采煤機滑靴失效分析

王路平

（山西晉城晉煤集團寺河煤礦二號井安裝工區， 山西 晉城 048000）

引言

對采煤機滑靴進行失效分析，就是在實際工況條件和操作過程中，對斷裂、磨損等失效現象進行綜合分析，找出失效原因，并采取一定的預防措施和改進技術。圖1為采煤機滑靴圖。

圖1 采煤機滑靴圖

1 采煤機滑靴的失效形式

近年來，一般運用低碳鋼和普通的鑄造方法來制造滑靴，井下開采環境又較為惡劣，且長期處于交變載荷作用下工作，制造時材料的剛度、強度、硬度等指標達不到實際應用的要求，導致其在生產過程中經常失效，這是煤礦生產中的一大“難題”[1-3]。對滑靴進行失效分析，找到失效原因，對其材料的性能進行進一步改善，有著十分重要的意義。采煤機滑靴的主要失效形式有過量變形失效、斷裂失效、表面損傷失效。

1.1 過量變形

滑靴位于采煤機的底部，相當于人體的“腿”，屬于承重部件?；ゲ坏鸬搅酥巫饔?，而且還起一定的導向作用，承受采煤機的自身質量和較大的摩擦力。現階段所使用的滑靴，工作面長期處于拉、壓、剪切應力下，超過了材料本身的強度極限，會發生不同程度的塑性變形。

1.2 斷裂失效

采煤機滑靴的斷裂一般發生在兩個地方（圖2為采煤機滑靴斷裂簡圖），一部分是在采煤機中間斷裂；另外一部分是從采煤機滑靴的導鉤處斷開，圖3所示為采煤機滑靴斷裂圖。

圖2 采煤機滑靴斷裂示意圖

圖3 采煤機滑靴斷裂圖

輸送機的水平、垂直彎曲度直接決定了滑靴的設計，而實際生產中地形地貌較為復雜，會超過允許的彎曲度，這時滑靴受力不均勻，就會出現斷裂現象。

1.3 表面損傷

1.3.1 磨損

工程機械的磨損給國民經濟的發展帶來了巨大的損失，僅2007年，摩擦磨損帶來的損失，相當于當年GDP的4.5%?；ピ诰律a過程中，主要受到得是磨粒磨損、黏著磨損、表面疲勞磨損、腐蝕磨損等，這些磨損形式不是單一發生的，而是這些磨損類型的交互影響，造成了滑靴經常失效斷裂，磨損是滑靴失效最主要的原因之一。

現階段，所使用的滑靴由于其材料本身性能、硬度以及表面粗糙度、接觸表面的摩擦力等原因，使得滑靴在井下生產過程中所表現的耐磨性較差，很難達到相應的要求[4-5]。再加之井下淋水的腐蝕環境，使滑靴處于腐蝕和磨損的雙重作用下，失效更為嚴重?；ピ诰蜻M過程中，巖壁上經常有煤屑、石塊等顆粒物脫落，工作環境更為惡劣，滑靴處于煤屑以及淋水環境中，受到交互影響作用，磨損較為嚴重，加速了滑靴的失效?？偠灾?，滑靴在井下生產過程中，主要是由于滑靴本身以及所處的環境兩方面的原因造成的磨損。后者不能改變，只有改變滑靴本身來減少其磨損。減少滑靴材料中塑性夾雜物的冶金缺陷，提高滑靴材料的硬度、減小滑靴表面粗糙度等等，以起到改善滑靴耐磨性的作用，使其適應井下生產作業。

1.3.2 腐蝕

在現有社會，工程機械的腐蝕相當嚴重，帶來的損失也相當巨大。僅2002年一年，我國就因機械腐蝕問題帶來大量機械失效，所承受的損失為當年GDP的5%，因此，對于工程機械的腐蝕問題應嚴格控制預防[6]。

滑靴處于特殊的工作環境，井下淋水較為嚴重，在生產過程中將受到不同程度的腐蝕，且井下溫度較高、潮濕，進一步加速了腐蝕?；ケ砻鏁l生不同程度的局部腐蝕，使得某些局部腐蝕較周圍嚴重，出現點蝕、溝槽、破裂等破壞現象?；ピ诰轮饕l生的是點蝕、疲勞腐蝕、磨損腐蝕等。這主要是由于井下特殊的環境，淋水存在較大的不均勻性，電化學條件的差異使得滑靴的局部腐蝕持續進行。局部腐蝕的危害性較均勻腐蝕大，且腐蝕事故一般較為突然，現代機械所出現的腐蝕事故80%為局部腐蝕事故。因此，應合理選用滑靴材料，有效預防腐蝕事故的發生，節約能源，保護環境。

1.3.3 接觸疲勞

滑靴在經過一段時間的生產作業后，在接觸表面會出現一些凹坑、麻點，滑靴繼續工作，麻點會繼續增多，隨之剝落，且范圍逐漸擴大，受到較大面積的損壞，嚴重時導致滑靴失效，這都是由于接觸疲勞造成的。經相關研究發現，滑靴的接觸疲勞主要是由于滑靴的結構、材料以及所采用的工藝等因素交互作用的結果。

2 采煤機滑靴失效的主要原因

經過上述的分析，可知采煤機滑靴的失效具有漸進性和突發性兩種失效規律，其失效的主要原因可歸結為以下幾個方面。

2.1 自身的耗損

滑靴在使用過程中，受到磨損或腐蝕，造成機體組織破壞所導致的損失。這就需要在選用材料時，盡量選用適合工藝生產需求的材料，現今所使用的滑靴主要由低碳鋼制造，工藝也較為簡單，耐磨性和耐腐蝕性的性能都達不到生產的需求。減少自身損耗的直接有效的方法就是找到一種適合井下作業的耐腐蝕磨損的新型采煤機滑靴材料。

2.2 使用條件的影響

2.2.1 井下條件的影響

井下空間狹窄，采掘工作面還需經常移動，經常伴有煤、巖石塊脫落，滑靴在移動的過程中會受到拉壓、碰撞，使其受到一定的損傷，磨損變大；且環境潮濕，有的地方淋水較為嚴重，溫度還較高，加速了滑靴的腐蝕，滑靴表面就必須具有一定的耐蝕性；井下還存在一定濃度的瓦斯氣、煤塵等爆炸性混合物，惡化了滑靴的工作環境，這就要求滑靴在使用過程中具有一定的防爆性，即減少摩擦過程中的火花；井下工作較為復雜，且負荷變化也較大，這就要求滑靴有一定超負荷能力，使設備在運行過程中較為穩定。

煤礦開采環境的多樣性要求再制造滑靴的材料具有一定的抗拉壓、碰撞、耐腐蝕性、耐磨性、防爆性，且還要具有一定的超負荷能力。

2.2.2 操作條件的影響

研究表明，井下煤礦掘進工作面有時斜面傾角較大，滑靴的受力也隨之變大，使其失去平衡，發生斷裂和損傷，傾斜開采是導致滑靴失效的原因之一。因此，掘進工作面出現褶皺、斷層等現象，都極易導致滑靴失效。輸送機在一段時間的使用之后，由于磨損使其彎曲度變大，超過了允許的彎曲極限，滑靴將受到較大的側向力，導致斷裂失效；且操作人員不嫻熟的操作技術也會對滑靴造成一定的損傷，在推動輸送機時，如果不能保證輸送機平、直、穩，也會導致失效斷裂，這就要求工人須掌握一定的操作技巧，盡可能地避免和減少滑靴失效。

地質條件和輸送機長期使用產生的磨損所導致的滑靴失效是不可避免的。但相關的操作人員只需進行一定的培訓，掌握操作技巧及規律，就可以在一定程度上避免滑靴失效。

2.2.3 維修條件的影響

我國在維修采煤機滑靴方面，現有的發展還不是很成熟。目前大部分使用后失效的滑靴都直接廢棄不用，這是對資源和能源的極大浪費。且修后再使用的滑靴其耐久性也較差，主要原因還是由于維修水平低、質量差、設備落后。因此，對采煤機滑靴進行再制造研究十分重要，失效后能修復的滑靴利用一定技術條件進行改良，使其性能得到進一步改善，且耐久性也得到進一步的提高。

改善維修滑靴條件、水平的落后現狀，這就需要改善現有技術，大大發揮再制造的優勢，開發現有滑靴再制造所需的儀器設備以及相關的人才，對于滑靴再制造技術的成熟以及滑靴大批量修復具有一定的現實和理論意義，且大大符合我國發展資源節約型社會的要求。

2.3 結構與工藝設計的缺陷

研究表明，AM500型采煤機滑靴失效的主要原因是由于滑靴跨距較大、內導角及內檔尺寸設計不合理等原因造成的?，F制造的滑靴表面一般采用的是火焰淬火，這個過程較大程度上是受操作人員技能的影響，且生產出來的滑靴質量較一般，達到設計要求的較少，耗時耗材，說明滑靴在工藝方面也存在一定的不科學之處，使得硬度和耐磨性等都達不到要求。除了以上原因，滑靴在鑄造的過程中也存在一定的缺陷。

現有采煤機滑靴結構與工藝設計的不合理，除在生產中導致了滑靴的失效，還浪費了原材料和配件。這就需要改善現有滑靴不合理的設計結構和生產工藝。

3 結論

1）采煤機滑靴在實際生產中受到的主要失效形式為磨損、斷裂等，還會受到一定的過量變形、腐蝕以及接觸疲勞，使得滑靴在井下生產過程中經常失效，了解這些失效形式，找到失效原因，解決這一問題。

2）目前，國內所使用得滑靴之所以經常失效，主要是由于自身的損耗、使用條件、滑靴材料制造時結構和工藝的不合理等。

3）解決現階段滑靴失效的辦法主要有：改善現有生產工藝（例如采用一些先進的表面處理技術、改善滑靴的結構）、培訓相關井下生產操作人員，掌握操作技巧、研究一些修復技術（例如再制造）和維修技術。