楊向峰

（山西焦煤霍州煤電干河煤礦， 山西 洪洞 041600）

0 引言

刮板輸送機在綜采工作面煤炭資源輸送過程中起著至關重要的作用，是煤炭資源生產開采過程中的關鍵性設備，決定著煤炭資源的高效開采運輸進度。中部槽結構作為刮板輸送機輸送煤炭的承載部分，在長期運輸煤炭過程中經常出現因潮濕空氣、矸石碰撞等因素造成的中部槽磨損破壞[1-3]。因此對刮板輸送機中部槽進行結構改進優(yōu)化，提升中部槽耐磨性對刮板輸送機的高效煤炭資源運輸工作有著重大意義。

1 刮板輸送機中部槽磨損原因

1.1 不同煤質特征的影響

對綜采工作面不同煤質特征下包括褐煤、無煙煤以及焦煤對中部槽磨損情況進行研究，將刮板輸送機鏈條牽引速度定為0.8 m/s，具體磨損情況如圖1 所示。

圖1 不同煤質特征下中部槽磨損深度曲線

由圖1 可以看出，在前2 s 內不同煤質特征下中部槽磨損程度基本相同，而且磨損情況也最為劇烈，原因是因為此刻的煤量較少，磨損曲線基本沒有區(qū)別；而2～12 s 時間段內中部槽磨損情況開始出現變化，無煙煤產生的磨損最為嚴重，褐煤磨損深度最淺。分析出現差別的原因，主要是無煙煤的密度與褐煤、焦煤相比最大，因此對刮板輸送機中部槽造成的磨損也最為嚴重。同時可以看出，在8 s 之后各曲線開始趨于平緩，磨損情況基本趨于穩(wěn)定。

1.2 綜采工作面傾角的影響

一般綜采工作面傾角不同對刮板輸送機中部槽的磨損效果也會產生較大差別，本文通過分析±10°下的刮板輸送機傾角下中部槽平均磨損深度來研究中部槽的磨損效果，結果如圖2 所示。

圖2 不同傾角下中部槽磨損深度曲線

由圖2 可以看出，在前2 s 由于煤量較少，三種傾角下磨損效果基本相同；而在2～3 s 的時間段，向上傾斜10°的刮板輸送機中部槽磨損深度迅速增大，水平放置的中部槽磨損深度也在增大，向下傾斜10°的中部槽磨損較為平緩；當3 s 之后三種傾角下的刮板輸送機中部槽磨損情況均趨于穩(wěn)定?？梢钥闯?，在綜采工作面刮板輸送機中部槽傾角不同對中部槽磨損深度的影響關系為：傾斜向上10°磨損深度＞水平放置磨損深度＞傾斜向下10°磨損深度。

1.3 刮板輸送機鏈條速度的影響

刮板輸送機牽引速度不同對中部槽磨損情況也會產生較大差異，通過將刮板輸送機水平放置于綜采工作面并調整鏈速分別為0.8 m/s、1.0 m/s 以及1.2 m/s 情況下對中部槽的磨損深度進行分析，具體結果如圖3 所示。

圖3 刮板輸送機不同牽引速度下中部槽磨損深度曲線

由圖3 可以看出，在刮板輸送機不同牽引鏈速下中部槽磨損深度隨時間的延長而增大，同時在2 s 內三種鏈速下中部槽磨損深度差別不大；而隨著時間的延長，1.2 m/s 鏈速下刮板輸送機中部槽的磨損深度急速增大，1.0 m/s 以及0.8 m/s 鏈速下刮板輸送機中部槽也受到不同程度的磨損，但深度不及1.2 m/s。也就是說，隨著刮板鏈條速度的增大，中部槽的磨損也就越劇烈。通過分析出現這種現象的原因發(fā)現，當刮板輸送機鏈條鏈速越快時，單位時間內落在中部槽上的煤也就越多，于中部槽的接觸面積越大造成的磨損也就越嚴重。因此要想提高刮板輸送機輸送效率、增大煤炭資源產量，就必須選用中部槽耐磨性較好的材質，避免中部槽的劇烈磨損。

2 中部槽等離子熔覆層應用分析

通過對上述刮板輸送機中部槽磨損原因進行分析可以看出，綜采工作面傾角與中部槽的磨損深度呈正相關，傾角越大磨損程度越為劇烈；刮板輸送機牽引速度與中部槽磨損深度呈正相關，刮板輸送機鏈速越快，中部槽磨損情況越為嚴重；同時不同煤質特征下進行煤炭資源開采，刮板輸送機中部槽的磨損情況也會有所不同，其中無煙煤對刮板輸送機磨損最為嚴重，焦煤次之，褐煤磨損程度最低。為解決上述問題，通過等離子熔覆技術對中部槽的結構進行優(yōu)化改進，提高中部槽耐磨性，從而提升中部槽使用壽命。等離子熔覆技術可以改變物體表面物理特性，通過將中部槽常規(guī)材質與合金粉末進行融合，并進行重新澆筑成型，生成硬度較高、耐磨性得到顯著提升的熔覆層，從而增強中部槽的耐磨性及使用壽命。

2.1 等離子熔覆層制造

中部槽常規(guī)材質選取耐磨性較高的NM450 合金鋼板，鋼板尺寸為150 mm×10 mm×50 mm 并用砂紙打磨表面，通過合金粉末利用等離子熔覆技術對中部槽鋼板進行改性，合金粉末主要是合金陶粉1 和合金陶粉2，包括Fe、Cr、Ni 等元素，三者含量分別為16.0%、19.5%以及0.97%，通過這些元素形成熔覆層對NM450 合金鋼板進行熔覆得到熔覆層A1 以及A2，將熔覆層鋼板冷卻后進行分割組件，并進行打磨配裝，得到的分割小塊如圖4 所示。

圖4 熔覆層鋼板分割小塊示意圖

2.2 熔覆層性能測試

對采用熔覆層處理的NM450 鋼板耐磨性進行測試分析，分別對鋼板以及A1、A2 熔覆層的摩擦系數在70 N、200 mm/min 狀態(tài)下摩擦20 min，得出三者的摩擦系數曲線。經過分析各曲線發(fā)現，NM450 鋼板摩擦系數最大，A2 熔覆層的摩擦系數最小，也就說明其耐磨性最好。如圖5 所示，前20 s 的磨損系數變化曲線，之后三者將趨于平穩(wěn)基本在一定范圍內保持上下波動。由圖5 可以看出，在前5 s 時間段內，NM450 以及熔覆層A1、A2 均隨著時間的延長磨損系數快速增大；在5～10 s 時間段內NM450 鋼板的磨損系數快速增大，熔覆層A1 以及A2 磨損系數較小，在10 s 之后三者趨于平穩(wěn)。分析出現這種現象的原因，在測試初期由于時間較短，試塊均為點接觸狀態(tài)，因此磨損系數較??；而隨著時間延長，接觸面積不斷增大，磨損系數也就不斷增大；當摩擦一段時間過后，出現磨粒以及裂痕之后，磨損系數也就趨于穩(wěn)定。

圖5 各材質下摩擦系數變化曲線

2.3 熔覆層摩擦系數影響因素分析

為測試不同試驗參數下對熔覆層摩擦系數的影響，分別在載荷不同、滑速不同的情況下分析熔覆層及鋼板的摩擦系數的變化情況，并對熔覆層表面的磨損情況進行觀測。

1）分別選取30 N、40 N、50 N、60 N 以及70 N 載荷下滑速控制在90 mm/min 對兩熔覆層及NM450 鋼板摩擦系數進行磨損試驗。實際測試結果發(fā)現，不同載荷下測得的摩擦系數有所差別，在一定范圍內施加載荷越大，熔覆層的摩擦系數也就越小，其中A2 熔覆層的摩擦系數最小。

2）控制載荷50N保持不變，改變滑速為50mm/min、90 mm/min、130 mm/min、170 mm/min 以 及 210 mm/min 對兩熔覆層及NM450 鋼板摩擦系數進行磨損試驗。測試結果發(fā)現，不同滑速下兩熔覆層的摩擦系數不同，基本呈現出隨著滑速的增大，摩擦系數增大的規(guī)律。而A2 熔覆層的摩擦系數同樣相比A1 較小，但兩者均小于NM450 鋼板。分析其原因是，在摩擦過程中合金元素起到了一定的潤滑作用，也就使得熔覆層的摩擦系數相對較小。

3）通過選取一次測試試驗中，載荷50 N、滑速130 mm/min 下各材質試塊表面磨損情況進行顯微觀測發(fā)現，兩熔覆層的表面磨損情況較輕，而NM450 鋼板的磨損情況較為嚴重，出現了表面大面積剝落以及裂紋，出現的磨損狀況主要是磨粒以及黏著磨損，而兩熔覆層僅出現略微的劃痕，磨損情況不是很明顯。也就是說，通過等離子熔覆技術處理后的刮板輸送機中部槽耐磨性得到顯著提高，施加的各合金粉末是提高耐磨性的主要原因。通過上述試驗測試可以看出，熔覆技術實用效果較好，值得推廣應用。

3 結語

通過分析刮板輸送機中部槽磨損因素發(fā)現，綜采工作面傾角、刮板輸送機牽引速度以及煤質特征都會對中部槽產生不同程度的磨損。通過利用等離子熔覆技術對中部槽進行結構改進優(yōu)化，在傳統(tǒng)NM450 鋼板中融入合金粉末，加入Fe、Cr 等金屬元素可顯著提升中部槽的耐磨性能，通過測試發(fā)現熔覆層由于金屬元素的潤滑作用以及對中部槽強度的改善作用，使得中部槽耐磨性能明顯提高，極大地提升了中部槽結構的使用壽命。