刮板输送机中部槽关键部件磨损形貌及影响因素分析

史志远

(1.中国矿业大学 机电工程学院，江苏 徐州 221116；2.安标国家矿用产品安全标志中心，北京 100013)



刮板输送机中部槽关键部件磨损形貌及影响因素分析

史志远1,2

(1.中国矿业大学 机电工程学院，江苏 徐州 221116；2.安标国家矿用产品安全标志中心，北京 100013)

针对刮板输送机中部槽磨损严重造成故障多发的情况，调研了典型煤矿用户、生产企业、维修现场及检测检验中心等刮板输送机相关单位，根据现代摩擦学理论、交互作用原理及疲劳损伤理论，结合中部槽结构组成及使用工况，对调研获得的磨损样槽资料进行了研究，总结出了中部槽的基本磨损形貌，并从不同类型的工况环境中分析出了形成中部槽磨损状态的重要影响因素。

刮板输送机；中部槽；磨损形貌；影响因素

刮板输送机作为综采工作面机械化采煤的关键装备，是煤炭装运的第一个环节，承担着运输煤炭、为采煤机提供运行轨道以及为液压支架提供推移支点的重要任务，在很大程度上影响着煤矿的生产效率，也决定着煤矿的经济效益。中部槽是刮板输送机的重要组成部分，重量占整机总重量的80%左右，无论在结构组成还是功能应用方面都对刮板输送机的可靠运行至关重要[1-3]。目前中部槽磨损失效现象非常普遍，经常导致刮板输送机停机，从而使整个采煤工作面停止工作，造成的损失非常巨大，很多煤矿企业因磨损失效报废的中部槽堆积如山。中部槽磨损失效是刮板输送机发生故障的主要原因，也是刮板输送机失效的主要表现形式，直接影响到刮板输送机的使用寿命。因中部槽的寿命与国外产品相比差距较大，从而造成我国生产的刮板输送机寿命低于国外先进产品，国外中部槽寿命已达到10Mt过煤量，最高可达12Mt过煤量，我国生产的中部槽寿命最高只达6Mt左右[4]。从调研的刮板输送机生产企业来看，几乎没有企业在中部槽磨损机理方面进行深入研究，大都进行工艺应用方面的较表面研究。因此，开展中部槽磨损方面的基础研究非常必要且迫在眉睫。

部分学者在刮板输送机磨损方面开展了一些研究工作[4-18]，但均鉴于某台刮板输送机使用情况，未对煤矿用户、生产企业、维修现场及检测检验中心进行实地调研，而且考虑的影响因素不是非常全面。本文从中部槽结构组成及使用工况环境入手，全面研究刮板输送机中部槽关键部件的磨损形貌及其影响因素，以期为生产企业设计制造可靠耐磨的中部槽提供技术支撑，为煤矿用户制定科学合理的使用维护制度提供基础数据，为检测检验机构开展准确合理的检测提供评判依据。

1　中部槽结构组成

中部槽是刮板输送机的关键部件，主要由中板、底板、槽帮、行走机构等部件组成，具体结构组成如图1所示。在刮板输送机运行过程中，中部槽各部件都发挥着重要作用，行走机构是采煤机的行走轨道，支撑着工作中的采煤机；中板主要承担运煤和矸石的任务，需承受煤、矸石和刮板链等的重力；底板主要承接卸载后的刮板链，为返程的刮板链提供支撑；槽帮则是中板、底板等的固定装置，直接与巷道底板接触，起整体支撑作用。中部槽要有足够的强度、刚度及耐磨性，才能保证刮板输送机的可靠运行，从而保证采煤工作面运输系统的正常运转以及整个煤矿运输网络的正常运行。以中部槽为核心的摩擦学系统所处的工况环境比较复杂，其关键组成部分中部槽与刮板、高强度圆环链、连接环、货载(煤、矸石等)和周围介质(水、腐蚀性气体等)等发生相互作用，从而磨损比较严重。

图1　中部槽结构组成

2　关键部件磨损形貌

通过调研煤矿用户、生产企业、维修现场及检测检验中心等刮板输送机相关单位，获得了大量磨损中部槽的样槽资料，整理并分析资料可以看出，中部槽的磨损形貌及磨损趋势基本相似，在经过一段时间的使用后，刮板输送机的其他部件还未出现故障，但中部槽已磨损得相当严重。刮板输送机的报废大多由于中部槽磨损失效所致。

在中部槽的使用过程中，磨损比较严重的部件是中板和底板。中板经常出现的磨损形貌为链道磨损和磨损穿透，如图2所示。底板经常出现的磨损形貌为磨损开裂和磨损变形，如图3所示。

图2　中板的磨损形貌

图3　底板的磨损形貌

从图2可以看出，中板在沿圆环链的运行方向上形成了较深的磨损沟痕，即链道，如图2(a)样槽1所示。刮板输送机在运送煤炭过程中，刮板和圆环链下面经常卡有煤块和矸石，在刮板、圆环链、煤块、矸石与中板的反复冲击、碾压过程中，便形成了链道沟痕，相对于其他部位，链道的磨损看起来更加明显。在采煤过程中工作面环境中含有大量水分以及CH4，CO2，CO，H2S等有害气体和煤岩粉尘，中板完全暴露于这种恶劣环境条件下，容易发生腐蚀；另外煤块、矸石等产生的重力及刮板链产生的牵引力，给中板形成巨大压力，在环境与承力等因素综合作用下，中板其他部位磨损也相当严重，出现了磨损穿透现象，如图2(b)样槽2所示。

从图3可以看出，底板的磨损也非常严重，样槽3和4底板一些部位已由原出厂值30mm磨损到只有2mm，直至变形开裂。底板与潮湿坚硬的巷道底板接触，主要用于托接回程的刮板、圆环链及连接环等，从受力的角度看，较中板要小一些，但磨损的却更加严重。分析可知底板磨损严重的主要原因是其所处环境恶劣及所受冲击力较大，因巷道顶部大量滴水，巷道底板所处环境较为潮湿，甚至出现积水。中部槽底板与巷道底板直接接触，经常浸泡在水中，长期工作在易腐蚀的环境中，所以容易腐蚀失效；另外在煤矿开采过程中巷道底板受矿山压力影响，一般高低不平，在刮板输送机运行及推移过程中，中部槽底板与工作面底板相互冲击、作用剧烈，从而造成其磨损较快。

中板、底板严重磨损后会发生变形，这样就造成刮板输送机其他组成部件配合不好，从而引发刮板输送机一系列比较严重的故障，其中经常出现的两类故障为哑铃销座断口和链轮断齿，分别如图4、图5所示。

图4　哑铃销座断口形貌

图5　链轮断齿形貌

从图4可以看出，哑铃销座在中部槽推移过程中，冲击磨损较为严重，已出现断口。究其原因为中板、底板磨损严重、刮板输送机安装不合理或冲击地压较大等致其失效。由于以上因素影响使中部槽结构发生扭曲，从而相邻中部槽配不好或处于底板起伏不平的工作面，这就使相邻中部槽连接处在垂直平面内或在水平面内偏转一定角度。由于垂直弯曲或水平偏转角度的存在，在采煤机移动、刮板输送机推进及液压支架移动过程中，势必引起连接中部槽的哑铃销出现扭转，哑铃销因扭转产生的分力反作用在哑铃销座上，数以万次的对销座挤压、冲击，从而造成哑铃销座断口失效。

从图5可以看出，链轮所受冲击严重，已出现断齿。刮板输送机运行过程中，中部槽中板与圆环链存在摩擦接触现象，在煤、矸石等货载较多的情况下，圆环链与中板的摩擦面积较大；在煤、矸石等货载较少的情况下，圆环链与中板的接触面积较小。圆环链与中板周而复始地摩擦接触势必对圆环链外圆面、内圆面等部位产生磨损，致使圆环链形状发生变化，在其与链轮啮合传动过程中，会发生配合不畅的情况，这样在刮板输送机突然起动或货载突然增加的情况下，圆环链上的张紧力也会随之骤然增加。骤然增加的张紧力通过圆环链传到链轮上，由于链轮与圆环链配合不畅，张紧力不仅驱动链轮，还会在横向上产生分力，该分力直接作用在链轮齿上，反复的冲击作用最后使链轮磨损断齿。

3　结　论

(1)中部槽磨损严重程度与刮板输送机的运行工况及环境介质有关，刮板输送机所处工况环境越恶劣、越复杂，其磨损越严重，失效趋势发展得越快。

(2)中部槽的关键磨损部位为中板、底板，主要影响因素为其所处的工况及所受的循环作用力。中板、底板的磨损也会引发中部槽哑铃销座断口、刮板输送机链轮断齿等故障。

(3)刮板输送机正常工作过程中，中部槽的磨损情况及磨损趋势基本类似，在刮板输送机使用一段时间后，其他部件还未出现较大故障时，中部槽已磨损失效；为了避免失效报废，煤矿用户应根据其磨损趋势，及时进行维修处理。

(4)科学合理的使用维护制度是延长刮板输送机中部槽使用寿命的重要影响因素，其能保证采煤工作面减少停机、煤矿正常生产。

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[责任编辑：邹正立]

Analysis of Wear Appearance and Influence Factors of Middle Chute Critical Components in Scraper Conveyor

SHI Zhi-yuan1,2

(1.School of Mechatronic Engineering，China University of Mining Technology，Xuzhou 221116，China;2.Mining Products Safety Approvat and Certification Center，Beijing 100013，China)

To the large amount troubles that caused by middle chute wear in scraper conveyor，and some coherent company of scraper conveyor was invested，which included typical coal mine，manufacturing enterprise，filed service and detection center and so on.Based on modern tribology，interaction principle and fatigue damage theory，with structural composition of middle chute and service condition，then the material of wear chute samples were studied.And the basic wear appearance of middle chute was put forward，and the important influence factors that caused middle chute wear appearance were analyzed form different service condition.

scraper conveyor；middle chute，wear appearance；influence factors

2016-03-01

国家自然科学基金重点项目(U1510205)；“十二五”国家科技支撑计划项目(2012BAK04B09)

史志远(1979-)，男，河北承德人，博士研究生，主要从事机械装备可靠性与摩擦学研究。

TD528；TH238

A

1006-6225(2016)05-0033-03

[DOI]10.13532/j.cnki.cn11-3677/td.2016.05.010

[引用格式]史志远.刮板输送机中部槽关键部件磨损形貌及影响因素分析[J].煤矿开采，2016，21(5)：33-35.