摘要：在煤矿开采过程中，刮板输送机和转运机是必不可少的综采设备。然而，煤矿的工作条件很差，会受到挤压、冲击、拉伸、摩擦等各种力的影响。中间槽是主要承重构件，常使各种力超载，造成过早的磨损，影响煤矿的综采效率。中间沟是综采设备中最易磨损和报废的部件之一。传统中间坡口修复焊接工艺由于热影响范围大，会影响基体材料的力学性能和微观组织，修复质量不稳定，效率低。近年来，激光熔覆技术虽然具有修复效率高、质量稳定等优点，但由于设备成本高，其广泛应用受到限制。
关键词：中部槽；数控等离子技术；耐磨；修复
通过对煤矿用刮板输送机及转载机槽体类的构成、材料、失效的原因进行分析，从工艺、修复质量、成本等方面对比了中部槽补焊修复、激光熔覆修复、等离子熔覆修复。
1 耐磨处理
由于链条、刮板及煤流的作用，中部槽磨损很快，主要表现在中板及槽帮的磨损，以及采煤机沿中部槽移动所造成的槽帮上部的磨损。采煤机前进而向煤壁方向移动产生的水平方向弯曲，以及底板不平产生的上下弯曲，均加重了槽帮和中板边缘处的磨损。从摩擦学系统的角度，将中部槽的磨损失效过程看做摩擦能量的相互转化过程。工作过程中，刮板、链与中部槽产生摩擦，能量损失分为表层和亚表层变形能量、内能的变化形成的热量和表面能的增加，各部分所占比重与井下工况条件和磨损类型 (磨料磨损、黏着磨损和腐蚀磨损) 有关。刮板在中板的链道位置，特别是两节槽的结合处磨损最快，是中部槽报废的主要原因。目前，提高中部槽耐磨性的相应措施有以下几种。(1) 采用高强度耐磨钢。研究表明，高锰钢的强度和耐磨性等综合性能较好。(2) 在链道处按一定花样堆焊耐磨和耐蚀合金，使刮板和链条在焊缝上滑动，脱离与中板母体的直接接触。(3) 在链道处采用深层渗硼处理，不但提高了表面强度和硬度，而且具有良好的红硬性和较好的耐蚀性能。(4) 应用新型材料。对轻型刮板输送机，采用MC 尼龙中部槽；重型刮板输送机，采用钢塑复合的方法，用超高分子量聚乙烯作为衬里，提高大型机的耐磨性，延长使用寿命，同时降低摩擦系数。(5) 安装和操作过程中，使各节中部槽尽可能平整。
2 数控等离子耐磨技术设备
数控等离子耐磨技术设备主要包括等离子耐磨修复技术数控系统及重力送粉系统。其中，数控系统主要通过预先设定的程序控制等离子炬的移动，从而保证综采中部槽的修复轨迹，重力送粉系统主要用来供应等离子修复所需的耐磨合金粉末。
2.1 等离子耐磨修复技术数控系统。数控等离子耐磨修复系统由等离子电源启弧、息弧，伺服电机控制修复轨迹，等离子耐磨修复技术数控系统通过PLC控制模块及伺服驱动器控制电机，实现两轴及三轴运动。同时，通过人机界面可以实现熔炼图形的选择及熔炼参数的修改。另外，其冷却系统具有温度自动调节功能，且添加了冷却水流量低保护、冷却水温度高保护以及送风压力低保护装置。因此，该修复技术数控系统能够实现冷却水、送粉、送气、供电等系统的集中控制。
2.2 重力送粉系统。重力送粉系统由储粉罐、气动控制阀和等离子炬组成，其中等离子炬集中了主电路、引弧电路、离子气路、送粉气路、粉路和冷却水路，整个设备就是通过它来达到综采设备中部槽耐磨修复的目的，是该系统的核心技术所在，重力送粉系统的原理是依靠粉末自身的重力进入输粉管道，该系统是一个循环的过程，其主要运行原理为：起动→电磁阀打开→气缸动作→送粉开关开启→合金粉末分两路进入等离子炬。同时送粉气阀开启→调节流量计→送粉气分两路进入等离子炬调节送粉量大小。
2.3 中部槽修复及效果。中部槽修复的实施方法主要是利用该数控等离子耐磨技术，在磨损的中部槽表面进行表面堆焊，将要修复的轨迹进行数控编程，输入该数控等离子耐磨熔覆机中，然后进行中部槽的耐磨强化和修复。采用数控等离子耐磨技术修复综采中部槽，对所修复的中部槽进行硬度测试和磨损测试，经过数控等离子耐磨技术修复后的中部槽硬度提高，平均值约为57HRC。硬度的提高说明了等离子耐磨修复过程中使用的专用耐磨合金粉末硬度达到了使用要求。磨损测试实验参数为压力45N，预磨1000r，磨损2000r，转速为200r/min，实验数据见表1。
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由表1可以看出，经过数控等离子耐磨技术修复后的中部槽磨损失重量显著减少。磨损的平均值仅为标准块的十分之一，说明修复后耐磨性显著提高。因为中部槽的磨损主要产生原因有磨料磨损、黏着磨损、接触疲劳磨损，刮板输送机运行时，会受到各种摩擦力的作用，当中部槽修复后，这些磨损先作用于修复的耐磨层，从而提高中部槽的使用寿命。磨损实验结果说明，该文所介绍的基于数控等离子的耐磨技术适用于综采中部槽的修复，而且所采用的专用耐磨合金粉末符合中部槽耐磨性要求。将该数控等离子耐磨技术在井矿井实验，修复后中部槽寿命提高1.5~2倍。
2.4 效益分析。（1）直接经济效益。按全国每年采用该数控等离子耐磨技术修复中部槽10万节，修复投入使用后平均按延长2倍寿命计。（2）间接经济效益采用数控等离子耐磨技术修复中部槽，延长了中部槽的使用寿命，减少了综采设备的检修时间，提高了煤矿生产效率。另外，每节中部槽的重量平均按300kg计，则全国每年可减少钢铁消耗约6万t，节约了大量的能源和资源，有利于环境保护，符合国家构建创新型、节约型、环保型社会的方针政策。
3 案例分析
3.1 三机槽体类失效原因分析。（1）中部槽的结构形式及材质。刮板输送机溜槽多为整体铸焊封底式结构。槽帮、齿轨座一般选用27SiMn铸造，中板为NM360耐磨板或高强板，底板为16 Mn板材。（2）工作原理。以绕过机头链轮、机尾链轮的循环的刮板链作为牵引机构，以溜槽作为承载机构，以传动部带动刮板链连续运转将装在溜槽中的煤从机尾运至机头卸载。（3）失效原因。在运行工作中，由于承受压拉弯曲冲击振动摩擦和腐蚀等作用，中板作为槽体框架结构承载部分，直接接受刮板链磨损和整机压拉弯曲冲击，因此中板磨损是槽体失效的主要故障。中板表面硬度随表面磨损深度的变化图如图1所示。
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图1硬度沿表面磨损深度的变化图
从图1可以看出，当中板表面磨损1~2 mm时，表面硬度急剧下降至200 HB左右，耐磨性能随之急剧下降，这也反应出中板熔覆处理的必要性。
3.2 中部槽修复工艺对比。对中部槽分别采用补焊修复、激光熔覆修复、等离子熔覆修复，其工艺对比如表2所示。
表2中部槽修复工艺对比
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（1）不同修复工艺耐摩层形状对比.为减小热应力变形，补焊工艺采用间断补焊，其耐磨层形状如图2所示。
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图2补焊修复工艺的耐磨层形状
（2）不同修复工艺的耐磨层性能对比。不同修复工艺的耐磨层性能对比如表3所示。
表3不同修复工艺的耐磨层性能对比
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（3）不同修复工艺的成本对比。以SGZ800刮板输送机1.5 m中部槽为例。其成本如表4。
表4不同修复工艺成本对比
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从表中可以看出，激光熔覆修复工艺的成本最高，等离子熔覆工艺次之，补焊工艺的修复成本最低。综上所述，结合不同修复工艺的性能、成本、修复质量对比，等离子熔覆修复更适合于中部槽的修复。
总之，经过对造成三机槽体失效的原因进行分析，并结合目前现有对槽体中板采用的耐磨处理技术、工艺、性能、成本等对比，可以看出等离子熔覆耐磨修复中板技术存在诸多优点，比较适合三机槽体中板磨损初次使用一个工作面后，中板磨损3~5 mm以内链沟槽体中板的修复，可有效限制中板的磨损速度，增加槽体的使用寿命，继而提高槽体利用率。
参考文献：
［1］杨梅华.屈海英，浅谈综采中部槽耐磨修复技术的研究.2019.
［2］刘小凤，李玉华，综采刮板输送机失效及磨损原因浅析.2018.
［3］张小磊.郎宏宇，赵大鹏，等，刮板修复创新工艺研究.2018.