提高露天煤礦電鏟鏟斗的使用壽命研究

王 虎

準(zhǔn)能集團(tuán)設(shè)備維修中心 內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 010300

我們應(yīng)該充分看到的是,目前電鏟的工作能力和鏟斗以及其容量有關(guān),電鏟所生產(chǎn)的規(guī)格和鏟斗的斗容量是成正比的。但是我國在大斗容電鏟的設(shè)計(jì)和制造能力以及產(chǎn)品開發(fā)周期等方面,和國外差距雖然日漸縮小,但依然存在落后之處。當(dāng)前我國的電鏟存在較大的問題,就是其鏟斗的使用壽命。其作為電鏟的主要工作配件,在很多作業(yè)的過程當(dāng)中,鏟斗會受到煤礦石的沖擊,以及與地面的強(qiáng)烈震動磨損。通常來講,一般鏟斗在經(jīng)過3～4個月的使用之后,覆蓋在其內(nèi)面的襯板就需要進(jìn)行更換和修理,每年因?yàn)楦鼡Q鏟斗襯板所造成的維修費(fèi)用都是一筆不小的數(shù)字。

那么,相關(guān)施工單位應(yīng)該如何提高電鏟鏟斗在露天煤礦下的使用壽命呢?接下來就給出相關(guān)的失效原因分析以及對應(yīng)的方法研究。

一、礦用電鏟鏟斗的失效分析

鏟斗的主體和斗門兩大關(guān)鍵部分成功構(gòu)成了一個電鏟鏟斗。作為電鏟鏟斗的主體。它的外觀是一個類似前后兩面都能夠開口的方形盒體,在正式的煤礦挖掘和運(yùn)輸過程當(dāng)中,電鏟鏟斗主體在底板和兩面,側(cè)板方面都會和煤礦物料產(chǎn)生強(qiáng)烈碰撞以及摩擦,而這種強(qiáng)烈的碰撞和摩擦又會讓整個電鏟鏟斗受到極其強(qiáng)烈的磨損,電鏟,鏟斗,斗門和電鏟鏟斗主體之間通常會設(shè)計(jì)成可以進(jìn)行遠(yuǎn)程操控的關(guān)閉或開啟的裝置。在對煤礦物料進(jìn)行裝運(yùn)的時(shí)候,電鏟鏟斗的斗門和電鏟鏟斗的主體之間是呈現(xiàn)關(guān)閉狀態(tài)的,這之后,裝載著煤礦物料的電鏟鏟斗會升起來。在這個過程當(dāng)中,電鏟鏟斗里面的煤礦物料會滑向電鏟鏟斗斗門方向,并且對斗門產(chǎn)生強(qiáng)烈的撞擊,之后鏟斗移動到運(yùn)輸車的車廂上方時(shí)。電鏟鏟斗斗門會開啟,讓煤礦物料均勻的滑落到車廂內(nèi)部,從這一個過程來看,我們可以發(fā)現(xiàn)電鏟鏟斗主體所受到的磨損是典型的礦物質(zhì)顆粒的磨損,而電鏟鏟斗的斗門所受到的磨損是帶有強(qiáng)烈沖擊性的磨損。

為了保證針對電鏟鏟斗內(nèi)部襯板的有效更換和維修,相關(guān)維護(hù)人員一般會在電鏟鏟斗的主體和電鏟鏟斗容易磨損的地方全都覆蓋一層金屬襯板,襯板和鏟斗的主體之間會采用焊接方式進(jìn)行有效固定。我們在觀察電鏟鏟斗的主題以及電鏟鏟斗,斗門襯板的磨損表面情況的時(shí)候,能夠發(fā)現(xiàn)這樣一個關(guān)鍵的問題——即溝槽痕跡的存在(這種存在排除了金屬碰撞摩擦所造成的可能損傷)。這有效證明了巖石硬度要比金屬襯板的表面硬度更高。當(dāng)前很多鏟斗內(nèi)部襯板的材料都是高錳鋼以及優(yōu)質(zhì)的合金鋼材,但它們經(jīng)過形變之后需要很長的恢復(fù)時(shí)間,這就導(dǎo)致了襯板表面很容易受到磨損。

二、鏟斗襯板耐磨材料的研究

(一)鏟斗耐磨材料的要求

電鏟鏟斗在失效分析方面的結(jié)果顯示。電鏟鏟斗內(nèi)部防護(hù)襯板的失效,乃至最后的損壞報(bào)廢,主要是因?yàn)榻饘傥锪系念w粒磨損所造成的。根據(jù)磨損力學(xué)研究機(jī)理,當(dāng)金屬材料的表面硬度大于或等于摩擦材料的表面硬度的時(shí)候,金屬材料表面所受到的磨損情況才有可能出現(xiàn)大大減輕的趨勢。

我們知道,露天煤礦電鏟鏟斗經(jīng)常要挖掘和運(yùn)送的物質(zhì)主要是煤礦石當(dāng)中的成分——石英。它的硬度在1000～1100之間,所以如果要想以此來有效的提高電鏟鏟斗的使用壽命,那么就需要考慮對下面兩個條件進(jìn)行充分滿足。第一,襯板材料的表面一定要擁有更高的硬度和耐磨性,換句話說這種硬度和耐磨性是要能夠超過石英的硬度的。另一點(diǎn)在于要從安裝工藝上面進(jìn)行反向思考——也就是說襯板在進(jìn)行焊接的時(shí)候,它的焊接性能和焊接工藝一定要是標(biāo)準(zhǔn)和良好的。

早在上個世紀(jì)50年代到60年代。外國很多著名的耐摩擦和耐腐蝕材料的生產(chǎn)公司,如美國林肯公司就開始運(yùn)用耐磨堆焊方法來有效提升鏟斗的使用壽命,這其中的關(guān)鍵技術(shù)就是通過運(yùn)用堆焊材料和高鉻合金來有效的提升自身的耐磨損度。進(jìn)入上個世紀(jì)80年代之后,德國的法奧迪公司,韓國的世和公司也開始運(yùn)用高鉻堆焊復(fù)合鋼板來有效地提升鏟斗的使用壽命。從總體的使用情況來看,高鉻堆焊復(fù)合鋼板在其表面所形成的一層高鉻合金層使得整個鋼板擁有了高硬度以及高耐磨性。而結(jié)合具有極強(qiáng)韌性和極強(qiáng)焊接性的母體金屬。鏟斗襯板的兩大優(yōu)良條件都得到了充分滿足。所以從這一點(diǎn)上來說,高鉻堆焊復(fù)合鋼板的成功發(fā)明讓鏟斗襯板的質(zhì)量跨出了關(guān)鍵的一大步。

上世紀(jì)80年代,我國的工程技術(shù)研究機(jī)構(gòu)也開展了碳化鉻堆焊復(fù)合鋼板的開發(fā)研究以及應(yīng)用,在這方面,我國同樣積累了不少珍貴經(jīng)驗(yàn)。

(二)碳化鉻堆焊復(fù)合鋼板的性能及特點(diǎn)

我國研制的堆焊復(fù)合鋼板,一般來說是在普通的添加碳元素的鋼材表面運(yùn)用埋弧堆焊方法有效地對高耐磨合金層進(jìn)行制備。在堆焊的過程當(dāng)中。要運(yùn)用實(shí)心焊絲與焊接母體所產(chǎn)生的高溫的電弧將其有效融化,之后再把添加到熔化池里面的合金焊接粉末用來進(jìn)行高耐磨合金層的制備。這一類堆焊方法最大的特點(diǎn)就是效率高,而且合金的成分也非常高,經(jīng)過測試,其硬度已經(jīng)超過了石英的硬度,這充分證明了堆焊復(fù)合板所具有的高耐磨和高硬度的優(yōu)良性能。在組裝成功之后,這類合金鋼板有效進(jìn)行切割,打孔以及組裝焊接等加工。

三、鏟斗堆焊復(fù)合襯板的試制

在對煤礦石進(jìn)行挖掘鏟裝的過程當(dāng)中,電鏟鏟斗所受到的磨損只來自于煤礦物料所造成的電鏟鏟斗主體底部和兩側(cè)中下部的磨損力量,而電鏟鏟斗上面的部分則基本不會遭到磨損。對于電鏟鏟斗來說,它所受到的磨損范圍是全方面的。如果按照這個特點(diǎn)來有效地對復(fù)合襯板的尺寸進(jìn)行設(shè)計(jì),那么在電鏟鏟斗主體的圓弧彎曲區(qū)域采用切割好的狹窄襯板進(jìn)行圓弧過渡的方案是比較可行的。值得注意的是,在這個方案里面,最關(guān)鍵的一個保證襯板和母體能夠進(jìn)行有效相連接的方法就是運(yùn)用塞焊方法。在進(jìn)行制作的過程中,由于實(shí)際的露天煤礦電鏟鏟斗所要經(jīng)歷的工作狀況十分惡劣,因此適合用于制造鏟斗襯板的堆焊復(fù)合板在堆焊層設(shè)計(jì)方面的厚度要達(dá)到10～15mm。而另一方面,堆焊層是一種高碳含量和高鉻含量的合金,它的硬度是非常高的,但是其脆度也是比較大的。這就導(dǎo)致其在理化性能,諸如膨脹系數(shù)方面都和普通加碳鋼材有很大的差別,換句話說這一堆焊層是很容易出現(xiàn)脫落跡象的。按照相關(guān)的文獻(xiàn)技術(shù)資料所研究的結(jié)果來看,如果鉻在鋼板表面所構(gòu)筑的合金焊層厚度超過了12mm,就會出現(xiàn)脫落的危險(xiǎn)。為有效解決這一技術(shù)難題,采用了分層進(jìn)行堆焊的方式。在這種堆焊方式當(dāng)中,堆焊層的化學(xué)成分會被逐層進(jìn)行改變,這樣的話,堆焊層當(dāng)中的高碳含量和高鎘含量會從原來的含量較低的情況,逐漸走向含量較高的情況,這是一種全新的工藝方法。而后續(xù)的實(shí)際使用過程則充分證明了這種方法能夠保證堆焊層和模板的結(jié)合強(qiáng)度的增加,即使堆焊層的厚度已經(jīng)超過了12mm,但依然沒有出現(xiàn)堆焊層的脫落現(xiàn)象,這是一個巨大的進(jìn)步。

四、鏟斗堆焊復(fù)合襯板使用效果分析

堆焊復(fù)合板是指在普碳鋼表面采用埋弧堆焊方法制備高耐磨合金層。堆焊中,利用實(shí)芯焊絲與母體產(chǎn)生的電弧高溫熔化添加到熔池的合金焊粉(國外稱之為BULKWELD-ING)。這種堆焊方法最大的特點(diǎn)是,堆焊效率高,合金成分高。一般來說,在煤礦挖掘中所遇到的CrC型碳化鉻塊的顯微硬度為HV1300～1800,維焊層的表面通度在HRC 56～62。下圖為堆焊復(fù)合板與幾種常見的耐磨材料的耐磨性對比。由下圖可見,堆焊復(fù)合板具有很好的耐磨性能。

圖1 高鉻堆焊復(fù)合板與其他復(fù)合材料的耐磨性比較

碳化鉻堆焊復(fù)合板無論是在使用壽命還是在耐磨損程度方面,都極大地超越了之前所使用的簡單合金鋼材內(nèi)襯板。一般來說,大型煤礦所使用的電鏟鏟斗每年的維修費(fèi)用就需要幾百萬元人民幣,鏟斗碳化鉻堆焊復(fù)合內(nèi)襯板,不僅在成功得到實(shí)際運(yùn)用的同時(shí)超越了原有的合金鋼材內(nèi)襯板,而且還間接減少了相關(guān)的維護(hù)費(fèi)用以及維修工作量。這在一定程度上更加有力地保證了露天煤礦的穩(wěn)定,高產(chǎn)以及經(jīng)濟(jì)效益,露天煤礦電鏟鏟斗的使用壽命也因此而得到有效提升。

結(jié)束語:有效提升露天煤礦電鏟鏟斗使用壽命的奧秘,就在于有效提升其內(nèi)襯板的制作工藝和焊接方式。通過有效地對內(nèi)襯板的制作工藝進(jìn)行改變,詳細(xì)思考內(nèi)襯板應(yīng)該從什么地方提升其耐磨損性以及焊接方式,成功的推動了煤礦電鏟鏟斗內(nèi)部受磨損情況的降低。這也間接推動了露天煤礦電鏟鏟斗的使用壽命的提升。

盡管在我國當(dāng)前大力推動去產(chǎn)能和傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級的情況下,露天煤礦的開采率在逐步下降,但是對于部分地區(qū)來說,有效地提升露天煤礦的開采效率,依然對當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展起著重要的作用。而在此背景下,我們可以發(fā)現(xiàn),針對露天煤礦電鏟鏟斗這一損耗程度較大的工具部件的有效改進(jìn),竟然可以在很大程度上推動露天煤礦挖掘作業(yè)效率的有效提升,而且還能夠間接推動露天煤礦挖掘作業(yè)方面的人力、物力和財(cái)力三大方面的成本降低。而再此細(xì)細(xì)探究,有效提升露天煤礦電鏟鏟斗使用壽命的方法——也就是我們所看到的,有效地對露天煤礦電鏟鏟斗內(nèi)部的內(nèi)襯鋼板質(zhì)量的有效改進(jìn),以及對相關(guān)焊接工藝的充分注重充分提高了鏟斗的使用壽命。