遲利峰

(大同煤礦集團(tuán) 機(jī)電裝備中央機(jī)廠，山西 大同 037001)

·技術(shù)經(jīng)驗(yàn)·

刮板輸送機(jī)中部槽制造及修理工藝研究

遲利峰

(大同煤礦集團(tuán) 機(jī)電裝備中央機(jī)廠，山西 大同 037001)

通過選用零部件材料、焊接材料、保護(hù)氣體、焊接設(shè)備及調(diào)整焊接工藝參數(shù)等制造了多種中重型刮板輸送機(jī)。分析了刮板機(jī)中板在不同磨損情況下，中部槽修理的不同工藝流程，提出了用鉻-鉬系列耐磨焊絲對(duì)中板磨損不太嚴(yán)重的中部槽進(jìn)行堆焊，有效提高了中部槽使用壽命，降低了開采成本。

中部槽；高強(qiáng)度耐磨鋼；耐磨焊絲；焊接機(jī)器人

1 研究背景

刮板輸送機(jī)在綜采工作面起著承載、運(yùn)輸和采煤機(jī)導(dǎo)向以及液壓支架推移支承等作用，是整套綜采設(shè)備的“中堅(jiān)”，中部槽作為刮板機(jī)的軀干，其性能、可靠程度和壽命，是綜采工作面正常生產(chǎn)和取得良好技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果的重要保證。

近年來，大運(yùn)量、大功率、大運(yùn)距成為刮板輸送機(jī)技術(shù)發(fā)展水平的主要指標(biāo)，其零部件也隨之向高強(qiáng)度、高壽命發(fā)展。其中，中部槽結(jié)構(gòu)由20世紀(jì)常用的鍛造槽幫鋼敞底式中部槽發(fā)展為鑄造封底式中部槽；中部槽中板材質(zhì)由Q345發(fā)展為高強(qiáng)度耐磨材料；中部槽長(zhǎng)度由1 500 mm發(fā)展為1 750～2 000 mm，寬度由40 t刮板機(jī)的524 mm，發(fā)展為最大溜槽寬度1 132 mm；與之相匹配的刮板、鏈條及特需的標(biāo)準(zhǔn)件、外購(gòu)件為了滿足高強(qiáng)度、高壽命的要求，材質(zhì)也都有了相應(yīng)的提高，所以，盡快提高中部槽的制造和修理精度、質(zhì)量，完善相應(yīng)的工藝已迫在眉睫。

筆者通過多年來的實(shí)驗(yàn)、分析和研究，掌握了一定的規(guī)律和特點(diǎn)。

2 中部槽制造研究

2.1 零部件材料的選用

中部槽在工作過程中要承受壓、拉、彎曲、沖擊、振動(dòng)、摩擦、腐蝕等多種載荷和環(huán)境作用，對(duì)材料的強(qiáng)度和耐磨性有較高要求[1]，為了適應(yīng)刮板機(jī)發(fā)展和煤礦生產(chǎn)的需要，經(jīng)調(diào)研，采取了以下措施：

1) 槽幫鋼選用高錳鋼整體鑄造式。

整體鑄造式中部槽是將中部槽兩側(cè)槽幫分別與鏟煤板、擋煤板座鑄成一體，再用中板和底板焊接成一個(gè)整體中部槽，其特點(diǎn)在于：

a) 由于槽幫分別與鏟煤板、擋煤板座鑄成一體，一方面實(shí)現(xiàn)了中部槽無螺栓連接，增加了中部槽的剛性和可靠性；另一方面減少了許多機(jī)械加工量和拆裝維修工作量，不必為螺栓松動(dòng)采取技術(shù)措施和日常維修作業(yè)，可以顯著降低制造和運(yùn)營(yíng)成本。

b) 鑄造槽幫鋼材料采用高錳、耐磨性能較好的ZG30Cr06、ZG27SiMn,較之過去采用熱軋槽幫鋼顯著提高了槽幫鋼的耐磨性能。

c) 采用底板封閉式結(jié)構(gòu)，適宜性好，可滿足軟硬程度不同的工作面底板條件，克服了敞底式中部槽不適合軟底板使用的弊端。

d) 槽幫鋼與刮板接觸面采取E型弧形斷面，使槽幫鋼與刮板接觸面增加，減少了刮板機(jī)接觸應(yīng)力，降低了機(jī)器功率損耗，延長(zhǎng)了刮板機(jī)和中部槽使用壽命。

2) 中部槽中板材質(zhì)選取。

刮板機(jī)中部槽中板是磨損最嚴(yán)重的零件，工作過程中，刮板鏈與中板發(fā)生摩擦，造成中板鏈道位置磨損嚴(yán)重是中部槽報(bào)廢的主要原因[2]. 為了盡可能提高中部槽中板的耐磨性，采用Q345鋼調(diào)整鋼中的合金元素而開發(fā)的新鋼種NM360高強(qiáng)度耐磨鋼制造中板的措施。其化學(xué)成分見表1，機(jī)械性能見表2.

表1 NM360鋼板化學(xué)成分表 %

表2 NM360鋼板機(jī)械性能表

NM360鋼中加入了Cr、Si、Ni、Mn、Mo等合金元素，C與Mn配合使鋼材具有加工硬化能力，鋼板表面硬度由HB170～190，提高到了HB320～400，提高了其耐磨性；通過加入Cr、Mo元素降低了材料臨界冷卻速度，改善了鋼材的焊接性能；通過加入足量的Ni元素，保證鋼材的韌性。采取調(diào)質(zhì)狀態(tài)供貨，利用合金碳化物粒子在軋后調(diào)質(zhì)處理過程中大量析出和相變，來提高鋼的硬度和綜合機(jī)械性能[2].

2.2 中部槽制造工藝研究

1) 中部槽組點(diǎn)要求。

a) 為了保證中部槽組點(diǎn)尺寸，制造了中部槽專用組點(diǎn)工裝，分別以槽幫鋼內(nèi)側(cè)弧表面，控制中部槽內(nèi)口尺寸；用定位板以槽幫鋼端頭為基準(zhǔn)保證中部槽擋煤板槽幫與鏟煤板槽幫端頭平直。

b) 為了保證中部槽中板與槽幫鋼貼合嚴(yán)實(shí),中板寬度方向兩邊及焊接坡口制作,全部采用機(jī)械加工方法完成,且為了保證焊接質(zhì)量,組點(diǎn)前坡口處的油污、銹跡全部用砂輪打磨出金屬光澤。

c) 由于定位焊縫尺寸小、長(zhǎng)度短、冷卻速度快，而NM360高強(qiáng)度耐磨鋼產(chǎn)生冷裂紋的概率大，所以拼裝點(diǎn)焊前必須對(duì)坡口周圍進(jìn)行預(yù)熱，溫度100 ℃～120 ℃，且定位焊縫段數(shù)每道焊縫不得少于4處，每段長(zhǎng)度為50～60 mm,采用小電流點(diǎn)固。

d) 為了防止焊接變形，組點(diǎn)完成后，對(duì)槽幫鋼端頭采取十字交叉剛性支撐。

2) 中部槽焊接要求。

a) NM360與ZG27SiMn或ZG30Cr06焊接屬于異種合金金屬焊接[3]，為了防止產(chǎn)生焊接裂紋，宜采取低強(qiáng)度等韌性匹配的方法選取焊接材料，即選用較母材強(qiáng)度低一個(gè)強(qiáng)度等級(jí)的焊接材料施焊。

b) 由于混合氣體作為保護(hù)氣體較單純CO2氣體保護(hù)電弧穩(wěn)定，飛濺小，能實(shí)現(xiàn)溶滴短路過渡頻率穩(wěn)定，所以選用80%Ar氣+20%CO2氣體組成的混合氣體作為保護(hù)氣體。

c) 由于中部槽焊接，只有兩道直線焊縫，且焊縫開放性好，工件變位次數(shù)少，宜選用焊接機(jī)器人自動(dòng)焊接。故選用了德國(guó)生產(chǎn)的KUKA KR16焊接機(jī)器人焊接，采取雙絲焊接系統(tǒng)，提高了工作效率;且機(jī)器人在焊接過程中，使用工件自動(dòng)補(bǔ)熱系統(tǒng)，通過機(jī)器人控制實(shí)現(xiàn)對(duì)工件的自動(dòng)補(bǔ)熱，從而保證了焊接過程中工件溫度的穩(wěn)定性，滿足了NM360高強(qiáng)度耐磨鋼焊接所需的溫度要求。

d) 合理控制焊接線能量，采取多層多道焊接方法；焊接電流280～300 A；焊接電壓28～30 V，焊接速度600 mm/min；通過多層多道焊實(shí)現(xiàn)前一道為后一道預(yù)熱，后一道為前一道后熱消除應(yīng)力的目的。

e) 焊接完成后,將工件放在干燥避風(fēng)的地方空冷,用小錘敲擊焊縫及周圍,以擴(kuò)散和消除焊接應(yīng)力。

3 中部槽修理工藝研究

經(jīng)過一定過煤量，中部槽會(huì)出現(xiàn)程度不同的磨損破壞，為了延長(zhǎng)刮板機(jī)使用壽命，對(duì)中部槽進(jìn)行必要的修理也是一項(xiàng)重要的工作。

3.1 中板輕微磨損的中部槽修理

當(dāng)刮板機(jī)中板磨損量較小時(shí)，可以對(duì)中板鏈道位置及底板端頭、槽幫鋼端頭采用耐磨焊絲堆焊，同時(shí)對(duì)中板其他部位采用網(wǎng)格狀堆焊加強(qiáng)的方法進(jìn)行修理，見圖1，具體工藝過程為：1) 將槽體內(nèi)的浮煤清理干凈。2) 將槽體頂板及相關(guān)附屬件拆除，便于焊接。3) 采用d1.2 mm THY-QD212鉻鉬合金鋼氣體保護(hù)藥芯堆焊焊絲進(jìn)行焊接。a) 將鏈道磨損部分補(bǔ)至高出板面3～5 mm，寬度80～100 mm.b) 將槽體除鏈道外其余部分間隔180 mm，按45°方向焊成網(wǎng)格狀，高度3～5 mm，寬度50 mm左右。c) 將槽幫端頭300 mm范圍與中板連接部分補(bǔ)焊接Δ30 mm角焊縫。d) 將底板端頭300 mm范圍進(jìn)行補(bǔ)焊50×300兩段高度3～5 mm.

圖1 刮板機(jī)中板補(bǔ)焊示意圖

耐磨焊絲主要以鉻、鉬合金為主，同時(shí)添加錳、硅、鎳等合金元素，合金碳化物在高溫下有很強(qiáng)的穩(wěn)定性，保持較高的硬度，合金組織中碳化物顯微硬度可以達(dá)到1 700～2 000 HV，焊接后焊縫表面硬度可以達(dá)到HRc58～60，同時(shí)還具有很好的抗氧化性能，在500 ℃以內(nèi)完全正常使用，符合刮板機(jī)中部槽中板的需要，可以提高中部槽使用壽命，減少維修費(fèi)用，節(jié)約開采成本，受到用戶的廣泛認(rèn)可和好評(píng)。

3.2 中板嚴(yán)重磨損的中部槽修理

當(dāng)刮板機(jī)中板磨損量超過板厚1/3準(zhǔn)備修理時(shí)，應(yīng)該采取換中板的方法進(jìn)行修理，具體工藝過程為：1) 準(zhǔn)備。將槽體進(jìn)行拉強(qiáng)加固，防止錯(cuò)位變形。2) 換中板。a) 切割。距中板兩側(cè)各50 mm處將中板切下，切后清理割渣并打磨。b) 檢查修復(fù)底板。對(duì)底板焊縫及板面進(jìn)行檢查，對(duì)于磨損部位進(jìn)行補(bǔ)焊或加固。c) 中板下料加工。中板切割，按照切割尺寸用半自動(dòng)切割機(jī)下料并清理割渣。調(diào)平，用平板機(jī)對(duì)中板進(jìn)行平整，使平面度達(dá)到圖紙要求。切割邊及焊接坡口加工，龍門刨加工周邊、兩側(cè)面30×45°坡口、

搭接口及前后端3×45°倒角。d) 組點(diǎn)。將槽體放在平臺(tái)上，按圖紙要求點(diǎn)對(duì)中板并進(jìn)行拉強(qiáng)加固，防止受熱變形。e) 焊前預(yù)熱。對(duì)焊接部位進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱溫度為150°～200°. f) 焊接。按照中部槽中板焊接工藝規(guī)范進(jìn)行焊接。3) 焊接搭接板。4) 焊后處理。放在干燥避風(fēng)地方，用小錘敲擊焊縫及周圍釋放擴(kuò)散內(nèi)應(yīng)力；去除拉強(qiáng)并進(jìn)行修復(fù)。5) 補(bǔ)焊。補(bǔ)焊槽口、槽幫等磨損部位，修復(fù)其他損壞部位。6) 刷漆并交驗(yàn)。

4 效果及結(jié)論

按照上述工藝，幾年來先后制造了SGZ830/630、SGZ764/400、SGZ764/630等多種中重型刮板機(jī)，產(chǎn)品質(zhì)量得到了用戶的認(rèn)可，中部槽大修周期達(dá)到了350萬t以上。

實(shí)踐證明：

1) 采用整體鑄造高錳鋼槽幫鋼和調(diào)質(zhì)狀態(tài)供貨的NM360高強(qiáng)度耐磨鋼板作為中部槽中板材料提高了刮板輸送機(jī)的可靠性，延長(zhǎng)了其使用壽命。

2) 采用鉻-鉬系列耐磨焊絲對(duì)磨損中部槽進(jìn)行堆焊，提高了中部槽使用壽命，減少維修費(fèi)用，節(jié)約了開采成本。

3) 采用低強(qiáng)度等韌性匹配焊接材料，選用80%Ar+20%CO2組合的富氬氣氣體保護(hù)、合理控制焊接線能量、多層多道焊接方法使NM360低合金高強(qiáng)度耐磨材料預(yù)防焊接冷裂紋并取得良好接頭性能。

4) 選用焊接機(jī)器人自動(dòng)焊接中部槽既保證了焊接質(zhì)量，又提高了工效、改善了焊工工作條件、實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化。

[1] 任麗芳，黃 利，王春燕.包鋼NM360耐磨鋼板的焊接性及其應(yīng)用[J].包鋼科技，2012(38)：27-31.

[2] 賈會(huì)會(huì).刮板機(jī)中部槽的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J].礦山機(jī)械，2010(5)：14-15.

[3] 李猛運(yùn)，孟德義，黃圣英，等.NM360高強(qiáng)耐磨板焊接工藝探討[J].2012(6)：29-30.

Research on Manufacturing and Repairing Technology of Middle Trough in Scraper Conveyor

CHI Lifeng

While manufacturing kinds of medium and heavy scraper conveyors, more attention should be paid on the preferred parts materials, welding materials, protective gas, welding equipment and adjust the welding process parameters. The paper analyzes the different technique processes while repairing the middle trough of scraper, and puts forward the mass welding process with chrome-molybdenum wear-resistant welding wire for middle trough which is not worn severely, working life prolonged, total cost reduced.

Middle trough; Strength wear-resistant steel; Wear-resistant welding wire; Welding robot

2016-11-14

遲利鋒(1970—)，女，山東海陽人，2009年畢業(yè)于中北大學(xué)，工程師，主要從事煤礦機(jī)械鉚焊技術(shù)、工藝研究

(E-mail)peng101.20@163.com

TD521+.2

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1672-0652(2017)01-0007-03