综采工作面刮板运输机磨损失效分析及对策

贾建军

（潞安集团 常村煤矿，山西 长治046102）

刮板运输机是综采工作面的关键运输设备，随着工作面单产水平和综合机械化水平的不断提高，刮板运输机朝着高运载能力、长距离运输等方向发展。山西、陕西和内蒙等省部分矿井综采工作面配备的刮板运输机运输能力已经超过10000t／h，长度达到400m以上。但是受到地质条件的复杂性、工作面环境、煤岩体特征、运输机设计和安装以及人为操作不当等因素的影响，刮板运输机在长期使用后会出现中部槽、刮板链、齿轮和轴承等零部件的磨损，若不及时处理会造成刮板运输机性能和运输能力大幅度下降，甚至会造成工作面生产停滞，为矿井的安全高效生产带来消极影响〔1－2〕。据相关资料统计，我国煤矿因磨损而废弃的刮板运输机价值可达数亿元，不但造成钢材的浪费也影响矿井综合效益，同时因磨擦而增加电机耗能相比于正常设备增加了20%～25%左右。故本着提高工作面单产和运输机使用性能、寿命等方面考虑，笔者结合多年刮板运输机管理经验对其磨损失效机理进行研究，并提出相应对策来提高刮板运输机使用性能。

1 刮板运输机磨损失效分析

1.1 中部槽磨损

中部槽是工作面煤岩体的运输通道，由槽帮钢和中板焊接而成，各节中部槽是通过哑铃连接在一起，槽体中空部供刮板链和刮板返程，上部用来运输和承载煤岩体。观察长期使用后的刮板运输机发现，中部槽表面会存在分布形状不均匀的表面磨剥现象，分析认为这种磨损主要是磨料磨损和疲劳磨损导致，这种磨损是槽式运输设备最常见的磨损形式。在刮板运输机运输煤岩体过程中，部分坚硬煤岩体细碎颗粒与中部槽表面相互接触并作相对摩擦运动，致使中部槽表面发生塑性变形，且随着煤岩体细碎颗粒硬度的增加磨损呈加剧状态；同时，刮板链和刮板在运行过程中不断敲击和摩擦中部槽，致使接触部位出现疲劳摩擦变形和压剪破坏，刮板运输机长时间运行后中部槽会出现细微裂纹，若不及时处理，裂纹便会沿中部槽表面扩展，最终导致中部槽表面出现磨剥现象。另外，受到矿井开采条件的限制，部分矿井水呈弱酸或弱碱性，煤体中含有的硫等物质融入降尘水等水体后造成水质具有腐蚀性，刮板运输机长期受到腐蚀性水体和矿物质的侵蚀会进一步加剧中部槽的磨损程度，腐蚀磨损最常见的形式便是中部槽表面鳞片状剥落。

1.2 链环磨损

链环是刮板运输机的牵引构件，目前常用的刮板运输机链环规格为 Φ30×108mm、Φ34×126mm、Φ38×137 mm等，大型运输机链环规格为Φ42×146mm、Φ52×176 mm。链环尺寸的增加为提高刮板运输机运输能力奠定了基础，但是过大的运载量也加剧了链环的磨损程度。根据现场观测，刮板运输机链环磨损主要发生在链环直边外侧，分析认为主要是由于垂直链直边与中部槽接触摩擦运行，同时受到承载煤岩体的巨大压力会进一步增加垂直链的摩擦阻力，垂直链长时间运行后会造成接触直边出现磨损现象，这种磨损会持续降低链环的耐磨和承载能力，若不及时处理会造成断链事故。另外，链环磨损还常出现在链环内圈圆弧侧，分析认为主要是两相邻链环不断彼此冲击和摩擦，造成圆弧处出现应力疲劳磨损，圆弧侧磨损具有一定的隐蔽性，排查较困难，但因该处磨损造成的链环失效现象较少见，故在刮板输送机使用过程中对圆弧侧磨损往往不够重视。

1.3 齿轮和轴承磨损

齿轮磨损是大功率刮板运输机常见故障，这主要是由于大功率、高运输能力刮板运输机齿轮外形尺寸未出现较大改变，致使齿轮受力大幅度增加，相关研究表明，部分大功率刮板运输机所用传动齿轮单位齿宽载荷值可高达20 kN／cm。受到齿轮强度的限制，大功率刮板运输机传动齿轮往往磨损较严重，若不及时更换甚至会磨成刀刃状，齿轮的失效会直接导致刮板运输机的停运。分析认为，齿轮磨损的主要机理是齿轮间除了节线处为纯滚筒外，齿轮间其它接触部位均为相对滑动，长时间的相对滑动会造成齿轮面温度急剧升高，齿轮表面的润滑油层会破裂，最终导致齿轮面直接接触出现磨损。另外，齿轮的不断啮合也会造成齿轮接触处出现应力集中现象，长时间运行后会造成齿轮接触处出现疲劳磨损，其直接表现形式是齿轮面出现细小裂纹和点蚀。

生产实践表明，受到井下恶劣条件的限制，刮板运输机轴承的润滑性会持续下降，轴承润滑性降低会造成轴承温度和磨损程度不断增加，同时受到载荷变化的作用，运输机轴承时常伴随着震动冲击作用，这样会进一步加剧轴承的摩擦强度和磨损程度。

2 刮板运输机磨损对策

2.1 中部槽磨损对策

当前，国内绝大多数刮板运输机溜槽采用高锰钢铸造，高锰钢溜槽存在重量大、易锈蚀、摩擦系数高、耐磨性差等缺点，特别是链道处更易出现磨损，若不及时对溜槽进行耐磨处理很容易造成溜槽报废。提高中部槽耐磨性最简单的方法是在中部槽表面采用堆焊焊接耐磨层或者在中部槽表面焊接耐磨条纹，这种方法简单易行，被广泛应用于中部槽耐磨处理。对于设计单位而言，可采用新型耐磨材料制作刮板运输机中部槽，如利用单体浇筑尼龙作为基体树脂与异氰酸酯等助催化剂反应制作溜槽胚件，部分煤矿使用结果表明该种溜槽磨损率要远低于金属中部槽，且质量轻、噪音小，节能明显〔3〕。此外，还可利用新型等离子熔覆技术对中部槽表面熔覆高强耐磨材料来提高中部槽的耐磨和耐腐蚀性〔4〕。

2.2 链环磨损对策

有关资料显示，引起刮板运输机停运的最主要故障是断链，断链约占刮板运输机故障率的53%左右，而引起断链发生主要是链环磨损严重导致〔5〕。目前，提高链环耐磨性主要从改良链环制作材料和对链环表面进行特殊热处理来进行。考虑到链环是易损、易磨件，采用链环表面强化处理经济性较差，故及时掌握链环磨损情况并进行更换是确保刮板运输机可靠运行的最直接也是最有效方法。研究表明，新链环使用一定时间后断链现象会频频发生，说明链环有一个使用寿命范围，故掌握链环的使用寿命，及时更换受损链环是确保链环安全使用的重要途径。

2.3 齿轮和轴承磨损对策

提高齿轮的耐磨性主要可从改良材质和喷涂耐磨层来着手，考虑到齿轮表面因啮合、摩擦而引起磨损是其常见故障，故选择高耐磨新型材料是确保齿轮使用寿命和使用性能的最佳途径；喷涂耐磨层是提高齿轮磨损的重要方法，资料显示齿轮喷雾聚氨酯弹性体等超强耐磨材料可提高齿轮使用寿命8倍以上，同时具有良好的耐腐蚀性〔6〕。另外，还应加强齿轮箱密封性能，因为密封箱中润滑油一旦进入颗粒物质很容易进入齿轮啮合区，造成齿轮磨料磨损，且颗粒物质还会使齿轮表面因磨擦升温出现齿轮表面润滑油膜破裂，造成齿轮磨损。严守操作规程，加强转载机维护，避免超载、超速和润滑不良等现象可有效避免轴承磨损问题。

3 刮板运输机使用管理

从刮板运输机磨损失效分析可知，规范刮板运输机使用也可有效地降低刮板输送机磨损程度，针对此，主要可采取如下措施：

1）改善综采工作面环境，及时清理浮煤，严禁刮板运输机拉底煤；确保工作面喷雾降尘系统的可靠性，必要时对煤壁进行注水，降低煤尘对刮板运输机零部件的影响。根据工作面现状，及时调整刮板运输机状态，尽量确保刮板运输机平直。

2）加强刮板运输机油质管理，防止煤岩体细微颗粒进入油中，及时对刮板运输机减速机、轴承等零件加油，确保刮板运输机传动装置的良好润滑性。

3）加强刮板运输机日常检修工作，对刮板运输机出现的故障及时进行诊断和处理，这样可以有效避免刮板运输机带病运行和刮板运输机磨损。加强煤壁和顶板管理，尽量减少大块煤岩体掉落砸向运输机槽体和链环，对于出现链环扭曲变形、采煤机下方卡有大块岩石或者刮板运输机被煤岩压死时及时进行处理，严禁刮板运输机强行运行。

4）加强刮板运输机操作技能培训，规范刮板运输机操作制度，这样可以尽量减少人为原因造成刮板运输机故障和磨损。

5）组织刮板运输机操作管理人员对刮板运输机磨损机理进行学习和研究，从根本上弄清刮板运输机磨损的具体原因，有针对性地采取行之有效的方法。

4 结语

刮板运输机作为综采工作面关键运输设备，在使用过程中因设计制造、安装、使用环境和操作等多方面原因，常常因磨损严重而使其使用性能和使用寿命大幅度下降。实践表明，刮板运输机在使用过程中最容易磨损的部件为中部槽、齿轮、轴承和链环等，通过现场分析掌握了这些部件磨损机理并提出了相应的对策，这些措施对于保障刮板运输机安全高效运行具有重要的作用。在刮板运输机日常使用和维护过程中，要对其使用性能和使用状况加强观察，对出现的问题及时进行解决，这对预防刮板运输机磨损具有显著的作用。

〔1〕赵运才，庞佑霞.刮板输送机中部槽磨损与磨蚀问题探讨〔J〕.矿山机械，2000，（5）：55－56.

〔2〕张林虎.刮板输送机典型故障的分析与预防〔J〕.中国新技术新产品，2010，（13）：129.

〔3〕裴中爱，王荣杰.煤矿刮板输送机溜槽失效分析及改进〔J〕.煤矿机械，2007，（3）28：58－59.

〔4〕乔金虎.提高矿用刮板输送机链轮耐磨损性能的试验研究〔J〕.山西煤炭管理干部学院学报，2008，（4）：108－109.

〔5〕蔡秀凡，李洪彪，李留玺.链板除渣机磨损失效分析及对策〔J〕.机械工程与自动化，2012，（1）：172－173.

〔6〕吴兆宏，朱 华，王勇华，等.刮板输送机磨损失效及对策〔J〕.煤矿机械，2005，（7）：58－59.