吳立杰

（山西大同晉能控股煤業(yè)集團(tuán)機(jī)電設(shè)備分公司設(shè)備租賃中心,山西 大同 037000）

引言

我國(guó)煤礦資源所處的位置地質(zhì)條件相對(duì)復(fù)雜，煤層傾角大、煤質(zhì)層較硬等，都對(duì)采煤設(shè)備的自動(dòng)化程度提出了較高要求。而導(dǎo)向滑靴作為采煤機(jī)的關(guān)鍵設(shè)備之一，其穩(wěn)定性直接影響到采煤機(jī)的整體運(yùn)行。隨著采煤需求量的不斷增加，導(dǎo)向滑靴所承受的受力工況差異也越來越大，這就增加了導(dǎo)向滑靴失效的可能性。因此，結(jié)合導(dǎo)向滑靴失效的原因，并制定一系列合理的優(yōu)化措施，有利于保障導(dǎo)向滑靴的使用性能，對(duì)于提高采煤機(jī)的工作穩(wěn)定性和生產(chǎn)效率具有重要意義。

1 采煤機(jī)導(dǎo)向滑靴的失效形式與危害

1.1 導(dǎo)向槽前后面的磨損和危害

采煤機(jī)在切割煤壁的過程中，齒軌極易與導(dǎo)向滑靴的導(dǎo)向槽發(fā)生摩擦，在水平方向扭轉(zhuǎn)力的影響下，這種摩擦僅發(fā)生于導(dǎo)向槽的前、后面。這種磨損所帶來的危害具體呈現(xiàn)為：影響采煤機(jī)行走輪和齒軌的嚙合情況，容易造成采煤機(jī)在運(yùn)行過程中發(fā)生卡軌、脫軌等事故；會(huì)額外產(chǎn)生一種側(cè)向力對(duì)行走輪進(jìn)行施壓，在這一受力的影響下，行走輪軸承端蓋會(huì)加劇與導(dǎo)向滑靴間的摩擦，從而降低了導(dǎo)向滑靴的使用壽命；在側(cè)向力的影響下，軸承套和軸承滾柱表面也會(huì)出現(xiàn)磨損，對(duì)整個(gè)采煤機(jī)的安全運(yùn)行構(gòu)成了嚴(yán)重威脅。

1.2 導(dǎo)向槽上下面的磨損和危害

采煤機(jī)在正常割煤的狀態(tài)下，由于受到設(shè)備自身重力以及地面不夠平整的影響，采煤機(jī)齒軌的水平位置容易發(fā)生傾斜，傾斜后導(dǎo)向滑靴導(dǎo)向槽上表面就會(huì)受到嚴(yán)重磨損，而下表面由于受力面積小，磨損程度相對(duì)小一些。導(dǎo)向槽上、下面出現(xiàn)磨損易造成的危害有：上表面坡口的直徑會(huì)越來越小，這種情況下，齒軌聯(lián)接很容易失去平衡，導(dǎo)致其本該承受的壓力被分?jǐn)偟狡渌悴考\(yùn)作中，無形中加大了其他零部件的運(yùn)作壓力，這不僅會(huì)降低零件的使用壽命，還容易對(duì)其運(yùn)行穩(wěn)定性造成沖擊；上表面坡口直徑變小，還會(huì)對(duì)行走輪的中心位置造成影響，使其更偏向于齒軌側(cè)的一側(cè)，在自身設(shè)備重力和周邊受力工況的影響下，大大增加了齒軌的磨損程度，不利于采煤機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行；割煤滾筒在割煤過程中，易出現(xiàn)高頻振擺的現(xiàn)象，嚴(yán)重影響了割煤的進(jìn)度和效率；大大降低了采煤機(jī)零件設(shè)備的強(qiáng)度和使用性能[1]。

2 采煤機(jī)導(dǎo)向滑靴失效的原因

2.1 結(jié)構(gòu)加工出現(xiàn)偏差

大量導(dǎo)向滑靴失效現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查結(jié)果顯示，導(dǎo)向滑靴組件槽口的加工尺寸和圖紙要求不符是導(dǎo)致導(dǎo)向滑靴失效的重要原因之一。因?yàn)閷?dǎo)向滑靴組件槽口的加工尺寸直接決定了其與采煤機(jī)銷軌輪之間的嚙合度，如果嚙合度不能達(dá)標(biāo)，那在運(yùn)行過程中銷軌輪會(huì)不斷撞擊到導(dǎo)向滑靴，這使得導(dǎo)向滑靴超出了其本身所能承受的載荷。同時(shí)，刮板機(jī)銷軌座在加工過程中出現(xiàn)尺寸偏差，也會(huì)導(dǎo)致導(dǎo)向滑靴頻繁承受過大的載荷，從而影響到運(yùn)行穩(wěn)定性。

2.2 焊接位置設(shè)置不合理

斷裂損壞是導(dǎo)向滑靴在運(yùn)行過程中頻繁出現(xiàn)的一種失效類型，導(dǎo)致該失效行為發(fā)生的最大原因就是焊接工藝和焊接位置設(shè)計(jì)不合理。通過現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)得知，導(dǎo)向滑靴焊縫內(nèi)仍存有馬氏體的成分，這就表明在焊接前，操作人員未對(duì)其進(jìn)行預(yù)熱處理，導(dǎo)致導(dǎo)向滑靴的硬度不達(dá)標(biāo)，一旦受到外界沖擊就極易出現(xiàn)斷裂的問題。同時(shí)，導(dǎo)向滑靴的焊接位置多會(huì)選擇在兩側(cè)面過渡圓角處，這一位置由于應(yīng)力相對(duì)集中，很容易產(chǎn)生擴(kuò)散性的焊接裂紋，嚴(yán)重影響了導(dǎo)向滑靴的使用質(zhì)量，從而導(dǎo)致其出現(xiàn)斷裂的問題。

2.3 凹糟設(shè)計(jì)尺寸不合理

凹槽設(shè)計(jì)尺寸不合理的話，采煤機(jī)齒軌在運(yùn)行過程中就會(huì)出現(xiàn)傾斜的情況，在這種傾斜力的作用下，滾筒的搖臂和煤壁之間的摩擦力也會(huì)增加，同時(shí)也增大了導(dǎo)向滑靴的受力，導(dǎo)致其出現(xiàn)過度磨損的問題，嚴(yán)重的話還會(huì)發(fā)生斷裂[2]。

2.4 滑靴材料強(qiáng)度和韌度不達(dá)標(biāo)

為了更好地滿足采煤需求，導(dǎo)向滑靴應(yīng)具備較強(qiáng)的韌性和硬度，但在實(shí)際加工過程中，所使用的設(shè)備零件強(qiáng)度、韌度等難以達(dá)到這一標(biāo)準(zhǔn)，從而使得導(dǎo)向滑靴的耐磨性受到影響。

2.5 熱處理工藝不合理

在對(duì)導(dǎo)向滑靴失效現(xiàn)場(chǎng)檢查后得知，鐵素體和珠光體是導(dǎo)向滑靴失效所殘留的鑄態(tài)組織，出現(xiàn)這一基體組織會(huì)大大降低導(dǎo)向滑靴的沖擊性能，在采煤機(jī)運(yùn)行過程中，一旦遇到較大的沖擊力，極有可能導(dǎo)致導(dǎo)向滑靴失效。

3 采煤機(jī)導(dǎo)向滑靴的優(yōu)化設(shè)計(jì)

據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)報(bào)告顯示，導(dǎo)向滑靴失效在采煤機(jī)運(yùn)行過程中出現(xiàn)的頻率較高，再加上故障出現(xiàn)后更換設(shè)備費(fèi)時(shí)又費(fèi)力，會(huì)嚴(yán)重影響到采煤的效率和質(zhì)量。所以，結(jié)合采煤機(jī)的實(shí)際運(yùn)行，對(duì)導(dǎo)向滑靴進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，能從根本上提高導(dǎo)向滑靴的使用性能。

3.1 加強(qiáng)結(jié)構(gòu)改進(jìn)

針對(duì)導(dǎo)向滑靴易出現(xiàn)裂紋和斷裂的部位進(jìn)行結(jié)構(gòu)強(qiáng)化處理，對(duì)于提高導(dǎo)向滑靴的穩(wěn)定性能具有推動(dòng)作用。具體落實(shí)措施為：增加導(dǎo)向鉤側(cè)根部的圓角，擴(kuò)大應(yīng)力集中的面積，從而避免該部位出現(xiàn)擴(kuò)展性裂紋；在滿足綜合力學(xué)性能的要求下，適當(dāng)增加導(dǎo)向鉤側(cè)的壁厚，以增強(qiáng)該部位的強(qiáng)度，確保導(dǎo)向滑靴具備足夠的強(qiáng)度來應(yīng)對(duì)磨損。

3.2 優(yōu)化設(shè)計(jì)耐磨板的焊接位置

關(guān)于焊接位置的優(yōu)化措施需具體落實(shí)到兩個(gè)方面，一是在實(shí)施焊接工藝前，對(duì)焊接位置進(jìn)行預(yù)熱處理；二是應(yīng)采取措施對(duì)圓角應(yīng)力進(jìn)行分散，以減少導(dǎo)向滑靴的受力面積，盡可能避免產(chǎn)生焊接裂紋。

3.3 合理設(shè)計(jì)導(dǎo)向槽的凹面

導(dǎo)向槽凹面設(shè)計(jì)是否合理，直接關(guān)系到齒軌和導(dǎo)向滑靴導(dǎo)向槽之間的嚙合度，在采煤機(jī)處于正常運(yùn)行的情況下，齒軌和導(dǎo)向槽之間應(yīng)保持適當(dāng)空隙。這也就對(duì)凹槽弧度設(shè)計(jì)的大小提出了更高要求，如果設(shè)計(jì)弧度過大，則會(huì)影響到導(dǎo)向滑靴的整體強(qiáng)度，而凹面弧度設(shè)計(jì)過小的話，齒軌和導(dǎo)向滑靴之間易發(fā)生脫軌的問題。因此，要嚴(yán)格保證導(dǎo)向槽凹面設(shè)計(jì)的合理性，確保其在水平運(yùn)行和垂直運(yùn)行中都能保持穩(wěn)定的狀態(tài)。

3.4 提高材料的耐磨性能

從提高材料的耐磨性能入手，有利于提高導(dǎo)向滑靴的自身強(qiáng)度，可以從兩個(gè)方面著手：保證導(dǎo)向滑靴的尺寸在合理范圍內(nèi)；采用熔敷或鑲焊的方式對(duì)導(dǎo)向滑靴的耐磨層進(jìn)行加工處理，以提高導(dǎo)向滑靴上、下、前、后各表面的耐磨性能[3]。

3.5 合理優(yōu)化熱處理工藝

相關(guān)試驗(yàn)表明，熱處理工藝實(shí)施得當(dāng)?shù)脑挘瑢?dǎo)向滑靴的沖擊性能會(huì)提高30%左右。因此，在熱處理工藝操作過程中，要確保導(dǎo)向滑靴的基體組織為調(diào)質(zhì)金相組織，大量實(shí)踐表明，這一基體組織下的導(dǎo)向滑靴各項(xiàng)指標(biāo)均已達(dá)標(biāo)，且韌性和強(qiáng)度均有所提高。

4 結(jié)語

導(dǎo)向滑靴作為采煤機(jī)的關(guān)鍵設(shè)備之一，其運(yùn)行穩(wěn)定性和企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益息息相關(guān)，為了進(jìn)一步提高企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，分析導(dǎo)向滑靴出現(xiàn)失效故障的原因是十分必要的。同時(shí)，還應(yīng)結(jié)合采煤機(jī)的運(yùn)行實(shí)際，對(duì)導(dǎo)向滑靴進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，有利于提高導(dǎo)向滑靴的整體強(qiáng)度和韌性，保障采煤機(jī)的效率和質(zhì)量。