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耐磨板磨损的原因及磨损分析

2018-10-19

锚杆钻车的主要工作方式是钻箱沿着钻架的主体轨道做往复运动,来实现钻杆的打孔过程。钻箱在运动过程中相对于钻架主体做摩擦运动,由于钻架受偏载力,导致导向耐磨板在运动过程中受力不均匀,经常出现楔形现象。通过对导向耐磨板材料耐磨性能的分析,找到影响导向耐磨板磨损过快的主要原因。

1、钻架运动

钻架是锚杆钻车的主要工作机构,依靠液压泵提供的动力来推动液压油缸升降和带动钻箱旋转,实现钻杆的钻孔和锚杆的安装。钻架工作时,首先通过手动换向阀将钻架主体中的支撑柱油缸升起,支撑柱油缸带动钻架的顶板升起,将要钻孔的顶板区域保护起来,起避免巷道顶板局部垮落和稳定钻架的作用。操作第2个手动换向阀,将液压泵提供的动力供给一级提升油缸升起,液压油缸带动钻架主体向上运动,继续操作该手动换向阀,使液压油进入二级提升油缸来带动链传动装置中的倍增机构和钻箱向上运动,通过第3个手动换向阀实现钻箱的自动旋转,并可通过调速阀来调整钻箱的进给速度,以实现钻杆匀速的钻孔过程。其中使用到2级倍增推进机构,能够很好地解决由于顶板高度限制而钻架原始体积不能太大情况下钻孔深度的问题,实现了“一次成孔”。

在钻架运动过程结束时,钻架主体上的润滑装置为导向耐磨板和钻架主体之间提供液压油润滑,但是少量的液压油不足以供整个轨道进行润滑,而且钻架工作的环境特别恶劣,钻杆钻孔过程中会产生的大量粉尘和煤灰不同程度附着在钻架主体表面轨道。当钻箱沿着钻架主体轨道上下运动时,导向耐磨板和钻架主体轨道之间会有大量的污染磨粒进入;同时在耐磨板和钻架主体轨道之间运动时,也会产生大量的金属磨粒,金属磨粒和污染物磨粒同时影响着钻架的导向耐磨板。大量不规则的磨粒在钻箱运动过程时会在导向耐磨板的接触表面上产生大量的凹痕和梨沟,同时也加速了导向耐磨板的磨损。

2、磨损分析

2.1受力分析

钻箱在运动过程中受偏载力的现象很严重,而且导向耐磨板接触面上受到的力很不均匀,且从中部到下边缘的力从零均匀增加到最大值q。由于导向耐磨板边缘受到的力最大,且在运动过程中存在很严重的磨粒磨损现象,导致导向耐磨板的边缘很容易受到磨损。

接触面上的摩擦系数如增大,载荷和比压也都会随着增大,磨损现象也会加重;但是当材料发生变化时,其受到的载荷和比压也都不同。可见如在同样的工况下,导向耐磨板的材料因素是影响其磨损速度的主要原因。

经过力学方面的分析,可以得出如在同样的工况下,材料的力学性能和耐磨性是影响导向耐磨板磨损速度的主要因素。

2.2耐磨性分析

使用布氏硬度机,检测现有导向耐磨板材料和钻架主体材料的HB值。可以测出现有导向耐磨板材料的HB平均值为110,而钻架主体材料的HB平均值为200,后者的硬度是前者硬度的1.7倍,为典型的软材料和硬材料的配对摩擦副。现役导向耐磨板材料与钻架主体材料的硬度差很大,很可能是导致现有导向耐磨板材料耐磨性不足的重要原因。

(1)宏观现象

①经过短短几个月的使用,发现现使用的导向耐磨板存在着严重的偏磨现象,从上而下磨损逐渐加重。最终因下边缘磨损过量致使导向板失效,现役材料接触区呈楔形,完全丧失了导向耐磨板的作用。同时在工作中,由于导向耐磨板呈楔形,钻箱向后面倾斜,钻杆在钻孔过程中不能保证垂直于顶板,在打孔过程中经常会打斜眼,严重影响锚杆支护的强度;钻箱离工作台太近,且导向耐磨板呈楔形导致钻箱斜置,下落过程中钻箱很容易与工作台相撞.严重影响钻箱的使用寿命和整机的开机时间,很大程度上影响了煤矿生产速度。

②从直观地发现导向耐磨板与钻架主体之间的接触表面上布满了沿摩擦方向的划痕,且有较多明显可辨的沟槽,可见钻箱工作中发生了较严重的磨粒磨损。

(2)微观分析

通过使用发射扫描电子显微镜对现有导向耐磨板的磨损面进行扫描电镜(SEM)观察分析。从得到的SEM图像可以看到导向耐磨板的接触表面上有挤压剥落的现象,同时其表面也产生了大量由切削和犁沟作用形成的沟槽。通过SEM图像并结合磨粒磨损产生的原因可以看出导向耐磨板的损伤主要是来源于磨粒磨损。同时在磨损表面还存在大量的疲劳磨损和茹着磨损的痕迹,这些都会大大影响现有导向耐磨板的耐磨性。

3、结语

导向耐磨板正常工作时的工作类型为轻载低速,其润滑主要是通过润滑装置中流出的液压油为其接触面进行润滑,但是润滑为边界润滑甚至干摩擦;同时由于工作环境的影响,导致其摩擦过程中有大量的磨粒存在于接触界面间;同时导向耐磨板材料的硬度与钻架主体材料的硬度相差很大,后者为前者的1.7倍。通过对钻箱的运动分析,看到导向耐磨板工作时受力不均匀,在竖直方向上,导向耐磨板从中部到下边缘的载荷从零均匀增加到最大值r1,这是导致导向耐磨板失效的重要原因之一;同时经过分析其磨损表面出现的磨粒磨损是导致导向耐磨板失效的另一个重要原因。根据以上的分析发现影响现在钻架寿命的主要原因是导向耐磨板的材料,现有导向耐磨板材料的耐磨性太低,建议更换现有导向耐磨板的材料,从而延长钻架的工作寿命,同时提高整机的开机时间,加快巷道的锚杆支护速度。


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