煤礦機(jī)械設(shè)備表面性能失效改性分析

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煤炭是我國(guó)長(zhǎng)期以來(lái)主要的經(jīng)濟(jì)能源來(lái)源。目前大部分的煤炭開采工作環(huán)境均為井下開采，復(fù)雜多變的環(huán)境給機(jī)械設(shè)備的正常運(yùn)行帶來(lái)了種種挑戰(zhàn)，常常會(huì)縮短設(shè)備的可用壽命。所以對(duì)于如何提升機(jī)械設(shè)備運(yùn)行的可靠性、如何通過(guò)新工藝改進(jìn)機(jī)械設(shè)備的表面磨損度，增加機(jī)械設(shè)備的可使用性具有實(shí)際的意義。

1煤礦設(shè)備的失效形式

煤炭礦井在對(duì)開采所得煤炭的運(yùn)輸過(guò)程中，往往遭受到各種重載沖擊、摩擦等受力環(huán)境的影響；并且煤炭運(yùn)輸設(shè)備因其體型的笨重與移動(dòng)的不便性導(dǎo)致其保養(yǎng)往往被忽略，增加了磨損及腐蝕等問(wèn)題出現(xiàn)的可能性，繼而增加了設(shè)備的報(bào)廢概率，因此如何減少設(shè)備的磨損及降低腐蝕性是提升設(shè)備服役時(shí)長(zhǎng)的有效方式。煤炭開采工作狀態(tài)下的設(shè)備常見的有：掘進(jìn)機(jī)、液壓支架、采煤機(jī)、刮板輸送機(jī)，并且也因磨損或者腐蝕問(wèn)題的存在導(dǎo)致其受到損毀的可能性最大，給煤炭開采作業(yè)的正常運(yùn)行帶來(lái)干擾。常見的設(shè)備失效形式有幾點(diǎn)。

1.1截齒失效

采煤機(jī)中的截齒是對(duì)煤層進(jìn)行截割處理的主要器件，其常和煤層、堅(jiān)固的矸石等進(jìn)行直接處理，使得設(shè)備的截割部位受損性大大增加。此外因截割處理過(guò)程中的摩擦所產(chǎn)生的高溫也是增加受損程度的另一個(gè)原因，因此截齒在煤礦井下作業(yè)時(shí)，沖擊負(fù)載、壓應(yīng)力、剪應(yīng)力及其組合均是該器件常面臨的問(wèn)題，常見的截齒失效形式主要包含有磨粒磨損、摩擦磨損兩類。

1.2中部槽失效

刮板輸送機(jī)主要是對(duì)截割所得的煤塊與物料進(jìn)行運(yùn)輸，該設(shè)備中的主要載體為中部槽。在對(duì)物料與煤塊的運(yùn)輸中，往往會(huì)受到來(lái)自于煤塊與煤矸石等顆粒帶來(lái)的沖擊影響，使得其磨料位置常常產(chǎn)生磨損現(xiàn)象；另外中部槽的工作位置極易受到井內(nèi)潮濕環(huán)境、腐蝕性液體和氣體的相互作用出現(xiàn)腐蝕與磨損變大；此外工作中的中部槽與鏈條在相對(duì)運(yùn)動(dòng)中傳送煤炭，給中部槽表面帶來(lái)比較大的磨損。因此該設(shè)備的磨損來(lái)源有：因運(yùn)輸所引起的磨料磨損、外部環(huán)境所產(chǎn)生的腐蝕黏類磨損、工作過(guò)程中所帶來(lái)的運(yùn)動(dòng)類磨損。

1.3液壓支架中的立柱失效

煤炭綜采工作中，對(duì)煤層進(jìn)行支撐與防護(hù)的設(shè)備主要為液壓支架，起到支撐作用的部件是其內(nèi)部的立柱部件。煤炭井下的工作環(huán)境常常比較潮濕，同時(shí)腐蝕性物質(zhì)的引入使得立柱最外層的出現(xiàn)銹跡與劃痕，從而對(duì)液壓支架的可承受能力帶來(lái)影響，繼而對(duì)工作的安全性帶來(lái)威脅。因此使得立柱部件產(chǎn)生功能實(shí)效的主要原因有腐蝕所引起的和磨損所引起的兩類。

2煤礦機(jī)械設(shè)備外表改進(jìn)方法

因工業(yè)技術(shù)的大力發(fā)展和機(jī)械設(shè)備應(yīng)用范圍的廣闊性，對(duì)受到腐蝕性與磨損性威脅的機(jī)械設(shè)備最外層采用新型化的技術(shù)進(jìn)行處理，使得設(shè)備可使用壽命變長(zhǎng)的同時(shí)也會(huì)減少煤礦生產(chǎn)過(guò)程中的額外消耗。目前傳統(tǒng)的對(duì)于保護(hù)設(shè)備以防止腐蝕帶來(lái)的干擾，對(duì)設(shè)備進(jìn)行鍍鉻、噴涂、堆焊時(shí)最為常見的處理方式。煤礦中的液壓支架中常常鍍鉻方式進(jìn)行保護(hù)，不過(guò)在潮濕與腐蝕共存的煤炭生產(chǎn)環(huán)境中很容易產(chǎn)生鼓包現(xiàn)象，同時(shí)也會(huì)生成對(duì)環(huán)境有害的六價(jià)鉻；對(duì)設(shè)備表面進(jìn)行噴涂是以金屬結(jié)合的方式進(jìn)行外觀保護(hù)，往往帶來(lái)強(qiáng)度差，氣孔率高的問(wèn)題；堆焊雖然技術(shù)已經(jīng)比較成熟，但是焊渣與氣孔是焊接過(guò)程中不可避免的問(wèn)題，同時(shí)對(duì)于大范圍使用的煤礦設(shè)備也不可行。而等離子熔覆和激光熔覆技術(shù)是目前處理腐蝕問(wèn)題的最為先進(jìn)型方式。

2.1等離子熔覆技術(shù)

該技術(shù)是將等離子熱源技術(shù)和具有熔覆特點(diǎn)的材料進(jìn)行結(jié)合，對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中所需要的設(shè)備進(jìn)行外觀強(qiáng)化處理。對(duì)不同的設(shè)備需要根據(jù)其材料組成配比合適量的熔覆材料，結(jié)果表明其性能能夠得到有效的提升。截齒錐部熔覆耐磨層的形成，通過(guò)等離子熔覆強(qiáng)化處理技術(shù)的作用，對(duì)齒頭的最外層采用耐磨熔覆處理，該熔覆材料為合金粉末，能夠增加截齒最外層的耐磨程度，延長(zhǎng)壽命的同時(shí)也降低了更換次數(shù)，同時(shí)也保證了采煤截割處理中的效率，對(duì)于煤礦作業(yè)中的綜采處理效率進(jìn)行了提升，并且減少了截齒的購(gòu)入次數(shù)和費(fèi)用，帶來(lái)實(shí)際的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。煤礦機(jī)械設(shè)備中的中部槽位置，因其很容易因磨損帶來(lái)壽命短的問(wèn)題，采用了離子熔覆技術(shù)進(jìn)行最外層的強(qiáng)化處理，處理后的耐磨程度是未處理情況下的2倍，延長(zhǎng)了刮板輸送機(jī)的可用壽命，同時(shí)也可以增大采煤的運(yùn)輸能力，從而有效的提升了煤炭生產(chǎn)企業(yè)在行業(yè)中的地位。

2.2激光熔覆技術(shù)

激光熔覆技術(shù)，其原理是將高能激光束同激光熔覆類的材料進(jìn)行融合處理后，再對(duì)機(jī)械外觀采用激光熔覆的方法再一次強(qiáng)化作用。目前液壓支架立柱即采用該技術(shù)進(jìn)行外觀保護(hù)。激光熔覆強(qiáng)化技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)立柱器件進(jìn)行外觀的強(qiáng)化，該霧化處理后的合金粉末選材中具有極強(qiáng)的耐腐蝕性與硬度，因此最終形成的強(qiáng)化層具有成型性好，設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定，生產(chǎn)效率高，氣孔等問(wèn)題出現(xiàn)可能性低的一種新型且環(huán)保的設(shè)備表面改進(jìn)型技術(shù)。與傳統(tǒng)會(huì)帶來(lái)環(huán)境污染的鍍鉻工藝相比，具有極強(qiáng)的耐磨和耐腐蝕性的特點(diǎn)，同時(shí)有效的提升了立柱在生產(chǎn)過(guò)程中的壽命時(shí)長(zhǎng)，使得整個(gè)液壓支架無(wú)需在短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行大修，對(duì)于井內(nèi)所有設(shè)備的可使用時(shí)間進(jìn)行延長(zhǎng)，減少購(gòu)置所需費(fèi)用的同時(shí)也無(wú)形中為企業(yè)帶來(lái)了經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

3效益分析

復(fù)雜多變的井下環(huán)境對(duì)機(jī)械設(shè)備產(chǎn)生了大量的磨損與腐蝕，常常會(huì)縮短設(shè)備的可用壽命，從而使得機(jī)械設(shè)備的工作時(shí)長(zhǎng)小于額定的壽命，而更換設(shè)備會(huì)無(wú)形中增加了企業(yè)的運(yùn)營(yíng)成本，同時(shí)也會(huì)影響煤礦生產(chǎn)的工作效率，因此新型表面保護(hù)改進(jìn)技術(shù)得到了越來(lái)越多的設(shè)備生產(chǎn)者與設(shè)備使用者的關(guān)注。根據(jù)表1中的對(duì)比可知，新型的等離子熔覆技術(shù)、激光熔覆技術(shù)同時(shí)具有較高的熔覆效率、使得設(shè)備能夠以更加穩(wěn)定的方式運(yùn)行，同時(shí)不易受到外界影響的設(shè)備表面也會(huì)延長(zhǎng)了使用時(shí)長(zhǎng)，增加了生產(chǎn)效益。因此通過(guò)將新型化的技術(shù)作用于煤礦生產(chǎn)設(shè)備中，不僅提升了設(shè)備的耐腐蝕性與耐磨性，同時(shí)對(duì)于設(shè)備壽命進(jìn)行了延長(zhǎng)，減少更換新設(shè)備次數(shù)，有利于經(jīng)濟(jì)效益的提升。

4結(jié)語(yǔ)

煤礦生產(chǎn)環(huán)境的多樣性與復(fù)雜性導(dǎo)致了生產(chǎn)過(guò)程中的設(shè)備常發(fā)生失效，同時(shí)也給煤礦生產(chǎn)企業(yè)和國(guó)家的經(jīng)濟(jì)帶來(lái)了損失，因此如何減少設(shè)備因磨損和腐蝕問(wèn)題帶來(lái)的失效性成為該行業(yè)目前的研究熱點(diǎn)。而新興的等離子熔覆技術(shù)、激光熔覆技術(shù)為該問(wèn)題帶來(lái)了福音。通過(guò)使用合適的表面改進(jìn)技術(shù)不僅能夠提升設(shè)備的性能，同時(shí)也能夠降低設(shè)備受到磨損和腐蝕而產(chǎn)生功能失效的問(wèn)題，對(duì)設(shè)備的可使用壽命進(jìn)行了有效的延長(zhǎng)。

作者：張超 單位： 同煤集團(tuán)挖金灣煤業(yè)公司