煤礦設備磨損失效分析與研究

朱同明

摘要：煤礦設備發生磨損失效是煤炭生產過程中的正常現象，在煤礦井下的設備磨損情況最為嚴重，大型設備內部零件的磨損情況也比較明顯。本文對煤礦的磨損性能進行分析，找出了發生磨損的主要原因，并列舉了一些降低磨損程度的方案，來更好的為煤礦系統服務。

關鍵詞：煤礦設備;磨損失效;分析研究

正文：煤礦設備主要用在開采煤礦和運輸煤炭兩個方面，由于煤礦設備常年在井下作業，使用環境惡劣，給設備造成了嚴重的磨損情況。每年礦井都會因為設備磨損失效而造成的故障停產而引起嚴重的損失。為了延長設備的使用壽命，提高其工作效率，需要對設備的磨損情況進行分析研究，掌握磨損失效的類別，并找出有效的解決方案。

一、煤礦設備磨損失效特點

煤的硬度一般為HV24～214，而且煤炭內部還會含有少量硬度較強的鐵、方解石、石英石等，煤的磨損程度與其自身的石英、鐵礦含量呈正相關。在做相對運轉的內部零件的接觸面都會產生摩擦，進而造成設備磨損。雖然不同零部件的磨損程度和速度不同，但是它們的磨損規律又是大體相同的。

設備磨損的三個階段：

（1）跑合磨損階段。在新零件的初始使用過程中容易出現這情況，但此階段的磨損時間較短，對于設備的使用情況基本不構成危害。在此過程中會磨平零件的粗糙顆粒，增加零件在實際使用過程中的接觸面積，發生了冷作硬化作用，增強了零件的耐磨性能，迅速降低零件的磨損速度。

（2）穩定磨損階段。該階段是設備工作的最佳運行階段，零件的磨損速度保持在一個很低的水平，磨損程度較小。

（3）急劇磨損階段。該階段零件的磨損速度很快，導致零件的精確程度下降，甚至會使設備發生故障，影響工作進度。因為煤礦設備長期處于運行狀態，導致長期的磨損積累產生質變，設備荷載超出額定范圍，零件表面產生裂紋、起皮現象，原有的保護潤滑油膜隨之脫落，設備的磨損程度達到極限。

二、幾種典型零件的磨損失效分析

2.1 開采設備截齒和截割滾筒的磨損失效

開采設備截齒、滾筒的磨損類別主要為磨料磨損失效。在進行截齒作業的過程中，煤中硬物體的軟磨料與截齒的表面之間的磨削會相互產生一個很大的自適應壓力，帶有鋒利的棱角和尖銳迎角的軟磨料將會與截齒表面的磨削切成形成顯微切削，如果煤中的硬物體軟磨料的尖銳粗糙程度和壓力不足，就可能會在截齒表面形成犁溝，對截齒表面重復擠壓，使材料表層出現裂紋，最后因截齒表面出現薄片形狀的磨屑而滑落。

焊接在滾筒上的齒座也會發生非常嚴重的損壞情況，當截齒與齒座之間出現裂縫時，煤炭內部產生的軟磨料屑就會進入其中，形成三體磨練磨損，進而對齒座產生更加嚴重的損壞。煤塊對于齒座的磨損影響也是非常嚴重的，因為滾筒的轉動速度極快，使煤塊對于滾筒表面的磨損程度進一步加深。

2.2 裝運設備耙爪和溜槽的磨損失效

煤炭運輸過程中的裝載運輸設備主要有耙爪、鏈條、中部溜槽等的主要磨損方式為磨料磨損。在耙爪的工作過程中，耙爪通過持續的旋轉將物料收集并傳送到運輸槽，由于物料與耙爪表面之間不斷地摩擦，會形成一定程度的磨損。耙爪的磨損屬于爪，煤、鏟板之間形成的三體磨損，其破壞力度要比二體磨損程度高出很多，進而對耙爪造成嚴重損壞。

在輸送設備工作過程中，電機牽動著傳輸機鏈條與刮板，帶著物料在中部槽內移動。中部溜槽的磨損主要原因是由于煤磨料、鏈條等對槽幫的沖擊力和摩擦作用造成的。其中板溜槽磨損最嚴重的磨損部位之一就是中部槽連接處，由于受到中板圓環鏈的運動影響，其中部槽的磨損嚴重程度遠遠高于兩體之間的磨損連接處。

2.3 錨護設備重要零件失效

鉆架是錨護裝置中的重要組成部分，鉆架的工作質量對錨桿鉆設備的錨護設備和錨護功能有直接的影響。鉆架中對于各組成部分的精度、粗糙度、縫隙大小的標準都非常嚴格。從目前的調查結果中可以看出，由于鉆架在其工作過程中各零件之間接觸比較頻繁，給耐磨鏈條和導向部位都造成了嚴重損壞，縮短了其實際使用壽命，需要頻繁更換來完成工作任務。

2.4 履帶式行走設備的履帶磨損失效

履帶式行走設備磨損包括以履帶板、履帶架、銷軸磨損為主的磨料磨損和失效，還包括粘著磨損。履帶運動時，行走動力經過行走減速器y、驅動鏈輪y、履行鏈，驅動履帶向前運動。原煤和鐵屑進入到運動中的部件后會導致三體磨損，主要體現在履帶板與履帶架、履帶板與驅動鏈輪、支重輪與履帶架之間發生摩擦，造成損壞。

2.5 其他設備的磨損失效

除了上面提到的設備磨損情況以外，還有很多設備零件存在磨損失效的情況。例如：液壓系統的開關、缸體與柱塞摩擦;破碎機齒板、溜煤槽磨損;除塵設備的風葉與主軸及通風管道的磨損。即便是在密封的減速設備或內部零件中，雖然可以避免與煤炭的直接接觸，但是還是會發生嚴重的磨損，主要以磨料磨損為主，還會存在一些其他形式的磨損情況。

三、磨損失效的形成原因及降低磨損的方法

在礦井中所使用的機械設備種類繁多，且造成磨損失效的原因也不只一種，以采煤設備為例，對其造成原因和解決方案做出了以下分析：

4.1 零部件摩擦力

采煤設備的磨損失效主要是由其內部零件之間的摩擦造成的，采用液體摩擦可以有效降低零件之間的摩擦力，避免磨損失效情況的發生。液體摩擦就是在各零件的摩擦表面之間形成一層極薄的壓力油膜，強行隔開兩個零件的金屬表面，避免直接接觸，摩擦系數越小，設備的磨損程度也就越小。零件表面的液體摩擦需要滿足以下條件：1.零件之間具有合理的縫隙2.潤滑油具有較高的壓力和較好的流動性，且貨源充足3.軸與軸承之間的光滑度較好4.潤滑油的流動通道應該位于軸承的受力區域之外。由于設備的長期不間斷使用破壞了液體摩擦的基本條件，進而導致設備的磨損失效。

4.2 加工精度不夠，使用和維護方法不當

采煤設備零部件的精度具體是指，加工完成后的產品與原本設計中預期大小之間的差距，零部件之間的縫隙大小也是影響設備磨損程度的重要因素，如果間隙過小，就可能達不到液體摩擦所需要的條件，反而造成膠合磨損;如果間隙過大，液體摩擦的條件也不會形成。所以在零部件之間的縫隙過大或過小時，都需要對其進行修復處理。

4.3 采煤設備選材不當或材料缺陷

當荷載固定時，材料的屈服強度越大，零部件之間的間隔磨損就越小，產生摩擦疲勞的時間也就越長。在同樣的工作環境中，碳鋼零件的耐磨損性能與材料硬度、碳含量呈正比。

4.4 潤滑油型號選擇

如果采煤設備一直在高速輕負荷的環境中運行，就應該選擇黏度較小的潤滑劑;如果機械設備長期處于低速超負荷運轉，就應該選擇黏度較強的潤滑劑。在寒冷環境中運行的設備最好采用黏度小、凝固點低的潤滑油，相反，工作環境溫度較高時則需采用黏度較大的潤滑劑。受力負荷大、工作時間長的設備首選黏度大的潤滑劑，工作環境溫度高、磨損程度高、表面較粗糙的設備也行使用黏度較強的潤滑劑。

結束語：在煤礦設備中磨損失效現象的研究過程中發現，提升材料的抗形變能力，可以避免材料在擠壓過程中造成損壞，能夠改善材料的耐磨性能;降低磨粒進入材料的深度，進而降低設備的磨損程度，避免煤礦系統因零件磨損而產生設備故障的現象，減少系統在此方面的資金投入力度。

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