煤矿机械的磨损及耐磨钢的应用

• 作 者: 王庆良 张德坤
• 机 构: 中国矿业大学材料学院,江苏,徐州 221116
• 出 处: 第十一届摩擦学大会
• 发表日期: 2013年8期
• 关键词: 煤矿机械 耐磨钢 摩擦磨损 中锰钢

　　煤炭是中国的第一能源,我国煤炭 90％ 以上的生产作业是在地下进行。因此,煤矿机械的腐蚀、磨损等失效现象极其严重,由此而引发的设备故障和安全事故时有发生,造成的经济损失不可估量。有关统计资料表明,在生产过程中,综采设备 (采煤机、输送机和液压支架) 的事故率高达 30％。究其原因,除少部分为地质条件及人为因素引发外,属于机件失效而引起的事故高达事故总数的90％,其中 80％ 是因磨损所致。而机件由于磨损所引起的失效中,又有 85％ 是由于液压系统和润滑系统中的油液遭受严重污染所造成的。以采煤机为例：采煤机事故占综采机械事故的 35％,而采煤机液压系统的事故占了采煤机总事故的 70％。再以液压支架为例：液压支架的故障除少量是因为设备本身的设计、制造、质量低劣等缺陷而引起的失效外,其大量故障主要是由于乳化液的污染而造成的。另外,综采设备由于受工作条件影响,经常出现齿轮和滚动轴承等受冲击、磨损失效,因而造成传动系统故障。随着我国煤矿机械化程度的日益提高,机械设备的摩擦学问题也越来越突出,研究、解决煤矿生产中的摩擦学问题对煤矿高产、高效和安全生产具有十分重要的意义,也是一项迫切的任务。如以高产高效综合机械化采煤重要的运输设备刮板输送机为例,它与液压支架、转载机及采煤机等配套使用,完成采煤工作面全部生产过程的落、装、运、支护等工序的机械化生产。它一般由机头部、机尾部、链条及中部槽等组成,中部槽是输送机的主体部分,是刮板链条及煤流的运动轨道,中部槽占整个刮板输送机的70％-80％,是刮板输送机的关键部件之一。目前国内所使用的输送机中部槽在结构上普遍采用整体铸造铲板槽帮、挡板槽帮与高强度耐磨合金中板及底板组焊而成,具有高强度、高寿命、高可靠性的优点,过煤量普遍超过百万吨。但随着现代化大型矿井的建设,已经出现年产量超过1000万吨的高产高效工作面, 刮板输送机的槽宽扩大到1200以上的重载系列,装机功率从90KW发展到3×1600KW,运输能力从400t/h发展到4500t/h不等。因此,如何进一步提高刮板输送机中部槽材料寿命已迫在眉睫。在刮板机中部槽及刮板材料应用方面,我国与美国、欧洲等发达国家装备还有一定差距。国外生产的大功率刮板输送机中部槽一般过煤保证值为600万吨,而国内同等中部槽过煤量只有400-500万吨。目前中部槽中板还是以360、400系列的产品为主,而大型煤机装备公司多选用进口产品,如瑞典萨博HARDOX系列、日本JFE的EH系列。由于现有的耐磨板,无论是萨博、JFE的板还是国产舞阳钢铁的NM360、NM400系列材料,往往都无法完成两个综采工作面或以上的过煤量,煤矿终端用户对提高耐磨板使用寿命的需求越来越迫切。虽然可以选择耐磨性能更优异的450以上的耐磨板,但其应用拓展受到焊接性能、加工性能、价格等因素的制约,同时中低合金耐磨钢一般均需淬回火处理,材料的耐磨性能,尤其是厚板的耐磨性能随着淬硬层深度发生衰减,这是马贝型耐磨钢的通病。实际生产中也发现,中低合金马贝型耐磨钢在冲击载荷的工作环境下,其使用效果并不理想。由于中部槽现采用槽帮和中板焊接而成,槽帮多采用30SiMn、24Mn2K和27Mn2K钢材轧制而成,焊接是属于异种钢的焊接,在焊接过程中容易出现焊接缺陷,例如焊接变形、气孔、裂纹等,进一步降低了中部槽的使用寿命。本文主要介绍煤矿机械中普遍存在的摩擦学问题,尤其是一些常见的磨损失效现象,以及工程摩擦学在解决煤矿机械的摩擦、磨损和腐蚀等问题中所起的积极作用。同时分析了耐磨钢材料在煤矿机械的应用及新型耐磨钢材料的研发。