革新改造 | 采煤機(jī)導(dǎo)向滑靴抗磨降耗技術(shù)
革新改造 | 采煤機(jī)導(dǎo)向滑靴抗磨降耗技術(shù)
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首個(gè)聚焦礦山智能化領(lǐng)域產(chǎn)學(xué)研用最新進(jìn)展的綜合性技術(shù)刊物。宣傳國家智能礦山建設(shè)方針政策，報(bào)道智能礦山最新科研成果，交流智能礦山建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，推廣智能礦山先進(jìn)技術(shù)與裝備，培養(yǎng)智能礦山科技人才。
導(dǎo)向滑靴是安裝在滾筒采煤機(jī)底部的一種對(duì)耐磨性、強(qiáng)度要求極高的零件，對(duì)采煤機(jī)起導(dǎo)向和支撐作用。鐵法煤業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司小康煤礦（以下簡(jiǎn)稱小康煤礦）俯采綜放面屬于大傾角（俯角>20°），所使用的MG400/940-WD型采煤機(jī)機(jī)體向煤壁側(cè)傾斜，機(jī)身和滾筒的傾斜分力指向煤壁，造成導(dǎo)向滑靴受力不平衡，磨損報(bào)廢嚴(yán)重，如圖1所示。根據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可知，在這種條件下工作的導(dǎo)向滑靴使用壽命不足3天，最少僅為1天，更換導(dǎo)向滑靴耗時(shí)4h，嚴(yán)重影響礦井生產(chǎn)效率。
圖1 損壞的導(dǎo)向滑靴
通過觀察大傾角俯采時(shí)采煤機(jī)導(dǎo)向滑靴磨蝕、損壞特征，分析其受力特征，提出了在導(dǎo)向滑靴關(guān)鍵部位進(jìn)行堆焊的方案，實(shí)踐證明降耗增效效果明顯。
文章來源： 《智能礦山》 2022年第11期 “革新·改造 ”專欄
作者簡(jiǎn)介： 王吉?jiǎng)P，高級(jí)工程師，碩士
作者單位： 鐵法煤業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司小康煤礦地測(cè)大隊(duì)
引用格式： 王吉?jiǎng)P.采煤機(jī)導(dǎo)向滑靴抗磨降耗技術(shù)[J].智能礦山，2022，3（11）64-66.
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導(dǎo)向滑靴磨蝕特征
大傾角俯采條件下導(dǎo)向滑靴與銷排接觸的滑動(dòng)導(dǎo)向面磨蝕特征如圖2所示。其中，勾板導(dǎo)向面的磨蝕溝痕深度10mm、寬度30mm，立板導(dǎo)向面的磨蝕溝痕深度8mm、寬度50mm。
1 —勾板導(dǎo)向面磨蝕處； 2 —立板導(dǎo)向面磨蝕處； 3 —銷排； α —俯采傾角
圖2 導(dǎo)向滑靴磨蝕特征
導(dǎo)向滑靴損壞力學(xué)分析
大傾角俯采工作面初采期間，采煤機(jī)對(duì)導(dǎo)向滑靴產(chǎn)生的傾斜分力與銷排對(duì)導(dǎo)向滑靴的拉力、摩擦力相平衡，如圖3所示。
α —俯采傾角； F 1 —采煤機(jī)對(duì)導(dǎo)向滑靴的傾斜分力（指向煤壁側(cè)）； F 2 —銷排對(duì)立板產(chǎn)生的拉力（指向支架側(cè)）； F 3 —銷排對(duì)勾板產(chǎn)生的摩擦力（指向支架側(cè)）
圖3 導(dǎo)向滑靴破壞前受力分析
由受力平衡可知F 1 =F 2 +F 3 ，因此，導(dǎo)向滑靴不產(chǎn)生破斷。當(dāng)導(dǎo)向滑靴與銷排接觸的導(dǎo)向面磨蝕嚴(yán)重時(shí)，摩擦反力F 3 逐漸減小，導(dǎo)向滑靴與銷排的配合間隙嚴(yán)重超限，二者發(fā)生相對(duì)位移，銷排對(duì)導(dǎo)向滑靴勾板產(chǎn)生較大壓應(yīng)力F 4 （指向煤壁側(cè)，圖4）。此時(shí)，可把壓應(yīng)力F 4 與采煤機(jī)對(duì)導(dǎo)向滑靴的傾斜分力F 1 ，看做簡(jiǎn)支梁結(jié)構(gòu)，銷排對(duì)立板產(chǎn)生的拉力F 2 為作用在簡(jiǎn)支梁上的集中應(yīng)力，則在圖4中1處導(dǎo)向滑靴斷裂面集中應(yīng)力產(chǎn)生最大彎矩M max ，從而σ max =M max /W z ＞[σ]，其中σ max 為導(dǎo)向滑靴破斷面的最大彎曲應(yīng)力；W z 為導(dǎo)向滑靴破斷面的抗彎截面系數(shù)；[σ]為導(dǎo)向滑靴的抗彎允許應(yīng)力。因此，導(dǎo)向滑靴勾板在圖4中1處破斷。
1 —斷裂面； F 4 —銷排對(duì)導(dǎo)向滑靴勾板產(chǎn)生的壓應(yīng)力
圖4 導(dǎo)向滑靴破壞時(shí)受力分析
制作工藝
經(jīng)力學(xué)特征分析，導(dǎo)向滑靴要適應(yīng)大傾角俯采要求，需提高滑靴導(dǎo)向面的強(qiáng)度。因此，采用堆焊的方式在磨蝕導(dǎo)向面焊接耐磨層（底層4mm，耐磨層4mm），如圖5所示。
1 —立板堆焊面； 2 —勾板堆焊面
圖5 堆焊后的導(dǎo)向滑靴
制作工藝如下：
（1）焊前將工件堆焊表面上的油、銹清理干凈。
（2）導(dǎo)向滑靴材質(zhì)為ZG35CrMnSi，整體調(diào)質(zhì)280~320HBW，導(dǎo)向面硬度40~45HRC，深度3~4mm。選擇焊接材料為JH-J506碳鋼焊條和EF-16高耐磨焊條；JH-J506碳鋼焊條具有低氫鉀型藥皮，熔敷金屬具有良好的抗裂性能和力學(xué)性能；EF-16高耐磨焊條，堆焊層空冷硬化，韌性好、抗裂性好，抗磨粒磨損及金屬間的磨損，是易磨損部件最有效的防磨材料。
（3）焊接順序如圖6所示，首先采用JH-J506碳鋼焊條在導(dǎo)向面焊出底層，然后采用EF-6高耐磨焊條焊接耐磨層。
圖6 焊接順序
（4）每焊完1層，必須將熔渣清除干凈，并檢查焊縫表面沒有缺陷時(shí)方可進(jìn)行第2層焊接，發(fā)現(xiàn)缺陷應(yīng)將缺陷處磨出坡口重新焊接。操作時(shí)采用小電流并保持較短的焊接電弧，以防因熱量集中造成焊縫應(yīng)力過大而產(chǎn)生焊接裂紋。
（5）焊后錘擊焊縫周圍，以消除和擴(kuò)散應(yīng)力。
應(yīng)用效果
導(dǎo)向滑靴磨蝕面堆焊后，增加耐磨層厚度為4mm，硬度提高到55~62HRC，改善了導(dǎo)向滑靴受力情況。在井下連續(xù)使用1個(gè)月后，導(dǎo)向面僅輕微磨損，耐磨性能大幅增強(qiáng)，使用壽命大幅提高。
經(jīng)濟(jì)效益
直接經(jīng)濟(jì)效益：采煤機(jī)導(dǎo)向滑靴1.2萬元/件，技術(shù)改造前，W1S1俯采工作面平均3天更換1次導(dǎo)向滑靴，1個(gè)月需更換10件導(dǎo)向滑靴，費(fèi)用12萬元。技術(shù)改造后，1月內(nèi)未更換過導(dǎo)向滑靴，堆焊材料耗費(fèi)僅863元，相比原來每月節(jié)省費(fèi)用11.9萬元。
間接經(jīng)濟(jì)效益：按照工作面長(zhǎng)度230m、采高9.5m、循環(huán)進(jìn)度0.8m、煤巖容重16.5kN/m3、采出率85%、每循環(huán)產(chǎn)量為2452t計(jì)算。采煤機(jī)導(dǎo)向滑靴每更換一次影響生產(chǎn)4h，相當(dāng)于影響1個(gè)正規(guī)循環(huán)產(chǎn)量，按原煤售價(jià)為602元/t計(jì)算，則更換1次采煤機(jī)導(dǎo)向滑靴，損失147.6萬元，按1個(gè)月更換10次，損失1476萬元。
社會(huì)效益
采煤機(jī)導(dǎo)向滑靴抗磨降耗技術(shù)的成功實(shí)施，效果良好，知識(shí)型員工觀察、分析和運(yùn)用科學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問題的能力得到體現(xiàn)，為企業(yè)節(jié)約了成本支出，降低了材料消耗。
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