煤矿设备磨损失效分析与研究

朱同明

摘要：煤矿设备发生磨损失效是煤炭生产过程中的正常现象，在煤矿井下的设备磨损情况最为严重，大型设备内部零件的磨损情况也比较明显。本文对煤矿的磨损性能进行分析，找出了发生磨损的主要原因，并列举了一些降低磨损程度的方案，来更好的为煤矿系统服务。

关键词：煤矿设备;磨损失效;分析研究

正文：煤矿设备主要用在开采煤矿和运输煤炭两个方面，由于煤矿设备常年在井下作业，使用环境恶劣，给设备造成了严重的磨损情况。每年矿井都会因为设备磨损失效而造成的故障停产而引起严重的损失。为了延长设备的使用寿命，提高其工作效率，需要对设备的磨损情况进行分析研究，掌握磨损失效的类别，并找出有效的解决方案。

一、煤矿设备磨损失效特点

煤的硬度一般为HV24～214，而且煤炭内部还会含有少量硬度较强的铁、方解石、石英石等，煤的磨损程度与其自身的石英、铁矿含量呈正相关。在做相对运转的内部零件的接触面都会产生摩擦，进而造成设备磨损。虽然不同零部件的磨损程度和速度不同，但是它们的磨损规律又是大体相同的。

设备磨损的三个阶段：

（1）跑合磨损阶段。在新零件的初始使用过程中容易出现这情况，但此阶段的磨损时间较短，对于设备的使用情况基本不构成危害。在此过程中会磨平零件的粗糙颗粒，增加零件在实际使用过程中的接触面积，发生了冷作硬化作用，增强了零件的耐磨性能，迅速降低零件的磨损速度。

（2）稳定磨损阶段。该阶段是设备工作的最佳运行阶段，零件的磨损速度保持在一个很低的水平，磨损程度较小。

（3）急剧磨损阶段。该阶段零件的磨损速度很快，导致零件的精确程度下降，甚至会使设备发生故障，影响工作进度。因为煤矿设备长期处于运行状态，导致长期的磨损积累产生质变，设备荷载超出额定范围，零件表面产生裂纹、起皮现象，原有的保护润滑油膜随之脱落，设备的磨损程度达到极限。

二、几种典型零件的磨损失效分析

2.1 开采设备截齿和截割滚筒的磨损失效

开采设备截齿、滚筒的磨损类别主要为磨料磨损失效。在进行截齿作业的过程中，煤中硬物体的软磨料与截齿的表面之间的磨削会相互产生一个很大的自适应压力，带有锋利的棱角和尖锐迎角的软磨料将会与截齿表面的磨削切成形成显微切削，如果煤中的硬物体软磨料的尖锐粗糙程度和压力不足，就可能会在截齿表面形成犁沟，对截齿表面重复挤压，使材料表层出现裂纹，最后因截齿表面出现薄片形状的磨屑而滑落。

焊接在滾筒上的齿座也会发生非常严重的损坏情况，当截齿与齿座之间出现裂缝时，煤炭内部产生的软磨料屑就会进入其中，形成三体磨练磨损，进而对齿座产生更加严重的损坏。煤块对于齿座的磨损影响也是非常严重的，因为滚筒的转动速度极快，使煤块对于滚筒表面的磨损程度进一步加深。

2.2 装运设备耙爪和溜槽的磨损失效

煤炭运输过程中的装载运输设备主要有耙爪、链条、中部溜槽等的主要磨损方式为磨料磨损。在耙爪的工作过程中，耙爪通过持续的旋转将物料收集并传送到运输槽，由于物料与耙爪表面之间不断地摩擦，会形成一定程度的磨损。耙爪的磨损属于爪，煤、铲板之间形成的三体磨损，其破坏力度要比二体磨损程度高出很多，进而对耙爪造成严重损坏。

在输送设备工作过程中，电机牵动着传输机链条与刮板，带着物料在中部槽内移动。中部溜槽的磨损主要原因是由于煤磨料、链条等对槽帮的冲击力和摩擦作用造成的。其中板溜槽磨损最严重的磨损部位之一就是中部槽连接处，由于受到中板圆环链的运动影响，其中部槽的磨损严重程度远远高于两体之间的磨损连接处。

2.3 锚护设备重要零件失效

钻架是锚护装置中的重要组成部分，钻架的工作质量对锚杆钻设备的锚护设备和锚护功能有直接的影响。钻架中对于各组成部分的精度、粗糙度、缝隙大小的标准都非常严格。从目前的调查结果中可以看出，由于钻架在其工作过程中各零件之间接触比较频繁，给耐磨链条和导向部位都造成了严重损坏，缩短了其实际使用寿命，需要频繁更换来完成工作任务。

2.4 履带式行走设备的履带磨损失效

履带式行走设备磨损包括以履带板、履带架、销轴磨损为主的磨料磨损和失效，还包括粘着磨损。履带运动时，行走动力经过行走减速器y、驱动链轮y、履行链，驱动履带向前运动。原煤和铁屑进入到运动中的部件后会导致三体磨损，主要体现在履带板与履带架、履带板与驱动链轮、支重轮与履带架之间发生摩擦，造成损坏。

2.5 其他设备的磨损失效

除了上面提到的设备磨损情况以外，还有很多设备零件存在磨损失效的情况。例如：液压系统的开关、缸体与柱塞摩擦;破碎机齿板、溜煤槽磨损;除尘设备的风叶与主轴及通风管道的磨损。即便是在密封的减速设备或内部零件中，虽然可以避免与煤炭的直接接触，但是还是会发生严重的磨损，主要以磨料磨损为主，还会存在一些其他形式的磨损情况。

三、磨损失效的形成原因及降低磨损的方法

在矿井中所使用的机械设备种类繁多，且造成磨损失效的原因也不只一种，以采煤设备为例，对其造成原因和解决方案做出了以下分析：

4.1 零部件摩擦力

采煤设备的磨损失效主要是由其内部零件之间的摩擦造成的，采用液体摩擦可以有效降低零件之间的摩擦力，避免磨损失效情况的发生。液体摩擦就是在各零件的摩擦表面之间形成一层极薄的压力油膜，强行隔开两个零件的金属表面，避免直接接触，摩擦系数越小，设备的磨损程度也就越小。零件表面的液体摩擦需要满足以下条件：1.零件之间具有合理的缝隙2.润滑油具有较高的压力和较好的流动性，且货源充足3.轴与轴承之间的光滑度较好4.润滑油的流动通道应该位于轴承的受力区域之外。由于设备的长期不间断使用破坏了液体摩擦的基本条件，进而导致设备的磨损失效。

4.2 加工精度不够，使用和维护方法不当

采煤设备零部件的精度具体是指，加工完成后的产品与原本设计中预期大小之间的差距，零部件之间的缝隙大小也是影响设备磨损程度的重要因素，如果间隙过小，就可能达不到液体摩擦所需要的条件，反而造成胶合磨损;如果间隙过大，液体摩擦的条件也不会形成。所以在零部件之间的缝隙过大或过小时，都需要对其进行修复处理。

4.3 采煤设备选材不当或材料缺陷

当荷载固定时，材料的屈服强度越大，零部件之间的间隔磨损就越小，产生摩擦疲劳的时间也就越长。在同样的工作环境中，碳钢零件的耐磨损性能与材料硬度、碳含量呈正比。

4.4 润滑油型号选择

如果采煤设备一直在高速轻负荷的环境中运行，就应该选择黏度较小的润滑剂;如果机械设备长期处于低速超负荷运转，就应该选择黏度较强的润滑剂。在寒冷环境中运行的设备最好采用黏度小、凝固点低的润滑油，相反，工作环境温度较高时则需采用黏度较大的润滑剂。受力负荷大、工作时间长的设备首选黏度大的润滑剂，工作环境温度高、磨损程度高、表面较粗糙的设备也行使用黏度较强的润滑剂。

结束语：在煤矿设备中磨损失效现象的研究过程中发现，提升材料的抗形变能力，可以避免材料在挤压过程中造成损坏，能够改善材料的耐磨性能;降低磨粒进入材料的深度，进而降低设备的磨损程度，避免煤矿系统因零件磨损而产生设备故障的现象，减少系统在此方面的资金投入力度。

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