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激光熔覆技术在煤矿机械中的应用 2021-04-10

随着我国社会经济的快速发展,对煤炭等矿产资源的需求量也越来越大。煤炭资源的开采技术也随之在不断改进更新,其中,煤矿机械作为煤矿开采中的主要工具,承担着重要的角色。但是,煤矿开采通常环境恶劣、条件苛刻,煤矿机械设备会长期处于潮湿、腐蚀性较强的工作环境中,多数机械设备长期承受着高速、重载、摩擦等高负荷工作,同时,部分煤矿机械设备作业时不分昼夜,长年累月地运转工作。因此,煤矿机械面临的最主要问题就是受到严重的腐蚀和磨损,这不仅对煤矿开采造成了影响,还造成了大量的资源浪费,增加了生产成本。为了解决这一严重问题,技术开始发展并被广泛应用于煤矿机械的修复工作中,它能够有效修复磨损机械设备,提高机械设备的使用性能,延长其使用寿命,对煤矿企业的生产发展具有重要意义。


1 煤矿机械磨损失效的主要类别

煤矿机械设备在煤矿开采工作中会受到不同类型的磨损失效,主要有截齿磨损失效、齿轮和轴类等零部件磨损、刮板输送机溜槽磨损失效、液压支护失效等。以下具体分析上述煤矿机械零部件的磨损情况。


1.1 截齿磨损失效

截齿是采煤机中负责截割工作的零部件,在进行煤炭开采作业时,直接作用于坚硬的煤层煤层的坚硬程度非常高,达到hv900~1100,因此,截齿在截割时,会受到较大的冲击载荷以及剪切应力,导致截齿经常性受到损坏。此外,在截割作业时,遇到较硬的煤矿层时,会产生较大的摩擦力,进而产生高温,在高温的影响下,进一步加剧了截齿的磨损,甚至导致齿轮断裂,直接造成了资金损失。


1.2 齿轮和轴类等零部件磨损

煤矿机械在煤矿开采工作中,会长期处于井下环境,工作时机械设备运行时间长,承受着较强的载荷力,齿轮和轴类等零部件在高速运转和长时间的高温状态下,再加上没有及时注入润滑油或者润滑油注入不到位,极易造成齿轮和轴类等零部件产生颗粒磨损或者是胶合磨损,煤矿开采工作人员在更换时,会花费较大的时间和力气以及较高的返修费用。


1.3 刮板输送机溜槽磨损失效

刮板输送机溜槽在煤炭开采中扮演着煤炭运输作用,其主要磨损失效的形式是摩擦磨损以及腐蚀磨损。它在煤矿机械设备中的磨损程度和破坏程度较为严重,主要磨损部位是中部槽以及链条。在煤炭的运输过程中,由于煤矿硬度较大和地面不平整的影响,刮板链、煤渣与运输溜槽会产生相对运动,进而对运输溜槽造成磨损。此外,链条与运输溜槽和煤矿会产生摩擦作用,运输时,摩擦力增大,使得链条的磨损程度进一步加剧,最终导致断链的发生。


1.4 液压支护失效

液压支护在煤炭开采环境中起到支撑防护的重要作用,它的稳定性保证了现场煤炭开采工作人员的安全,保障了机械设备的安全。支架是重要受力部分,其中,活塞杆由于长期处于酸性和碱性较强的工作环境中,极易使其表面被腐蚀而出现锈迹,此外,活塞杆会长期产生往复运动,致使其产生较为严重的划痕,甚至成片剥落,从而导致密封套失效。因此,针对液压支护失效问题,最主要的是改善活塞杆的抗腐蚀性能和耐磨性能,延长液压支护的应用效果。


2 煤矿机械磨损失效的原因

在煤炭开采工作中,煤矿机械磨损失效的原因主要有环境问题、工作时长、维护难度等。首先,是煤矿机械所处的环境恶劣。

我国煤矿开采主要是地下环境,露天煤炭开采仅是很小一部分。因此,煤炭机械经常被应用于矿井中。矿井中具有很强的腐蚀性和酸性,增加了煤矿机械的侵蚀。其次,由于矿井中属于封闭状态,存在着大量的颗粒物质,当煤矿机械在运转过程中,这些颗粒极易进入机械,使得各零部件间的摩擦力增加,导致机械磨损严重。煤矿机械在工作中通常会长时间地保持高速运转,

且不间断地工作,这种高强度的持续工作会造成机械设备严重磨损,其中一些关键零部件的老化速度非常快,使用寿命缩短。另外,工作人员会定期检修维护各种机械设备,但是,效果却是不理想的,因为处于矿井中的机械设备,停止运转时间较少,且在润滑注入和维护方面难度比较大,这就造成了磨损失效问题越来越严重。


3 技术在煤矿机械中的应用

激光熔覆技术是一种新型的表面改进性技术,其工作原理主要是使用高能量的激光束对机械部件的局部或表面进行高温加热,将激光熔覆材料与机械表面熔化,达到快速凝固的效果,

并形成表面冶金熔覆层。激光熔覆技术具有较强的耐高温性、耐磨性、抗氧化性、抗腐蚀性等优点。它弥补了堆焊、镀铬等技术的缺点,在煤矿机械的应用中,能够有效修复磨损的机械或零部件,延长机械使用成本,降低企业的生产成本。


3.1 应用于采煤机中的截齿

截齿是煤炭机械磨损失效中的重要磨损部件。使用激光熔覆技术对截齿表面进行修复,使用硬度较高、耐磨性能较好的激光熔覆材料对磨损截齿的表面进行修复,激光熔覆材料可以选择铁、钴等元素为主的材料,能够增强截齿的耐磨性,减少截齿的更换频率,有效节约成本。


3.2 应用于齿轮和轴类等零部件

齿轮和轴类等零部件在是煤矿机械中的重要部件,为保证其在运转过程中减少受损程度,减少维修和更换次数,需要使用激光熔覆技术,以提高抗腐蚀性能、耐磨性能。在进行维修时,为保证获得均匀致密的组织,激光功率和送粉速度等都要科学合理选择,避免出现裂纹、夹渣和气孔,影响零部件的使用效能。


3.3 应用于刮板输送机溜槽和

在磨损失效的刮板输送机溜槽的修复中,应用激光熔覆技术,可以选择自熔性含碳、锰含量较高的合金粉末,同时,加入耐磨高熔点碳化物颗粒,从而形成较强的耐磨层。在修复时,要充分利用道搭接熔覆技术,这样可以避免裂纹、气孔、夹渣等问题的出现。


3.4 应用于液压支护

在煤矿开采工作中,液压支架、活塞杆的修复常应用激光熔覆技术进行表面的修复。在传统的液压支架修复中,往往采用表面镀铬,会产生较多的有害化合物,对环境造成较大的污染,同时,修复后由于贴合力不强,会出现鼓泡、龟裂等情况,长期使用后会出现锈迹、脱落等问题。而使用激光熔覆技术进行修复,会获得致密的熔覆层,同时,耐磨性和耐腐蚀性能均得到增强,使用寿命明显提高。


4 结语

激光熔覆技术是一种新兴的表面处理技术,在煤矿机械中得到广泛应用。它不仅能够有效修复磨损失效的煤矿机械设备,还能够提高机械设备表面的耐磨性能以及抗腐蚀性能,显著提高机械设备的使用寿命。同时,该技术能够减少有害气体的排放,环保性较强,在具体应用中,节约了大量的钢材资源和水资源。激光熔覆技术符合绿色发展和可持续发展的要求,为煤矿企业带来了较大的经济利益和社会效益。


久恒光电摘编自:中国知网《激光熔覆技术在煤矿机械中的应用》

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