可更换复合中板中部槽的设计

1、可更换复合中板中部槽的设计李福华 于孔玉 王汝秀兖矿集团大陆机械有限公司摘要：对工作面用刮板输送机中部槽，磨损的关键性、基础性和共性技术问题进行系统 化和工程化分析研究，设计一种融入再制造技术的新型可更换双金属复合中板 屮部槽，使用寿命提高3倍以上，以满足综采工作面安全高效开采的需要。关键词：可更换中板中部槽;融入再制造技术;双金属复合中板;收稿日期：2017-10-20the design of replaceable middle plate of compound middle plateabstract：based on the working face scraper conveyo

2、r key, central groove wear the basic and common technical problems of system ancilysis and research and the engineering design, a integrated rcmanufacturing technology model can replace the double metal composite plate in the middle trough, improve the service life of more than 3 times, in order to

3、meet the needs of safe and efficient mining of ful1y mechanized mining face the.keyword：replaceable middle plate groove; incorporating remanufacturing technology; bimetal composite plate;received： 2017-10-20 煤矿综采工作面用刮板输送机向大功率、大运量、长运距、高强度、高寿命、高 可靠性方向发展。超重型刮板输送机是采煤工作面成套设备中工况最恶劣、负载 情况最复杂的基础性关键设备，中部槽是整个

4、工作面刮板输送机的躯干，具有 支撑货载和刮板导向的功能，同时它既是采煤机的运行轨道，满足采煤机的牵 引、行走、装煤等配套要求，乂是液压支架连接、定位装置。它的性能和寿命在 很大程度上决定整套刮板输送机的性能和使用寿命。现有中部槽的形式多为铸焊封底式结构11丄。此种中部槽的中板和底板多采用 nm360、nm400、jfe-eii400、i1ard0x450等国产或进口耐磨板，这些材质的耐磨 板虽然具有良好的可焊性，但耐磨性（硬度均低于hrc50m）还有待提高。现 有中部槽的中板磨损较快，磨损后因难修复而报废造成了资源浪费，不利于降 低釆煤的牛产成木，不利于提高经济效益。此种新型可更换双金属复合中

5、板中部 槽是针对现有中部槽存在的问题，顺应市场需求而研制开发的一种新型全寿命 周期高可靠性的刮板输送机屮部槽。1结构特点的分析可更换复合中板中部槽为整体铸焊结构，主要由销轨座、铸造挡板、双金属复合 中板、底板、铸造铲板等部件组成（如图1所示）。此种新型可更换双金属复合中板中部槽是将中部槽再制造技术融入到中部槽的 设计屮，即在设计此种新型屮部槽时，就考虑到屮部槽在局部损坏后地再制造, 在设计中为以后再制造预留再制造平台。复合双金属中板的设计既满足了耐磨的 需要，乂降低了生产成本，减轻了再制造时的劳动强度。图1可更换复合中板中部槽断面结构示意图 下载原图经测算此种新型中部槽的制造成木为现有中部槽制

6、造成木的85%左右;此种新型 中部槽磨损后再制造的成本约占中部槽成本的35%左右，使用寿命周期能提高 35 倍。2研究内容2.1挡板、铲板的研究、设计优化中部槽的槽帮钢结构形式及设计尺寸，在槽帮两侧端头（中部槽槽口上下 链道处）预留镶嵌槽（见图1）,以备焊接中部槽时焊接镶嵌新型高性能耐磨材 料，并适当加大易磨损部位尺寸。同时铸造槽帮钢时在zg30si mn （传统铸造槽 帮的材质）材料中加钳等元素，变为zg30mn si moo钳可以提高钢的淬透性和 回火稳定性，加入后能够在不降低塑性的前提下提高槽帮钢的强度和硕度。热处 理工艺为调质处理，在保证槽帮钢可焊性的前提下，将铸造槽帮钢（挡板槽帮 和

7、铲板槽帮）硬度提高到hb260hb310,屈服强度提高至850mpa以上，抗拉强 度提高至650mpa以上，极大限度地增加了槽帮钢的强度和耐磨性能，相对于传 统槽帮提升了大约20%o同时根据配套采煤机在刮板机上行走时磨损的情况，将 铸造槽帮的铲板加厚。并将挡板槽帮和铲板槽帮的上翼板适当加厚加长，以解决 现有中部槽上翼板磨损过快，刮板易跳出中部槽的问题。2. 2锻造销轨座的研制屮部槽的销轨座配合销轨与铲板共同作为采煤机的行走轨道。屮部槽要承受重达 2（f60t重的采煤机在上面进行采煤，目前销轨座多采用铸造结构，强度较低。 在实际工作中，设备运行时会造成的溜槽受力不均、承重过大等原因，造成齿轨 座

8、变形、毁坏，直接影响工作面的正常牛产。并且移溜时两节中部槽之间的销轨 座距离发生伸缩变化，俏轨与轨座的相对位置发生改变，配合不当就会发生干 涉，至使轨座变形或断裂。针对现有销轨座存在的问题，新研制销轨座选用27si mn材料锻造成型，并进行 调质处理。经锻造后的金属材料，具有细晶粒结构;能使粗大枝晶和各种夹杂物 都沿着金属流动的方向被拉长，呈现出纤维组织;使内部缺陷得以压合，使其整 体性能加强。为消除移溜时两节屮部槽z间销轨座距离发生的伸缩变化，根据屮部槽弯曲度 要求4（水平弯曲1020,垂直弯曲2040）,遵循销轨座调节量中部槽弯 曲极限需要量的设计原则进行优化设计。具体为2个销轨座外侧销孔

9、均为双向偏 移112mm的长孔，销轨座中的销轨槽与销轨的间隙为5mni,确保中部槽在极限 弯曲时销轨和销轨座不发生干涉，以保证设备安全、顺畅运行。2. 3可更换复合中板的设计研究根据中部槽中板的功能将中部槽的中板由一层改成双层结构（见图1）,上层为 耐磨功能制件（见图2）,下层为基础结构制件。耐磨功能制件是所运送的物料 （原煤）和刮板链在中部槽内运动吋的易磨损层，此层需要硬度高耐磨性能好。 下层基础结构制件是屮部槽形状保持和联接的基础性部件，对强度要求较高， 而对耐磨性能要求不高。2. 3. 1耐磨功能制件的设计研究上层耐磨功能制件由2部分组成一耐磨层和母板，两者之间是冶金结合，牢固 形成有机

10、的整体，是一种双金属复合耐磨板。上层耐磨功能制件的两端与铸造的 挡板槽帮和铲板槽帮采用非融极自熔合金焊接。图2上层磨耐磨功能制件下载原图基体起支撑硬质点的作用，基体与硬质点是机械结合。硬质点是抵抗磨损的主体, 基体起辅助作用。根据不同的抗磨损需要，基体可以是亚共晶、共晶、过共晶，也 可以是奥氏体或马氏体；同样，硬质点也可以是不同类型的碳化物。碳可以分别 与钛、锯、锐、卡乌、钳、銘形成高硬度的化合物。碳化物t£vcnbczrctacw cm o2cw 2(11 v3200209424002560179020801950320t炸30172830348035324000278524302

11、79碳化物的类型、成分、数量、尺寸大小、形状及分布对耐磨层的抗磨损性能有十 分重要的影响。碳化物尺寸小、形状圆滑没尖角、均匀弥散分布，对抗磨损有利。 低应力磨粒磨损条件下，碳化物数量多则抗磨损性能好;高应力磨粒磨损和凿削 磨粒磨损条件下，碳化物数量要控制一定比例（单位面积里碳化物和基体的面 积比），有个最佳的范围，不是越多越好，要视具体磨损工况而定。除碳以外，耐磨合金中也可加人硼。硼的作用与碳类似，硼可以单独或与碳共同 与钛、锯、机、钩、钳、珞形成硼化物或碳硼化合物，硼化物或碳硼化合物比单 纯的碳化物的便度高。实际工况中，往往同时存在2种或2种以上的磨损形式，因此耐磨层中往往也同 时存在多种碳

12、化物形成元素，形成多种类型的碳化物，使z具有抵抗复杂磨损 的能力。基体起支撑硕质点的作用。硕质点也有保护基体的所谓“阴影效应” o基体是硕 质点得以发挥耐磨作用的基础，它们之间是相互依存关系。基体的硬度远低于硬 质点硬度，一般在hv500700之间。如果基体便度偏低，将使便质点因缺少支撑 保护，更多暴露在磨损环境屮而加剧磨损，其至出现整体脱落，导致耐磨性能 失效。母板的作用首先是支撑耐磨层，除此之外，母板还要承受结构应力，与其他构 件相连接，设计用双金属复层耐磨钢板的耐磨结构时需要将母板的力学性能作 为设计依据。因此堆焊后母板的性能是双金属复层耐磨钢板的垂要指标之一。当 耐磨层承受较大外力时母

13、板靠近耐磨层的区域是所谓的焊接“热影响区”，堆 焊耐磨层时堆焊热源对母板有两方面的原因使热影响区力学性能下降，是耐 磨板的薄弱区域。不同堆焊热源对母板力学性能的影响是不同的，经大量试验及 实际应用，找到了一种新的分层差异堆焊方法，此种堆焊方法对母板力学性能 影响程度很小。双金属复合层耐磨钢板表面成型是指表面平整光滑程度，平整光滑的表面使耐 磨板各部位耐磨性均匀，高的含铅等合金量还会使平整的表面磨的光亮，使用 寿命统一，并可降低摩擦系数，减少物料通过时的阻力，有利于提高服役寿命。 此外，平整光滑的表面意味着相同外型尺寸的耐磨板重量相同。若表面粗糙、凸fl不平，增大物料通过时的阻力，磨损加剧；凹陷

14、部位极易提早失效，造成耐磨 板整体使用寿命降低。根据以上的理论分析和试验结果，最终确定耐磨材料的配方得到一种铁基耐磨 损合金材料fb-01,其硬度达到2iirc60 （高于目前刮板输送机所用的链轮硬度 hrc55），极大限度地增强了中板的耐磨性能。2. 3. 2基础结构制件匕1此功能制件在中板的下层，两端与挡板槽帮和铲板槽帮焊接，起到中部槽槽体 的联接的基础作用。根据其功能和受理机理分析，选用价格低30nmi厚的16mn 板材。当屮板磨损到一定程度需维修时，用电弧气刨清除掉残余焊缝，将屮板磨损后 的上层耐磨损功能制件去除，下层基础结构制件不变，只更换新中板上层的耐 磨损功能制件即可，从而方便地

15、实现中部槽的再制造。3效益分析现有屮部槽的屮板采用进口 i1rd0x450材料，屮板的生产成本为1. 6万/t,采用 双层双金属复合结构中板，中板的生产成本为0. 8 7j/t （中板节省50%）,经测 算中板的生产成本约占中部槽生产成本的30%,据此算此种可更换双金属复合 中板中部槽的制造成木为现有中部槽制造成木的85%左右;现有中部槽中板磨损 后需将整个厚50mm的进口板hrd0x450换掉，而更换双金属复合中板中部槽只需 将上层的耐磨功能制件换掉即可，同时由于耐磨功能件的硬度增加后，耐磨性 能右很大提高，经工业性试验得出此种可更换双金属复合中板中部槽再制造的 成木约占中部槽成木的35%左右，使用寿命周期能提高35倍。较中板为进口 hrd0x450材料的中部槽，可更换双金属复合中板中部槽焊接中板 吋不需预热，减少了工序，降低了工人的劳动强度，减少了有害气体的排放， 有利于节能减排。4结束语此种新型的可更换双金属复合中板中部槽己在兖矿集团的赵楼煤矿进行了工业 性试验，结果证明此种新型中部槽结构合理、生产成本低、耐磨性能高、运行平 稳、便于维护、便于屮部槽的再制造、且再制造成本低。此种新型的可更换双金 属复合中板中部槽能很好