劉亞軍

（西山煤電集團(tuán)公司屯蘭礦，山西　古交　030206）

再制造技術(shù)在煤礦裝備上的應(yīng)用

劉亞軍

（西山煤電集團(tuán)公司屯蘭礦，山西古交030206）

摘要國內(nèi)外再制造技術(shù)的發(fā)展使得再制造業(yè)成本降低，同時對節(jié)能節(jié)材、礦井設(shè)備的修復(fù)利用也有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和現(xiàn)實(shí)意義。結(jié)合我國再制造技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，討論了刮板輸送機(jī)中部槽、耐磨無火花截齒、液壓支架活塞桿等煤礦常用耐磨設(shè)備的再制造修復(fù)技術(shù)，提出具體的再制造修復(fù)技術(shù)方法，對煤礦設(shè)備的再制造修復(fù)利用具有一定的指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞再制造；等離子熔覆—注射B4C技術(shù)；微弧等離子熔覆技術(shù)；火焰噴涂

1　再制造技術(shù)的概念及意義

1．1再制造

再制造是指將運(yùn)輸機(jī)械、礦山機(jī)械、航運(yùn)機(jī)械、機(jī)加工機(jī)械等報(bào)廢設(shè)備的零部件作為制造毛坯，在磨損程度、強(qiáng)度降低、使用壽命評估等分析的基礎(chǔ)上，進(jìn)行再制造生產(chǎn)設(shè)計(jì)，采用國內(nèi)外最先進(jìn)制造技術(shù)，如表面工程技術(shù)等手段，進(jìn)行專業(yè)化量化生產(chǎn)，使再制造產(chǎn)品替換原設(shè)備的零部件。再制造是一個讓報(bào)廢的設(shè)備零部件修復(fù)的過程，針對各種失效原因采取相應(yīng)的措施，使設(shè)備的使用壽命延長，挖掘廢舊產(chǎn)品中的潛在附加值是再制造產(chǎn)業(yè)的宗旨。

1．2再制造與制造的比較

1）再制造是相對制造而言的。制造是將原材料加工成具有一定功能的產(chǎn)品，再制造是在這種產(chǎn)品到達(dá)壽命后，使其性能和保質(zhì)期恢復(fù)到新品水平的加工過程。

2）再制造產(chǎn)品和制造新品相比，再制造產(chǎn)品的成本降低50%，節(jié)能60%，節(jié)材70%，對環(huán)境的不利影響低于80%。在拉動經(jīng)濟(jì)增長、安排就業(yè)以及企業(yè)增效等方面發(fā)揮著重要作用。

1．3再制造與維修的比較

1）維修是指在設(shè)備的使用過程中，為了保證其正常運(yùn)行而必須實(shí)施的技術(shù)措施，常具有隨機(jī)性、原位性、應(yīng)急性。而再制造則是采用制造業(yè)的模式，對傳統(tǒng)維修概念的一種提升和改寫，是維修發(fā)展的高級階段。

2）維修的對象是有故障的產(chǎn)品，多以換件為主，難以形成批量生產(chǎn)；維修后的零部件多數(shù)在質(zhì)量、性能上難以達(dá)到原設(shè)備零部件功能。而再制造是將報(bào)廢零部件作為再制造毛坯，利用表面工程等國內(nèi)外先進(jìn)制造技術(shù)對其進(jìn)行批量修復(fù)、性能提升，所獲得的產(chǎn)品在性能上和使用壽命上都能達(dá)到，甚至超過原設(shè)備的性能。

1．4再制造的意義

發(fā)展再制造產(chǎn)業(yè)可促使制造企業(yè)投入更多精力進(jìn)行新產(chǎn)品研發(fā)和設(shè)計(jì)，形成良性循環(huán)，對推動我國制造業(yè)的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、產(chǎn)品更新?lián)Q代、技術(shù)進(jìn)步和人員素質(zhì)提高十分有利。再制造過程中要求必須采用比原始產(chǎn)品制造更先進(jìn)的高新技術(shù)和工藝對廢舊產(chǎn)品進(jìn)行修復(fù)和改造，同時，又能夠促進(jìn)先進(jìn)設(shè)計(jì)和制造技術(shù)的發(fā)展，為新產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和制造提供新觀念、新理論、新技術(shù)和新方法，加快新產(chǎn)品的研制速度。

2　再制造技術(shù)在煤礦裝備上的應(yīng)用

2．1刮板輸送機(jī)中部槽

刮板輸送機(jī)是采煤工作面的主要運(yùn)輸設(shè)備，由于其機(jī)身矮便于裝載，可以彎曲便于推移，運(yùn)輸能力大且不受煤的塊度影響，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高，能適應(yīng)惡劣的工作環(huán)境，還可以作為采煤機(jī)的運(yùn)行軌道，充當(dāng)移置液壓支架的支點(diǎn)。中部槽是刮板輸送機(jī)的主體，中部槽的使用壽命是衡量整機(jī)壽命的重要指標(biāo)。

2．1．1中部槽的工況

中部槽是刮板輸送機(jī)的主體，除了有運(yùn)送煤塊的作用，中部槽還要充當(dāng)采煤機(jī)的行走軌道。因此，中部槽既要承受煤塊的壓力和摩擦力，還要承受采煤機(jī)的重力以及推溜、拉架工況下液壓支架的推、拉力。除受到嚴(yán)重的磨損外，井下環(huán)境惡劣，濕度大，有害氣體和煤巖粉塵高，使得中部槽成為運(yùn)輸機(jī)使用量和消耗量最大的部件。磨損嚴(yán)重、焊縫開裂、鉸接處斷裂或承載過大而斷裂是中部槽損壞的主要形式。因此，中部槽應(yīng)具有很高的強(qiáng)度、很大的剛度和耐磨性。

2．1．2中部槽的材質(zhì)

中部槽采用的材料多是高錳鋼 16Mn和ZG30SiMn，這兩種材質(zhì)具有比較高的強(qiáng)度和耐磨性。經(jīng)研究表明，選用40Mn2冷軋鋼板做中部槽材料，磨損犁溝細(xì)而淺，沒有黏著磨損，耐磨性能比16Mn更好，如采用等溫淬火球墨鑄鐵，耐磨性也可大大提高。

2．1．3中部槽主要失效形式

1）變形失效：底板變形、中板變形，槽幫變形，整節(jié)中部槽扭曲變形。

2）承壓斷裂失效：連接處斷裂，推移耳斷裂，焊縫開裂。

3）磨損失效：刮板磨損，煤矸石磨損。當(dāng)刮板和鏈條在中板上滑動時，煤和矸石便成為磨料；刮板和鏈條對中板有黏著磨損；煤和矸石對中板有磨粒磨損；井下的腐蝕介質(zhì)對中板有腐蝕磨損。

2．1．4中部槽再制造技術(shù)

針對刮板運(yùn)輸機(jī)在使用過程中，中部槽磨損的實(shí)際情況，采用再制造技術(shù)，可改善中部槽的耐磨性，增加刮板運(yùn)輸機(jī)的使用壽命，減少維修和運(yùn)輸設(shè)備次數(shù)，同時降低因安裝施工帶來的安全隱患，提高設(shè)備利用率。

其中，可以使用的再制造技術(shù)有如下幾種：1）等離子熔覆。2）焊條電弧堆焊。3）等離子弧噴焊。4）等離子噴涂。

2．1．5等離子熔覆—注射B4C技術(shù)原理

等離子熔覆—注射B4C技術(shù)是以等離子熔覆為基礎(chǔ)，在熔覆過程中注射陶瓷顆粒，形成陶瓷鑲嵌／金屬復(fù)合熔覆層的一種熔覆新技術(shù)。這種技術(shù)是通過合金粉末材料的合理選配，可以獲得具有預(yù)期性能的合金涂層；同時可通過注射不同的陶瓷顆粒，明顯改善金屬零部件在不同服役條件下的表面性能。

等離子熔覆—注射B4C技術(shù)，熔覆材料采用鐵基自熔性熔覆材料，注射材料為特種陶瓷碳化硼顆粒。鐵基主體熔覆材料與基體潤濕性好，其具體成分見表1。

表1　Fe90合金粉末成分?。疻t，%

注射材料為特種陶瓷碳化硼顆粒，其硬度、耐磨性能很高。硬度可以達(dá)到HV72 000 MPa，等離子熔覆—注射工藝示意見圖1。

圖1　等離子熔覆—注射工藝示意圖

2．1．6再制造效果

經(jīng)耐磨性測試，等離子熔覆—注射B4C層的熔覆層洛氏硬度達(dá)到60以上。其耐磨性是基體材料Q235的50倍，是16Mn鋼的41倍，是42CrMo的22倍，是不含B4C陶瓷相熔覆層的20倍。說明熔覆層中存在B4C陶瓷相對于提高熔覆層的耐磨性是十分有效的。該工藝強(qiáng)化加工后的中部槽，和普通的中部槽相比，在同等工況下，其使用壽命可延長5～7倍。

2．2耐磨無火花截齒

2．2．1截齒材質(zhì)

截齒是直接切割煤巖的關(guān)鍵性零部件，基本上分刀型截齒與鎬型截齒兩大類，目前，國內(nèi)用量較大的是鎬型截齒。截齒分為兩部分：齒體和齒頭。齒體材料一般采用優(yōu)質(zhì)合金鋼，例如35CrMnSi、42CrMo或45CrNiMo等，齒頭為硬質(zhì)合金或立方氮化硼。

2．2．2截齒的工況

截齒是采煤機(jī)直接落煤的刀具，截齒的工況直接影響采煤機(jī)的工況、能耗、生產(chǎn)率和噸煤成本。截齒損壞將增大采煤機(jī)的功率、牽引力和振動。當(dāng)采煤機(jī)割煤時，截齒處于間歇沖擊式受力工作狀態(tài)，故對截齒的要求是強(qiáng)度高、耐磨、幾何形狀合理。

1）截齒在切割煤層時，承受高壓應(yīng)力，剪切應(yīng)力和沖擊負(fù)荷。

2）煤中的石英、煤矸石和菱鐵礦等硬度（HV900～1 100）很高，截齒工作中會受到嚴(yán)重的磨損。

3）截齒切削煤層做周期性回轉(zhuǎn)運(yùn)動，溫度高達(dá)600℃～800℃，這易造成截齒的高溫回火，其硬度值下降50%左右。

4）由于井下環(huán)境介質(zhì)的腐蝕作用，截齒還有一定的腐蝕磨損。

2．2．3截齒的失效形式

截齒的失效形式有很多，主要包括以下幾種：1）截齒磨損。2）合金齒頭脫落。3）截齒折斷等。其中，截齒的主要失效形式為截齒合金齒頭（硬質(zhì)合金齒頭）周邊部位磨損嚴(yán)重，導(dǎo)致硬質(zhì)合金齒頭的過早脫落。其根本原因是齒體頭部的耐磨性較差。

2．2．4截齒的再制造技術(shù)

針對截齒失效形式，為提高其耐磨性能，延長使用壽命，可以使用如下再制造技術(shù)：

1）熱噴涂技術(shù)（火焰、電弧作為熱源）。2）表面滲入技術(shù)（滲碳、滲硼等）。3）焊絲堆焊技術(shù)。4）激光熔覆技術(shù)。5）微弧等離子表面熔覆及二次注入工藝。

2．2．5微弧等離子熔覆技術(shù)

微弧等離子表面熔覆技術(shù)是一種能量集中，熱變形小的表面強(qiáng)化新工藝。其中，高能量等離子束作為熱源，在基材表面形成熔池，合金粉末通過送粉器傳輸至熔池，在高溫作用下，合金粉末完全熔化，同時基材表面微熔，熔池中合金粉末吸收熱量發(fā)生強(qiáng)烈物化反應(yīng)，形成一系列強(qiáng)化相，達(dá)到表面改性的效果。熔覆層與基體結(jié)合處顯微結(jié)構(gòu)界面處形成了一個薄層的細(xì)晶區(qū)。

2．2．6再制造效果

經(jīng)上述工藝再制造的截齒，表面具有硬度高，耐磨和抗沖擊性能好的特點(diǎn)，能夠很好地保護(hù)硬質(zhì)合金頭，顯著提高了截齒的服役時間，使其能夠長期承受各種磨損和介質(zhì)的腐蝕。與普通截齒輪相比：每進(jìn)尺500 m，耐磨截齒消耗數(shù)量50把，遠(yuǎn)小于普通截齒的150把。在同等工況下，其使用壽命可延長3～5倍。采煤過程中耐磨無火花截齒產(chǎn)生火花很小，使用過程更安全。

2．3液壓支架活塞桿

2．3．1活塞桿材質(zhì)

液壓支架各種千斤頂是由液壓缸和活塞桿組成，而活塞桿是其重要組成部分，為支架提供推溜拉架等各種力。液壓支架在井下使用過程中活塞桿會出現(xiàn)表面磨損、腐蝕，活塞桿變形等現(xiàn)象，導(dǎo)致支架無法動作，影響工作面生產(chǎn)?；钊麠U材質(zhì)：42CrMo和27SiMn鋼。

2．3．2活塞桿工況及失效

1）活塞桿在動作過程中，容易受到煤矸石及各種雜物的撞擊，使其表面粗糙度發(fā)生變化。

2）煤礦井下潮濕，空氣中的各種化學(xué)物質(zhì)會對活塞桿表面造成腐蝕。

3）液壓支架使用的乳化油會混進(jìn)碎屑及硬顆粒，活塞桿長時間使用后會使其表面出現(xiàn)銹蝕、溝槽。

2．3．3活塞桿再制造技術(shù)

活塞桿表面產(chǎn)生變形、磨損、溝槽及銹蝕后，可以采用以下幾種再制造技術(shù)：

1）對活塞桿表面進(jìn)行電鍍硬鉻或先鍍鐵再鍍硬鉻與其他合金。

2）采用普通埋弧焊結(jié)合CO2氣體保護(hù)焊對液壓支架外表面進(jìn)行防護(hù)層堆焊。

3）使用等離子噴涂設(shè)備制備Fe基合金防腐涂層以取代電鍍硬鉻層。

4）激光熔覆。

5）火焰噴涂技術(shù)。

2．3．4火焰噴涂＋感應(yīng)重熔技術(shù)

高速火焰噴涂技術(shù)是利用可燃?xì)怏w在氧氣助燃下釋放的化學(xué)能為熱源，燃?xì)庠谔厥饨Y(jié)構(gòu)的噴涂槍中形成超音速焰流，使噴涂粉末以熔融狀態(tài)高速撞擊到工件表面制備出噴涂層。感應(yīng)重熔是使用高頻感應(yīng)電源實(shí)現(xiàn)涂層加熱重熔過程。

火焰噴涂＋感應(yīng)重熔再制造技術(shù)的步驟：1）活塞桿預(yù)處理。2）火焰噴涂。3）感應(yīng)重熔。4）后處理（改善粗糙度、熱處理）。

火焰噴涂燃?xì)猓阂胰矡嶂蹈?，噴涂效率高，燃?xì)鈨r(jià)格較低，經(jīng)濟(jì)性好。

熔覆層：Fe基合金粉末，具體成分見表2。

表2　熔覆層具體成分表?。疻t，%

火焰噴涂過程中，氧－乙炔流量比例為1．0、送粉量為97．7 g／min、預(yù)熱時間為40 s、噴涂時間為3 min、工件表面線速度為12．7 m／min。

感應(yīng)重熔技術(shù)：采用感應(yīng)加熱的方法在材料的表面熔覆一層涂層。將工件置于感應(yīng)圈產(chǎn)生的交感磁場中，利用電磁感應(yīng)原理，使其內(nèi)部產(chǎn)生感應(yīng)電流，依靠這些渦流的能量達(dá)到加熱目的。

2．3．5再制造效果

該技術(shù)得到的涂層與基材結(jié)合強(qiáng)度較佳，硬度達(dá)到50～55HRC，耐磨耐腐蝕，能有效保護(hù)活塞桿；同時涂層致密，內(nèi)部無孔隙、夾雜等其他缺陷，達(dá)到再制造目的。

3　結(jié)束語

產(chǎn)品再制造的核心是：在不改變設(shè)備（零部件）物理形態(tài)和本體材料的情況下，充分吸納先進(jìn)技術(shù)，使整機(jī)（或零部件）性能恢復(fù)與提升。再制造技術(shù)的發(fā)展，有利于煤礦設(shè)備循環(huán)利用，延長了煤礦機(jī)械循環(huán)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)鏈，緩解了資源短缺與資源浪費(fèi)，減少了失效煤礦機(jī)械產(chǎn)品對環(huán)境的污染。

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中圖分類號：TD406

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：1672－0652（2014）01－0004－04

收稿日期：2013－11－21

作者簡介：劉亞軍（1975—），男，山西興縣人，2009年畢業(yè)于中北大學(xué)，工程師，主要從事機(jī)電技術(shù)管理工作（E－mail）liuyajun3385＠163．com

Application of Remanufacturing Technology in Coal Mine Equipment

Liu Ya－jun

AbstractThe advancement of remanufacturing technology both at home and abroad has not only enabled the lowered remanufacturing cost，but also has great economic and practical significance in energy saving，material saving，repair and utilization of mining equipment．By combining the development of remanufacturing technology in China，will discussed the remanufacturing and repairing technologies in some commonly used coal mine equipment，such as scraper conveyor middle grooves，wear－resistant no－spark cutting bits and hydraulic piston rods，put forward the specific remanufacturing and repairing technical methods，which has particular guiding significance．

Key wordsRemanufacturing；Plasma cladding－B4C injection technology；Microarc plasma cladding technology；Flame spraying