煤矿机械设备的磨损与降损问题探讨

韩发朝

摘 要：我国煤矿机械设计、制造、使用和维护过程中由于受传统习惯的影响，对摩擦学知识缺乏深入的了解，不能将当今国内外先进的抗磨技术和抗磨材料及时应用到煤矿机械的设计和制造上，造成我国煤矿机械易磨损零件的使用寿命远低于国外先进水平，文章通过分析煤矿机械磨损的种类和形式，找出磨损的规律以及影响磨损的因素，从而归纳出减小磨损的途径。在工作中尽量减小机械磨损，提高机械寿命。

关键词：煤矿机械磨损；种类；形式；规律；因素；途径

1 引言

煤矿机械的工作对象为煤炭，加之工作条件非常恶劣，在工作中会受到严重的磨损。由于煤矿机械的磨损失效，每年给矿井带来巨大的损失。

作相对运动的零件，由于相接触的表面都存在着摩擦现象，致使零件不断磨损。煤矿机械大多属重型机械，磨损问题尤为突出。当磨损超过一定限度时，零件间的合理配合就遇到破坏，导致机械工作性能的降低或变坏，从而造成机械的各种故障。因此，分析煤矿机械磨损的种类和形式，找出磨损的规律以及影响磨损的因素，从而找到减小磨损的途径非常必要。

2 煤矿机械的磨损特性

天然煤炭属于生物沉积岩类的可燃矿物，它的物理及机械性能，取决于积聚时原始材料的性能、物质成分、煤化程度以及矿物杂质的含量和特性。这就决定了煤炭机械性能的多样性。对煤层机械性能的研究表明，煤炭并不是完整的质量均匀的各向同性体，煤层里有节理、层理以及解理造成的岩隙，还有各种夹杂物。

对磨损来说，硬度是重要的因素，煤的硬度是比较低的，根据普拉托诺夫（ПЛАТОНОВ）资料，煤的基本组成镜质煤硬度在HV24-214。仅用煤的硬度来确定煤的磨料磨损特性是不够的，因为煤里常含有不同硬度的杂质且大部分硬度较高。煤中的杂质主要有粘土、方解石、石英和铁矿（黄铁矿、菱铁矿及褐铁矿）。煤中的石英和黄铁矿对磨损的影响起主要作用，石英的硬度在HV900-1000，黄铁矿在HV1000，有的研究指出，煤的磨损性能与石英和黄铁矿含量成正比。

3 影响磨损的因素和减小磨损的途径

3.1 工作条件

由于零部件磨损主要是由摩擦力引起，而摩擦力大小直接受润滑好坏的影响，所以给机器提供适宜的工作条件，能提高机器的使用寿命，保证机器正常运行。建立液体摩擦，摩擦系数可以降低10倍以至更多倍，所以在摩擦表面建立液体摩擦是减少摩擦损失的重要措施。

建立液体摩擦的必要条件：

（1）合适的配合间隙；（2）润滑油供应充足，并有一定的压力和流入速度；（3）轴颈必须具有足够高的转速；（4）轴颈与轴承的加工精度和配合表面的加工光洁度应适当；（5）注油孔和油槽应设计在轴承的承载区以外。

但实践证明，由于机器经常不断地停车、起动以及载荷的变化，保证不了液体摩擦条件的始终稳定，使液体摩擦条件受到破坏，引起不可避免的磨损。

3.2 加工制造精度低、热处理、修理装配质量差，维护操作不良

3.2.1 表面加工质量

宏观几何形状精度指加工后实际形状与理论形状的偏差，即形位公差精度，如椭圆、不圆度、不平行度等。宏观几何形状的误差指零件表面载荷分布不均匀，集中于局部地方，容易造成局部摩擦，表面光洁度对于相同载荷一般说来光洁度愈高，磨损越小，但超过合理点后，磨损量又会逐渐上升。这是因为过高的光洁度会使接触面增大，分子间引力增强，产生胶合磨损的可能性增大，磨损最小点在8-10。

3.2.2 零件的配合间隙

零件装配间隙对零件磨损影响很大，一般间隙不能过大，也不应过小，当间隙过小，不易形成液体摩擦，容易产生胶合磨损；当间隙过大，同样不易形成液体摩擦。因此，配合间隙大到一定程度，即应进行修复，以恢复其原有的配合间隙。

3.3 材料选取不当或材料本身有缺陷

3.3.1 材料的屈服极限δs的影响

在一定载荷作用下，材料的屈服极限δs愈高，滑动摩擦下的胶合磨损倾向愈小，滚动摩擦下的摩擦疲劳过程的速度愈低。实践证明，在其他条件相同的情况下，10#钢在低速下产生强烈的胶合磨损，而10#优质钢则完全避免了胶合磨损。

3.3.2 材料硬度及含碳量的影响

实践证明，在同样条件下工作的碳钢零件，其耐磨性随着硬度和含碳量的提高而提高。

3.4 润滑油选取不当

润滑油的品种应根据机器的工作条件来进行选择，润滑油的选择一般应遵循以下原则。

3.4.1 在充分保证机器摩擦零件安全运转的条件下，为了减少能量的消耗，应优先选用粘度较小的润滑油。

3.4.2 在高速轻负荷条件下工作的摩擦零件，应选用粘度小的润滑油，而在低速重负荷条件下工作的摩擦零件，应选用粘度大的。

3.4.3 在冬季工作的摩擦零件，应选用粘度小和凝固点低的润滑油，而在夏季，应选粘度大的。

3.4.4 受冲击负荷和往复运动的摩擦零件，應选粘度大的。

3.4.5 工作温度较高，摩擦较严重和加工较粗糙的摩擦表面也应选用粘度较大的润滑油。

4 抗磨措施

4.1 结构设计

磨损失效受结构的影响很大，包括整机的结构和零件的形状尺寸、配合方式、特殊的工艺方法等。为此，需要考虑磨物的接触状态，本质是力的作用和力流方向的改善问题，这在磨损亚表层分析时能找到一定的依据。如某高铬铸铁耐磨衬板，上面原来有若干方形的减重孔，易开列造成早期失效，后改为椭圆形孔，使用寿命有较大提高。

4.2 选材

根据失效分析的结果，对提高耐磨性可以初步确定重点考虑的问题。经常遇到的问题是如何合理选择该工况下的最佳性能材料，特别是合理地选用耐磨材料。其选择的基本原则是适用性、可得性和经济性。

耐磨材料的选择，国内外都积累了丰富的经验，可以根据工况选用不同成分、牌号的钢、铁材料和非金属陶瓷、玻璃、橡胶、塑料等材料，包括不同的强化方法。如煤矿机械截齿的刀头用硬质合金保证高耐磨性，刀体用42CrMo或35CrMnSi保证高强度等等。

4.3 工艺

合理的设计、选材，但如果生产工艺、热处理工艺、表面抗磨工艺不恰当，也容易造成易磨损件的早期失效。生产工艺包括冶炼、铸造、冷加工等工艺。

冶炼的成分控制、夹杂物和气体含量，都影响材料的性能，如韧性和强度。铸造质量同样影响零件的耐磨性，同样工况下，粗晶比细晶耐磨性差。热处理工艺和质量决定了材料的最终组织。

5 结束语

通过对磨损的种类和规律的分析，找出影响磨损的因素，从而在煤矿工作中，尽可能使磨损减小，延长设备的工作时间，使设备的寿命提高，从而达到提高企业经济效益的目的。

参考文献

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[4]金锡志.机械磨损及其对策[M].北京：机械工业出版社，1996.