張林軍

（山西宏廈第一建設(shè)有限責(zé)任公司， 山西 陽泉 045000）

引言

用于生產(chǎn)挖掘機(jī)鏟斗的材料強(qiáng)度很大，在挖掘時足以承受研磨作用發(fā)生。但是，在大多數(shù)情況下，發(fā)現(xiàn)在很長一段時間后，磨損開始在桶的整個表面?zhèn)鞑ァＭ诰驒C(jī)鏟斗的磨損通常取決于研磨材料的性質(zhì)。在這些復(fù)雜的情況下，沒有任何事先的觀察和實驗，很難預(yù)測挖掘機(jī)鏟斗的磨損率并可能在現(xiàn)場進(jìn)行實驗造成觀測頻率不均勻的困難。

1 典型的無潤滑干滑動磨損

僅應(yīng)用較硬的材料不是來保護(hù)挖掘機(jī)鏟斗免受磨損最佳的解決方案。最重要是通過改變底板的材料流動模式減小磨損。在挖掘時，當(dāng)材料從一個流動桶的表面結(jié)束于另一個時，它會發(fā)現(xiàn)其路徑上有幾個磨損條，一旦材料遇到一個磨損條，它會停下來，直到下一個材料將其頂替，并從后面推向下一個磨損條，這樣可以消除滑動摩擦的缺點。

重型土方機(jī)械（HEMM）鏟斗用在挖掘機(jī)或鏟斗鏟斗中并受到挖掘作業(yè)影響，它可以挖掘覆蓋層（巖石碎片）或煤礦產(chǎn)品。因此，磨損發(fā)生在其底板、前部區(qū)域、側(cè)壁等。挖掘桶連接在斗桿（最長桿）的前端，也方便來回（向后和向前）運(yùn)動并體現(xiàn)沖擊負(fù)荷、疲勞壓力、拉力和壓縮力等。這種未潤滑的磨損導(dǎo)致挖掘機(jī)鏟斗隨著時間的推移而停止服務(wù)。進(jìn)入惡化狀態(tài)意味著各種底板和側(cè)壁位置、尺寸變化。劣化/磨損的原因可能是由于各種因素造成的摩擦、磨損、沖擊、疲勞、腐蝕、蠕變等滑異物顆粒對表面具有疲勞磨損的影響。

滾動磨損滑動情況下的摩擦系數(shù)也較高。在金屬近似值情況下，滑動情況下的摩擦系數(shù)為0.17。在干滑動磨損的情況下，材料去除率也較高。對于硬軋段，滾動摩擦系數(shù)相對較低，典型值介于0.01和0.001之間[1]。在干滑動磨損的情況下，大量的真正接觸相對表面之間的點可以大大減少。當(dāng)相對的表面分開時，表面上只有較大的凹凸不平可以保持接觸。

2 工程性實驗及分析

2.1 測試設(shè)置及相關(guān)工作

整個實驗設(shè)置包括原型挖掘機(jī)鏟斗、1m長的軸和一個容器煤礦層（覆蓋層）。三塊板被用來構(gòu)建原型的側(cè)壁和屋頂及沒有固定在原型底部的板。三個底部平板已分開制造（如圖1）并用于三種不同的工程實驗。

圖1 三個不同類型的工程實驗底部平板

三塊板中，兩塊板有不同的磨損模式，另一個是沒有任何磨損條。在每一個實驗中，底板都是焊接在原型上。實驗完成后，底板已被移除，并且另一底部板已焊接進(jìn)行新的實驗。矩形磨損條是由截面為8.5 cm2的錳鋼制成通過電弧焊接到底板[2]。六個這樣的耐磨條在一個案例中垂直焊接，除了這六個之外垂直桿，另一組三個水平桿被焊接在第二種情況下。原軸固定在中心的下顎車床上。軸的另一側(cè)的軸承被安裝在中心車床的端頭。一個容器被放置在鏟斗和車床之間，包含不同大小的煤礦石芯片原型，這樣當(dāng)車床開始時，原型就會開始在容器內(nèi)旋轉(zhuǎn)并開始在礦石上挖掘。在這里，用石頭取代了煤礦層/覆蓋層芯片。

這個實驗的基本動機(jī)是衡量挖掘鏟的材料損失。在開始時，原模型先在充滿礦物質(zhì)的容器中工作一段時間，由于磨損而在材料表面進(jìn)行材料去除底板。為了測量材料損失，將在每個底板的不同區(qū)域進(jìn)行測量。

2.2 工程性實驗的結(jié)果與數(shù)值分析

為了便于計算，整個板塊被虛擬分成四部分，即A、B、C和D部分。一切計算是通過相應(yīng)的部分完成的，并取所有在該地區(qū)進(jìn)行的測量的平均值。在實驗過程中，原型連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)在16～22 h[3]。

1）對于沒有磨損條的情況。該實驗已在底板上進(jìn)行沒有任何磨損條來了解挖掘機(jī)鏟斗的原始表面磨損的影響。

2）垂直耐磨棒。在這個實驗中，使用單獨(dú)的底板。在這底板上，少量磨損條以垂直方式焊接。第一個實驗完成后，底板被從原型中移除，并且這個盤子具有垂直式磨損桿，已經(jīng)焊接在原型上。

3）網(wǎng)狀磨損條。前兩個實驗完成后，最后一個使用具有網(wǎng)狀磨損棒圖案的底板。

在三組實驗成功完成后，進(jìn)行比較分析。第一底板沒有磨損條表現(xiàn)出磨損率隨著時間的增加而嚴(yán)重增長。第二底板由垂直花紋磨損棒保護(hù)，顯示出磨損比第一塊底板少，但它也表現(xiàn)出較高的磨損。但是，在部分區(qū)域，固定磨損條后磨損率看起來更加均勻。第三個底板受到了在網(wǎng)狀模式下的保護(hù)，顯示出最好的磨損率結(jié)果。在第三種模式中，即使在觀察22 h后也未觀察到磨損區(qū)。

產(chǎn)生這些結(jié)果差異的原因是由于將滑動運(yùn)動轉(zhuǎn)化為滾動運(yùn)動。經(jīng)過這三次觀察，可以說是板塊沒有磨損棒受到滑動/磨削的影響。磨損條的垂直模式也遭受了磨損，但是磨損率相對較低，因為垂直方向無法使用搖滾，因此，在此模式下也出現(xiàn)了大面積磨損。這種模式的另一個缺點是每個磨損條的前端會同時磨損。帶網(wǎng)格條紋圖案的板材非常不錯，可以有效地將滑動轉(zhuǎn)換為滾動，即使經(jīng)過22 h的觀察，也發(fā)現(xiàn)無大面積磨損區(qū)。根據(jù)從中去除的底板材料量，磨損集中區(qū)已用不同顏色的輪廓所表示繪制在MATLAB編程。在表1中，重磨區(qū)以黑色表示，中等磨損和無磨損區(qū)域分別以灰和淺灰表示[4-5]。

表1 挖掘機(jī)鏟斗的磨損分析表

3 結(jié)論

整體分析可以得出，如果在底板中使用耐磨桿的網(wǎng)狀定向的挖掘機(jī)鏟斗，會降低材料磨損率，將有助于增加部件壽命和挖掘機(jī)的可用性，也減少了維護(hù)成本以及早期故障可能性。