刮板輸送機中部槽中板更換的工藝優化

程夢遠，畢冬冬

(國能神東煤炭集團有限責任公司設備維修中心，陜西 榆林 719315)

0 引言

重型刮板輸送機是大采高綜采工作面高產高效機械化采煤的核心裝備，中部槽是重型刮板輸送機的關鍵部件，承擔著煤炭運輸、采煤機運行導向以及液壓支架推移支撐的重要任務。中部槽是主要的耗能和磨損部件，維修和更換的價格都比較貴，刮板輸送機在空載時功率約占25%以上，空載功率絕大部分消耗在摩擦過程中。在滿載運行時，由于煤和矸石在刮板和刮板鏈中滑行，故工作阻力大，導致磨損加劇，大量的中部槽維修工作總結顯示最主要的磨損部位是中部槽中板鏈道處，鏈道補焊也是維修中部槽最多的工作量。

1 中部槽磨損形式危害及維修更換標準

1.1 中部槽磨損形式

中部槽是刮板輸送機的關鍵部件，也是易損部件，其結構如圖1所示。磨損是機械設備在工作過程中，因機件間不斷地摩擦或因介質地沖刷，其摩擦表面逐漸產生磨損，因此引起機件幾何形狀改變，強度降低，破壞了機械的正常工作條件，使機器喪失了原有的精度和功能。刮板輸送機中部槽主要磨損形式有以下4種。

磨料磨損：磨損部位為中部槽中板、底板以及槽幫弧頂處。

粘著磨損：磨損部位為中部槽中板和底板。

疲勞磨損：磨損部位為中部槽凹凸榫槽處和齒軌表面。

腐蝕磨損：磨損部位為中部槽整體外表面。

其中以磨料磨損為最主要的磨損形式，占總磨損量的75%以上。

1-啞鈴銷座組件；2-槽幫組件；3-封底板；4-中板；5-推拉頭組件；6-銷軌組件；7-擋煤板組件；8-電纜槽組件圖1 刮板機中部槽結構示意Fig.1 Structure of middle groove of scraper

1.2 中部槽磨損可能產生的危害

當中部槽磨損過于嚴重時，存在以下幾種危害。

磨掉耐磨層：中板磨損至10 mm以下時，表面耐磨層幾乎全部磨掉，中部槽的強度和硬度急劇下降，導致中板變形，向下凹陷，使中板與底板空間變窄，刮板通過時加劇磨損，最終導致中板或封底板開裂和撕裂。

磨出溝槽：中板與刮板鏈在很大的壓應力作用下相互摩擦產生，導致在鏈道處產生了典型的高應力磨料磨損，磨出溝槽，機械強度明顯降低。

跳鏈卡死：刮板在推煤過程中，將部分煤粒擠壓在刮板與槽幫的縫隙中拖動，俗稱塞煤，導致槽幫處磨損嚴重，使中部槽出現跳鏈卡死現象，導致刮板鏈崩斷和電機過載甚至燒毀電機造成嚴重的經濟損失，飛出的刮板鏈還可能擊傷工作人員。

1.3 中部槽中板維修及更換標準

根據神東公司內部制定的刮板機中部槽檢修標準(以40 mm厚中板為例)，當刮板機中部槽的中板鏈道磨損最薄處不足20 mm時，使用WD-ZBD350藥芯耐磨焊絲手工補焊鏈道方式修復中板；當中部槽中板整體磨損不足20 mm時，使用WD-ZBD350藥芯耐磨焊絲采用打網格方式修復中板(網格形式如圖2所示)；當中部槽中板最薄處不足10 mm時，將中部槽中板整體氣刨后更換。

圖2 中板網格形式Fig.2 Form of medium plate grid

2 改進前中部槽更換中板工藝及存在問題

2.1 中部槽更換中板工藝步驟

神東公司以大采高工作面為主，所使用的刮板輸送機多數為重型刮板輸送機，中部槽中板采用了40 mm高強度耐磨鋼板，屈服強度大于550 MPa。焊接性能略低于Q355低合金高強度結構鋼，因此，焊接時需進行焊前預熱和焊后保溫處理。

更換中板的工藝步驟如下：①中部槽左右兩槽幫分別焊接10號槽鋼作為拉筋，槽幫焊接區域不小于50%，起定位和防變形剛性固定作用，如圖3所示；②沿中部槽槽幫與中板焊縫畫線，使用碳弧氣刨，刨掉整體中板，移動式除塵系統跟蹤除塵；③角磨機打磨處理坡口凸點，直至全部露出金屬本色，便于組對安裝中板；④數控火焰切割機下料40 mm高強度耐磨鋼板，槽幫邊線開K型坡口，坡口深度18 mm，坡口寬度18 mm(坡口角度為45°)，鈍邊5 mm；⑤檢測中板平面度誤差，誤差超過3 mm使用壓力機校正；⑥將校正完的中板與槽幫組對，保證中板上表面與槽幫平齊；⑦沿中部槽槽幫與封底板焊縫氣刨掉整體封底板；⑧將中板及槽幫使用割炬做預熱處理，預熱溫度180～230 ℃；⑨按照指定焊接順序焊接中板與槽幫焊縫，焊接時嚴格控制焊接變形(如圖4所示)，移動式除塵系統跟蹤除塵；⑩焊接完成后保溫處理，減少焊接殘余應力；按照指定焊接順序焊接封底板，移動式除塵系統跟蹤除塵；割除剛性固定拉筋；自然靜置時效；檢測中板平面度變形量及中板與封底板距離，確保在公差范圍內。

圖3 中部槽焊接槽鋼拉筋位置Fig.3 Location of welded channel steel shrouding wire of the middle groove

圖4 中部槽中板焊縫焊接順序Fig.4 Welding sequence of middle plate weld of middle groove

2.2 中部槽更換中板工藝存在問題

從中部槽中板更換工藝中可以看出存在3處需要改進的地方：①中部槽的中板較厚，需要雙面開坡口雙面焊，焊接工人只能從兩側各伸入焊槍500 mm左右，中部槽長度為1 784 mm，其間有784 mm無法焊接，因此需要氣刨掉中部槽封底板(部分或全部)，露出中板背面焊縫才可以施焊，中板焊接完成后還需將封底板按原位置補焊，不僅增加了焊接勞動工作量，而且經過補焊后，封底板及槽幫處增加內部焊接應力，降低塑性及韌性，容易產生裂紋，增大開裂的危險性。②焊接時通過兩邊10號槽鋼作為拉筋來定位和防變形有時無法滿足工藝要求，如果開坡口的角度過大或焊縫過寬導致焊接量及熱輸入過大，對接坡口處變形量大，個別修復完的中部槽會出現一定的變形超差，使中板上翹形成“鼓肚”現象(如圖5所示)，需要使用壓力機配合專用校正工裝校正。因此，中部槽維修工作量會成倍增加。③在二氧化碳氣體保護焊打底時熔合區周圍容易產生熱裂紋。

圖5 中板變形上翹Fig.5 Deformation and warping of middle plate

3 改進后中部槽中板更換焊接工藝及效果

3.1 改進措施

打底焊：針對上述二氧化碳氣體保護焊打底焊出現的裂紋，采用MAG焊的方法進行打底焊，利用其熔深大、焊接過程穩定及接頭質量好的特點，并通過控制焊縫化學成分及改變接頭形狀2方面消除焊接熱裂紋，優化打底焊接形式。

調整坡口角度：針對中部槽焊接效率和焊接熱輸入量的問題，將K型坡口角度調整至32°～38°之間，鈍邊厚度3～5 mm，通過實驗對比，在此坡口角度下使用MAG焊打底能獲得較好的焊縫質量，并提高了焊接效率，節約了生產成本。

原封底板不氣刨：由于在更換中部槽中板時需要氣刨割除封底板及存在焊接變形超差等問題，經過現場實驗對比分析，在滿足焊接強度的條件下，保留原封底板不氣刨，保留其結構位置不受影響，大量縮減焊接工作量，具體工藝過程為：①中部槽中板分2部分氣刨(以大中板和小中板作為區分)，第1部分氣刨大中板，長度1 200 mm，約占中板全長的2/3。②大中板下料使用數控焰切割機下料耐磨鋼板，厚度40 mm，長度1 200 mm，寬度以實際氣刨后缺口寬度為準，并在槽幫處開K型坡口，長度方向上單側開V型坡口。利用小中板與槽幫的固定結構作為大中板的定位基準，按照指定的焊接順序及工藝焊接各坡口。③焊接完成后立即再次氣刨剩余1/3的小中板，氣刨時產生的熱量傳遞至焊縫區，等效于保溫處理，無需單獨做焊縫區域保溫，節省保溫工藝,縮短工藝時間。此時，由于大中板的長度從1 784 mm縮減到1 200 mm，底部焊縫便可以全部施焊(留出200 mm釋放焊接應力)。④焊接完成后，再焊接已下料的小中板，利用大中板與槽幫的固定結構作為小中板的定位基準，并將兩塊中板間V型坡口焊接完成(如圖6所示)。大中板與小中板在焊接過程中起到了互相定位和互相支撐的作用，進一步減小了焊接變形，此焊接順序在保證不破壞封底板的情況下只在大中板下面焊縫有大約200 mm非焊接區，該區域不在高磨損高應力位置，且可以釋放一定的焊接應力，其余位置全部能夠焊滿。經現場試驗計算，滿足強度要求。

圖6 中板氣刨及焊接順序Fig.6 Air gouging and welding sequence of medium plate

3.2 改進后更換中板工藝步驟

工藝步驟：①中部槽左槽幫焊接10號槽鋼作為拉筋，槽幫焊接區域不小于50%，起定位和防變形剛性固定作用；②沿中部槽槽幫與中板焊縫畫線，區分出大中板和小中板以及坡口位置，使用碳弧氣刨，刨掉大中板部分，移動式除塵系統跟蹤除塵；③角磨機打磨處理坡口凸點，直至全部露出金屬本色；④數控火焰切割機使用40 mm高強度耐磨鋼板下料大中板，槽幫邊線開K型坡口，上下坡口深度18 mm，坡口寬度13 mm，鈍邊3～5 mm，大小中板對接處開單邊V型坡口，坡口深度25 mm，坡口寬度13 mm，鈍邊15 mm；⑤檢測大中板平面度誤差，誤差超過3 mm使用壓力機校正；⑥將校正完的大中板與槽幫組對，保證中板上表面與槽幫平齊；如槽幫磨損嚴重，可將大中板高于槽幫3～5 mm對齊需保證大中板兩側高度相同；⑦將大中板及槽幫使用割炬做預熱處理，預熱溫度180～230 ℃；⑧按照指定焊接順序及焊接工藝焊接大中板與槽幫焊縫(參照圖7中1～6焊縫)，背面焊縫長度不得小于500 mm，焊接時嚴格控制焊接變形，采用移動式除塵系統跟蹤除塵；⑨焊接完成后無需做保溫處理，使用碳弧氣刨，刨掉小中板部分，移動式除塵系統跟蹤除塵；⑩數控火焰切割機使用40 mm高強度耐磨鋼板下料小中板，坡口形式參照大中板；小中板與槽幫組對，組對時高度方向以大中板為基準，使用靠尺檢測小中板與大中板位置誤差不超過2 mm；按照指定焊接順序及焊接工藝焊接小中板與大中板，小中板與槽幫焊縫(參照圖7中7～11焊縫)，背面焊縫長度不得小于500 mm，焊接時嚴格控制焊接變形，移動式除塵系統跟蹤除塵；割除剛性固定拉筋，小中板焊縫區域做保溫處理，減少焊接殘余應力；自然靜置時效；檢測中板整體平面度變形量及中板與封底板距離，確保在公差范圍內。

圖7 改進后中部槽中板焊接順序 (圖中長直線為正面焊縫,波浪線為背面焊縫)Fig.7 Welding sequence of improved middle plate of middle groove

3.3 改進后中部槽中板更換使用效果

改進中部槽中板更換工藝后，與原工藝相比較，定額工時由原來的22 h降低至15 h，降幅超過了30%。普通焊絲及碳棒等消耗材料節省24%，根據質檢員提供的17節3×1 000 kW三機中部槽檢測明細表(見表1)中板更換合格率由原來的86.8%提升至94.1%。保守估計每節中部槽采用新工藝更換中板節省4 000元。

改進后的中部槽中板更換后入井布爾臺煤礦，過煤量超過400萬t，正常運行，未出現焊縫開裂、中板變形等異常情況，達到預期設計和使用效果。中部槽重要尺寸檢測表見表1。

表1 中部槽重要尺寸檢測Table 1 Inspection table for main dimensions of middle groove

4 結語

采用高強度耐磨鋼板作為刮板輸送機中部槽中板使用，無論是耐磨性還是焊接性完全符合井下綜采工作面的工作條件，耐磨性能優于16 Mn鋼板，考慮到公司礦井多為超長工作面及大采高，每次大項修中部槽過煤量基本都超過400萬t，綜合計算更換高強度耐磨鋼板性價比更高，更換時采用MAG焊打底能有效減少焊接裂紋的產生，并且改進后的工藝減少了更換新中部槽成本，降低了工人勞動量和工作時間，提高工效，降低了焊接材料的用量，進一步降低維修中部槽成本。