煤礦機械設備表面性能失效改性分析

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煤炭是我國長期以來主要的經濟能源來源。目前大部分的煤炭開采工作環境均為井下開采，復雜多變的環境給機械設備的正常運行帶來了種種挑戰，常常會縮短設備的可用壽命。所以對于如何提升機械設備運行的可靠性、如何通過新工藝改進機械設備的表面磨損度，增加機械設備的可使用性具有實際的意義。

1煤礦設備的失效形式

煤炭礦井在對開采所得煤炭的運輸過程中，往往遭受到各種重載沖擊、摩擦等受力環境的影響；并且煤炭運輸設備因其體型的笨重與移動的不便性導致其保養往往被忽略，增加了磨損及腐蝕等問題出現的可能性，繼而增加了設備的報廢概率，因此如何減少設備的磨損及降低腐蝕性是提升設備服役時長的有效方式。煤炭開采工作狀態下的設備常見的有：掘進機、液壓支架、采煤機、刮板輸送機，并且也因磨損或者腐蝕問題的存在導致其受到損毀的可能性最大，給煤炭開采作業的正常運行帶來干擾。常見的設備失效形式有幾點。

1.1截齒失效

采煤機中的截齒是對煤層進行截割處理的主要器件，其常和煤層、堅固的矸石等進行直接處理，使得設備的截割部位受損性大大增加。此外因截割處理過程中的摩擦所產生的高溫也是增加受損程度的另一個原因，因此截齒在煤礦井下作業時，沖擊負載、壓應力、剪應力及其組合均是該器件常面臨的問題，常見的截齒失效形式主要包含有磨粒磨損、摩擦磨損兩類。

1.2中部槽失效

刮板輸送機主要是對截割所得的煤塊與物料進行運輸，該設備中的主要載體為中部槽。在對物料與煤塊的運輸中，往往會受到來自于煤塊與煤矸石等顆粒帶來的沖擊影響，使得其磨料位置常常產生磨損現象；另外中部槽的工作位置極易受到井內潮濕環境、腐蝕性液體和氣體的相互作用出現腐蝕與磨損變大；此外工作中的中部槽與鏈條在相對運動中傳送煤炭，給中部槽表面帶來比較大的磨損。因此該設備的磨損來源有：因運輸所引起的磨料磨損、外部環境所產生的腐蝕黏類磨損、工作過程中所帶來的運動類磨損。

1.3液壓支架中的立柱失效

煤炭綜采工作中，對煤層進行支撐與防護的設備主要為液壓支架，起到支撐作用的部件是其內部的立柱部件。煤炭井下的工作環境常常比較潮濕，同時腐蝕性物質的引入使得立柱最外層的出現銹跡與劃痕，從而對液壓支架的可承受能力帶來影響，繼而對工作的安全性帶來威脅。因此使得立柱部件產生功能實效的主要原因有腐蝕所引起的和磨損所引起的兩類。

2煤礦機械設備外表改進方法

因工業技術的大力發展和機械設備應用范圍的廣闊性，對受到腐蝕性與磨損性威脅的機械設備最外層采用新型化的技術進行處理，使得設備可使用壽命變長的同時也會減少煤礦生產過程中的額外消耗。目前傳統的對于保護設備以防止腐蝕帶來的干擾，對設備進行鍍鉻、噴涂、堆焊時最為常見的處理方式。煤礦中的液壓支架中常常鍍鉻方式進行保護，不過在潮濕與腐蝕共存的煤炭生產環境中很容易產生鼓包現象，同時也會生成對環境有害的六價鉻；對設備表面進行噴涂是以金屬結合的方式進行外觀保護，往往帶來強度差，氣孔率高的問題；堆焊雖然技術已經比較成熟，但是焊渣與氣孔是焊接過程中不可避免的問題，同時對于大范圍使用的煤礦設備也不可行。而等離子熔覆和激光熔覆技術是目前處理腐蝕問題的最為先進型方式。

2.1等離子熔覆技術

該技術是將等離子熱源技術和具有熔覆特點的材料進行結合，對生產過程中所需要的設備進行外觀強化處理。對不同的設備需要根據其材料組成配比合適量的熔覆材料，結果表明其性能能夠得到有效的提升。截齒錐部熔覆耐磨層的形成，通過等離子熔覆強化處理技術的作用，對齒頭的最外層采用耐磨熔覆處理，該熔覆材料為合金粉末，能夠增加截齒最外層的耐磨程度，延長壽命的同時也降低了更換次數，同時也保證了采煤截割處理中的效率，對于煤礦作業中的綜采處理效率進行了提升，并且減少了截齒的購入次數和費用，帶來實際的經濟價值。煤礦機械設備中的中部槽位置，因其很容易因磨損帶來壽命短的問題，采用了離子熔覆技術進行最外層的強化處理，處理后的耐磨程度是未處理情況下的2倍，延長了刮板輸送機的可用壽命，同時也可以增大采煤的運輸能力，從而有效的提升了煤炭生產企業在行業中的地位。

2.2激光熔覆技術

激光熔覆技術，其原理是將高能激光束同激光熔覆類的材料進行融合處理后，再對機械外觀采用激光熔覆的方法再一次強化作用。目前液壓支架立柱即采用該技術進行外觀保護。激光熔覆強化技術實現對立柱器件進行外觀的強化，該霧化處理后的合金粉末選材中具有極強的耐腐蝕性與硬度，因此最終形成的強化層具有成型性好，設備運行穩定，生產效率高，氣孔等問題出現可能性低的一種新型且環保的設備表面改進型技術。與傳統會帶來環境污染的鍍鉻工藝相比，具有極強的耐磨和耐腐蝕性的特點，同時有效的提升了立柱在生產過程中的壽命時長，使得整個液壓支架無需在短時間內進行大修，對于井內所有設備的可使用時間進行延長，減少購置所需費用的同時也無形中為企業帶來了經濟價值。

3效益分析

復雜多變的井下環境對機械設備產生了大量的磨損與腐蝕，常常會縮短設備的可用壽命，從而使得機械設備的工作時長小于額定的壽命，而更換設備會無形中增加了企業的運營成本，同時也會影響煤礦生產的工作效率，因此新型表面保護改進技術得到了越來越多的設備生產者與設備使用者的關注。根據表1中的對比可知，新型的等離子熔覆技術、激光熔覆技術同時具有較高的熔覆效率、使得設備能夠以更加穩定的方式運行，同時不易受到外界影響的設備表面也會延長了使用時長，增加了生產效益。因此通過將新型化的技術作用于煤礦生產設備中，不僅提升了設備的耐腐蝕性與耐磨性，同時對于設備壽命進行了延長，減少更換新設備次數，有利于經濟效益的提升。

4結語

煤礦生產環境的多樣性與復雜性導致了生產過程中的設備常發生失效，同時也給煤礦生產企業和國家的經濟帶來了損失，因此如何減少設備因磨損和腐蝕問題帶來的失效性成為該行業目前的研究熱點。而新興的等離子熔覆技術、激光熔覆技術為該問題帶來了福音。通過使用合適的表面改進技術不僅能夠提升設備的性能，同時也能夠降低設備受到磨損和腐蝕而產生功能失效的問題，對設備的可使用壽命進行了有效的延長。

作者：張超 單位： 同煤集團挖金灣煤業公司