王學文，劉朝陽，李 博，馬繼磐，劉 俊，李娟莉，麻豪洲，夏 蕊

(1.太原理工大學 機械與運載工程學院,山西 太原 030024;2.煤礦綜采裝備山西省重點實驗室,山西 太原 030024;3.礦山采掘裝備及智能制造國家重點實驗室,山西 太原 030024;4.太重煤機有限公司,山西 太原 030000;5.山西煤礦機械制造股份有限公司,山西 太原 030031)

刮板輸送機是高產(chǎn)高效機械化采煤的核心裝備，中部槽是刮板輸送機的主要組成部分，占總質(zhì)量的75%以上。在運輸過程中，刮板鏈循環(huán)帶動物料沿著溜槽移動，使得中部槽極易磨損失效，進而引起刮板輸送機的運行故障，造成巨大的經(jīng)濟損失和資源浪費[1-2]。因此，提高中部槽的耐磨性顯得尤為重要[3]。目前提高中部槽耐磨性的方法主要包括：改善中部槽材料[4-5]、優(yōu)化中部槽結(jié)構(gòu)[6]、采用耐磨堆焊和熔覆涂層技術(shù)[7- 11]等。

隨著摩擦學的不斷發(fā)展，研究者們借助仿生非光滑理論，利用生物體表面形成的許多性能優(yōu)異的耐磨結(jié)構(gòu)(如蜣螂體表的凹坑結(jié)構(gòu)、扇貝體表的凹槽結(jié)構(gòu)和穿山甲體表的鱗片結(jié)構(gòu)等)來減小磨損[12]，因而仿生學在工程領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。熙鵬等[13]在磨輥表面設(shè)計仿生凹坑型結(jié)構(gòu)，并進行了磨損試驗，結(jié)果表明凹坑型磨輥比標準磨輥的耐磨性提高了29.06%；孫藝文等[14]在泥漿泵活塞表面設(shè)計加工凹坑型仿生單元體，并進行磨損壽命分析，結(jié)果表明與標準活塞相比，凹坑型仿生活塞的壽命提高了93%。李博等[15]建立了仿生凹坑型中部槽模型，發(fā)現(xiàn)凹坑具有應(yīng)力緩釋效應(yīng)，可以提高表面耐磨性?？紤]到蜣螂體表與糞土間的相互作用及中部槽與煤顆粒間的相互作用，都屬于物體與顆粒相互接觸的摩擦問題，具有一定的相似性。因此，本研究應(yīng)用仿生非光滑理論，在中部槽上設(shè)計蜣螂仿生凹坑結(jié)構(gòu)來研究仿生中部槽的耐磨性，并探究仿生凹坑結(jié)構(gòu)參數(shù)對其耐磨性的影響，為今后中部槽的仿生耐磨設(shè)計提供參考。

相較于全因子分析法和正交試驗法，響應(yīng)面法可以探究多個影響因素與響應(yīng)值之間的關(guān)系，在試驗設(shè)計的合理范圍之內(nèi)找到試驗因子的最佳組合，具有試驗次數(shù)少、周期短、結(jié)果精確等優(yōu)點。在仿生參數(shù)研究方面具有一定的優(yōu)勢[16 - 19]。筆者利用響應(yīng)面法進行試驗設(shè)計，對不同參數(shù)組合下的凹坑型仿生中部槽進行耐磨性分析，建立磨損深度與各因素的二次多項式回歸模型，確定試驗條件下的最優(yōu)耐磨仿生參數(shù)組合，并通過真實試驗和與SGZ880/800型刮板輸送機等比例雙向耦合模型的仿真試驗驗證參數(shù)的有效性。

1 仿真模型建立及響應(yīng)面試驗設(shè)計方法

1.1 磨粒磨損試驗機模型

刮板輸送機在運輸過程中，煤料堆積在中部槽上，刮板(鏈條)循環(huán)帶動煤散料運動。刮板輸送機模型如圖1所示。

考慮到刮板輸送機運行成本較高，在其中板上進行仿生參數(shù)的研究難以實現(xiàn)，因此本研究設(shè)計了與刮板輸送機工作原理類似的改進銷盤式ML-100型磨料磨損試驗機(往復運動)模型進行相關(guān)試驗，如圖2(a)所示。由于影響凹坑型仿生中部槽耐磨性的參數(shù)較多，需要進行多次試驗，中板的制備需消耗過多的時間，因而本研究采用與實物模型等比例的仿真模型進行耐磨參數(shù)探究，仿真模型如圖2(b)所示。

圖2 磨粒磨損試驗機Fig.2 Abrasive wear tester

磨料磨損機工作時，支架在電機的帶動下往復運動。刮板試樣夾具上裝有軸承，可實現(xiàn)一定范圍上下跳動，以模擬煤炭輸運過程中刮板下部卡煤的過程。設(shè)計料槽如圖3所示，以實現(xiàn)往復運動的快速回煤，使得中板試樣和刮板試樣一直處于運輸煤散料的過程中，以此來模擬中部槽的磨損狀態(tài)。將刮板試樣設(shè)計成與刮板角度相同的雙斜面結(jié)構(gòu)，如圖4所示，實現(xiàn)往復角度相同，材料與刮板材料一致為42CrMo。

圖3 料槽三維結(jié)構(gòu)Fig.3 Three-dimensional structure of trough

圖4 刮板試樣與刮板的斜切結(jié)構(gòu)Fig.4 Oblique cutting structure of scraper sample and scraper

1.2 DEM-MBD耦合仿真參數(shù)設(shè)置

筆者采用離散元(EDEM 2018)與多體動力學(RecurDyn V9R1)雙向耦合的磨粒磨損試驗機模型模擬中板的磨損過程，探究凹坑型仿生中板的最優(yōu)耐磨參數(shù)組合。耦合模型及其相關(guān)參數(shù)的可靠性已得到同課題組成員的驗證[20]。

1.2.1 EDEM離散元參數(shù)設(shè)置

(1)顆粒模型?？紤]到煤顆粒形狀的復雜性，本研究通過球形顆粒填充的方法，結(jié)合實驗室相關(guān)研究基礎(chǔ)，建立如圖5所示的煤顆粒模型[21]。仿真中采用隨機方式產(chǎn)生煤顆粒，并設(shè)置最大和最小范圍控制煤顆粒粒徑，確保生成的煤顆粒粒徑在4～6 mm內(nèi)，以控制變量。

圖5 煤顆粒模型Fig.5 Coal particle model

(2)散料與剛體的本征參數(shù)和接觸參數(shù)。本研究中，煤種選擇陜西省榆林市神木縣的長焰煤。結(jié)合實驗室研究基礎(chǔ)，設(shè)置相應(yīng)參數(shù)，見表1，2[22]。煤顆粒之間的接觸模型選擇Hertz - Mindlin ( no slip )，煤顆粒與幾何體之間接觸模型選擇Hertz - Mindlin with Archard Wear，相對磨損常數(shù)設(shè)置為1.2 × 10-12m2/N，仿真時長為3 s(顆粒生成時間0.5 s，顆粒靜止時間0.5 s，往復運動一個周期2 s)。

表1 煤、NM360鋼本征參數(shù)

表2 接觸參數(shù)

1.2.2 RecurDyn動力學參數(shù)設(shè)置

導桿和料槽設(shè)置為固定于地面的固定副；刮板試樣夾具與支架之間設(shè)置雙重接觸的特性，分別為移動副與接觸副，接觸副的接觸方式為剛體-剛體；中板試樣設(shè)置為固定于料槽的固定副；刮板輸送機的刮板與中板存在接觸作用，因此設(shè)置刮板試樣與中板試樣的接觸副；支架與導軌之間設(shè)置移動副。所有移動副的移動特性均由階躍函數(shù)控制。往復速度設(shè)置為0.18 m/s,往復距離設(shè)置為180 mm。

1.3 仿生凹坑結(jié)構(gòu)響應(yīng)面設(shè)計

1.3.1 篩選試驗設(shè)計

Plackett - Burman (PB)法是一種兩水平試驗設(shè)計方法，以非完全平衡塊原理為基礎(chǔ)，通過最少試驗次數(shù)較精確地找出因素的主效應(yīng)，能夠快速有效地從眾多考察因素中篩選出重要的因素(可信度達95%以上)。對于N次試驗，最多可以研究(N-1)個因素，但還應(yīng)該設(shè)置虛擬項來估計試驗誤差。結(jié)合本實驗室對蜣螂背板非光滑單元特征的提取結(jié)果[23]，即利用聚焦形貌恢復技術(shù)的基本原理和流程方法，對蜣螂典型凹坑進行形貌恢復和分析得到蜣螂凹坑形貌為圓形或橢圓形。根據(jù)相關(guān)文獻[24-26]，全面分析蜣螂體表凹坑的形貌A、直徑C、深度D、角度F、橫向間距G和縱向間距I這6個因素對磨損的影響，設(shè)計方案如圖6所示。

圖6 設(shè)計方案Fig.6 Design scheme

考慮到本研究所采用的中板試樣有效區(qū)域長度為180 mm，寬度為20 mm，高度為3.7 mm。凹坑參數(shù)設(shè)計，不應(yīng)使凹坑過于密集或松散，且不造成煤顆粒卡進凹坑影響試驗結(jié)果。因此本研究進行了幾次預(yù)試驗，最終以磨損深度為響應(yīng)值，設(shè)計PB試驗，見表3。

表3 PB試驗因素與水平

1.3.2 最陡爬坡試驗設(shè)計

響應(yīng)面擬合方程的建立需在所考察的緊接臨域內(nèi)進行才能最大程度接近真實情形。因此，要逼近最小磨損深度區(qū)域后再建立響應(yīng)面擬合方程。根據(jù)PB設(shè)計結(jié)果中顯著影響因素效應(yīng)值的正負設(shè)定爬坡方向，根據(jù)效應(yīng)值的大小設(shè)定變化步長。

1.3.3 BBD 試驗設(shè)計

根據(jù)PB篩選試驗與最陡爬坡試驗結(jié)果，以磨損深度為響應(yīng)值，采用Box - Behnken Design ( BBD)進行多因素多水平的試驗。

2 響應(yīng)面試驗結(jié)果與分析

2.1 篩選試驗結(jié)果與分析

通過Minitab17軟件設(shè)計創(chuàng)建N=12的試驗，對形貌(A)、直徑(C)、深度(D)、角度(F)、橫向間距(G)、縱向間距(I)6個實際因素和3個虛擬因素進行研究。以磨損深度作為響應(yīng)值Y，試驗設(shè)計及結(jié)果見表4。

表4 PB試驗設(shè)計及結(jié)果

各因素效應(yīng)、顯著性分析及重要性排序見表5。

表5 PB分析結(jié)果

由表5可知，直徑、橫向間距、深度3個因素對磨損深度的影響顯著(P< 0.05)，可考慮這3個因素作為主要因素進行下一步試驗。其余因素的取值則根據(jù)各因素效應(yīng)的正負和大小選取。

2.2 最陡爬坡試驗結(jié)果與分析

從PB試驗結(jié)果可知，直徑為正效應(yīng)，橫向間距和深度為負效應(yīng)，即在PB試驗參數(shù)范圍內(nèi)適當增大直徑，磨損深度增大，適當增大橫向間距和深度，磨損深度減小?？紤]到磨損深度越小，優(yōu)化效果越好，直徑應(yīng)選擇較小值，橫向間距和深度應(yīng)選擇較大值，其余各因素按照正負效應(yīng)和實際情況選擇。最陡爬坡試驗設(shè)計與結(jié)果見表6。

表6 最陡爬坡試驗設(shè)計與結(jié)果

由表6可知，在試驗3的條件下磨損深度最小，因此將試驗3的值定為響應(yīng)面試驗的中心點。

2.3 BBD試驗結(jié)果與分析

2.3.1 BBD試驗回歸模型

試驗確定了3個顯著因素，因而根據(jù)BBD進行3因素3水平試驗，試驗設(shè)計及結(jié)果見表7，8。利用Design Expert 12.0軟件對試驗結(jié)果進行二次多項回歸擬合，得到以磨損深度Y為因變量，直徑C、橫向間距G和深度D為自變量的三元二次回歸擬合模型，即

Y=3.44+2.13C-1.485G+5.13D+ 1.953C2+0.082 8G2-0.688D2- 0.509 7CG+0.698CD-0.171 1GD

(1)

選取一組非試驗值(C=1,D=2.6,G=12)進行驗證，試驗值為0.635 8，計算值為0.673 4，誤差僅為5.6%，模型較為合理。求解式(1)在設(shè)計范圍內(nèi)的最小值，得：C=0.9，G=13.6，D=1.8。在此條件下，可得到試驗條件下的最小磨損深度。

表7 響應(yīng)面因素設(shè)計

表8 BBD結(jié)果

2.3.2 回歸模型方差分析

對該回歸模型進行方差分析，見表9，10。由表9可知對磨損深度的影響從大到小依次為直徑、深度、橫向間距。在(顯著性水平)α= 0.05的水平上，C，D，C2，G2，CG對磨損深度Y的影響顯著，表明各影響因素之間并不是呈現(xiàn)線性關(guān)系，而是二次關(guān)系。方程的相關(guān)系數(shù)R2為0.972 3，表明該模型可信度較高，可以較為準確地分析和預(yù)測試驗結(jié)果。在表10中，該模型失擬不顯著(失擬項P= 0.124 > 0.05)，說明磨損深度的試驗值與預(yù)測值擬合度較高，R2=0.972 3，調(diào)整后R2=0.922 5。

表9 回歸系數(shù)顯著性分析

表10 方差分析

2.3.3 響應(yīng)曲面分析

通過Design-Expert軟件進行分析，得出具有顯著性交互作用項CG(直徑、橫向間距)對Y(磨損深度)的響應(yīng)面(圖7)和等高線(圖8)。

圖7 CG交互作用響應(yīng)面Fig.7 Response surface diagram of CG interaction

圖8 CG交互作用等高線Fig.8 Contour map of CG interaction

從圖7可以看出，在C=0.9 mm時，磨損達到試驗條件下的極小值。其原因在于：當直徑過小時，凹坑表面與煤顆粒的接觸面積較小，由凹坑結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的壓應(yīng)變能較小，凹坑表面的應(yīng)力緩釋效應(yīng)不明顯，起到的減磨效果不顯著。直徑過大，又會造成部分形狀的煤卡住或引發(fā)碰撞現(xiàn)象，導致磨損增大，故凹坑直徑不宜過大也不宜過小，應(yīng)綜合考慮采煤機型號、煤質(zhì)信息，確定煤顆粒粒徑分布的大致范圍，制定相應(yīng)大小的凹坑，以減小磨損。在G= 13.6 mm時，磨損達到試驗條件下的極小值。其原因在于：當橫向間距過小時，凹坑分布密集、數(shù)量較多，煤顆粒的運動軌跡被多次改變，且工件的強度得到了一定程度的削弱，反而不利于減小磨損，效果不顯著；當橫向間距過大，凹坑分布疏散，數(shù)量較少，應(yīng)力集中效應(yīng)明顯大于應(yīng)力緩釋效應(yīng)，凹坑處形成的空氣膜不夠，摩擦因數(shù)降低不明顯，減磨效果不顯著，因而對于凹坑分布間距的選取，應(yīng)綜合考慮刮板輸送機中部槽的尺寸信息，結(jié)合凹坑的直徑，使得凹坑分布較為合理。

從圖8可以看出，顏色由藍色逐漸變?yōu)榧t色，表示提取質(zhì)量由少到多，變化的速度較快，坡度較大，表明交互作用對磨損深度的影響顯著。此外，CG交互作用等高線呈橢圓狀，而非圓形，表明CG交互作用較強。

3 仿生凹坑結(jié)構(gòu)驗證與耐磨性分析

將上述響應(yīng)面分析得到的最優(yōu)解(C=0.9，G=13.6，D=1.8)，分別通過磨粒磨損試驗機仿真、試驗及刮板輸送機仿真進行驗證。

3.1 磨粒磨損機仿真驗證

處于刮板下端的煤散料與中板的磨損是引起中部槽磨損嚴重的重要因素。刮板輸送機在工作時，由于鏈條的多邊形效應(yīng)，使得刮板處于不斷波動的過程中，造成刮板下端的煤散料對中板的壓力不均。因而中板的磨損程度可以從刮板試樣Z方向位置、刮板試樣Z方向加速度、中板試樣受力3個方面反映。結(jié)果如圖9所示。

圖9 刮板試樣Z方向位移、加速度及中板試樣受力Fig.9 Displacement and acceleration of upper sample in the Z direction，F(xiàn)orce of the middle plate sample

由圖9(a)可得，刮板試樣在一定范圍內(nèi)跳動，可模擬刮板下方有煤料的過程。光滑中板的上試樣位置跳動趨勢和最值點較于凹坑中板較大，其原因為凹坑結(jié)構(gòu)具有應(yīng)力緩釋效應(yīng)，從一定程度上緩解了刮板試樣與中板試樣間的受力。

由圖9(b)可得，光滑板上試樣加速度整體波動幅度較大，加速度的最值也較大。光滑中板上試樣平均加速度982 761.69 mm/s2大于凹坑中板上試樣平均加速度957 864.08 mm/s2，其原因為不規(guī)則的煤顆粒形狀導致了刮板試樣加速度的波動，由于凹坑的存在，上試樣與中板試樣間的煤顆粒由點接觸轉(zhuǎn)變?yōu)榫€、面接觸，緩解了上試樣加速度的波動。

由圖9(c)可得，在1.0～1.5 s，光滑中板的受力相較于凹坑中板較大，且最大值大于凹坑中板。雖然在1～2 s凹坑中板的受力大于光滑中板，其原因為煤顆粒持續(xù)卡在上試樣與中板試樣之間，但結(jié)合2～3 s的總體趨勢，及光滑中板平均受力為71.59 N，凹坑中板的平均受力為69.45 N，可得光滑中板受力大于凹坑中板。其原因為：卡在上試樣與中板試樣間的煤顆粒形狀不規(guī)則，存在棱角，局部尖角可能對中板試樣產(chǎn)生較大的壓力，而凹坑中板由于凹坑的存在，凹坑局部輪廓承擔受力，緩解了應(yīng)力集中，凹坑與煤顆粒之間也產(chǎn)生了空氣膜，使得凹坑中板整體受力較小。

中板的總磨損深度可以從離散元軟件EDEM的后處理模塊中得到，見表11。

表11 光滑中板與仿生中板的總磨損深度

從表11可以得到，最優(yōu)參數(shù)下的凹坑型仿生中板在試驗條件下，磨損程度較小，可減少大約30.26%的磨損。

3.2 磨粒磨損機試驗驗證

采用實驗室已有設(shè)備ML-100型磨粒磨損試驗機進行驗證試驗，以最優(yōu)耐磨仿生參數(shù)加工試驗樣板，并設(shè)置相應(yīng)的定位孔固定到圓盤上，中板試樣如圖10所示，凹坑結(jié)構(gòu)采用數(shù)控銑床進行精準加工。試驗采用150 g陜西省榆林市神木縣的長焰煤，粒徑選擇4～6 mm，設(shè)置磨粒磨損試驗機為往復試驗，速度和往復距離與仿真保持一致，載荷20 N，試驗時長600 min，煤料烘干處理，環(huán)境溫度25 ℃，空氣濕度65%。

圖10 中板試樣Fig.10 Middle plate sample

試驗前用600目砂紙打磨中板試樣表面，確保表面粗糙度一致。試驗后用無水乙醇清理中板試樣表面的煤粉，以減小誤差。

試驗通過萬分之一天平(FA3204B)測量試驗前后的試驗樣板質(zhì)量，并以其差值作為磨損量的衡量指標。由于FA3204B萬分之一天平量程350 g，需要對試驗中板進行中部切斷。中板磨損量取3次試驗的平均值，比較光滑中板與凹坑中板的質(zhì)量差，如圖11所示。

由圖11可知，試驗結(jié)果中凹坑中板比光滑中板磨損質(zhì)量大約減少24.81%。

對比仿真試驗與真實試驗的優(yōu)化結(jié)果，優(yōu)化效果誤差率為5.45%，相對較小，說明仿真得到的耐磨仿生最優(yōu)參數(shù)組合是有效的，可以從一定程度上為仿生中板的研制提供參考。

圖11 中板對比試驗質(zhì)量差Fig.11 Inferior quality in comparison test of middle plate

3.3 刮板輸送機仿真驗證

筆者以SGZ880/800型刮板輸送機為原型進行建模，模型長度5 m，圓環(huán)鏈φ34 mm× 126 mm，中部槽3段。

中板的磨損主要是煤、刮板(刮板鏈)與中板的三體磨損引起的，中部槽鏈道處的磨損尤為嚴重。為了更好的設(shè)計仿生中板，本文將中板分為5個區(qū)域，如圖12所示，其中區(qū)域I和V為鏈道兩側(cè)區(qū)域，區(qū)域II和IV為鏈道區(qū)域，區(qū)域III為鏈道中間區(qū)域。

圖12 中板區(qū)域劃分Fig.12 Regional division of the middle plate

為了控制變量，減小煤顆粒大小不均對試驗結(jié)果的影響，本文在刮板輸送機平穩(wěn)運行工況下，對生成煤顆粒范圍為13～100 mm的工況進行了仿真。采用凹坑型最優(yōu)耐磨參數(shù)組合(形貌圓坑、直徑0.9 mm、深度1.8 mm、角度90°、橫向間距13.6 mm和縱向間距10 mm)對中板進行仿生設(shè)計，如圖13所示。

圖13 凹坑型仿生中板Fig.13 Design of pit-shaped bionic middle plate

仿生中板的設(shè)計參數(shù)見表12。

表12 仿生中板設(shè)計參數(shù)

從EDEM后處理中，輸出中板的磨損云圖，觀察其磨損區(qū)域和磨損程度，如圖14(a)所示；同時輸出中板的磨損深度，并與光滑中板作對比，如圖14(b)所示。

圖14 中板后處理數(shù)據(jù)Fig.14 Post processing data of middle board

由圖14(a)可知，磨痕無明顯的集中現(xiàn)象，在鏈道處的磨損減輕，磨損較為均勻，有利于提高中部槽的整體使用壽命。

由圖14(b)可知，凹坑型仿生中板從很大程度上減小了中板的磨損，且凹坑中板的磨損深度增長緩慢，磨損深度減小了1倍左右，也進一步證明了凹坑型仿生參數(shù)組合的有效性和設(shè)計的合理性。

3.4 凹坑型仿生中板耐磨性分析

傳統(tǒng)觀念認為，物體表面越光滑，其與外物的黏附力越小。根據(jù)滑動摩擦力F公式為

F=μFN

(2)

式中，μ為滑動摩擦因數(shù)；FN為正壓力。

理論上，當物體表面絕對光滑，即摩擦因數(shù)μ=0時，摩擦力為0。然而在實際當中，宏觀上看似光滑、平整的表面，在顯微鏡下觀察時，表面呈現(xiàn)出許多不規(guī)則的凸峰和凹谷，這是在加工過程中造成的，無法避免，勢必會增大接觸體間的磨損，如圖15所示。

圖15 表面輪廓放大Fig.15 Enlarged surface profile

自然界中多種動植物都處在磨損的環(huán)境中，其體表形態(tài)、結(jié)構(gòu)、材料等因素相耦合，對磨損具有與生俱來的耐受能力，如土壤動物蜣螂、穿山甲等。通過對耐磨生物體表觀察、分析、測試發(fā)現(xiàn)，耐磨生物體表受摩擦嚴重的部位往往具有幾何非光滑特征。Fleisher(1973年)提出能量磨損理論，其依據(jù)是摩擦過程中由于能量消耗而產(chǎn)生磨損[27]。結(jié)合本研究EDEM離散元與RecurDyn動力學耦合分析的結(jié)果(圖16)。由圖16可以發(fā)現(xiàn)：磨損從一定程度上可以理解為摩擦力所做的功，即減小摩擦力或者摩擦行程均可以減小磨損。圖16中凹坑型結(jié)構(gòu)一方面有效地減少了煤散料與中板表面的接觸面積，減小了正壓力，進而減小了摩擦力；另一方面，破壞了煤散料與中板表面接觸的連續(xù)性，減小了磨損行程，使中板表面與煤散料接觸表面間形成一種空氣膜，進而降低了摩擦因數(shù)，從而起到磨損效果。

圖16 中板磨損云圖Fig.16 Abrasion cloud map of the middle plate

4 結(jié) 論

(1)采用PB設(shè)計從蜣螂體表凹坑結(jié)構(gòu)的6個影響因素(形貌、直徑、深度、角度、橫向間距、縱向間距)中篩選出3個顯著影響因素(P< 0.05)，即直徑、橫向間距和深度，其余因素無顯著影響。

(2)通過BBD試驗及響應(yīng)面分析法建立了磨損深度與主因素的二階回歸模型，經(jīng)過求解回歸方程得到在試驗條件下，最優(yōu)磨損深度的條件為:形貌圓坑，直徑0.9 mm，深度1.8 mm，角度90°，橫向間距13.6 mm，縱向間距10 mm。

(3)通過最優(yōu)凹坑型仿生中板與光滑板的試驗對比及在刮板輸送機模型上的驗證，表明利用響應(yīng)面法確定的凹坑型仿生中板的參數(shù)是有效的，可以有效地減小中板的磨損。

(4)通過分析凹坑結(jié)構(gòu)的耐磨性發(fā)現(xiàn)，凹坑結(jié)構(gòu)具有應(yīng)力緩釋效應(yīng)，一方面有效地減少了煤散料與中板表面的接觸面積，減小了正壓力；另一方面，破壞了煤散料與中板表面接觸的連續(xù)性，減小了磨損行程，使中板表面與煤散料接觸表面間形成一種空氣膜，降低了摩擦因數(shù)，從而起到磨損效果。