采煤機滾筒的可靠性分析

1、采煤機滾筒的可靠性分析    關鍵詞 滾筒；截割；材料；設計0 引言 目前國內生產的滾筒，如截割硬煤或含矸率較高的煤層時，第一次使用壽命一般只能截割運行7萬m12萬m，即要上井修補。每更換一次滾筒，至少要一個檢修班的工作時間，而且滾筒的運輸和維修需要消耗大量的人力物資。因此，滾筒的使用壽命很大程度上影響著采區(qū)的生產率和采煤機的工作壽命。 1 滾筒的失效狀態(tài) 1）焊縫開裂，包括截割齒座脫焊、開裂以及螺旋葉片和筒體間的焊縫開裂，主要是由于工作面遇到硬煤或矸石夾層時，滾筒的截割強度過大，超負荷運轉造成； 2）螺旋葉片尾端尖嚴重磨損并向非裝煤面傾斜，從而影響裝煤

2、效果，主要是由于截割齒脫落，葉片與煤壁直接接觸造成； 3）滾筒內噴霧管路或噴嘴孔堵塞，噴霧系統(tǒng)失靈； 4）截齒端頭的硬質合金頭脫落，造成截齒磨損嚴重或斷在齒座中，難以取出，丟齒嚴重，有的要占截齒總消耗量的30%以上。 上述損壞狀態(tài)中，最普遍的是截齒和齒座問題，故礦上規(guī)定滾筒升井檢修標準為：凡連續(xù)有3個齒座損壞則必須更換滾筒。 2 滾筒損壞的原因 2.1 材料選擇上不適應工況 我國制造滾筒選用的材料比較單一，如滾筒的筒體、螺旋葉板和端盤板均選用普通碳素結構鋼板A3鋼制作，其強度低，使?jié)L筒筒體過早的出現(xiàn)裂縫，而國外的滾筒均選用優(yōu)質碳素結構鋼和低合金結構鋼板制作。 目前我國齒座的選材，以使用35Cr

3、MnSiA鋼為主。據統(tǒng)計：螺旋滾筒故障中齒座故障占總數(shù)的8285.5%，其中安裝截齒的槽孔磨損占22.3%41.3%，焊縫開裂占27.3%46.2，側面磨損占9.2%12.4%，斷裂占1.3%5.8%。使用35CrMnSiA鋼齒座，其優(yōu)點是強度高、成本低。而缺點是沖擊功值低，可焊性較差，如不采用有效的工藝措施，焊縫處容易產生裂縫，且整體處理后，硬度低，目前設計圖規(guī)定齒座表面硬度為HRC42-48，截齒柄部硬度為HRC38-42，兩者最大差值為HRC10。實際生產中往往是截齒柄部硬度超過規(guī)定，有的達HRC50，而齒座硬度又低于規(guī)定值。這樣造成齒座安裝截齒槽孔很快磨損，就會大量丟失截齒。 國外一些

4、國家生產的齒座，現(xiàn)都采用低碳鉻鎳鋼或鉻鎳鉬鋼制造，我們對其實物進行了化學成分分析，見表1。 使用低碳合金鋼制作齒座，可以采用滲碳表面熱處理工藝，使支撐截齒表面硬度達到HRC58以上，耐磨性好，而芯部具有高的沖擊功值，可焊性又較好。 2.2 設計上的不完善 目前滾筒品種很少，要適應各種不同的煤層條件必然會產生問題，某一種滾筒不可能適應井下復雜的條件。因此，滾筒應根據煤層賦存條件來設計。 滾筒設計的關鍵在于解決好截割效果、裝煤效率、制造的可靠性、截割時振動水平等問題。 截齒是滾筒上的承擔截割、破碎煤巖的主要構件，它的安裝角度與定位尺寸對截齒及滾筒受力、采煤機功率消耗有很大影響，加工精度低、截齒定位

5、精度不高或安裝角度誤差大會導致截線距的偏差大，使?jié)L筒割煤時各截齒受力負荷相差大，在工作中部分截齒受力會超過設計載荷而很快失效或折斷，在割煤時齒座與煤壁直接摩擦，從而加劇了齒座的磨損或開裂。此外還可引起截割過程中的軸向力不平衡現(xiàn)象，使采煤機振動加劇，影響采煤機的使用壽命。 設計上還有一個不合理就是在滾筒上安排的截齒過密，尤其是在設計截割堅硬煤質的滾筒時，帶來弊病是使齒座與端盤板、葉片的連接牢度減弱，造成滾筒提前損壞。 2.3 制造粗劣 滾筒為焊接結構，由筒體、螺旋葉片板、端盤板、齒座和噴嘴座等零部件焊接組裝而成。但實際制造過程中，制定焊接工藝和方法時沒有充分考慮現(xiàn)場使用條件，或焊接加工時沒有嚴格

6、執(zhí)行焊接標準，焊縫有缺陷會導致滾筒截割過程中局部開裂，降低滾筒的使用壽命。 滾筒的螺旋葉片承擔著采煤機的裝煤功能，在割煤過程中長期與原煤和矸石接觸摩擦，磨損嚴重，影響了滾筒的裝煤效果，降低了螺旋葉片的使用壽命。 2.4 提高可靠性的技術措施 1）加強管理，及時反饋現(xiàn)場使用性能和質量技術需求信息，并進行信息的收集與分析，結合生產單位的實際情況，優(yōu)化滾筒加工制造工藝流程； 2）新滾筒設計時，調整端盤截齒的截線距和齒尖落差，以變更截齒截割圓弧的曲率半徑，調整端盤截齒的傾角和端盤截齒與葉片截齒的相對位置，調整端盤到葉片過度區(qū)截線上截齒的數(shù)量和傾角，合理選擇葉片截齒的截線距，這樣可使截線上幾個截齒的切削

7、負荷較均勻，使切屑斷面形狀達到最佳； 3）采用科學的方法，加強滾筒主要受力部件，提高加工精度。引進先進設備，在專用的滾筒加工胎具上焊接齒座，確保截齒的角度誤差在范圍之內，提高滾筒截齒定位和安裝傾角的精度； 4）在焊接工藝方面，如端盤板、葉片與筒體的焊接，增加焊后退火工序，齒座與端盤板、葉片的焊接采用小直徑焊條、低電流的焊接規(guī)范。由于二氧化碳氣體保護焊具有焊弧熱量集中、熔池深、焊縫強度高等優(yōu)點，所以滾筒上主要承載部件采用二氧化碳氣體保護焊，在螺旋葉片的端頭處要堆焊高鉻鑄鐵焊條，并保證焊點的高度與密度，增加其耐磨性；        5）研制新型齒座，提高滾筒使用壽命。這就要求齒座不僅具有很高的靜強度，還要有很高的抗疲勞強度和耐磨性?，F(xiàn)使用的35CrMnSiA和Cr鋼制造的齒座已無法滿足這個要求。此外，截齒端頭的合金頭一般是一種碳化鎢和鈷的合金，碳化鎢硬度極高，耐磨性好，但性質脆，承受沖擊載荷能力差，可在碳化鎢中加入適量的鈷來提高硬質合金的韌性； 6）減少噴嘴的內堵，發(fā)揮內噴降塵效果。內噴霧主要故障是噴嘴內堵，因此，應注意內噴霧水道的防銹蝕處理。在端盤板環(huán)形水道、葉片螺旋形水道、和筒體相關部分的表面噴涂或噴焊防