矿山机械中的摩擦磨损问题

矿山机械中的摩擦磨损问题

引言：为减少矿山机械的磨损,对矿山机械的摩擦学问题进行了讨论。通过对几种典型矿山机械的磨损形式和机理的研究,发现其磨损形式是磨损和断裂,磨损机理主要是磨粒磨损、疲劳磨损和腐蚀磨损。此外,对矿山机械摩擦学问题的研究方向进行了讨论。

矿山机械的磨损形式及机理

1、破碎机磨损

1.1破碎机磨损

根据破碎机理的不同,目前使用的破碎机有颚式破碎机、圆锥破碎机、辊式破碎机以及锤式破碎机等。各类破碎机的机械结构不同,其磨损情况也有一定差异。颚式破碎机的破碎机理是依靠动颚相对于定颚的挤压运动来破碎物料,因此使用过程中颚板的磨损相当严重。在颚式破碎机的工作过程中,动颚板在偏心轴的带动下对定颚板做往复摆动,挤压物料达到粉碎的目的;同时动颚板又在垂直方向上有很大程度的上下运动,使物料与颚板之间产生相对滑动。因此,颚板的磨损主要是由物料的挤压以及物料与颚板之间相对滑动造成的。圆锥破碎机中消耗量最大的易损件是破碎机衬板,它安装在动锥与定锥的表面,磨损机制为塑变磨损、切削磨损与疲劳磨损3种共存。工作过程中,动锥体作偏心自转运动,当其转至定锥体时,给待破碎矿石一个巨大的冲击载荷,使固定衬板受到挤压而产生塑性变形。而承受巨大载荷的矿石,又使动衬板受到挤压应力和剪切应力。挤压应力使动衬板也产生塑性变形。同时,在动锥体旋转时,矿石与衬板之间相互产生剪切应力。滑动的矿石及被挤压于底部的矿石对衬板表面进行凿削和切削,使衬板发生切削磨损。此外,圆锥破碎机破碎力大,转速高,衬板在巨大的压缩与剪切压力作用下,承受周期性的接触疲劳载荷,在亚表层极易产生疲劳裂纹而导致疲劳剥落。辊式破碎机中磨损最严重的部件是破碎辊,其失效的主要原因是切削磨损和疲劳磨损的综合作用。在破碎辊转动时,随着辊间隙的减小,挤压应力剧增,物料被破碎,并在高挤压应力下形成巨大的反作用力,周期性地反复作用于破碎辊表面,使得破碎辊材料在一定深度内逐渐硬化和脆化,并形成微裂纹,最终材料以疲劳剥落方式逐渐剥离母体,形成剥落坑。此外,破碎辊除了对物料有挤压作用,相向转动时对物料还有输送作用。物料伴随着破碎沿辊面由上而下运动,与破碎辊之间产生相对滑移,从而对破碎辊表层产生切向作用力,使破碎辊产生切削磨损。锤式破碎机的主要工作部件为带有锤头的转子,其中最容易磨损的零件有锤头、衬板和筛板。锤头在转子的带动下高速运转,打击进入破碎腔中的物料,其工作部分极易被物料磨削而产生严重磨损。衬板安装在进料部分,与托板共同构成打击板。衬板与物料直接接触,并且承受物料进入时的冲击和磨削作用。筛板的主要作用是卸料,安装在转子的下方。物料受锤头打击,使筛板承受冲击载荷。落在筛板上的大块物料,与锤头、筛板筛条形成三体磨损;被锤头粉碎的小块物料在卸出时与筛条之间有相对滑动,也在一定程度上使筛条受到磨损。

1.2球磨机磨损

球磨机工作时,衬板受到钢球和物料的抛落冲击而磨损,还受到钢球的滑动磨损;钢球则受到衬板反作用的磨损、物料的磨损和钢球之间的磨损。

(1)衬板磨损衬板是用来保护筒体的,安装在

筒体内壁,直接与钢球和物料接触。在物料被击碎的过程中,衬板不仅受到钢球与物料的抛落冲击,同时还会与部分起研磨作用的钢球接触并产生相对滑动。物料与钢球对衬板的冲击力和摩擦力通常是很大的,这就导致衬板发生严重磨损,直接影响衬板的使用寿命。

(2)钢球磨损钢球是球磨机中的磨碎介质,在

与物料的冲击、滑动和滚动过程中极易受到磨损。一方面,物料在钢球表面滑动,会对钢球以切削或犁削的方式形成沟槽;另一方面,物料与钢球在相对滑动、滚动和冲击时,钢球表面又会因多次相互撞击和相互接触产生塑性变形而形成凹坑。同时,在承受反复冲击力、接触压应力和切应力作用下,钢球还会产生应力疲劳,萌生疲劳裂纹,并最终导致其表面疲劳剥落。

1.3刮板输送机磨损

刮板输送机是矿山工业领域中常用的运输设备,它是靠刮板链拖动刮板在中部槽内滑动而输送物料的,其主要的磨损失效形式是摩擦磨损和腐蚀磨损。刮板输送机中磨损较为突出的部件是中部槽、链条、链轮等。

(1)中部槽磨损

刮板输送机的工作原理是由刮板链通过机头电机的牵引拖动刮板带着物料一起在中部槽内移动,因此中部槽的磨损主要是物料、刮板和链对中板及槽帮钢的磨损。刮板输送机在实际使用中,由于地面不平等因素,会导致铺设角超过规定的弯曲倾角,从而使链条在运行过程中与槽帮钢和中板的接触压力增大,加速了中板和槽帮钢的磨损。此外,煤矿用刮板输送机的槽帮钢上翼还会因采煤机的移动而产生一定的磨损。

(2)链条磨损

刮板输送机链条在使用过程中要与中部槽及物料进行接触,产生摩擦。同时,主动链轮与链环在啮合时会产生相对滑动,而链环与链环之间也会产生摩擦。各种原因综合作用,使链条

不可避免产生磨损。链条的磨损会致使链环截面积

减小,强度降低,并最终导致链条断裂。

1.4采煤机磨损

采煤机是煤矿行业的重要机械设备之一,主要在井下工作,工作时间长,工作环境恶劣,其失效后会给煤矿企业造成严重的损失。采煤机的失效形式主要是磨损失效,而磨损最严重的部件就是采煤机的截齿和滚筒。截齿是采煤机中直接在煤层中截煤的零部件,它安装于滚筒上,随着滚筒的旋转而运动,与煤层直接接触,产生摩擦。如果煤层中存在矸石等硬的物料,会使截齿产生更大的磨损,还有可能导致断裂。采煤机滚筒的磨损,主要是截割下来的煤块在滚筒上移动造成的。随着截齿将煤块从煤壁上截割下来,煤块自然地落在2条螺旋叶片之间,沿着旋转着的螺旋滚筒轴向移动到输送机上,在此过程中对滚筒的磨损非常严重,特别是螺旋叶片会从最初的25 mm磨损到只有几个毫米。

1.5掘进机磨损

掘进机是矿山机械中常见的大型设备之一,它的斗齿由于长期与物料接触,产生摩擦,极易受到磨损。当斗齿接触矿石时,有一个冲击作用,斗齿插入矿石堆时,矿石在齿面上滑动,矿石的棱角切削或犁削基材表面,这种磨损属高冲击、高应力滑动磨料磨损。矿石越硬,块度越大,冲击速度越高,斗齿磨损越快。

1.6提升机磨损

提升机是矿山机械中常用的提升设备,它的主要磨损部件是钢丝绳和衬板。钢丝绳在滑动过程中会与滚筒、天轮之间产生摩擦磨损。衬板在装载和卸载过程中都会产生磨损。装载过程中,物料对衬板有冲击磨损;卸载过程中,物料对衬板存在滑动磨损。

1.7其他矿山机械设备的磨损

除了上面提到的矿山机械设备以外,还有很多设备和零部件的磨损,如振动筛筛板的磨损,耙斗装载机耙斗和运输槽的磨损,通风机叶片的磨损,矿车轮对及车箱的磨损,各种设备的腐蚀磨损等,这些磨损都会造成很大的经济损失,有些还会带来严重的人身安全事故。

2研究现状与展望

(1)摩擦学理论与设计的研究

机械零部件的摩擦、磨损与润滑是摩擦学研究的主要内容,摩擦学理论与摩擦学设计将广泛使用在矿山机械设计中。针对矿山机械磨损失效形式,对磨损机理进行研究,并对矿山机械进行摩擦学设计,会有效提高设备的使用寿命。

(2)对设备进行磨损失效分析

矿山机械的磨损过程和机制比较复杂,对不同的设备在不同工况下的使用情况进行磨损失效

分析是必要的。磨损失效分析以工况分析为起点,通过对磨损表面进行形貌分析,对磨屑的产生原因进行研究,最终得到设备磨损失效的原因。以此为依据,可以找到有效提高矿山机械设备抗磨性的措施。

(3)抗磨材料的研发

我国矿山机械长期使用低碳锰钢16Mn、20Mn等制造耐磨件,这种钢与普通碳钢相比,其抗磨性能有所提高。但是随着矿山机械工作环境的改变,对材料耐磨性和强度等要求的日益提高,现有材料的性能已很难或不能满足矿山机械的使用需要。因此必须要研发新的抗磨材料,使矿山机械零部件的抗磨性、抗腐蚀性和综合机械性能有进一步的提高。

(4)设备的正确使用与维护

矿山机械工作环境恶劣,工况条件苛刻,润滑不良,磨损、腐蚀的严重程度显而易见。因此,在对磨损失效形式进行分析的同时,必须加强设备使用过程中的维护和管理,严格遵守操作规程,避免工况条件的恶化,从而把人为因素造成的设备磨损降至最低。

3结语

矿山机械的工作环境恶劣,磨损与腐蚀无处不在,由磨损失效给国家带来的经济损失很大,因此应该对矿山机械的摩擦学问题进行深入地研究,以求减小磨损,降低经济损失。对矿山机械的磨损失效进行分析,运用摩擦学理论与设计的知识对矿山机械设备进行改进,并加强抗磨材料的研发进度,同时注意设备的正确使用和维护,是减少矿山机械磨损,延长其使用寿命的有效措施。

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作者简介:刘瑜(1984-),女,河北吴桥人,毕业于中国矿业大

学机械工程及自动化专业,现为中国矿业大学机电工程学院机械设

计及理论专业在读硕士研究生,电子信箱: hsifsmall@https://www.360docs.net/doc/cc915760.html,.

收稿日期:2008-02-13

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