，接觸部位出現較高的應力，并且受到次應力的影響可能導致部件表層疲勞脫落現象。溜槽在長期運載過程中與煤、矸石密切接觸，同樣承受較大的應力，因此溜槽表面難以避免地出現剝落問題，這屬于接觸性疲勞磨損。

4 刮板輸送機溜槽失效的改進措施

4.1 選擇耐磨材料

礦業工程生產中應用比較廣泛的耐磨材料例如高鉻碳硼系耐磨粉塊、FW系列耐磨焊條以及QTS系列耐磨焊絲等等，此類材料中均含有Cr、Si、稀土、Ni、W、Mo、Mn、Ve、P 等成分，性能優越，具有較高的可靠性，因而得到廣泛應用。以SGW-44刮板輸送機為例，原溜槽用材為16Mn鋼，成分為：w(C)=0.15%，w(Mn)=1.2%，w(Si)=0.4%，可以選用40Mn2鋼冷軋板（w(C)=0.40%，w(Mn)=2.0%）取代16Mn鋼熱軋板，以增強溜槽抗摩擦性能，延長使用年限。諸多實踐表明，溜槽材料改為40Mn2鋼冷軋板以后，磨損犁溝淺而細，未出現黏著磨損現象，溜槽整體抗磨性能大大增強。

4.2 工藝處理

1）除銹除垢。刮板輸送機受周圍作業環境的侵蝕，溜槽表面很容易生銹，為了有效緩解表層雜質對后續焊接工作的干擾，建議采用除銹工藝處理堆焊部位。一些新設備則應進行除漆處理。

2）堆焊。首先應預熱，因為堆焊要求溫度達到一定數值，所以在進行堆焊處理之前要對焊接材料以及施工部位進行一定的熱處理。其次是打底，中板耐磨層硬度和基體母材有一定的差異，如果受到應力影響就有較大幾率導致離層、脫落等問題。所以在耐磨處理部位堆焊時應做好過渡層的處理[6]。

3）保溫。對特定部位進行打底處理后要保持一定溫度，堆焊過后應做好保溫處理，確保焊接溫度維持在相應數值。

4）耐磨處理。鏈道處出現犁溝磨損的部分，可通過“自熔合金熔融堆焊法”這一特殊工藝進行處理，采用耐磨性質較強的焊接材料完成該部位的補平工作。新裝設備也應施加相應的耐磨保護層。考慮到中板過煤面和底板刮板有較大幾率磨損，建議采取特別堆焊處理，選用的焊材應具備充分的耐磨性。

5）打磨。完成堆焊操作后，倘若其他焊接部位有余渣殘留，則用角磨機進行打磨，以免刮板通行不暢。

5 結語

在煤矸石含量比較高的情況下刮板輸送機很容易嚴重磨損，選用抗磨性能較好的材料（例如高鉻碳硼系耐磨粉塊、FW系列耐磨焊條以及QTS系列耐磨焊絲等等）予以堆焊補平、施加表層耐磨處理后，溜槽耐磨性能可得到強化。