激光熔覆技術在煤礦機械中的應用

史強，王子騰，邵藝凱

（新疆工程學院，新疆 烏魯木齊 830023）

隨著我國社會經濟的快速發展，對煤炭等礦產資源的需求量也越來越大。煤炭資源的開采技術也隨之在不斷改進更新，其中，煤礦機械作為煤礦開采中的主要工具，承擔著重要的角色。但是，煤礦開采通常環境惡劣、條件苛刻，煤礦機械設備會長期處于潮濕、腐蝕性較強的工作環境中，多數機械設備長期承受著高速、重載、摩擦等高負荷工作，同時，部分煤礦機械設備作業時不分晝夜，長年累月地運轉工作。因此，煤礦機械面臨的最主要問題就是受到嚴重的腐蝕和磨損，這不僅對煤礦開采造成了影響，還造成了大量的資源浪費，增加了生產成本。為了解決這一嚴重問題，激光熔覆技術開始發展并被廣泛應用于煤礦機械的修復工作中，它能夠有效修復磨損機械設備，提高機械設備的使用性能，延長其使用壽命，對煤礦企業的生產發展具有重要意義。

1 煤礦機械磨損失效的主要類別

煤礦機械設備在煤礦開采工作中會受到不同類型的磨損失效，主要有截齒磨損失效、齒輪和軸類等零部件磨損、刮板輸送機溜槽磨損失效、液壓支護失效等。以下具體分析上述煤礦機械零部件的磨損情況。

1.1 截齒磨損失效

截齒是采煤機中負責截割工作的零部件,在進行煤炭開采作業時，直接作用于堅硬的煤層煤層的堅硬程度非常高，達到HV900～1100，因此，截齒在截割時，會受到較大的沖擊載荷以及剪切應力，導致截齒經常性受到損壞。此外，在截割作業時，遇到較硬的煤礦層時，會產生較大的摩擦力，進而產生高溫，在高溫的影響下，進一步加劇了截齒的磨損，甚至導致齒輪斷裂，直接造成了資金損失。

1.2 齒輪和軸類等零部件磨損

煤礦機械在煤礦開采工作中，會長期處于井下環境，工作時機械設備運行時間長，承受著較強的載荷力，齒輪和軸類等零部件在高速運轉和長時間的高溫狀態下，再加上沒有及時注入潤滑油或者潤滑油注入不到位，極易造成齒輪和軸類等零部件產生顆粒磨損或者是膠合磨損，煤礦開采工作人員在更換時，會花費較大的時間和力氣以及較高的返修費用。

1.3 刮板輸送機溜槽磨損失效

刮板輸送機溜槽在煤炭開采中扮演著煤炭運輸作用，其主要磨損失效的形式是摩擦磨損以及腐蝕磨損。它在煤礦機械設備中的磨損程度和破壞程度較為嚴重，主要磨損部位是中部槽以及鏈條。在煤炭的運輸過程中，由于煤礦硬度較大和地面不平整的影響，刮板鏈、煤渣與運輸溜槽會產生相對運動，進而對運輸溜槽造成磨損。此外，鏈條與運輸溜槽和煤礦會產生摩擦作用，運輸時，摩擦力增大，使得鏈條的磨損程度進一步加劇，最終導致斷鏈的發生。

1.4 液壓支護失效

液壓支護在煤炭開采環境中起到支撐防護的重要作用，它的穩定性保證了現場煤炭開采工作人員的安全，保障了機械設備的安全。支架是重要受力部分，其中，活塞桿由于長期處于酸性和堿性較強的工作環境中，極易使其表面被腐蝕而出現銹跡，此外，活塞桿會長期產生往復運動，致使其產生較為嚴重的劃痕，甚至成片剝落，從而導致密封套失效。因此，針對液壓支護失效問題，最主要的是改善活塞桿的抗腐蝕性能和耐磨性能，延長液壓支護的應用效果。

2 煤礦機械磨損失效的原因

在煤炭開采工作中，煤礦機械磨損失效的原因主要有環境問題、工作時長、維護難度等。首先，是煤礦機械所處的環境惡劣。

我國煤礦開采主要是地下環境，露天煤炭開采僅是很小一部分。因此，煤炭機械經常被應用于礦井中。礦井中具有很強的腐蝕性和酸性，增加了煤礦機械的侵蝕。其次，由于礦井中屬于封閉狀態，存在著大量的顆粒物質，當煤礦機械在運轉過程中，這些顆粒極易進入機械，使得各零部件間的摩擦力增加，導致機械磨損嚴重。煤礦機械在工作中通常會長時間地保持高速運轉，且不間斷地工作，這種高強度的持續工作會造成機械設備嚴重磨損，其中一些關鍵零部件的老化速度非常快，使用壽命縮短。另外，工作人員會定期檢修維護各種機械設備，但是，效果卻是不理想的，因為處于礦井中的機械設備，停止運轉時間較少，且在潤滑注入和維護方面難度比較大，這就造成了磨損失效問題越來越嚴重。

3 激光熔覆技術在煤礦機械中的應用

激光熔覆技術是一種新型的表面改進性技術，其工作原理主要是使用高能量的激光束對機械部件的局部或表面進行高溫加熱，將激光熔覆材料與機械表面熔化，達到快速凝固的效果，并形成表面冶金熔覆層。激光熔覆技術具有較強的耐高溫性、耐磨性、抗氧化性、抗腐蝕性等優點。它彌補了堆焊、鍍鉻等技術的缺點，在煤礦機械的應用中，能夠有效修復磨損的機械或零部件，延長機械使用成本，降低企業的生產成本。

3.1 應用于采煤機中的截齒

截齒是煤炭機械磨損失效中的重要磨損部件。使用激光熔覆技術對截齒表面進行修復，使用硬度較高、耐磨性能較好的激光熔覆材料對磨損截齒的表面進行修復，激光熔覆材料可以選擇鐵、鈷等元素為主的材料，能夠增強截齒的耐磨性，減少截齒的更換頻率，有效節約成本。

3.2 應用于齒輪和軸類等零部件

齒輪和軸類等零部件在是煤礦機械中的重要部件，為保證其在運轉過程中減少受損程度，減少維修和更換次數，需要使用激光熔覆技術，以提高抗腐蝕性能、耐磨性能。在進行維修時，為保證獲得均勻致密的組織，激光功率和送粉速度等都要科學合理選擇，避免出現裂紋、夾渣和氣孔，影響零部件的使用效能。

3.3 應用于刮板輸送機溜槽和

在磨損失效的刮板輸送機溜槽的修復中，應用激光熔覆技術，可以選擇自熔性含碳、錳含量較高的合金粉末，同時，加入耐磨高熔點碳化物顆粒，從而形成較強的耐磨層。在修復時，要充分利用道搭接熔覆技術，這樣可以避免裂紋、氣孔、夾渣等問題的出現。

3.4 應用于液壓支護

在煤礦開采工作中，液壓支架、活塞桿的修復常應用激光熔覆技術進行表面的修復。在傳統的液壓支架修復中，往往采用表面鍍鉻，會產生較多的有害化合物，對環境造成較大的污染，同時，修復后由于貼合力不強，會出現鼓泡、龜裂等情況，長期使用后會出現銹跡、脫落等問題。而使用激光熔覆技術進行修復，會獲得致密的熔覆層，同時，耐磨性和耐腐蝕性能均得到增強，使用壽命明顯提高。

4 結語

激光熔覆技術是一種新興的表面處理技術，在煤礦機械中得到廣泛應用。它不僅能夠有效修復磨損失效的煤礦機械設備，還能夠提高機械設備表面的耐磨性能以及抗腐蝕性能，顯著提高機械設備的使用壽命。同時，該技術能夠減少有害氣體的排放，環保性較強，在具體應用中，節約了大量的鋼材資源和水資源。激光熔覆技術符合綠色發展和可持續發展的要求，為煤礦企業帶來了較大的經濟利益和社會效益。