煤礦機械設備工況及磨損分析

煤炭是我國的第一能源,我國煤炭90%以上的生產作業是在地下進行的，與一般工、農業生產機械相比,煤礦生產中的機械設備具有如下特點:①工作環境惡劣，設備時刻處于粉塵、水汽以及有害氣體的包圍之中；②工況條件苛刻，大多數機械設備是在高速、重載、振動、沖擊、摩擦和介質腐蝕等的工況條件下工作；③運行時間長，絕大部分機械設備不分晝夜，長年累月連續作業；④潤滑條件差，由于環境惡劣，工況苛刻，加上停機時間短，這就使得機械零部件得不到良好的潤滑和維護。因此，煤礦機械的磨損失效現象極其嚴重，由此而引發的設備故障和安全事故時有發生，造成的經濟損失和危害難以估量。隨著我國煤礦機械化程度的日益提高，機械設備的磨損失效問題越來越突出，因此研究減緩煤礦機械的磨損失效對煤礦高產、高效和安全生產具有十分重要的意義,也是一項非常迫切的任務。

煤礦機械設備可以分為煤礦機械和煤礦儀器以及附件設備等，其中主力設備包括采煤機  掘進機 支架 運送設備等。為滿足煤礦在生產過程中特殊的物理環境和安全生產要求，煤礦機械設備的工況及結構具有以下特點：

     1、礦井空間有限，要求煤礦機械結構緊湊 體積小 導致軸承和齒輪承受的壓力和負荷較大；

     2、礦井工作條件多變，負荷變化大，要求煤礦機械便于移動，且便于維修；

     3、煤礦機械多屬于重負荷 中速 或低速轉動，大多要求頻繁啟動 停機時的沖擊負荷，設備齒間的瞬間壓力大；

     4、煤礦環境惡劣，空氣潮濕，有巖塵 煤塵及瓦斯（主要成分是甲烷）及含硫氣體（二氧化硫 硫化氫），因此煤礦機械要滿足防火 防爆 防銹和防腐蝕等要求。

     5、露天煤礦的機械要承受惡劣天氣以及大幅度的高低溫變化。

     由于煤礦機械設備的苛刻使用的工況及而來的操作環境，導致其在運行過程中不可避免的存在磨損。研究證明：煤礦機械設備的磨損失效形式主要是磨損和斷裂。煤礦機械設備磨損的機理主要是：磨粒磨損和腐蝕磨損。

       截齒是采煤機中直接在煤層中割煤的零部件，它安裝于滾筒上，隨著滾筒的旋轉,與煤層直接摩擦。因此，摩擦磨損是截齒的主要失效形式。當煤層中存在矸石等硬的礦料時, 截齒將會急劇磨損, 同時還產生很高的摩擦溫度(高達600～800 ℃)，因而加快了截齒磨損。截齒在截割煤巖時承受著高的壓應力、剪應力和沖擊負荷，如果巖石硬度很高(可達HV900～1 100)，會造成截齒過載而直接斷裂。在煤炭生產中，截齒的消耗量是驚人的。通過研究統計，磨損失效占截齒失效的80%～95%，而斷裂失效僅占5%左右。

       隨著截齒將煤塊從煤壁上切割下來，煤塊自然地落在兩條螺旋葉片之間，沿著旋轉著的螺旋滾筒軸向移動到輸送機上。因此煤塊對滾筒的磨損非常嚴重，特別是螺旋葉片表現得最為突出，從最初的25mm磨損到只有幾個毫米。此外，滾筒的端盤齒座磨損也極其嚴重，在使用現場發現，采煤機滾筒的換刀孔(截齒座)，一般情況下7～8個月(采煤100萬t左右) 就會出現變大現象，主要是由于截齒在截割煤層過程中，受振動沖擊的作用，使截齒和齒座之間產生摩擦磨損所致。當截齒和齒座內壁出現縫隙時，煤粒和巖石粉塵進入其中，形成三體磨粒磨損，從而加劇了齒座的磨損，齒座磨損嚴重導致截齒固定不牢。采煤機除了截齒和滾筒在工作過程中易磨損外，減速箱中的齒輪也是主要的易磨損零件。掘進機和采煤機的工作原理類似，其磨損失效情況與采煤機大致相同。對于因磨損造成采煤機、掘進機修理和更換材料的費用驚人。統計數字表明，全國每年采煤機、掘進機因磨損失效而投入的資金高達27億元。

       因此，煤礦機械設備耐磨損防護工作顯得日益重要。各類型機械設備需根據其工況及磨損狀態機原因選擇合適的耐磨材料。尤其是在磨料磨損和腐蝕磨損方面，需要制定針對性的解決方案。