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煤礦機(jī)械設(shè)備工況及磨損分析


煤炭是我國(guó)的第一能源,我國(guó)煤炭90%以上的生產(chǎn)作業(yè)是在地下進(jìn)行的，與一般工、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)機(jī)械相比,煤礦生產(chǎn)中的機(jī)械設(shè)備具有如下特點(diǎn):①工作環(huán)境惡劣，設(shè)備時(shí)刻處于粉塵、水汽以及有害氣體的包圍之中；②工況條件苛刻，大多數(shù)機(jī)械設(shè)備是在高速、重載、振動(dòng)、沖擊、摩擦和介質(zhì)腐蝕等的工況條件下工作；③運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)，絕大部分機(jī)械設(shè)備不分晝夜，長(zhǎng)年累月連續(xù)作業(yè)；④潤(rùn)滑條件差，由于環(huán)境惡劣，工況苛刻，加上停機(jī)時(shí)間短，這就使得機(jī)械零部件得不到良好的潤(rùn)滑和維護(hù)。因此，煤礦機(jī)械的磨損失效現(xiàn)象極其嚴(yán)重，由此而引發(fā)的設(shè)備故障和安全事故時(shí)有發(fā)生，造成的經(jīng)濟(jì)損失和危害難以估量。隨著我國(guó)煤礦機(jī)械化程度的日益提高，機(jī)械設(shè)備的磨損失效問(wèn)題越來(lái)越突出，因此研究減緩煤礦機(jī)械的磨損失效對(duì)煤礦高產(chǎn)、高效和安全生產(chǎn)具有十分重要的意義,也是一項(xiàng)非常迫切的任務(wù)。
煤礦機(jī)械設(shè)備可以分為煤礦機(jī)械和煤礦儀器以及附件設(shè)備等，其中主力設(shè)備包括采煤機(jī)  掘進(jìn)機(jī) 支架 運(yùn)送設(shè)備等。為滿(mǎn)足煤礦在生產(chǎn)過(guò)程中特殊的物理環(huán)境和安全生產(chǎn)要求，煤礦機(jī)械設(shè)備的工況及結(jié)構(gòu)具有以下特點(diǎn)：
     1、礦井空間有限，要求煤礦機(jī)械結(jié)構(gòu)緊湊 體積小 導(dǎo)致軸承和齒輪承受的壓力和負(fù)荷較大；
     2、礦井工作條件多變，負(fù)荷變化大，要求煤礦機(jī)械便于移動(dòng)，且便于維修；
     3、煤礦機(jī)械多屬于重負(fù)荷 中速 或低速轉(zhuǎn)動(dòng)，大多要求頻繁啟動(dòng) 停機(jī)時(shí)的沖擊負(fù)荷，設(shè)備齒間的瞬間壓力大；
     4、煤礦環(huán)境惡劣，空氣潮濕，有巖塵 煤塵及瓦斯（主要成分是甲烷）及含硫氣體（二氧化硫 硫化氫），因此煤礦機(jī)械要滿(mǎn)足防火 防爆 防銹和防腐蝕等要求。
     5、露天煤礦的機(jī)械要承受惡劣天氣以及大幅度的高低溫變化。
     由于煤礦機(jī)械設(shè)備的苛刻使用的工況及而來(lái)的操作環(huán)境，導(dǎo)致其在運(yùn)行過(guò)程中不可避免的存在磨損。研究證明：煤礦機(jī)械設(shè)備的磨損失效形式主要是磨損和斷裂。煤礦機(jī)械設(shè)備磨損的機(jī)理主要是：磨粒磨損和腐蝕磨損。
       截齒是采煤機(jī)中直接在煤層中割煤的零部件，它安裝于滾筒上，隨著滾筒的旋轉(zhuǎn),與煤層直接摩擦。因此，摩擦磨損是截齒的主要失效形式。當(dāng)煤層中存在矸石等硬的礦料時(shí), 截齒將會(huì)急劇磨損, 同時(shí)還產(chǎn)生很高的摩擦溫度(高達(dá)600～800 ℃)，因而加快了截齒磨損。截齒在截割煤巖時(shí)承受著高的壓應(yīng)力、剪應(yīng)力和沖擊負(fù)荷，如果巖石硬度很高(可達(dá)HV900～1 100)，會(huì)造成截齒過(guò)載而直接斷裂。在煤炭生產(chǎn)中，截齒的消耗量是驚人的。通過(guò)研究統(tǒng)計(jì)，磨損失效占截齒失效的80%～95%，而斷裂失效僅占5%左右。
       隨著截齒將煤塊從煤壁上切割下來(lái)，煤塊自然地落在兩條螺旋葉片之間，沿著旋轉(zhuǎn)著的螺旋滾筒軸向移動(dòng)到輸送機(jī)上。因此煤塊對(duì)滾筒的磨損非常嚴(yán)重，特別是螺旋葉片表現(xiàn)得最為突出，從最初的25mm磨損到只有幾個(gè)毫米。此外，滾筒的端盤(pán)齒座磨損也極其嚴(yán)重，在使用現(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)，采煤機(jī)滾筒的換刀孔(截齒座)，一般情況下7～8個(gè)月(采煤100萬(wàn)t左右) 就會(huì)出現(xiàn)變大現(xiàn)象，主要是由于截齒在截割煤層過(guò)程中，受振動(dòng)沖擊的作用，使截齒和齒座之間產(chǎn)生摩擦磨損所致。當(dāng)截齒和齒座內(nèi)壁出現(xiàn)縫隙時(shí)，煤粒和巖石粉塵進(jìn)入其中，形成三體磨粒磨損，從而加劇了齒座的磨損，齒座磨損嚴(yán)重導(dǎo)致截齒固定不牢。采煤機(jī)除了截齒和滾筒在工作過(guò)程中易磨損外，減速箱中的齒輪也是主要的易磨損零件。掘進(jìn)機(jī)和采煤機(jī)的工作原理類(lèi)似，其磨損失效情況與采煤機(jī)大致相同。對(duì)于因磨損造成采煤機(jī)、掘進(jìn)機(jī)修理和更換材料的費(fèi)用驚人。統(tǒng)計(jì)數(shù)字表明，全國(guó)每年采煤機(jī)、掘進(jìn)機(jī)因磨損失效而投入的資金高達(dá)27億元。
       因此，煤礦機(jī)械設(shè)備耐磨損防護(hù)工作顯得日益重要。各類(lèi)型機(jī)械設(shè)備需根據(jù)其工況及磨損狀態(tài)機(jī)原因選擇合適的耐磨材料。尤其是在磨料磨損和腐蝕磨損方面，需要制定針對(duì)性的解決方案。