刮板輸送機中部槽摩擦學現狀與前景研究

劉 桐

（寧夏天地奔牛實業集團有限公司，寧夏 石嘴山750000）

對刮板輸送機的運行狀態進行分析會發現在長期的工作中，其中部槽會經受來自于刮板、刮板鏈、煤散料的摩擦作用，從而引發非常顯著的摩擦失效。現階段，研究人員從中部槽的耐磨性材料應用和結構改進、耐磨工藝處理三個方面進行了大量的分析，并獲取了一定的研究成果[1]。為了在實踐中深化刮板輸送機的有效應用探索，借鑒摩擦學的最先研究成果對中部槽的摩擦機理以及規律等進行分析，并在此基礎上實現中部槽耐磨性的有效提升，這樣，中部槽在實踐中的應用效果會顯著提升。

1 中部槽磨損研究分析

基于中部槽的結構（圖1）對中部槽的磨損進行了系統的分析，還進行了實驗論證，在綜合分析的基礎上獲得了3方面的顯著成果。

圖1 中部槽的結構

1.1 中部槽耐磨材料的選用

對中部槽的傳統使用材料進行分析，其多為鑄造優質合金鋼，由于這種材料的強度、韌性比較低，而且耐磨性能也不好，所以使用該材料制作的中部槽的過煤量處于比較低的水平[2]。基于此，不少廠商在原槽幫化學成分的基礎上進行了多種的微量元素以及復合制劑的添加，由此產生了多種新型的耐磨槽幫材料，以國內某廠商研發的高強度耐磨合金材料為例進行分析，和傳統的槽幫材料進行比較，其使用壽命提升了3～5倍，而且這種材料在鑄造的過程中對熱處理工藝進行了調整，所以槽幫材料的強度提升達到了25%，這進一步提高了材料的耐磨性能。簡單來講，中部槽的耐磨性能與材料本身的強度、韌性及耐磨性等有顯著的關系，所以在實踐中通過耐磨材料的開發與利用可以有效的緩解中部槽耐磨的情況。

1.2 中部槽結構的改進

對刮板輸送機的槽幫應用進行分析可知基于其斷面的形狀差異對其進行分類，其可以分為3大類，即D型、E型和M型。在應用的過程中，槽幫鋼的焊接連接部分中板，所以從整體強度表現來看，E型斷面的效果是更加突出的，所以這種斷面型式在大型的刮板輸送機中應用普遍。基于改善耐磨性角度進行具體分析，有的廠商實現了對E型結構的優化，使其變為了弧形，這種形狀有效地增大了刮板與槽幫之間的接觸面積，所以接觸壓力會明顯減少，由此一來，槽幫磨損的情況得到了一定程度的改善[3]。綜合分析E型結構的優化發現弧形斷面槽的具體利用使刮板輸送機水平或垂直彎曲時接觸壓力顯著減小，所以摩擦阻力也有了明顯的下降。在摩擦阻力下降的情況下，功耗有效降低，壽命有了顯著延長。圖2表示的是E型結構斷面和弧面的接觸面積對比。基于現階段的研究分析，中部槽的使用壽命主要與中板的磨損有顯著的關系，所以在實踐中通過增強中板的耐磨性可以達到延長壽命的目的。基于此，在中板使用的時候可以采用鑲嵌復合中板結構這種方式，這樣，不僅中板的耐磨性得到了保障，還能提前預留再造空間，這對于生產成本降低和再制造難度減輕有積極意義。

圖2 E型結構斷面和弧面的接觸面積對比

1.3 中部槽耐磨工藝的改進

槽幫的耐磨性是中部槽生產設計實踐中需要重點強調的內容，所以對槽幫耐磨性能提升的技術與方法進行分析有突出的現實意義[4]。結合目前的實踐，為了提升中部槽的耐磨性，最新的技術是在槽幫鑄造的時候進行耐磨槽的預留，并在中部槽焊接前進行耐摩槽的填平，這樣可以有效地規避運行阻力增大的情況，而且還可以實現槽幫耐磨性的提升，另外，整體鑄造中部槽工藝在目前也得到了應用（圖3）。就目前的中板耐磨工藝改進方面來講，激光和等離子熔覆等技術已經得到了普遍的應用。對這種技術的應用進行分析，其確實起到了提升中部槽耐磨性的效果，但是會導致中部槽生產成本的顯著增加。結合目前的實踐進行分析可知中部槽的摩擦是不可避免的，所以要提升中部槽的耐磨性，只能強調中部槽的材料應用優化和耐磨工藝改進。結合實踐進行分析，在材料一致的情況下，耐磨工藝的改進會有更加突出的效果，所以在優選材料的基礎上對耐磨工藝的具體應用進行分析與討論，這樣，在材料優化和耐磨工藝改善的情況下，中部槽的耐磨性表現會更加的突出。

圖3 整體鑄造中部槽工藝

2 中部槽摩擦學理論研究

在中部槽的摩擦分析中還需要基于摩擦學理論進行深入的探討，具體內容如下。

2.1 中部槽磨損的機理研究

通過多年的調研與分析，學者們普遍認為中部槽的磨損類型主要以磨料磨損為主，同時還伴隨著疲勞磨損、黏著磨損和腐蝕磨損。對中部槽磨損系統進行分析可知其本身存在著非常顯著的復雜性，而且金屬材料的性能、磨料的性質以及刮板鏈運行的速度等均會對中部槽的摩擦系統的耐磨性產生影響[5]。基于中部槽的具體磨損發生，不同的學者分析研究了不同的規律。荊源昌等人表示中部槽的磨損量和表面所受的荷載之間并不是線性關系，二者之間會有一個臨界值的存在，在荷載量小于臨界值的時候，磨損的主要形式為物料磨損，之所以會有這樣的判斷，主要是因為荷載在比較高的情況下煤粉比較容易壓碎，其和金屬相接觸后會因為增溫而發生黏著。另外，邵荷生等學者基于磨料與金屬之間的硬度變化將煤散料磨損劃分為了硬磨料磨損和軟磨料磨損，在軟磨料磨損的時候可能引發疲勞磨損。除了上述的理論結果外，史志遠等學者認為中板和摩擦的過程有3種狀態，即輕度、中度和重度破壞。

2.2 中部槽磨損的規律

對刮板輸送機的具體運行做分析會發現其工作環境是非常復雜的，所以在磨損研究的過程中，直接進行研究會存在比較多的阻礙，基于此，為了更好的進行磨損特性的研究，采用模擬工況試驗便成為了一種重要的研究方法。楊澤生對M-200摩擦磨損試驗機進行了改裝，并將含水量為6%的煤泥作為磨料，在試驗材料選用的時候利用的是16Mn，并用四種不同的材料，即超高分子量聚乙烯、澆筑尼龍、聚四氟乙烯和45#鋼作為模擬的刮板，對不同材料副的摩擦因素和磨痕的寬度進行考察，從最終獲取的結果來看，超高分子量聚乙烯表現出了非常不錯的耐磨特性，其可以作為傳統的刮板替代材料。梁紹偉選用三種煤散料，即褐煤、焦煤和無煙煤進行了磨損試驗，從外磨損量的大小和因磨料種類的不同表現來看，無煙煤最大，焦煤次之，褐煤最小。

3 刮板輸送機的發展趨勢

對刮板輸送機的具體發展進行分析會發現自刮板輸送機誕生以來，其結構發生了非常顯著的變化，并且在不斷發展的過程中，刮板輸送機和采煤機、液壓支架等形成了比價成熟的配套體系。結合目前的研究做分析，在很長的一段時間內，刮板輸送機的結構不會發生太大的改變，而就刮板輸送機的具體發展來看，其主要的趨勢如下：（1）大型化。所謂的大型化具體指的是刮板輸送機的運力會增大，配套設備也會呈現大型化趨勢，在這種情況下，中部槽的規格勢必會出現逐步增大的情況。（2）高可靠性。基于目前的生產實踐進行分析可知在一井一面高產高效集約化礦井在不斷的涌現的情況下，可靠性對生產的影響越來越顯著。作為刮板輸送機的關鍵環節和多故障部位，中部槽的可靠性顯得愈加重要，所以在研究的過程中，強調中部槽的可靠性成為了重要的研究主題。（3）效率高。結合實踐進行分析，刮板鏈的質量比較大，且刮板和中板在摩擦的情況下，物料會因為刮板的推動作用向前，這種情況下電動機需要多消耗30%的功率[6]。為了實現效率的提升，研究中部槽的摩擦系數，強調阻力的減少，進而提升功率也是非常重要的內容。（4）加工自動化。就自動化生產分析來看，其不僅對品質提升有顯著意義，對生產效率提升也有顯著價值，所以通過自動化可以提升產品的市場競爭力。結合中部槽的具體特點實現自動化工藝設計，并實現中部槽磨損的自動檢測，這對于問題處理有顯著意義。

4 中部槽摩擦研究展望

基于刮板輸送機的發展趨勢對中部槽的摩擦進行分析可知中部槽作為刮板輸送機的重要組成部分，其對刮板輸送機本身的性能以及壽命有顯著影響，所以在實踐中需要強調刮板輸送機中部槽的耐磨性加強。基于目前的實踐研究，中部槽本身的耐磨性與材料本身的強度、韌性有顯著的關系，也與中部槽的結構有顯著關聯，同時還會受到熱處理工藝的影響，所以在未來的中部摩擦研究中，需要基于上述的內容強調三方面的研究：（1）減磨抗磨技術的研究[7]。減磨抗磨技術的研究會進一步加深對中部槽材料、結構等方面的研究，這對于中部槽耐磨性加強、使用壽命增加等有非常顯著的影響。（2）中部槽摩擦學的定量研究。在上文的分析中提到，中部槽的磨損是多種磨損的組合，比如黏著磨損、疲勞磨損、物料磨損等，基于摩擦學的定量研究分析各種磨損的特點以及發生情況，這對于磨損控制有重要的意義。（3）中部槽磨損問題研究的非線性理論方法，強調該內容的研究，中部槽磨損理論的研究會獲得更加顯著的發展。

5 結束語

綜上所述，中部槽是刮板輸送機的重要組成部分，其磨損問題會導致刮板輸送機失效，因此在實踐中需要積極解決刮板輸送機的磨損失效問題。文章對刮板輸送機磨損問題的影響因素進行了分析，并基于摩擦學理論對磨損進行了細致探討，同時對中部槽磨損研究的技術展望進行了總結，目的在于指導實踐工作。