重型刮板输送机溜槽使用寿命的应用研究.pdf

机械工程师 MECHANICAL ENGINEER 网址 电邮 hrbengineer圆园20 年第 5 期 重型刮板输送机溜槽使用寿命的应用研究 程繁， 武麟 （大同煤矿集团 同发东周窑煤业有限公司,山西 大同 037000） 摘要从重型刮板输送机溜槽失效原因着手， 提出磨损是溜槽寿命的主要因素。结合矿井实践应用， 提出溜槽堆焊耐磨 层处理工艺和使用整体铸造溜槽， 可以提高重型刮板输送机溜槽使用寿命。 通过应用效果、 工艺特点和经济性的分析， 指出 使用整体铸造溜槽， 不但具有相当高的经济性， 而且前期投入更少， 设备工艺更可控， 使用寿命更长， 更值得推广应用。 关键词重型刮板输送机； 应用； 溜槽； 使用寿命 中图分类号TD 528文献标志码粤文章编号 员园园圆原圆猿猿猿 （2020） 06原园076原园3 Application Research on Service Life of Chute in Heavy Scraper Conveyor CHENG Fan， WU Lin （Tongfa Dongzhouyao Coal Industry Co., Ltd., Datong Coal Mine Group, Datong 037000, China） Abstract This paper studies the cause of the failure of the chute of the heavy-duty scraper conveyor, and proposes that wear is the main factor affecting the working life of the chute. Combined with the practical application of mines, the process of surfacing wear-resistant layer of the chute and the use of integral casting chute have been proposed, which can improve the service life of the chute of the heavy scraper conveyor. Through the analysis of application effects, process characteristics and economy, it is pointed out that the use of integral casting chute not only has a relatively high economy, but also requires less investment in the early stage, the equipment process is more controllable, and its service life is longer. Keywords heavy-duty scraper conveyor; application; chute; service life 0引言 随着高产高效矿井的建设，矿井综采设备要求也越 来越高。 刮板输送机作为综采工作面重要的机电设备， 不 但能够运输原煤，而且还可以作为采煤机运行轨道。因 此， 保证刮板输送机运行的连续性和可靠性， 是高产高效 综采工作面的必要因素。溜槽作为刮板输送机的主要组 成部分，溜槽的使用寿命对刮板输送机的整机寿命起到 至关重要的作用。溜槽在运行过程中的磨损是影响溜槽 寿命的主要原因，而造成刮板输送机溜槽失效的主要形 式为磨粒磨损、 黏着磨损、 疲劳磨损和腐蚀磨损。 因此， 提 高刮板输送机溜槽使用寿命和性能，必然成为矿用重型 刮板输送机重要的研究课题。 1刮板输送机溜槽失效分析 刮板输送机溜槽在不同的地质条件、 煤岩体特征、 安 装精度和人为操作等因素的影响下，会出现不同程度的 磨损。刮板输送机常见的磨损为接触疲劳磨损和磨粒磨 损， 原煤和矸石通过刮板和链条的带动下， 在溜槽中板上 表面进行滑动的运行过程， 从微观角度讲， 主要是以原煤 和矸石等作为磨料， 链条和溜槽中板上表面的摩擦， 表现 为磨粒磨损； 二者长时间相对滑动， 形成的磨损为接触疲 劳磨损。 刮板输送机溜槽在重载工况下，同时由于刮板链张 紧力、 局部堆积现象的存在， 使得溜槽承受着局部高压。 高压滑动产生局部高温， 导致溜槽发生黏着磨损[1]。 刮板和链条同溜槽中板进行长期的敲打和摩擦，中板接 触部位会受到剪力压力的作用， 致使中板会出现破损， 形 成细微裂纹。 开采矿井水呈弱酸或弱碱性， 含硫的原煤混 入矿井水后， 会使矿井水具有腐蚀性， 长期接触矿井水的 刮板输送机溜槽会受到腐蚀， 影响溜槽的使用寿命。 2溜槽不同处理方式的工业性研究 同发东周窑矿井主要开采煤层为山西组4层和石炭 纪缘层， 煤层主要以煌斑岩为主， 夹杂部分石英砂岩、 砂 质泥岩、 铝土岩、 细砂岩、 粉砂岩、 石灰岩等， 平均含矸率 约50。本文以同发东周窑矿井实践应用为例， 研究了溜 槽不作处理、堆焊耐摩层处理和整体铸造等3种工艺， 在 相似工业环境下， 溜槽最终磨损情况。 2.1原厂溜槽不作处理的应用 矿井8101综采工作面刮板输送机采用卡特彼勒公 司生产的PF6/1142刮板输送机， 该刮板输送机溜槽采用 的是整体焊接结构 （见图1） ， 中底板材质采用Hardox系 列 450 耐 磨钢板。 矿 井 8101 综 采 工作面共 计开采原 煤78 万t， 但溜槽磨 图1PF6/1142刮板输送机溜槽 1 机械工程师 MECHANICAL ENGINEER 网址 电邮 hrbengineer圆园20 年第 6 期 MECHANICAL ENGINEERMECHANICAL ENGINEERMECHANICAL ENGINEERMECHANICAL ENGINEERMECHANICAL ENGINEERMECHANICAL ENGINEERMECHANICAL ENGINEERMECHANICAL ENGINEERMECHANICAL ENGINEERMECHANICAL ENGINEERMECHANICAL ENGINEERMECHANICAL ENGINEERMECHANICAL ENGINEERMECHANICAL ENGINEERMECHANICAL ENGINEERMECHANICAL ENGINEERMECHANICAL ENGINEERMECHANICAL ENGINEERMECHANICAL ENGINEERMECHANICAL ENGINEERMECHANICAL ENGINEERMECHANICAL ENGINEERMECHANICAL ENGINEERMECHANICAL ENGINEERMECHANICAL ENGINEERMECHANICAL ENGINEERMECHANICAL ENGINEERMECHANICAL ENGINEERMECHANICAL ENGINEERMECHANICAL ENGINEERMECHANICAL ENGINEERMECHANICAL ENGINEERMECHANICAL ENGINEERMECHANICAL ENGINEERMECHANICAL ENGINEERMECHANICAL ENGINEERMECHANICAL ENGINEERMECHANICAL ENGINEERMECHANICAL ENGINEERMECHANICAL ENGINEERMECHANICAL ENGINEER 损严重， 部分溜槽中板或底板已经磨断裂， 复用率为20 左右， 可以复用的溜槽中底板平均磨损深度达14 mm。 2.2溜槽进行堆焊耐磨层处理的应用 矿井8301综采工作面在开采之前， 采用 “自溶合金熔 融堆焊法” 对刮板输送机溜槽进行了耐磨层堆焊处理， 在 溜槽中板和 底板上表面 堆焊了大面 积耐摩层 （见 图2） 。 矿 井 8301综采工 作面采用与8101综采工作面同样的PF6/1142刮板输送 机， 该综采工作面在2013年3月开始采煤， 在2013年9月结 束开采， 总计采出原煤约320 万t。经出井查看， 大多数溜 槽， 堆焊耐磨层后的部位只有轻微磨损， 但在没有覆盖耐 磨层的部位 却有较大的 磨损 （见图 3） 。经统计， 堆焊耐磨层 处理后的溜 槽， 磨损程度 明显降低， 溜 槽复用率可 达60。 2.3整体铸造溜槽的应用 整体铸造溜槽采用整体铸造结构 （见图4） ， 将中板的 常规平面结构改为锯齿形结构 （见图5） ， 使用材质为TNZ 合金钢， 为了与卡特彼勒PF6/1142刮板输送机溜槽匹配， 整体 铸 造 溜 槽尺 寸 与 卡 特 彼 勒 溜 槽 尺寸一致。 矿井 8203 工 作 面 采 用 与 8101 和 8301 综 采 工 作 面 同 样 的PF6/1142 刮板输送机。 在 刮 板 输 送 机下井之前， 采 用 同 样 的 耐磨处理工艺， 对溜槽进行耐磨处理； 同时， 取出卡特彼 勒的10节中部溜槽， 更换为整体铸造溜槽。 矿井8203工作面于2015年12月开始开采，截止2016 年6月停采， 开采时间共计198 d， 开采原煤269.5 万t。 刮板 输送机出井后， 实地测量了整体铸造溜槽磨损情况 （见图 6） 和卡特彼勒耐磨处理后的溜槽槽磨损值 （见表1） 。 3应 用 效 果、 工艺特点 及 经 济 性 分 析 3.1应 用 效 果分析 1） 由于 同 发 东 周 窑 矿 井 煤 层 含 矸率较高， 且 夹杂细砂岩、 石英砂岩等， HDX450耐磨 钢 板 的 溜 槽 在 高 低 载 荷 的作用下， 溜 槽表面会形成明显的犁沟切痕和凿削坑[2]。于是在矿井 8101综采工作面使用的溜槽， 虽然过煤量仅78 万t， 但溜 槽磨损非常严重， 部分溜槽中底板会出现断裂情况。 2） 矿井8301综采工作面与8101综采工作面地质条件 相似的情况下，在卡特彼勒PF6/1142溜槽中底板表面堆 焊耐磨层， 过煤量约170 万t， 在链道及堆焊耐磨层的地方 只是轻微磨损。 通过同发东周窑矿井8101综采工作面、 8301综采工 作面实践应用情况对比分析，应用溜槽堆焊耐磨层处理 工艺， 可有效提高刮板输送机溜槽的使用寿命。 溜槽堆焊 耐磨层后， 相比材质为HDX450耐磨钢板的溜槽耐磨性能 相对提高， 出井后的溜槽复用率增加了近一倍。 3） 矿井8203综采工作面使用卡特彼勒PF6/1142溜槽 和10节整体铸造溜槽，其中卡特彼勒PF6/1142溜槽经过 相同工艺的耐磨堆焊技术， 溜槽过煤量约87 万t。 通过同发东周窑矿井8203综采工作面应用情况分 析， 在相同条件下， 应用溜槽堆焊耐磨层处理工艺和使用 整体铸造溜槽，均可有效提高刮板输送机溜槽的使用寿 命， 但整体铸造溜槽相比堆焊耐磨层的溜槽耐磨性更好、 使用寿命更长。 3.2工艺特点分析 1） 溜槽堆焊耐磨层工艺， 可以有效提高刮板输送机 溜槽的使用寿命，但该工艺属于对溜槽进行二次加工处 理， 对堆焊工艺和焊接施工者要求相对高， 需要对诸多因 素进行控制。 首先要对堆焊部位进行预热， 确保温度符合 要求[3]； 其次， 中底板的硬度要与焊材硬度相匹配， 否则会 出现焊接应力高、 焊接缺陷多等情况[4]， 耐磨层脱落或离 层等现象。 2）整体铸造溜槽采用TNZ高强度、高耐磨铸造合金 钢， 一次铸造而成， 溜槽的硬度可达42 HRC。溜槽中板采 用锯齿形结构，能够有效缓解矸石碎粒对中板及刮板形 成的研磨效应， 同时使刮板与中板间形成煤粉润滑， 极大 图2堆焊耐磨层处理的溜槽 图3堆焊耐磨层处理溜槽磨损情况 图4整体铸造溜槽 （一） 图5整体铸造溜槽 （二） 图6整体铸造溜槽磨损情况 磨损部位 卡特彼勒溜槽 磨损量/mm 整体铸造溜槽 磨损量/mm 中板5.834.81 中板链道9.257.75 封底板4.752.69 底板链道9.967.21 内槽7.804.40 表1两种溜槽磨损测量值 （下转第80页） 77 机械工程师 MECHANICAL ENGINEER 圆园20 年第 6 期网址 电邮 hrbengineer MECHANICAL ENGINEERMECHANICAL ENGINEERMECHANICAL ENGINEERMECHANICAL ENGINEERMECHANICAL ENGINEERMECHANICAL ENGINEERMECHANICAL ENGINEERMECHANICAL ENGINEERMECHANICAL ENGINEERMECHANICAL ENGINEERMECHANICAL ENGINEERMECHANICAL ENGINEERMECHANICAL ENGINEERMECHANICAL ENGINEERMECHANICAL ENGINEERMECHANICAL ENGINEERMECHANICAL ENGINEERMECHANICAL ENGINEERMECHANICAL ENGINEERMECHANICAL ENGINEERMECHANICAL ENGINEERMECHANICAL ENGINEERMECHANICAL ENGINEERMECHANICAL ENGINEERMECHANICAL ENGINEERMECHANICAL ENGINEERMECHANICAL ENGINEERMECHANICAL ENGINEERMECHANICAL ENGINEERMECHANICAL ENGINEERMECHANICAL ENGINEERMECHANICAL ENGINEERMECHANICAL ENGINEERMECHANICAL ENGINEERMECHANICAL ENGINEERMECHANICAL ENGINEERMECHANICAL ENGINEERMECHANICAL ENGINEERMECHANICAL ENGINEERMECHANICAL ENGINEERMECHANICAL ENGINEER 地降低了刮板与中板的磨损， 减少了磨粒磨损程度， 提高 了溜槽使用寿命。 3.3经济效益分析 1） 溜槽堆焊耐磨层可明显提高溜槽使用寿命， 溜槽 复用率增加近一倍， 设备费用方面， 可节约资金300多万 元/工作面。 2）整体铸造溜槽无需在稳装前进行耐磨堆焊处理， 可节约大约1 万元/节溜槽，价格只有卡特彼勒溜槽的 70左右。 4结论 提高刮板输送机溜槽的使用寿命和性能的方法有多 种，可以在原厂溜槽表面做文章，如溜槽堆焊耐磨层工 艺；也可以改进溜槽的耐磨性能，如整体铸造溜槽的应 用。上述两种方法， 通过在同发东周窑实践应用可知， 溜 槽堆焊耐磨层处理工艺和使用整体铸造溜槽的方法， 均 可有效提高刮板输送机溜槽的使用寿命和使用性能。但 对于矿方来说， 使用整体铸造溜槽， 不但具有相当高的经 济性， 而且前期投入更少， 设备工艺更可控， 使用寿命更 长， 更值得推广应用。 [参 考 文 献] [1]任宇轩.刮板输送机中部槽磨损行为试验研究[D].太原太原理 工大学,2019. [2]李永梅.高强度重型刮板输送机耐磨中部槽的研制[J].同煤科 技,2017334-37. [3]孙鑫.矿用刮板输送机溜槽失效原因分析与预防措施研究[J].机 电工程技术,201810179-180. [4]张有德,吴鹏,官发根,等.高温耐磨堆焊技术研究进展[J].兰州工 业学院学报,2018,25362-68.（责任编辑邵明涛） 作者简介程繁1985,男,硕士,高级工程师,从事机电管理工作。 收稿日期2019-09-19 0.25 0.20 0.15 0.10 0.05 0 01234576 0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.10 轴向力F/kN 图5不同径向游隙下轴向载荷对轴向位移的影响 中主要原因在于轴承的径向游隙ur越大， 其初始接触角琢0 越大， 在同样大的轴向力作用下， 其实际接触角琢越大， 滚 动体越接近滚道边缘， 此时轴向最大承载力就越小。 因此 减小轴承的径向游隙能显著增强轴承的轴向承载能力。 3.2轴向位移计算 利用Matlab软件进行迭代计算，分别得到该轴承在 不同的径向游隙下， 轴向载荷对其轴向位移的影响关系， 绘制曲线如图5所示。 由图5可以看出， 在轴向载荷作用下， 密珠式深沟球 轴承的轴向位移增量与径向游隙成反比，因此在一定的 轴向载荷范围内， 初始的径向游隙越大， 轴承的轴向位移 变化量越小，轴向定位精度也越高。在该轴承实际使用 时， 可设置一个23 kN级别的初始轴向预紧力， 这样轴承 在承受较大轴向外载荷时， 其轴向位移量较小， 可满足多 数情况下的使用需求。 4结论 本文针对某型密珠式深沟球轴承进行了轴向承载性 能的研究，建立了该型轴承的轴向承载能力和轴向位移 计算模型，利用Matlab软件计算得到了该型轴承在不同 径向游隙时的轴向承载能力与轴向位移。 通过分析计算结果， 可得以下结论 1） 轴承的轴向最 大承载能力与径向游隙成反比关系，减小轴承的径向游 隙能显著增强轴承的轴向承载能力。2） 轴承在有轴向预 紧的条件下， 轴向定位精度与径向游隙成正比关系， 增加 轴承的径向游隙能有效改善轴承的轴向定位精度。 [参 考 文 献] [1]周立彬,陈焕国.深沟球轴承的参数化建模与仿真研究[J].西昌 学院学报自然科学版,2013165-67. [2]毛书越,周建勋.密珠轴承的特点和应用[J].科技与情报,19831 51-58. [3]狄锦如.高精度密珠轴承的设计[J].机械科学与技术,1990519- 24. [4]王志新.密珠轴承负荷能力与过盈量的确定[J].航空精密制造技 术, 1989233-36. [5]叶家福.转台密珠轴承应力及过盈量的分析计算[J].一重技术, 2018427-31. [6]毛书越.密珠轴承过盈量的分析与计算[J].航空精密制造技术, 1991221-23， 32. [7]HARRIS T A. Essential Concepts of Bearing Technology[M]. Abingdon, OxfordshireTaylor and Francis, 2007. [8]董玉雪,左凌华,谢盈忠,等.深沟球轴承安全接触角与轴向承载 能力的计算[J].轴承,200758-9. [9]公平,张静静,董金龙.深沟球轴承极限轴向载荷计算与分析[J]. 轴承， 2015513-15. [10]檀骏,余晓流,谈莉斌.球轴承轴向承载能力研究[J].机械设计与 制造,2014745-48. （责任编辑马忠臣） 作者简介 殷琪 （1993） ， 男， 硕士， 助理工程师， 主要从事换料工艺 及专用设备的研究。 收稿日期 2019-12-27 （上接第77页） 80