摘要：装运机构是掘进机的主要工作机构，其作用是将切割机构破落下来的煤岩进行收集、耙装、运输至后部的转载设备。磨损是机械零部件的一种主要失效形式，通过调研发现煤矿掘进机装运机构的磨损尤为严重，本文分析了耐磨材料在掘进机械装运机构中的应用。
关键词：耐磨材料；掘进机械装运机构；应用
随着煤炭生产机械化的发展，回采效率的提高，装运机构生产能力的大小直接决定着整机的生产能力，而其参数选择、结构设计是否合理直接影响整机的适应性和可靠性。
一、装载机构
装载机构的作用是将切割机构破落下来的煤岩进行收集、耙装至中间刮板输送机。
1.铲板体结构铲板体有分体和整体两种形式。分体铲板的典型设计为S100型掘进机，它由铲板本体和左、右副铲板组成，铲板本体采用了铸焊结合的方式，铲头部为一框型结构的铸件，对焊接变形有一定的改善作用。整体铲板就是将整个铲板设计为一个箱型体，全部采用板焊形式，由于箱型体的特点，其坚固耐用，且重量轻、成本低。但是，由于铲板宽度约在2．5～3．5m，如此大的焊接件，若结构设计和焊接工艺不合理，会产生严重的变形，导致矫形困难，加工精度难以保证。如老式EBJ一120TP型掘进机的铲板体设计就可以作为整体铲板的一个典范。其主要特点是：将输送机的一部分与铲板融为一体，使呈U型的铲板成为一个整体，铲板体的受力状况得到明显改善，大大提高了铲板体的使用寿命；铲头部分设计为网状箱体，使铲板前部的强度得到提高。缺点是加工件体积大，加工精度不好保证，另外，铲板整体尺寸较大也制约了用户的使用：尺寸过大拆机下井并运输到工作面较困难。
2.驱动装置。驱动装置为装载机构的动力源，传统的驱动方式为：电机(或马达)一锥齿轮减速箱一执行机构(耙爪或星轮)。传统机型大多采用该方式，耙爪机构下设有锥齿轮减速器，传动零件多，特别是不易封住装载时形成的煤岩、泥浆等进入减速器，造成减速器故障频繁。近几年来，随着液压技术的发展并成熟，多采用低速大扭矩液压马达直接驱动星轮的方式，如我公司近几年研发成功的掘进机产品，整个驱动装置仅有普通精度要求的加工件2件。而传统的掘进机设备如EBj一160型掘进机的锥齿轮减速箱有高精度的加丁件7件，普通精度加工件32件。从可靠性的角度出发，传统的传动系统的结构复杂，系统复杂，导致传动机构可靠性下降；加工环节参数精度、配合精度要求较高，不但增加加工成本也将降低系统的可靠性。因此，液压马达直接驱动星轮的驱动装置因其加工环节少、传动结构简单而可靠性高、成本低，但过载能力略差，需在液压系统控制中合理的选型并增加保障环节使其平稳运行。
二、耐磨材料在掘进机械装运机构中的应用
1.装运机构的结构及磨损形式。掘进机装运机构是掘进机截割物料运输的主要机构，其中包括装载机构和刮板输送机两部分。装载机构失效形式主要表现在中部溜槽的磨损，磨损是导致材料损耗的主要原因。在掘进机工作过程中，通过转盘和刮板链的运行将煤、矸石等物料输送到掘进机后部的带式转载机或矿车上，实现物料的连续运输。运输过程中物料、刮板链均在中部槽里滑行，由于是连续不间断地摩擦,使中部槽严重磨损，特别是在中板的链道位置。在全岩巷道使用中更为明显，提高中部槽的耐磨性能是急需解决的问题。装载机构如图1所示，通过低速大扭矩液压马达直接驱动转盘向内转动，从而达到装载煤、矸石的目的。在装料过程中，物料与面板、转盘与面板、物料与中部槽、刮板链与中部槽之间存在相对运动产生摩擦，从而造成面板、中部槽的磨损严重。
图1装载机构
（2）刮板输送机。主要由中部槽、压链板、刮板、刮板链、液压马达和驱动装置组成。刮板输送机大多数采用液压马达直接驱动链轮带动刮板链条实现物料连续运输。中部槽是刮板输送机的机身部件，在工作过程中，中部槽的磨损形式主要表现为：煤及矸石、刮板和刮板链对中板、底板及槽帮的摩擦。
2.普通耐磨材料。为解决装运机构磨损严重的问题，目前国内煤巷及半煤岩巷掘进机上的装运机构中部槽在提高耐磨性能上主要采用普通耐磨钢板，常用材料为NM360。该材料属于可焊接高强度结构用耐磨钢板，适用于高磨损、高冲击的工况。普通耐磨钢板不仅具有良好的冲击韧性及焊接性能，还具有良好的力学性能和加工工艺性能。其主要化学成分如表1所示。与普通的碳素结构钢和低合金结构钢相比，合金元素中Si、Mn的含量增加，提高了材料的淬透性和耐磨性。
表1 NM360的化学成分
主要性能特点：①.高强度屈服强度δ0.2≥800MPa；②.高耐磨性布氏硬度达到HB360～420；③.高韧性抗拉强度δb≥1 100 MPa；④.良好的焊接性能；⑤.良好的机械加工性能。从实际使用情况分析，采用NM360材料的装运机构中部槽用于全煤运输时，使用寿命比普通的低合金结构钢有很大提高。但用在半煤岩或全岩巷道的岩石运输时，使用寿命就降低很多。据了解，用NM360材料作耐磨中板的刮板输送机，20 mm厚的NM360钢板在全岩巷掘进工作面岩石物料运输中的使用寿命为240 d，因此，耐磨性还需要进一步提高。为提高装运机构中部槽使用寿命，采用的方法有耐磨焊条堆焊，如磨损严重的地方堆焊608耐磨焊条。耐磨焊条堆焊法对提高中部槽使用寿命有一定的成效，但耐磨焊条成本较高，且对堆焊工艺要求较高，不易掌握，若焊接不均匀，焊缝水平相差太大，反而增加了刮板、物料在中板上的运行阻力。
3.高铬耐磨复合材料。随着煤炭行业的迅速发展，全岩巷道的掘进逐步增加，掘进机装运机构的磨损也更加明显，对材料的耐磨性要求也逐步提高，高铬耐磨复合材料领域的发展也很迅速，国外先进的高铬耐磨复合材料也逐步进入我国煤矿机械行业，如法奥迪耐磨复合钢板、信铬钢耐磨复合钢板等。高铬合金耐磨堆焊复合钢板，是一种新型结构的高铬耐磨复合材料，耐磨复合钢板由基板和耐磨层复合而成，它是采用高效自动堆焊技术，在普通碳钢（Q235或Q345）板材上堆焊碳化铬耐磨合金，碳化铬合金层的化学成分C=4.0%～5.0%，Cr=30%～40%。其中碳化铬合金耐磨层的厚度为5 mm，基板的厚度为20 mm，平整度误差为±3.2 mm/1.5 m。（1）主要性能特点。堆焊耐磨层金相组织为过共晶高铬合金和弥散分布大量碳化铬（Cr7C3），Cr7C3型初生相细小均匀，基体为Cr7C3与奥氏体、马氏体的共晶组织，主要性能表现为：①.耐磨性。合金层中含有大量弥散分布的碳化铬硬质颗粒，碳化铬合金维氏硬度HV=1 600～1 800，堆焊层的宏观硬度HRC56～62，耐磨性比普通碳钢高30倍,比高锰钢高5倍；②.冲击性。由于采用普通碳钢（Q235或Q345）做基板，耐磨复合板具有良好的抗冲击性能；③.加工焊接性。可用等离子弧、激光和高压水切割和打孔。可冷态成形或滚圆。由于普通碳钢具有很好的焊接性能，也可以很方便地将耐磨复合板拼焊在被磨损机件表面。也可以采用螺栓、塞焊的方法与需要保护的工件联接在一起。（2）高铬耐磨复合材料的应用。高铬合金耐磨复合钢板可用于冶金机械、矿山机械等行业中的各种易磨损设备零部件的表面。国外先进的岩巷掘进机在装运机构中部槽及截割部壳体均采用了耐磨复合钢板。另外耐磨复合钢板做成可拆卸式，可以根据材料磨损程度进行更换或修整，提高的材料的反复利用率。目前，国内的大功率岩巷掘进机在装载机构和刮板输送机中部槽上也都采用耐磨复合材料和这种形式的结构。通过井下使用，刮板输送机中部槽中板使用20+5耐磨复合钢板，用在全岩巷道岩石运输，掘进机大修时耐磨复合层仍能继续使用，大大提高了刮板输送机的使用寿命。
为了更好地延长装运机构中部槽的使用寿命，也可以通过对不同热处理状态、不同材质和硬度的摩擦副进行试验，找出不同工况下的中部槽摩擦副磨损与硬度的关系，选择合适的摩擦副材料增加其耐磨性，从而提高材料的使用寿命。
参考文献：
［1］全涛.耐磨材料在机械工程中的应用［M］.北京：高等教育出版社，2018.
［2］王建.岩巷掘进机胶带输送机研究［J］.煤矿机械，2018,34（4）：184-185.