浅析矿山机械中摩擦磨损

李朋阳 李宁 陈鹏冲

【摘要】矿山机械在生产的过程中，由于其工作对象都是较为坚硬的煤矿，同时还有歼石等非煤矿的物质存在，其机械所产生的磨损也较为严重，尤其是个别部位出现严重磨损之后，就会导致矿山机械设备出现故障，严重情况下还可能会导致事故的发生。为了能够有效的降低矿山机械的摩擦磨损，有效的延长矿山机械的使用寿命，就需要对矿山机械的摩擦磨损机械分析和研究，熟悉了解矿山机械摩擦磨损的形式以及各种摩擦磨损的原理，以便更好地进行保养。主要针对矿山机械中摩擦磨损现象进行了深入的分析，以期为其他矿区矿山机械使用的情况提供参考。

【关键词】矿山机械；液压泵；内燃机；摩擦磨损；分析

矿山机械所需要的动力较大，而在大动力运行的过程中，只要有部分区域没有做好养护工作，就会促使剧烈的摩擦现象出现，这也就导致矿山的机械磨损过大，尤其是个别重要的零件，在遭受到严重磨损之后，就只能整体性的更换，这对于矿山企业的经济效益来说有着极大的影响。这就需要对矿山机械进行全面的分析，从而预先采取应对措施。本文对矿山机械液压泵和内燃机的摩擦磨损进行了分析。

1.液压泵的摩擦磨损分析

1.1 磨粒磨损

液压元件两相互摩擦表面中， 微小硬质点不断滑磨较软材料表面，划出沟纹，使得液压泵泄露增大，减小液压泵的容积效率，造成流量及压力减小。在污染的油液中，金属颗粒约占 75%，尘埃约占 15%，其他杂质约占 10%。 可见，固体颗粒危害最大。 颗粒污染物的硬度、破碎强度、形状、尺寸大小及分布等特性对元件的污染磨损有直接的影响，实验结果表明，泵的磨损与颗粒污染物的磨损性有很大关系，在试验污染物中煤粉的磨损性最小，淬火钢粉的磨损性最大。 这与摩擦磨损理论是相符合的，材料抵抗磨损主要取决于磨粒硬度和材料表面硬度和耐磨性。

1.2 粘着磨损

根据鲍顿和泰伯提出的粘着-犁沟摩擦理论， 在液压泵的两表面接触时，在载荷作用下，某些接触点的单位压力很大，发生塑性变形，这些点将牢固的粘着，使两表面形成一体，称为粘着或冷焊。当一表面相对另一表面硬一些，则硬表面的粗糙微凹体顶端将会在较软表面上产生犁沟。矿山机械液压泵往往工作于压力高、流量大、温度高，表面形成的润滑油膜，特别是物理吸附膜和化学反应膜，会在高温下解附。并且在重载下，将润滑油膜挤破，使得摩擦表面直接接触即干摩擦。由表面膜效应知，表面膜的剪切强度小于金属剪切强度，当表面膜消失时，摩擦系数迅速增大，使液压元件表面温度进一步升高，当温度很高使材料软化，导致粘着磨损的发生。例如，柱塞泵体中的柱塞与缸孔正常工作处于液体润滑状态，当存在制造误差与安装误差时，造成摩擦表面直接接触，导致粘着磨损的发生。

1.3 气穴气屑

油液中的空气也会引起液压元件的侵蚀磨损。气体在油液中的存在形式有两种：一、气体溶解在油液中，气体的溶解度也油液的压力有关，气体随着油压增大，溶解增强。二、气体混杂在液体中。在液压泵工作过程中，油液压力发生不断地波动，当压力降低到一定程度，油液中溶解的气体将会释放，并在元件壁上形成气泡，而当压力增大到大于气泡内的压力时，气泡爆破，产生瞬间压力冲击，冲击压力可以达到几百兆帕，使液压元件产生金属疲劳，金属表面剥落或出现孔洞。从金属表面掉下的金属磨粒进入油液中，造成进一步的磨损。

2.内燃机的摩擦磨损分析

2.1 磨粒磨损

内燃机在井下作业，由于工况复杂，条件苛刻，加工工艺较差，表面粗糙度较大，在元件回转过程中产生大量的磨粒和磨屑，加之，井下灰尘浓度高，进入气缸内，从而加剧内燃机的磨损；燃烧后的残渣和积碳，对缸套内壁和活塞环表面，产生的微切削、刮伤、压伤和疲劳破坏，都是材料磨损的主要形式。工作时，随着颗粒速度和浓度增加，当缸体内压力增加时，材料表面接触应力增加，磨粒在两表面之间来回摩擦，导致磨损增加。磨粒的形态有球形状、层状等，污染颗粒有尘埃、金属粉、煤屑、石棉纤维、滤器材料、密封材料等。磨粒的形状、大小和磨屑的成分及含量可用铁谱法和光谱法进行测量，但使用铁谱法主要依赖于个人经验和抽取合适的油样。

2.2 粘着磨损

粘着磨损主要发生于机器的跑和阶段，由于表面粗糙度大，实际接触面积仅有名义接触面积的 0.01%～0.1%，微凸体在强大的压力下，产生塑性变形并接着产生粘着磨损，磨损率是正常工作的 50～100 倍，磨去最大峰高度的 65%～75%。 因此，内燃机在跑和阶段若磨合不当就会造成严重的粘着、胶合并发生拉缸，使内燃机报废。为防止擦傷和疲劳磨损，可以对缸体表面进行各种处理，如渗碳、渗碳、PCD、CVD 等，增加表面硬度，增强表面耐磨性；为减少磨粒在材料表面磨出沟槽，降低内燃机的密合性，可减小发动机的耗油量。

3.总结

矿山机械在实际工作过程中，摩擦磨损无处不在，而且不同形式的磨损往往是共同作用的或者是相互交替发生的。在了解矿山机械摩擦磨损的原理后就应该对零件材料进行综合性能分析，尽可能的降低矿山机械在使用过程中的摩擦磨损，有效的延长矿山机械的使用寿命。而且矿山机械的工作环境比较恶劣，就更容易受到摩擦磨损，使得机械的正常使用，矿山机械设备因此而磨损失效的矿山机械设备，给国家和人民都带来很大的经济损失。因此，应该对矿山机械的摩擦磨损进行深入地分析和研究，正确的使用和维护矿山机械，并对降低机械摩擦磨损采取有效地措施，以减小机械摩擦磨损，延长使用寿命，降低经济损失。

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169-175.

作者简介：李朋阳：郑州大学机械工程学院学生

李宁：郑州大学机械工程学院学生

陈鹏冲： 郑州大学机械工程学院学生