肖玉峰

【摘? 要】針對煤礦普通材料制作的箕斗在生產(chǎn)過程中遇到的問題，提出對主井耐磨箕斗采用耐磨研制技術(shù)，此技術(shù)采用高強(qiáng)度新型材料設(shè)計和制造箕斗，并通過長期的現(xiàn)場實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和相對成熟的理論研究相結(jié)合，進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)分析箕斗壁的應(yīng)力和變形、失效狀態(tài)，從而更加合理的設(shè)計箕斗結(jié)構(gòu)。

【關(guān)鍵詞】主井箕斗;耐磨研制;應(yīng)力分析;前景廣泛

1 背景和意義

箕斗是礦井提升的主要容器和載體，在提升工作中箕斗將承受來自煤塊和矸石的沖擊和磨損。目前，國內(nèi)主井提升所用箕斗均采用普通的碳素結(jié)構(gòu)鋼加工制作，由于工況條件差，受煤塊和矸石沖擊和磨損嚴(yán)重，正常使用年限較短，一般使用年限不超過2年。而且，由于國內(nèi)采煤工藝和技術(shù)的進(jìn)步，礦井基本采用綜采機(jī)械化生產(chǎn)，原煤含矸石率較高，對生產(chǎn)系統(tǒng)的設(shè)施要求也相應(yīng)地提高，要求提升系統(tǒng)有較強(qiáng)的抗沖擊、抗磨損能力。目前，國內(nèi)還沒有推廣使用抗沖擊、抗磨損箕斗。為適應(yīng)實(shí)際工況要求，提高提煤效率和效益，煤礦主井采用抗沖擊、耐磨損的高強(qiáng)度箕斗是十分有必要的。新型箕斗的使用可以大大延長提升箕斗的更換周期，減少了提升設(shè)備的費(fèi)用投入，經(jīng)濟(jì)效益十分可觀，具有廣闊的推廣前景。

2 現(xiàn)有箕斗存在的問題

現(xiàn)在的礦井生產(chǎn)中，為了提高提煤效率，大容量箕斗越來越普及，因此，減少箕斗自重、提高箕斗有效荷載量顯得越來越重要。因此，為了滿足箕斗的安全性，我們有必要采用高強(qiáng)度新型材料設(shè)計和制造箕斗，同時需要了解箕斗壁的應(yīng)力（變形）分布規(guī)律，從而更加合理的設(shè)計箕斗結(jié)構(gòu)。由于箕斗受力和結(jié)構(gòu)本身的復(fù)雜性，用純理論的方法分析其應(yīng)力狀態(tài)，在目前的理論水平上還很難得到理想和精確的結(jié)果。而采用現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)方法，在現(xiàn)場建立實(shí)驗(yàn)平臺進(jìn)行所需的實(shí)驗(yàn)成本高昂，而且存在許多不安全因素。因此，如果能將長期的現(xiàn)場實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和相對成熟的理論研究相結(jié)合，進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)分析箕斗壁的應(yīng)力和變形、失效狀態(tài)，則可以得到一種可靠、可行的分析結(jié)果，并可以作為日后設(shè)計和改進(jìn)箕斗的重要參考數(shù)據(jù)?；范废涞膫?cè)壁和后壁所受的應(yīng)力最大，且應(yīng)力變化幅度大，框架的一些點(diǎn)（與斗箱接觸處附近）的變形量也較大?；吩趯?shí)際工作中，正對著裝載溜槽的斗箱壁，在裝載時承受很大的來自煤塊和矸石的沖擊載荷，在卸載時要受到一定的磨損。斗箱底板的上表面在裝載初期也承受一定的沖擊載荷，在卸載時受到很大的磨損。理論與現(xiàn)場實(shí)踐均可看出箕斗的這兩個部位是最容易出現(xiàn)破壞而失效的，在箕斗的設(shè)計與制造中應(yīng)該重點(diǎn)考慮這兩個關(guān)鍵部件的剛度和強(qiáng)度要求?；费b載時，箕斗斗箱壁和箕斗斗箱底板承受的沖擊屬于多次沖擊疲勞問題。在近似計算中，當(dāng)沖擊次數(shù)大于1000次時，用相似于疲勞的方法計算強(qiáng)度。通常情況下，箕斗在強(qiáng)度和剛度上均能滿足使用要求，但各部位的變形和應(yīng)力水平相差很大，有些關(guān)鍵部位需要提高其強(qiáng)度，增加其抗沖擊能力和耐磨能力?；方Y(jié)構(gòu)上局部剛度設(shè)計不合理，往往會引起某些部位的應(yīng)力集中，為了避免這類情況，設(shè)計和制造時需要考慮各構(gòu)件的剛度協(xié)調(diào)性。箕斗斗箱在裝滿散裝物時，其內(nèi)壁的壓力分布不像均勻液體那樣呈線性分布，它隨煤塊或矸石的粒度、濕度、均勻性以及內(nèi)摩擦力的不同而不同。

3 提高箕斗抗沖擊性和耐磨性的相關(guān)措施

3.1 結(jié)合上一部分的分析，可以對剛度要求比較高，承受沖擊力較大的部分采用高強(qiáng)度焊接結(jié)構(gòu)鋼15MnVTi（俗稱HG70）進(jìn)行設(shè)計制造。主要包括框架立柱、斗箱壁等，以保證這些重要部分有足夠的抗沖擊性，在工作中變形盡可能的小。高強(qiáng)度焊接結(jié)構(gòu)鋼15MnVTi，具有高強(qiáng)度，高韌性，良好的冷成型和焊接性能，具有較好的抗腐蝕和耐磨性能和良好的抗疲勞性能。和傳統(tǒng)的碳素結(jié)構(gòu)鋼Q235相比，15MnVTi的硬度和強(qiáng)度都有很大的提高。Q235的沖擊韌性值，沖擊功布氏硬度為130～180。而15MnVTi高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼的沖擊功，硬度也遠(yuǎn)大于Q235。可見，15MnVTi高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼的抗沖擊性和耐磨性遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)的碳素結(jié)構(gòu)鋼Q235。同時，15MnVTi 高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼具有良好的焊接性能，其硬度、強(qiáng)度、塑性和韌性均滿足本次箕斗改造的要求?；返亩废渲饕怯射摪搴附佣桑瑢缚p和焊接性能有較高的要求使用15MnVTi高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼焊接加工箕斗斗箱，可以保證焊縫處的強(qiáng)度和剛度要求，進(jìn)而提高箕斗斗箱的整體可靠性，這一點(diǎn)是傳統(tǒng)的碳素結(jié)構(gòu)鋼Q235所無法比擬的。

3.2 在斗箱壁內(nèi)側(cè)鉚接8～12㎜左右厚的15MnVTi高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼作為耐磨襯板，如果對箕斗自身重量要求比較嚴(yán)格，可以只在受沖擊和磨損較大的兩個面添加15MnVTi襯板。如果箕斗重量富足量大，則可以在斗箱的所有內(nèi)壁上添加 15MnVTi耐磨襯板。15MnVTi 襯板的平均布氏硬度達(dá)到400左右（是傳統(tǒng)的碳素結(jié)構(gòu)鋼Q235的兩倍多），屈服強(qiáng)度達(dá)到460MPa以上（是傳統(tǒng)的碳素結(jié)構(gòu)鋼Q235的兩倍）?？梢姡瑢Χ废浔趦?nèi)側(cè)鉚接15MnVTi襯板，可以顯著提高箕斗斗箱的耐磨性和抗沖擊性，提高了箕斗的可靠性和使用壽命，在經(jīng)濟(jì)性和安全性上都有了很大的提升。

3.3 在材料的采購方面要嚴(yán)把質(zhì)量關(guān)，購買正規(guī)廠家的優(yōu)質(zhì)鋼材，出廠前要進(jìn)行必要的測試，確保加工原料的質(zhì)量。同時，箕斗加工完成后也要進(jìn)行嚴(yán)格的測試，測試標(biāo)準(zhǔn)要高于傳統(tǒng)的箕斗，從而保證生產(chǎn)的箕斗的可靠性。

3.4 箕斗設(shè)計和加工中要盡量考慮其工藝性，對箕斗結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，使箕斗的主要受力面受力和應(yīng)變均勻，避免應(yīng)力集中?？紤]箕斗的剛度協(xié)調(diào)性，避免局部位置變形量多大，從而影響箕斗的整體性能。提高箕斗的加工精度、改進(jìn)加工工藝，保證箕斗的各個零部件都滿足設(shè)計要求。如果條件允許，可以利用先進(jìn)的計算機(jī)技術(shù)對關(guān)鍵零部件進(jìn)行有限元分析，實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵零部件的優(yōu)化設(shè)計，并進(jìn)行必要的模擬演示和分析。

4、磨輥防護(hù)板防護(hù)措施：

（1）采用貼陶瓷襯板以增加其使用壽命。

（2）采用堆焊技術(shù)以增加使用壽命。

（3）加載架護(hù)板，在護(hù)板上貼陶瓷或進(jìn)行堆焊。

（4）中架體大門襯板，在中架體襯板易磨損部位貼陶瓷襯板或進(jìn)行堆焊。

（5）中速磨煤機(jī)內(nèi)部的沖蝕磨損，降低沖蝕磨損的關(guān)鍵是降低風(fēng)速，因此降低噴嘴環(huán)噴口處的風(fēng)速是降低耐磨件磨損的最有效的措施。

5結(jié) 論

中速磨煤機(jī)正壓冷一次風(fēng)直吹式制粉系統(tǒng)是金屬損耗相對較少的一個磨煤機(jī)類型，由于運(yùn)行中熱一次風(fēng)溫達(dá)不到設(shè)計值，不能滿足干燥出力，只有提高一次風(fēng)速來滿足爐膛燃燒需要，它勢必會加速磨煤機(jī)內(nèi)部的沖蝕磨損。正常運(yùn)行工況，煤質(zhì)較好的情況下，中速磨輥套、磨盤瓦、碾磨件的使用壽命普遍在15000～20000小時左右。針對這種運(yùn)行工況，在排渣量允許的情況下，可適當(dāng)降低加載力，這樣可在一定程度上延長碾磨件的壽命，同時可解決因風(fēng)量大、煤層薄而引起的磨煤機(jī)磨損加劇。運(yùn)行中應(yīng)根據(jù)燃煤種類和鍋爐負(fù)荷的需要，相應(yīng)調(diào)整通風(fēng)量、碾磨力，以保證磨煤機(jī)工作和鍋爐燃燒的經(jīng)濟(jì)性。

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