革新改造 | 采煤机导向滑靴抗磨降耗技术
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导向滑靴是安装在滚筒采煤机底部的一种对耐磨性、强度要求极高的零件，对采煤机起导向和支撑作用。铁法煤业（集团）有限责任公司小康煤矿（以下简称小康煤矿）俯采综放面属于大倾角（俯角>20°），所使用的MG400/940-WD型采煤机机体向煤壁侧倾斜，机身和滚筒的倾斜分力指向煤壁，造成导向滑靴受力不平衡，磨损报废严重，如图1所示。根据统计数据可知，在这种条件下工作的导向滑靴使用寿命不足3天，最少仅为1天，更换导向滑靴耗时4h，严重影响矿井生产效率。
图1 损坏的导向滑靴
通过观察大倾角俯采时采煤机导向滑靴磨蚀、损坏特征，分析其受力特征，提出了在导向滑靴关键部位进行堆焊的方案，实践证明降耗增效效果明显。
文章来源： 《智能矿山》 2022年第11期 “革新·改造 ”专栏
作者简介： 王吉凯，高级工程师，硕士
作者单位： 铁法煤业（集团）有限责任公司小康煤矿地测大队
引用格式： 王吉凯.采煤机导向滑靴抗磨降耗技术[J].智能矿山，2022，3（11）64-66.
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导向滑靴磨蚀特征
大倾角俯采条件下导向滑靴与销排接触的滑动导向面磨蚀特征如图2所示。其中，勾板导向面的磨蚀沟痕深度10mm、宽度30mm，立板导向面的磨蚀沟痕深度8mm、宽度50mm。
1 —勾板导向面磨蚀处； 2 —立板导向面磨蚀处； 3 —销排； α —俯采倾角
图2 导向滑靴磨蚀特征
导向滑靴损坏力学分析
大倾角俯采工作面初采期间，采煤机对导向滑靴产生的倾斜分力与销排对导向滑靴的拉力、摩擦力相平衡，如图3所示。
α —俯采倾角； F 1 —采煤机对导向滑靴的倾斜分力（指向煤壁侧）； F 2 —销排对立板产生的拉力（指向支架侧）； F 3 —销排对勾板产生的摩擦力（指向支架侧）
图3 导向滑靴破坏前受力分析
由受力平衡可知F 1 =F 2 +F 3 ，因此，导向滑靴不产生破断。当导向滑靴与销排接触的导向面磨蚀严重时，摩擦反力F 3 逐渐减小，导向滑靴与销排的配合间隙严重超限，二者发生相对位移，销排对导向滑靴勾板产生较大压应力F 4 （指向煤壁侧，图4）。此时，可把压应力F 4 与采煤机对导向滑靴的倾斜分力F 1 ，看做简支梁结构，销排对立板产生的拉力F 2 为作用在简支梁上的集中应力，则在图4中1处导向滑靴断裂面集中应力产生最大弯矩M max ，从而σ max =M max /W z ＞[σ]，其中σ max 为导向滑靴破断面的最大弯曲应力；W z 为导向滑靴破断面的抗弯截面系数；[σ]为导向滑靴的抗弯允许应力。因此，导向滑靴勾板在图4中1处破断。
1 —断裂面； F 4 —销排对导向滑靴勾板产生的压应力
图4 导向滑靴破坏时受力分析
制作工艺
经力学特征分析，导向滑靴要适应大倾角俯采要求，需提高滑靴导向面的强度。因此，采用堆焊的方式在磨蚀导向面焊接耐磨层（底层4mm，耐磨层4mm），如图5所示。
1 —立板堆焊面； 2 —勾板堆焊面
图5 堆焊后的导向滑靴
制作工艺如下：
（1）焊前将工件堆焊表面上的油、锈清理干净。
（2）导向滑靴材质为ZG35CrMnSi，整体调质280~320HBW，导向面硬度40~45HRC，深度3~4mm。选择焊接材料为JH-J506碳钢焊条和EF-16高耐磨焊条；JH-J506碳钢焊条具有低氢钾型药皮，熔敷金属具有良好的抗裂性能和力学性能；EF-16高耐磨焊条，堆焊层空冷硬化，韧性好、抗裂性好，抗磨粒磨损及金属间的磨损，是易磨损部件最有效的防磨材料。
（3）焊接顺序如图6所示，首先采用JH-J506碳钢焊条在导向面焊出底层，然后采用EF-6高耐磨焊条焊接耐磨层。
图6 焊接顺序
（4）每焊完1层，必须将熔渣清除干净，并检查焊缝表面没有缺陷时方可进行第2层焊接，发现缺陷应将缺陷处磨出坡口重新焊接。操作时采用小电流并保持较短的焊接电弧，以防因热量集中造成焊缝应力过大而产生焊接裂纹。
（5）焊后锤击焊缝周围，以消除和扩散应力。
应用效果
导向滑靴磨蚀面堆焊后，增加耐磨层厚度为4mm，硬度提高到55~62HRC，改善了导向滑靴受力情况。在井下连续使用1个月后，导向面仅轻微磨损，耐磨性能大幅增强，使用寿命大幅提高。
经济效益
直接经济效益：采煤机导向滑靴1.2万元/件，技术改造前，W1S1俯采工作面平均3天更换1次导向滑靴，1个月需更换10件导向滑靴，费用12万元。技术改造后，1月内未更换过导向滑靴，堆焊材料耗费仅863元，相比原来每月节省费用11.9万元。
间接经济效益：按照工作面长度230m、采高9.5m、循环进度0.8m、煤岩容重16.5kN/m3、采出率85%、每循环产量为2452t计算。采煤机导向滑靴每更换一次影响生产4h，相当于影响1个正规循环产量，按原煤售价为602元/t计算，则更换1次采煤机导向滑靴，损失147.6万元，按1个月更换10次，损失1476万元。
社会效益
采煤机导向滑靴抗磨降耗技术的成功实施，效果良好，知识型员工观察、分析和运用科学知识解决实际问题的能力得到体现，为企业节约了成本支出，降低了材料消耗。
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