王保同

（山西煤炭運(yùn)銷(xiāo)集團(tuán)掌石溝煤業(yè)有限公司，山西高平 048400）

對(duì)于采煤機(jī)來(lái)講，螺旋滾筒是其一個(gè)非常重要的組成部分，其主要工作于環(huán)境較為惡劣的綜采工作面。由于被復(fù)雜多變的煤層地質(zhì)條件所影響，因此滾筒是采煤機(jī)中最容易被磨損以及失效的部件。假使?jié)L筒出現(xiàn)失效的狀況，那么其落煤以及裝煤的作用將難以實(shí)現(xiàn)，這時(shí)便需要升井進(jìn)行維修。滾筒自井下運(yùn)送至地面維修之后，然后運(yùn)送至井下進(jìn)行安裝，此過(guò)程既對(duì)正常的生產(chǎn)活動(dòng)造成了一定的影響，同時(shí)也浪費(fèi)了較多的物力以及人力。針對(duì)此種情況，對(duì)采煤機(jī)滾筒失效的因素進(jìn)行分析，并指出對(duì)應(yīng)的改進(jìn)方式，這對(duì)于滾筒使用壽命的延長(zhǎng)以及生產(chǎn)效率的提升能起到關(guān)鍵性的作用。

1 滾筒失效的形式與因素分析

通過(guò)觀察統(tǒng)計(jì)眾多的失效滾筒以及和使用者之間的溝通交流而分析出：大體上，滾筒失效涵蓋兩種形式，即尾部葉片失效以及齒座失效。

1.1 齒座失效

截齒的承載體為齒座，假使齒座失效，那么截齒便不能安裝，并對(duì)滾筒的正常截割造成不利的影響。齒座失效涵蓋了齒座外壁以及內(nèi)孔的磨損失效，尤其突出的是端盤(pán)周邊齒座。

在對(duì)相關(guān)因素分析后發(fā)現(xiàn)，齒座內(nèi)孔的磨損與截齒受到的截割載荷存在著關(guān)聯(lián)性，截齒截割載荷與它對(duì)齒座內(nèi)孔的作用力之間存在著正相關(guān)關(guān)系。齒座外壁所形成的磨損是受到了煤壁和齒座的干涉所導(dǎo)致的。在煤壁以及齒座產(chǎn)生直接性的接觸時(shí)，磨損便會(huì)出現(xiàn)在齒座的外壁上。

就端盤(pán)周邊齒座來(lái)講，由于滾筒端盤(pán)一直工作于煤壁的深處，此處的煤壁頂板具有相對(duì)較弱的壓酥效應(yīng)，而且端盤(pán)的角度截齒處在半封閉的截割狀態(tài)中。所以，端盤(pán)周邊截齒受到的截割阻力越大，那么就會(huì)加快齒座內(nèi)孔的磨損速率；在端盤(pán)角度截齒由于磨損而失效，且并未將其換掉時(shí)，那么安裝角度截齒的齒座便會(huì)和煤壁之間形成接觸，也就造成了齒座外壁磨損的產(chǎn)生[1]。

除此之外，因?yàn)闈L筒端盤(pán)的結(jié)構(gòu)為碟形，葉片齒座都是零度角分布，端盤(pán)以及葉片的交接處會(huì)存在著較大葉片截齒以及端盤(pán)截齒都難以截割的過(guò)渡區(qū)，如圖1。如果崩落效應(yīng)不夠明顯的硬質(zhì)煤巖是滾筒的截割對(duì)象時(shí)，則會(huì)由于不平衡的截割而將棱條遺留下來(lái)，棱條附近截齒的截割狀態(tài)與半封閉截割相接近，加大了截割阻力，同時(shí)也增加了齒座內(nèi)孔的磨損；棱條和齒座之間的相互接觸，也會(huì)造成磨損發(fā)生于齒座的外壁上。

圖1 端盤(pán)與葉片的截割過(guò)渡區(qū)

1.2 尾部葉片與末端齒座失效

在應(yīng)用滾筒時(shí)，末端齒座以及尾部葉片便會(huì)形成程度不同的磨損，更甚者則會(huì)造成失效，如圖2。嚴(yán)重的磨損出現(xiàn)在葉片的尾部，其對(duì)于滾筒正常的裝載造成了一定程度的影響；由于末端齒座的磨損發(fā)生失效，進(jìn)而對(duì)滾筒的截割寬度產(chǎn)生了一定的影響，而且會(huì)導(dǎo)致尾部葉片磨損速率的加快。

圖2 滾筒尾部葉片末端齒座磨損

在對(duì)其原因進(jìn)行分析后，則會(huì)發(fā)現(xiàn)尾部葉片出現(xiàn)了較為嚴(yán)重的磨損，那么必定是因?yàn)榇颂幋嬖谥薮蟮淖饔昧?。裝煤以及割煤工作主要由滾筒來(lái)實(shí)施，此作用力主要由滾筒的裝煤過(guò)程所產(chǎn)生[2]。

在裝煤時(shí)，葉片通過(guò)螺旋所具有的推力而把煤送至運(yùn)輸機(jī)的中部槽中，這個(gè)過(guò)程決定了葉片受力與葉片磨損。在推煤的過(guò)程中，葉片外緣都參與其中，但是卻只有尾部葉片被嚴(yán)重地磨損，那么即表明了在推煤的過(guò)程中，煤體由于被中部槽所阻擋，進(jìn)而形成一定的阻力，圖3為煤體、中部槽以及尾部葉片之間的關(guān)聯(lián)。

圖3 碎煤與葉片的相互作用關(guān)系

假使煤體是碎煤（較小塊度），那么便可以通過(guò)“散體力學(xué)”的相關(guān)理論來(lái)對(duì)其受力情況進(jìn)行分析。在滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)的過(guò)程中，尾部葉片便會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)至最低點(diǎn)，這時(shí)中部槽和葉片之間的相對(duì)位置便會(huì)更為接近，煤體受到推移且沿著圖3中的滑移面進(jìn)行相對(duì)運(yùn)動(dòng)，那么尾部葉片受到的合力是：

F=h2ρlgξ∕2

對(duì)于上式來(lái)講，h所代表的是煤的平均堆積厚度（單位m）；ρ所代表的是煤體的密度（單位kg∕m3）；l所代表的是煤的堆積長(zhǎng)度，根據(jù)平面應(yīng)力狀態(tài)而進(jìn)行討論，所以l為1米；g所代表的是重力加速度；ξ所代表的是和煤的特性等因素相關(guān)的系數(shù)[3]，ξ小于1。

通過(guò)上式便可以看出：煤的密度P以及堆積高度h決定了作用力F的大小。在滾筒對(duì)具有較高夾研率的煤層進(jìn)行截割時(shí)，因?yàn)槊好芏鹊陀谘惺芏龋韵啾容^于普通煤層的截割，尾部葉片會(huì)受到更高的作用力；如果滾筒的裝煤效果不太好，煤的堆積高度便會(huì)上升，那么作用力也隨之增加。

在滾筒對(duì)具有較高夾研率的煤層進(jìn)行截割時(shí)，因?yàn)槊旱拇嘈赃h(yuǎn)高于研石，因此將其破碎存在著較大的困難，如圖4。當(dāng)葉片逐漸地轉(zhuǎn)動(dòng)至最低點(diǎn)，且和中部槽的間距變小時(shí)，塊狀體就像“楔子”一樣被夾在其中直到將其破碎[4]。

圖4 塊煤與葉片的相互作用關(guān)系

2 改進(jìn)措施

2.1 葉片參數(shù)的改進(jìn)

2.1.1 葉片頭數(shù)與截齒排列方式的改進(jìn)

滾筒截割載荷和齒座內(nèi)孔的磨損存在著一定的關(guān)聯(lián)性。此外，滾筒截割載荷也和截齒排列形式的選擇以及葉片頭數(shù)之間存在著直接的關(guān)聯(lián)。為了對(duì)滾筒截割載荷受截齒排列方式以及葉片頭數(shù)的影響進(jìn)行探究，選取相同的運(yùn)行參數(shù)以及結(jié)構(gòu)尺寸而模擬兩種不同截齒排列方式以及葉片頭數(shù)的滾筒，對(duì)比以及分析其載荷曲線以及切屑圖曲線。

將某常規(guī)3頭順序式排列的?1 600 mm x 630 mm滾筒（稱(chēng)其為“改進(jìn)前滾筒”）視為比較的對(duì)象，在葉片升角、截齒數(shù)目相近，以及滾筒截深、直徑一致的前提下，將其更換為改為4頭棋盤(pán)式排列的滾筒（稱(chēng)其為“改進(jìn)后滾筒”），圖5為兩種滾筒的截齒排列[5]。

圖5 改進(jìn)前、后滾筒截齒排列

將滾筒改進(jìn)后與改進(jìn)前相比，可以顯著地看出它的主截割區(qū)域切屑斷面相對(duì)較為方正，那么則說(shuō)明了其截齒受到了更為均衡的側(cè)向載荷。并且與改進(jìn)前相比，它的截割功率以及載荷都會(huì)更小。

2.1.2 葉片升角的改進(jìn)

葉片升角的選取對(duì)于滾筒的裝載性能存在著直接的影響。為了促使?jié)L筒裝載能力得到改善，可以借助變升角的葉片設(shè)計(jì)，也就是自端盤(pán)處至出煤處，葉片的升角逐漸上升。此種設(shè)置形式能夠促使出煤處的煤流擁擠問(wèn)題得到有效的緩解，這對(duì)于緩解尾部葉片所受到的磨損是極為有利的[6]。

2.2 端盤(pán)補(bǔ)塊的布置

由于端盤(pán)處齒座處于較為惡劣的工作環(huán)境中，為了降低此處截齒所受到的截割阻力以及齒座磨損，則應(yīng)當(dāng)配置數(shù)量更多的截齒于端盤(pán)處。此外，為了防止端盤(pán)和葉片交接處截割頂板時(shí)出現(xiàn)棱條，那么則需要將過(guò)渡截齒增添于截割區(qū)域中。

為了更好地將以上問(wèn)題予以處理，則可以布置端盤(pán)補(bǔ)塊于端盤(pán)下方的兩個(gè)葉片間[7]。

2.3 葉片末端齒座的保護(hù)

因?yàn)槿~片末端齒座失效會(huì)對(duì)滾筒截割的寬度造成一定的影響，而且會(huì)加快尾部葉片的損耗，因此需要有效地維護(hù)好此處的齒座。

為確保截割的正常進(jìn)行，截齒安裝角大多是0°。然而，對(duì)于葉片末端齒座而言，常規(guī)安裝角會(huì)使此處齒座對(duì)堆積的落煤進(jìn)行截割，從而造成了磨損失效速度的加快。因?yàn)楸还ぷ髅孀杂啥纫约绊敯鍓核炙绊?，末端齒座截割處所受到的截割阻力則會(huì)較低。所以，可以適當(dāng)?shù)卣{(diào)整末端齒座的安裝角度，使得此齒座得到保護(hù)[8]。

3 結(jié)論

（1）滾筒失效的形式主要為：葉片末端與尾部葉片齒座磨損失效、端盤(pán)處齒座外壁與內(nèi)孔磨損失效。

（2）葉片末端齒座磨損失效會(huì)促使尾部葉片磨損加快。

（3）保護(hù)葉片末端齒座、布置端盤(pán)補(bǔ)塊、以及改進(jìn)滾筒葉片的參數(shù)，有利于防止?jié)L筒出現(xiàn)失效過(guò)早的情況，并促使其使用壽命的延長(zhǎng)。