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　　煤炭科學(xué)研究總院南京研究所 陳恢翰

　　摘　要　從轉(zhuǎn)子式混凝土噴射機的結(jié)構(gòu)特征和工作原理說明結(jié)合板和襯板存在使用壽命短的原因。通過對結(jié)合板和襯板磨損損壞情況及影響其磨損主要因素的分析，提出了提高其使用壽命的技術(shù)途徑和措施。

　　關(guān)鍵詞　轉(zhuǎn)子式混凝土噴射機　結(jié)合板　襯板　磨損　壽命

　　1　概　述

　　目前在噴射混凝土作業(yè)中，絕大多數(shù)是使用轉(zhuǎn)子式混凝土噴射機，因為這種噴射機結(jié)構(gòu)簡單、工作性能可靠、外形小、重量輕、維修和操作方便。據(jù)統(tǒng)計，煤炭系統(tǒng)轉(zhuǎn)子式混凝土噴射機近萬臺，每年更新千臺以上，使用量很大，它是我國噴射混凝土作業(yè)中的關(guān)鍵設(shè)備。噴射機工作原理和結(jié)構(gòu)特征是：帶有襯板的轉(zhuǎn)子以一定的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，而結(jié)合板壓在襯板上固定不動，結(jié)合板上連接有進(jìn)風(fēng)管和出料彎頭，當(dāng)轉(zhuǎn)子中裝有物料的各個料杯轉(zhuǎn)動到與進(jìn)風(fēng)管和出料彎頭相通時，在壓氣的作用下，物料通過出料彎頭和輸料管輸送到噴咀，并在噴咀處加水噴射出去。在此過程中，由結(jié)合板和襯板組成的密封副起到了密封壓氣和物料的作用。由于結(jié)合板與襯板間有相對運動，存在摩擦磨損，導(dǎo)致漏風(fēng)跑塵，嚴(yán)重時，密封完全失效，必須更換結(jié)合板或襯板。因此結(jié)合板和襯板是主要易損件，而且使用壽命短。目前結(jié)合板的使用壽命(指通過混合料量)一般可達(dá)50～100m3，襯板使用壽命一般可達(dá)400～1 000m3。由于結(jié)合板和襯板使用壽命短，不僅備件需要量大，增加錨噴支護(hù)成本，而且更換頻繁，增加維修量，影響正常生產(chǎn)。如果結(jié)合板和襯板磨損損壞后得不到及時更換，將嚴(yán)重漏風(fēng)跑塵，使機旁粉塵濃度增加，污染作業(yè)環(huán)境，危害工人的身體健康。因此，提高結(jié)合板和襯板的使用壽命是轉(zhuǎn)子式混凝土噴射機迫切需要解決的問題。

　　2　結(jié)合板和襯板磨損損壞分析

　　由結(jié)合板和襯板組成的密封副是在惡劣的條件下工作。由于砂、石、水泥混合的物料是在一定的氣壓下(一般為0.15～0.4MPa)高速通過密封副，為了起到密封氣壓和物料的作用，在結(jié)合板上施加一定的壓力，其比壓(施加力與接觸面積之比)為0.23～0.3MPa;而且固定不動的結(jié)合板與轉(zhuǎn)速為12～22r/min的襯板之間滑動摩擦，因而產(chǎn)生磨損是不可避免的，而且磨損破壞較為突出。磨損損壞的幾種情況分析如下：

　　(1)當(dāng)襯板上清掃比較干凈，即沒有砂石等物料情況下，結(jié)合板與襯板之間的摩擦產(chǎn)生的磨損屬于粘著磨損。結(jié)合板與襯板實際接觸區(qū)域內(nèi)，兩表面粘結(jié)在一起;當(dāng)摩擦?xí)r(即襯板旋轉(zhuǎn)時)，較軟材料(結(jié)合板)上的粘結(jié)點、微凸峰在摩擦過程中被剪切而脫離基體。因為襯板的強度、硬度比結(jié)合板都大得多，所以，發(fā)生磨損的主要是結(jié)合板。結(jié)合板從開始使用后，一直均勻磨損，始終保持完整的平面，不產(chǎn)生溝槽，這是結(jié)合板最理想的磨損情況，使用壽命相對較長。

　　(2)當(dāng)襯板上的清掃失效，在襯板上有砂石時，尤其是砂石進(jìn)入結(jié)合板與襯板之間的接觸區(qū)域時，磨損較為嚴(yán)重，屬磨粒磨損。當(dāng)物料顆粒落在襯板上進(jìn)入結(jié)合板之前，對結(jié)合板磨損后，其邊緣有橫向的皺紋狀傷痕，這主要發(fā)生在進(jìn)料側(cè);若物料顆粒進(jìn)入結(jié)合板與襯板之間接觸區(qū)域，磨粒對材料表面產(chǎn)生微切削與鑲嵌，使其表面發(fā)生顯微撕裂或變形，在磨粒的反復(fù)作用下表層產(chǎn)生裂紋并逐漸擴展，最終擴展到表面，使表面材料脫落下來，出現(xiàn)與旋轉(zhuǎn)方向一致的溝槽，導(dǎo)致漏風(fēng)跑塵，帶有砂石的高速風(fēng)流不斷通過溝槽，造成溝槽不斷擴展，很快失去密封作用，這是結(jié)合板和襯板磨損損壞最嚴(yán)重的情況。這是因為結(jié)合板本身材質(zhì)很差，加上有砂石嵌卡在其中，很快磨損形成溝槽而失效。

　　(3)在料杯中物料不完全對準(zhǔn)結(jié)合板上排料孔之前，物料在壓風(fēng)作用下被吹起，沖擊、剪切結(jié)合板排料孔進(jìn)料一側(cè);經(jīng)過多次周期性的沖擊、剪切，使結(jié)合板排料孔進(jìn)料側(cè)產(chǎn)生很大的變形和應(yīng)力，在該處形成裂紋而導(dǎo)致材料損失或破壞。

　　(4)發(fā)生堵管時，物料在壓風(fēng)作用下被吹到結(jié)合板表面并沿旋轉(zhuǎn)方向運動，對結(jié)合板產(chǎn)生磨損;此時如果未及時停機，物料還在繼續(xù)落入料杯，料杯被物料填滿，使結(jié)合板磨損加劇，這種狀況對結(jié)合板損壞也較為嚴(yán)重。

　　3　影響結(jié)合板和襯板磨損的主要因素

　　(1)對結(jié)合板施加的力越小，磨損相對減少。為了起到密封壓風(fēng)和物料的作用，對結(jié)合板施加的力不能過小，否則起不到密封作用;若對結(jié)合板施加力過大，磨損也會加大，因此對結(jié)合板施加的力不能過大。通過試驗測試，對結(jié)合板施加的力與接觸區(qū)域面積之比較佳值為0.23～0.3MPa。

　　(2)結(jié)合板和襯板密封副是在重載而又無潤滑條件下工作，滑動速度增大，溫度增高，散熱又緩慢，導(dǎo)致結(jié)合板摩擦面可能出現(xiàn)變軟現(xiàn)象，使磨損加劇。大轉(zhuǎn)子(?φ510mm)的噴射機，如轉(zhuǎn)Ⅱ型、轉(zhuǎn)Ⅴ型和PZ-5型等噴射機的轉(zhuǎn)速一般為12r/min左右;小轉(zhuǎn)子(?φ400mm)噴射機，如轉(zhuǎn)Ⅳ型、轉(zhuǎn)6型及轉(zhuǎn)7型等噴射機的轉(zhuǎn)速一般為22r/min。由于小轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速比大轉(zhuǎn)子快83%，因而實際使用中，小轉(zhuǎn)子結(jié)合板比大轉(zhuǎn)子結(jié)合板的使用壽命要短得多。

　　(3)襯板粗糙度越小，結(jié)合板磨損量也越小。

　　(4)襯板和結(jié)合板的材質(zhì)物理機械性能，尤其耐磨性能直接影響它們的使用壽命。材質(zhì)越耐磨，越不易磨損損壞。

　　4　提高結(jié)合板和襯板使用壽命技術(shù)途徑

　　4.1　選擇物理機械性能優(yōu)良的材質(zhì)

　　襯板和結(jié)合板的材質(zhì)性能是影響其使用壽命最主要的因素。選擇性能優(yōu)良的材質(zhì)，提高材料的耐磨性，將大大延長使用壽命。襯板要選擇耐磨性好的金屬材料。通常，硬度越高越耐磨。但是對耐磨材料的性能要求是硬度與韌性的恰當(dāng)組合，既要有很高的硬度，也要有一定的韌性。因為襯板是在結(jié)合板重壓之下運轉(zhuǎn)，如果又硬又脆，將會被壓裂。目前較好的襯板是采用抗磨合金材料，使用壽命一般能達(dá)到600～1 000m3/塊。為了進(jìn)一步提高襯板壽命，很有必要研制新的耐磨材料及提高材料耐磨性的工藝措施。結(jié)合板材質(zhì)既要耐磨性好、抗撕裂、抗疲勞、抗沖擊，又要有一定的彈性。目前較好的結(jié)合板材質(zhì)是聚氨酯，其正常使用壽命可達(dá)50～100m3/塊。但其使用壽命相對還是比較短、損耗量相當(dāng)大，錨噴支護(hù)成本也相應(yīng)提高。因此，對結(jié)合板材質(zhì)研究有待進(jìn)一步攻關(guān)，以提高其使用壽命。

　　4.2　改進(jìn)結(jié)合板壓緊方式

　　結(jié)合板壓緊力的大小及均衡與否，對結(jié)合板的磨損至關(guān)重要。若壓緊力過大，相應(yīng)磨損增加;若過小，起不到密封作用;若壓緊力不均衡，造成磨損不一致，將大大影響結(jié)合板的使用壽命，而且也是造成結(jié)合板處漏風(fēng)跑塵的原因之一。傳統(tǒng)的結(jié)合板壓緊方法是采用兩個壓緊螺釘，人工憑經(jīng)驗擰緊;因此，常常出現(xiàn)壓緊力過大及不均衡的狀況。采用液壓壓緊方式可以改變這種不良狀況。煤科總院南京研究所研制的PC6型小型高效潮式混凝土噴射機采用液壓壓緊裝置已取得了較好的效果。液壓壓緊的原理是以兩個油缸代替兩個壓緊螺釘，通過彈簧蓄能器使系統(tǒng)產(chǎn)生一定的油壓，而且油壓可以調(diào)節(jié)。因此，兩個壓緊油缸的壓力是均衡的，其壓力可以調(diào)節(jié)到最佳值，避免壓力出現(xiàn)過大或過小的狀況，即使結(jié)合板磨損后，還能起到自動補償?shù)淖饔茫磳Y(jié)合板的壓力始終保持不變。采用液壓壓緊方式，結(jié)合板壽命比人工壓緊可以提高50%以上。

　　4.3　清掃襯板表面

　　料杯為U型腔的轉(zhuǎn)子式噴射機，通常在落料口處及進(jìn)入結(jié)合板前后均設(shè)有幾道清掃裝置，使襯板上不留有任何異物。使用初期，清掃裝置清掃效果較好。使用一段時間后，由于其本身磨損或砂石的嵌卡等原因，清掃裝置很快失效，常常出現(xiàn)砂石滯留在襯板上或進(jìn)入結(jié)合板與襯板的接合面，從而加速結(jié)合板和襯板的磨損。目前現(xiàn)有噴射機的清掃裝置均很不理想，常常達(dá)不到清掃的效果。直通腔的轉(zhuǎn)子式噴射機使用的結(jié)合板是與襯板大小一樣的圓型結(jié)合板，不存在清掃問題。對U型腔的轉(zhuǎn)子式噴射機，同樣可以考慮將原來的扇形結(jié)合板改為圓形結(jié)合板，并在壓緊及相關(guān)結(jié)構(gòu)上作相應(yīng)的變動，這是完全可以實現(xiàn)的。

　　4.4　控制料杯的下料量

　　在滿足生產(chǎn)能力的情況下，料杯裝料的充滿率宜為0.8～0.9。如果料杯裝料太滿，結(jié)合板直接與物料接觸而引起磨損，經(jīng)過多次反復(fù)接觸后，可能刮出許多溝槽;因此，要設(shè)置定量下料裝置，控制料杯的下料量不能過多。

　　4.5　保證結(jié)合板和襯板的制造質(zhì)量和轉(zhuǎn)子的安裝質(zhì)量

　　結(jié)合板和襯板的制造質(zhì)量必須符合標(biāo)準(zhǔn)要求，不合格產(chǎn)品不許出廠，否則會給用戶帶來不良后果。在實際使用中，有時發(fā)現(xiàn)結(jié)合板用不了1個班就損壞，襯板用不了幾個班就磨出溝槽，這完全是屬于制造質(zhì)量問題。轉(zhuǎn)子的安裝質(zhì)量也很重要。按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，襯板上平面的跳動不得大于0.3mm。如果襯板平面跳動較大，會出現(xiàn)結(jié)合板與襯板貼合時緊時松的情況，影響密封效果及結(jié)合板的局部磨損。噴射機的制造質(zhì)量直接影響煤礦的正常生產(chǎn)。為了把好質(zhì)量關(guān)，應(yīng)建立對口的行業(yè)質(zhì)量監(jiān)督檢測機構(gòu)，實行生產(chǎn)許可證制度，對廠家的制造質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)督把關(guān)，決不允許不合格產(chǎn)品出廠和用于井下。

　　4.6　加強對噴射機的維護(hù)、保養(yǎng)，嚴(yán)格按操作規(guī)程操作

　　在噴射作業(yè)中，時刻注意觀察結(jié)合板和襯板的密封情況，如發(fā)現(xiàn)漏風(fēng)跑塵，必須停止工作;若發(fā)現(xiàn)結(jié)合板或襯板已磨出溝槽，必須及時更換，否則磨損會更加嚴(yán)重，因為有溝槽后，帶有砂石的高速風(fēng)流通過溝槽，會使溝槽迅速擴大，不僅使結(jié)合板嚴(yán)重?fù)p壞，襯板也可能被高速的風(fēng)流磨出溝槽。同時也要加強日常的保養(yǎng)工作，每次噴完，要將機子吹洗干凈，特別要將結(jié)合板和襯板的表面清除干凈;不工作時，應(yīng)將結(jié)合板的壓緊放松，嚴(yán)格按規(guī)程操作，如違反操作順序，開機時先給料后送風(fēng)或停機時先停風(fēng)后停料，會造成料杯堆滿物料，導(dǎo)致結(jié)合板的磨損。

　　5　結(jié)　語

　　影響結(jié)合板和襯板磨損損壞的因素很多，磨損損壞過程比較復(fù)雜;因此，要提高其使用壽命，必須全面綜合考慮。上述從材質(zhì)選擇、制造質(zhì)量、使用工況條件、維護(hù)保養(yǎng)和操作等方面提出了提高結(jié)合板和襯板使用壽命的技術(shù)途徑和措施。這些技術(shù)途徑和措施的實施和應(yīng)用，有助于提高結(jié)合板和襯板的使用壽命。

　　選自《建井技術(shù)》