煤矿机械设备表面性能失效改性分析

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煤炭是我国长期以来主要的经济能源来源。目前大部分的煤炭开采工作环境均为井下开采，复杂多变的环境给机械设备的正常运行带来了种种挑战，常常会缩短设备的可用寿命。所以对于如何提升机械设备运行的可靠性、如何通过新工艺改进机械设备的表面磨损度，增加机械设备的可使用性具有实际的意义。

1煤矿设备的失效形式

煤炭矿井在对开采所得煤炭的运输过程中，往往遭受到各种重载冲击、摩擦等受力环境的影响；并且煤炭运输设备因其体型的笨重与移动的不便性导致其保养往往被忽略，增加了磨损及腐蚀等问题出现的可能性，继而增加了设备的报废概率，因此如何减少设备的磨损及降低腐蚀性是提升设备服役时长的有效方式。煤炭开采工作状态下的设备常见的有：掘进机、液压支架、采煤机、刮板输送机，并且也因磨损或者腐蚀问题的存在导致其受到损毁的可能性最大，给煤炭开采作业的正常运行带来干扰。常见的设备失效形式有几点。

1.1截齿失效

采煤机中的截齿是对煤层进行截割处理的主要器件，其常和煤层、坚固的矸石等进行直接处理，使得设备的截割部位受损性大大增加。此外因截割处理过程中的摩擦所产生的高温也是增加受损程度的另一个原因，因此截齿在煤矿井下作业时，冲击负载、压应力、剪应力及其组合均是该器件常面临的问题，常见的截齿失效形式主要包含有磨粒磨损、摩擦磨损两类。

1.2中部槽失效

刮板输送机主要是对截割所得的煤块与物料进行运输，该设备中的主要载体为中部槽。在对物料与煤块的运输中，往往会受到来自于煤块与煤矸石等颗粒带来的冲击影响，使得其磨料位置常常产生磨损现象；另外中部槽的工作位置极易受到井内潮湿环境、腐蚀性液体和气体的相互作用出现腐蚀与磨损变大；此外工作中的中部槽与链条在相对运动中传送煤炭，给中部槽表面带来比较大的磨损。因此该设备的磨损来源有：因运输所引起的磨料磨损、外部环境所产生的腐蚀黏类磨损、工作过程中所带来的运动类磨损。

1.3液压支架中的立柱失效

煤炭综采工作中，对煤层进行支撑与防护的设备主要为液压支架，起到支撑作用的部件是其内部的立柱部件。煤炭井下的工作环境常常比较潮湿，同时腐蚀性物质的引入使得立柱最外层的出现锈迹与划痕，从而对液压支架的可承受能力带来影响，继而对工作的安全性带来威胁。因此使得立柱部件产生功能实效的主要原因有腐蚀所引起的和磨损所引起的两类。

2煤矿机械设备外表改进方法

因工业技术的大力发展和机械设备应用范围的广阔性，对受到腐蚀性与磨损性威胁的机械设备最外层采用新型化的技术进行处理，使得设备可使用寿命变长的同时也会减少煤矿生产过程中的额外消耗。目前传统的对于保护设备以防止腐蚀带来的干扰，对设备进行镀铬、喷涂、堆焊时最为常见的处理方式。煤矿中的液压支架中常常镀铬方式进行保护，不过在潮湿与腐蚀共存的煤炭生产环境中很容易产生鼓包现象，同时也会生成对环境有害的六价铬；对设备表面进行喷涂是以金属结合的方式进行外观保护，往往带来强度差，气孔率高的问题；堆焊虽然技术已经比较成熟，但是焊渣与气孔是焊接过程中不可避免的问题，同时对于大范围使用的煤矿设备也不可行。而等离子熔覆和激光熔覆技术是目前处理腐蚀问题的最为先进型方式。

2.1等离子熔覆技术

该技术是将等离子热源技术和具有熔覆特点的材料进行结合，对生产过程中所需要的设备进行外观强化处理。对不同的设备需要根据其材料组成配比合适量的熔覆材料，结果表明其性能能够得到有效的提升。截齿锥部熔覆耐磨层的形成，通过等离子熔覆强化处理技术的作用，对齿头的最外层采用耐磨熔覆处理，该熔覆材料为合金粉末，能够增加截齿最外层的耐磨程度，延长寿命的同时也降低了更换次数，同时也保证了采煤截割处理中的效率，对于煤矿作业中的综采处理效率进行了提升，并且减少了截齿的购入次数和费用，带来实际的经济价值。煤矿机械设备中的中部槽位置，因其很容易因磨损带来寿命短的问题，采用了离子熔覆技术进行最外层的强化处理，处理后的耐磨程度是未处理情况下的2倍，延长了刮板输送机的可用寿命，同时也可以增大采煤的运输能力，从而有效的提升了煤炭生产企业在行业中的地位。

2.2激光熔覆技术

激光熔覆技术，其原理是将高能激光束同激光熔覆类的材料进行融合处理后，再对机械外观采用激光熔覆的方法再一次强化作用。目前液压支架立柱即采用该技术进行外观保护。激光熔覆强化技术实现对立柱器件进行外观的强化，该雾化处理后的合金粉末选材中具有极强的耐腐蚀性与硬度，因此最终形成的强化层具有成型性好，设备运行稳定，生产效率高，气孔等问题出现可能性低的一种新型且环保的设备表面改进型技术。与传统会带来环境污染的镀铬工艺相比，具有极强的耐磨和耐腐蚀性的特点，同时有效的提升了立柱在生产过程中的寿命时长，使得整个液压支架无需在短时间内进行大修，对于井内所有设备的可使用时间进行延长，减少购置所需费用的同时也无形中为企业带来了经济价值。

3效益分析

复杂多变的井下环境对机械设备产生了大量的磨损与腐蚀，常常会缩短设备的可用寿命，从而使得机械设备的工作时长小于额定的寿命，而更换设备会无形中增加了企业的运营成本，同时也会影响煤矿生产的工作效率，因此新型表面保护改进技术得到了越来越多的设备生产者与设备使用者的关注。根据表1中的对比可知，新型的等离子熔覆技术、激光熔覆技术同时具有较高的熔覆效率、使得设备能够以更加稳定的方式运行，同时不易受到外界影响的设备表面也会延长了使用时长，增加了生产效益。因此通过将新型化的技术作用于煤矿生产设备中，不仅提升了设备的耐腐蚀性与耐磨性，同时对于设备寿命进行了延长，减少更换新设备次数，有利于经济效益的提升。

4结语

煤矿生产环境的多样性与复杂性导致了生产过程中的设备常发生失效，同时也给煤矿生产企业和国家的经济带来了损失，因此如何减少设备因磨损和腐蚀问题带来的失效性成为该行业目前的研究热点。而新兴的等离子熔覆技术、激光熔覆技术为该问题带来了福音。通过使用合适的表面改进技术不仅能够提升设备的性能，同时也能够降低设备受到磨损和腐蚀而产生功能失效的问题，对设备的可使用寿命进行了有效的延长。

作者：张超 单位： 同煤集团挖金湾煤业公司