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【摘 要】以水作为润滑介质在安全、环保等方面具有明显优势，将其应用到煤矿机械中可以提高煤矿机械的安全、环保性能。 介绍了水润滑技术， 结合煤矿机械的工作特点， 对水润滑技术在煤矿机械中的应用进行了可行性分析， 确定了适宜在煤矿井下使用的水润滑摩擦副材料的选择原则及其应用范围。
【关键词】水润滑技术；煤矿机械；摩擦副材料
近年来， 随着人们对生产安全的日益重视以及环保意识的增强， 传统的油润滑技术面临着日益严峻的考验，欧洲和美国已经规定在矿井、高温明火环境以及在内陆流域行驶的船舶上，不允许使用石油基润滑油。相比之下对环境友好且具有良好生态效益的水润滑技术则引起了人们越来越多的关注。水是自然界中最为安全和环保的清洁能源之一，是最具有发展潜力的一种“绿色”润滑介质，用其取代石油基润滑油作为润滑介质，可以解决因石油基润滑油的使用和排放所带来的一系列环境和能源问题。
1.水润滑技术
1.1 水润滑技术的优点以及面临的技术问题
由于纯水的理化特性和润滑油相比有较大差别，因此水润滑技术必然与传统油润滑技术有许多不同之处，水润滑技术的优点主要表现在以下 5个方面。
（1）节省资源，降低成本。（2）环境友好，没有污染。（3）安全性好，减少事故。（4）维护方便，容易保养。（5）降低摩擦因数，冷却效果良好。
1.2 水润滑技术的研究现状
世界各国都对水润滑技术进行了大量的应用研究与产品开发。水润滑技术的应用研究最初是从船舶推进系统、水泵等水介质工作设备开始的。随着新型材料的发展、加工技术的进步以及新结构水润滑摩擦副的研制成功，水润滑摩擦副开始广泛地进入采矿、食品、造纸等工业领域。目前，水润滑技术的实际应用主要集中于水润滑轴承和水液压领域。水润滑轴承常用于与水直接接触的机械设备，如泥浆泵、涡轮机、压缩机等。国内关于水润滑技术实际应用研究与国外相比仍较少。重庆大学机械传动国家重点实验室王家序等在水润滑橡胶轴承、水润滑塑料轴承方面有着深入的研究，研制成功了我国第一个全水润滑端面配流的纯水液压轴向柱塞泵和马达。
2.在煤矿机械中的应用分析
2.1 水润滑技术在煤矿机械中的应用分析
煤矿的特殊环境要求润滑介质具有难燃性，而水不但不能燃烧并且还可以用来灭火， 因此能很好地满足这一要求，从而保证煤矿安全生产。如果将水作为石油基润滑油的替代产品应用于煤矿机械的润滑中，则不仅能够减少污染、改善工人的劳动环境，并且还能降低生产成本，因此极具经济价值和环保意义。
但由于水相对于石油基润滑油有许多不同的物化特性，因此不能简单地直接将水作为石油基润滑油的替代润滑介质，需要对零部件的材料和结构进行一系列的改动。
根据煤矿机械的工作特点，为了克服水作为润滑介质的弊病，从材料和结构两个方面入手以消除其对摩擦副润滑性能和承载能力的影响。在材料方面，可以在金属摩擦副表面覆盖陶瓷涂层。通常用热喷涂来生产陶瓷涂层，既要保证基体材料不发生性能变化，又要使陶瓷喷涂层与基体材料牢固结合。采用盐浴复合处理以提高金属的耐磨性和防腐性。还可以采用如精细陶瓷、碳纤维增强塑料、树脂、复合橡胶等一些新型非金属材料制成的摩擦副替代传统的金属摩擦副；同时改进和优化摩擦副润滑装置的结构设计以提高水润滑膜的承载能力。
水压凿岩机、水压支架、水压锚杆钻机、水垫带式输送机等一些水液压驱动煤矿机械相继被研制出来。有些煤矿是利用高速水流的能量击落与破碎矿岩的水力方法进行开采，开采过程中使用水泵、水力喷射器、矿浆泵等设备。水润滑技术在这些水液压煤矿机械和水力采煤机械中得到了广泛的应用，避免了由于使用润滑油所带来的复杂的密封结构，降低了生产成本。另外，被广泛用于提升机、主通风机、空压机等大型设备以及离心式排水泵、深井水泵等井下流体设备中的滑动轴承也可以改用水润滑轴承。水润滑轴承和传统金属轴承在材料的选择和结构的設计上存在着较大的差异，即使是在环境恶劣（有煤尘、岩尘且潮湿） 的情况下，也能够经受住漂浮在水中的固体粒子的磨耗作用。并且由于橡胶的弹性很大，水润滑橡胶轴承对轴的倾斜和振动不敏感，工作噪音小，可以在脏水中工作。针对水的润滑性能
差的缺点，为保证煤矿机械的运行可靠和安全，在可能的地方尽量使用静压支承，从而提高摩擦副的润滑性能。
2.2 煤矿机械中水润滑摩擦副材料的用材原则
在煤矿机械中应用的水润滑摩擦副材料，必须要能够适应煤矿机械的工作特点、工作环境以及水质特点，必须能够有效解决其面临的腐蚀、泄漏、摩擦磨损、气蚀等关键技术难题。 因此对应用在煤矿机械中的水润滑摩擦副材料的性能要求可具体归纳为：①耐水腐蚀，包括化学及电化学腐蚀；②良好的机械性能，良好的抗腐蚀疲劳和抗冲击性能；③具有良好的自润滑性能和适当的硬度，在水润滑及重载工况下摩擦磨损性能良好，即磨损率低、摩擦因数小，并具有良好的抗黏着磨损、磨粒磨损、腐蚀磨损及疲劳磨损的性能；④良好的抗冲蚀、抗气蚀磨损性能；⑤成型工艺良好，易于加工；⑥热稳定性好，低吸水率，尺寸稳定性好；⑦来源广泛，成本较低；⑧无毒，对环境无污染。
这里，耐水腐蚀是先决条件，良好的机械性能、自润滑性能及摩擦磨损性能则是必要条件，其他要求也是保证水润滑技术经济性和综合性能所需要的。
2.3 适用于煤矿机械中水润滑摩擦材料的选择
在煤矿机械中应用的水润滑摩擦副材料中可以选用的材料主要有以下 5种。
2.3.1 金属材料
水的导电性强，多数金属材料在水环境中都会发生电化学腐蚀。金属材料弹性系数和硬度高，对载荷的缓冲性较差，耐磨性能很好。水环境中两金属表面的直接接触滑动摩擦往往有比较高的摩擦因数，所产生的大量热量会导致金属材料的咬合。经常在金属摩擦副表面覆盖陶瓷涂层，从而提高其润滑性能。 2.3.2 陶瓷材料
陶瓷是一种良好的摩擦材料，其耐磨性高，摩擦因数低，耐腐蚀性能好，耐高温，导热性好，硬度高，对杂质适应性很强. 陶瓷加工制造都比较困难，因而成本较高，其脆性大且抗振性能较差，对磨粒的嵌藏性能差，陶瓷材料的水润滑性也随材质而异，S i C等材质对水的吸附性很好，在润滑面上可以形成有利于润滑的摩擦化学膜，因此摩擦因数也比较低。
2.3.3 工程塑料
塑料材料有多种不同的材质，对水的润滑性能相差较大，但普遍具有良好的对异物埋没性，这对于在有磨粒或杂质存在的恶劣条件下工作的摩擦副尤为适宜，因为这样可以避免磨粒对金属的刮伤现象。超高分子量聚乙烯 （UHMW - PE） 的性能尤为突出，其机械强度高、硬度大、摩擦因数低，尤其是耐磨性能极佳。但是塑料作为摩擦副材料也有它的缺点，主要是耐热性能比较差，尺寸稳定性受温度影响也非常明显，许多工程塑料的吸水性也不可忽略， 水溶胀所增大的尺寸会影响精度. 在长期应力的作用下，塑料会发生老化，使其性能变差。
2.3.4 橡胶材料
橡胶是一种高弹性材料，具有良好的磨粒嵌藏性和自润滑性能，具有较强的缓冲性和防振性，对泥沙不敏感，在含泥沙的水中耐磨性明显优于其它材料。橡胶的亲水性好，在水中的摩擦因数低，与其他水润滑轴承材料相比，磨耗量比较低。且加工工艺性能好，有着良好的摩擦磨损性能、抗磨粒磨损性能、疲劳磨损性能等性能。缺点是耐高温性能差，干摩擦性能差，承载能力较小。
2.3.5 表面工程材料
表面工程材料是指用表面镀覆以及表面强化等方法在基体材料表面形成耐蝕耐磨的表面层. 表面镀覆方法包括化学镀、热喷涂、气相沉积等，表面强化方法包括离子注入、激光包覆等。
3.结论
（1） 水润滑技术是一门重新崛起的新学科，是传统润滑技术的继承与发展，可以为国家建设可持续发展的资源节约型和环境友好型社会服务。 在煤炭行业中，水润滑技术的应用前景很广。
（2）根据水润滑技术的特点，对适宜以水作为润滑介质的煤矿机械类型以及工作环境进行了分析，并确定了适宜在煤矿井下使用的水润滑摩擦副材料的选择原则及其应用范围。
（3）在水压凿岩机、水压支架、水压锚杆钻机、水垫带式输送机等一些新型环保煤矿机械应加大水润滑技术的应用，这些环保型煤矿机械的应用必将极大地改善矿井的生产环境和安全条件.
【关键词】水润滑技术；煤矿机械；摩擦副材料
近年来， 随着人们对生产安全的日益重视以及环保意识的增强， 传统的油润滑技术面临着日益严峻的考验，欧洲和美国已经规定在矿井、高温明火环境以及在内陆流域行驶的船舶上，不允许使用石油基润滑油。相比之下对环境友好且具有良好生态效益的水润滑技术则引起了人们越来越多的关注。水是自然界中最为安全和环保的清洁能源之一，是最具有发展潜力的一种“绿色”润滑介质，用其取代石油基润滑油作为润滑介质，可以解决因石油基润滑油的使用和排放所带来的一系列环境和能源问题。
1.水润滑技术
1.1 水润滑技术的优点以及面临的技术问题
由于纯水的理化特性和润滑油相比有较大差别，因此水润滑技术必然与传统油润滑技术有许多不同之处，水润滑技术的优点主要表现在以下 5个方面。
（1）节省资源，降低成本。（2）环境友好，没有污染。（3）安全性好，减少事故。（4）维护方便，容易保养。（5）降低摩擦因数，冷却效果良好。
1.2 水润滑技术的研究现状
世界各国都对水润滑技术进行了大量的应用研究与产品开发。水润滑技术的应用研究最初是从船舶推进系统、水泵等水介质工作设备开始的。随着新型材料的发展、加工技术的进步以及新结构水润滑摩擦副的研制成功，水润滑摩擦副开始广泛地进入采矿、食品、造纸等工业领域。目前，水润滑技术的实际应用主要集中于水润滑轴承和水液压领域。水润滑轴承常用于与水直接接触的机械设备，如泥浆泵、涡轮机、压缩机等。国内关于水润滑技术实际应用研究与国外相比仍较少。重庆大学机械传动国家重点实验室王家序等在水润滑橡胶轴承、水润滑塑料轴承方面有着深入的研究，研制成功了我国第一个全水润滑端面配流的纯水液压轴向柱塞泵和马达。
2.在煤矿机械中的应用分析
2.1 水润滑技术在煤矿机械中的应用分析
煤矿的特殊环境要求润滑介质具有难燃性，而水不但不能燃烧并且还可以用来灭火， 因此能很好地满足这一要求，从而保证煤矿安全生产。如果将水作为石油基润滑油的替代产品应用于煤矿机械的润滑中，则不仅能够减少污染、改善工人的劳动环境，并且还能降低生产成本，因此极具经济价值和环保意义。
但由于水相对于石油基润滑油有许多不同的物化特性，因此不能简单地直接将水作为石油基润滑油的替代润滑介质，需要对零部件的材料和结构进行一系列的改动。
根据煤矿机械的工作特点，为了克服水作为润滑介质的弊病，从材料和结构两个方面入手以消除其对摩擦副润滑性能和承载能力的影响。在材料方面，可以在金属摩擦副表面覆盖陶瓷涂层。通常用热喷涂来生产陶瓷涂层，既要保证基体材料不发生性能变化，又要使陶瓷喷涂层与基体材料牢固结合。采用盐浴复合处理以提高金属的耐磨性和防腐性。还可以采用如精细陶瓷、碳纤维增强塑料、树脂、复合橡胶等一些新型非金属材料制成的摩擦副替代传统的金属摩擦副；同时改进和优化摩擦副润滑装置的结构设计以提高水润滑膜的承载能力。
水压凿岩机、水压支架、水压锚杆钻机、水垫带式输送机等一些水液压驱动煤矿机械相继被研制出来。有些煤矿是利用高速水流的能量击落与破碎矿岩的水力方法进行开采，开采过程中使用水泵、水力喷射器、矿浆泵等设备。水润滑技术在这些水液压煤矿机械和水力采煤机械中得到了广泛的应用，避免了由于使用润滑油所带来的复杂的密封结构，降低了生产成本。另外，被广泛用于提升机、主通风机、空压机等大型设备以及离心式排水泵、深井水泵等井下流体设备中的滑动轴承也可以改用水润滑轴承。水润滑轴承和传统金属轴承在材料的选择和结构的設计上存在着较大的差异，即使是在环境恶劣（有煤尘、岩尘且潮湿） 的情况下，也能够经受住漂浮在水中的固体粒子的磨耗作用。并且由于橡胶的弹性很大，水润滑橡胶轴承对轴的倾斜和振动不敏感，工作噪音小，可以在脏水中工作。针对水的润滑性能
差的缺点，为保证煤矿机械的运行可靠和安全，在可能的地方尽量使用静压支承，从而提高摩擦副的润滑性能。
2.2 煤矿机械中水润滑摩擦副材料的用材原则
在煤矿机械中应用的水润滑摩擦副材料，必须要能够适应煤矿机械的工作特点、工作环境以及水质特点，必须能够有效解决其面临的腐蚀、泄漏、摩擦磨损、气蚀等关键技术难题。 因此对应用在煤矿机械中的水润滑摩擦副材料的性能要求可具体归纳为：①耐水腐蚀，包括化学及电化学腐蚀；②良好的机械性能，良好的抗腐蚀疲劳和抗冲击性能；③具有良好的自润滑性能和适当的硬度，在水润滑及重载工况下摩擦磨损性能良好，即磨损率低、摩擦因数小，并具有良好的抗黏着磨损、磨粒磨损、腐蚀磨损及疲劳磨损的性能；④良好的抗冲蚀、抗气蚀磨损性能；⑤成型工艺良好，易于加工；⑥热稳定性好，低吸水率，尺寸稳定性好；⑦来源广泛，成本较低；⑧无毒，对环境无污染。
这里，耐水腐蚀是先决条件，良好的机械性能、自润滑性能及摩擦磨损性能则是必要条件，其他要求也是保证水润滑技术经济性和综合性能所需要的。
2.3 适用于煤矿机械中水润滑摩擦材料的选择
在煤矿机械中应用的水润滑摩擦副材料中可以选用的材料主要有以下 5种。
2.3.1 金属材料
水的导电性强，多数金属材料在水环境中都会发生电化学腐蚀。金属材料弹性系数和硬度高，对载荷的缓冲性较差，耐磨性能很好。水环境中两金属表面的直接接触滑动摩擦往往有比较高的摩擦因数，所产生的大量热量会导致金属材料的咬合。经常在金属摩擦副表面覆盖陶瓷涂层，从而提高其润滑性能。 2.3.2 陶瓷材料
陶瓷是一种良好的摩擦材料，其耐磨性高，摩擦因数低，耐腐蚀性能好，耐高温，导热性好，硬度高，对杂质适应性很强. 陶瓷加工制造都比较困难，因而成本较高，其脆性大且抗振性能较差，对磨粒的嵌藏性能差，陶瓷材料的水润滑性也随材质而异，S i C等材质对水的吸附性很好，在润滑面上可以形成有利于润滑的摩擦化学膜，因此摩擦因数也比较低。
2.3.3 工程塑料
塑料材料有多种不同的材质，对水的润滑性能相差较大，但普遍具有良好的对异物埋没性，这对于在有磨粒或杂质存在的恶劣条件下工作的摩擦副尤为适宜，因为这样可以避免磨粒对金属的刮伤现象。超高分子量聚乙烯 （UHMW - PE） 的性能尤为突出，其机械强度高、硬度大、摩擦因数低，尤其是耐磨性能极佳。但是塑料作为摩擦副材料也有它的缺点，主要是耐热性能比较差，尺寸稳定性受温度影响也非常明显，许多工程塑料的吸水性也不可忽略， 水溶胀所增大的尺寸会影响精度. 在长期应力的作用下，塑料会发生老化，使其性能变差。
2.3.4 橡胶材料
橡胶是一种高弹性材料，具有良好的磨粒嵌藏性和自润滑性能，具有较强的缓冲性和防振性，对泥沙不敏感，在含泥沙的水中耐磨性明显优于其它材料。橡胶的亲水性好，在水中的摩擦因数低，与其他水润滑轴承材料相比，磨耗量比较低。且加工工艺性能好，有着良好的摩擦磨损性能、抗磨粒磨损性能、疲劳磨损性能等性能。缺点是耐高温性能差，干摩擦性能差，承载能力较小。
2.3.5 表面工程材料
表面工程材料是指用表面镀覆以及表面强化等方法在基体材料表面形成耐蝕耐磨的表面层. 表面镀覆方法包括化学镀、热喷涂、气相沉积等，表面强化方法包括离子注入、激光包覆等。
3.结论
（1） 水润滑技术是一门重新崛起的新学科，是传统润滑技术的继承与发展，可以为国家建设可持续发展的资源节约型和环境友好型社会服务。 在煤炭行业中，水润滑技术的应用前景很广。
（2）根据水润滑技术的特点，对适宜以水作为润滑介质的煤矿机械类型以及工作环境进行了分析，并确定了适宜在煤矿井下使用的水润滑摩擦副材料的选择原则及其应用范围。
（3）在水压凿岩机、水压支架、水压锚杆钻机、水垫带式输送机等一些新型环保煤矿机械应加大水润滑技术的应用，这些环保型煤矿机械的应用必将极大地改善矿井的生产环境和安全条件.