摘要：现如今，煤炭能源是我国重要的能源，对于煤炭的开采是十分重视，煤炭开采过程中应用最广泛的采煤设备为螺旋滚筒式采煤机，其作业的最关键部件是螺旋滚筒。为了提高螺旋滚筒式采煤机的可靠性，主要探讨了采煤机螺旋滚筒的磨损原因，并提出了采煤机螺旋滚筒的修复工艺。结果表明，该采煤机螺旋滚筒修复工艺是基于实际的维修测试的，是切实可行的，符合现场生产作业要求，可在煤炭开采作业过程中广泛应用。
关键词：采煤机；螺旋滚筒；磨损；修复工艺
引言
采煤机螺旋滚筒是采煤机用于落煤和装煤的关键部件，工作在环境恶劣的综采工作面。受煤层地质条件复杂多变的影响，滚筒往往是采煤机最易磨损与失效的部件，一旦滚筒失效，无法完成落煤和装煤的基本功能，需升井维修。将滚筒从井下运输到地面修理后，再运下井安装，不仅影响正常生产，而且耗费大量的人力物力。基于此，分析采煤机滚筒的失效原因，并提出相应的改进措施，对于延长滚筒使用寿命，提高生产效率有着重要意义。
1采煤机螺旋滚筒的基本结构
采煤机螺旋滚筒基本结构是由滚筒筒芯、叶片、截齿座及喷水座等组成。螺旋滚筒装煤主要是通过螺旋叶片旋转产生的轴向推力，将煤挤推到螺旋滚筒端部的排煤口，抛落在输送机上。在装煤过程中，叶片的安装形式对装煤效果有一定的影响。
2采煤机螺旋滚筒的磨损分析
2.1齿座失效
齿座是截齿的承载体，一旦失效，将无法安装截齿，影响滚筒的正常截割。齿座的失效包括齿座内孔的磨损失效及外壁的磨损失效，又以端盘周边齿座更为突出。分析其原因，齿座内孔的磨损与截齿所受截割载荷有关，截齿截割载荷越大，则其对齿座内孔的作用力越大，齿座内孔的磨损越严重；齿座外壁的磨损，是由齿座与煤壁的干涉引起的，当齿座与煤壁发生直接接触时，齿座外壁即会出现磨损。对于端盘周边齿座，因滚筒端盘始终工作在煤壁深处，该处煤壁顶板压酥效应弱，且端盘角度截齿（即向煤壁侧倾斜的截齿）又处于半封闭截割状态，因此端盘周边截齿所受截割阻力更高，齿座内孔的磨损速度更快；当端盘角度截齿磨损失效且未及时更换时，安装角度截齿的齿座即与煤壁发生接触，齿座外壁即出现磨损。另外，由于滚筒端盘为碟形结构，叶片齿座均为零度角布置，叶片与端盘交接处会出现较大端盘截齿与叶片截齿均无法截割的过渡区域。当滚筒截割对象为崩落效应不明显的硬质煤岩时，此处顶板易截割不平整而留下棱条，棱条周边截齿的截割状态将接近半封闭截割，截割阻力增大，齿座内孔的磨损随之加剧；齿座与棱条的接触，亦将使齿座外壁出现磨损。
2.2尾部叶片与末端齿座失效
在应用滚筒时，末端齿座以及尾部叶片便会形成程度不同的磨损，更甚者则会造成失效。严重的磨损出现在叶片的尾部，其对于滚筒正常的装载造成了一定程度的影响；由于末端齿座的磨损发生失效，进而对滚筒的截割宽度产生了一定的影响，而且会导致尾部叶片磨损速率的加快。在对其原因进行分析后，则会发现尾部叶片出现了较为严重的磨损，那么必定是因为此处存在着巨大的作用力。装煤以及割煤工作主要由滚筒来实施，此作用力主要由滚筒的装煤过程所产生。在装煤时，叶片通过螺旋所具有的推力而把煤送至运输机的中部槽中，这个过程决定了叶片受力与叶片磨损。在推煤的过程中，叶片外缘都参与其中，但是却只有尾部叶片被严重地磨损，那么即表明了在推煤的过程中，煤体由于被中部槽所阻挡，进而形成一定的阻力。
2.3焊缝开裂
截齿座脱落、螺旋叶片和筒芯均存在焊缝开裂问题。当工作面与硬煤或岩石夹层接触时，焊缝开裂主要是由于滚筒截割强度过大及超负荷运转造成的。
3修复工艺分析
3.1叶片末端齿座的保护
由于叶片末端齿座的失效会影响滚筒的截割宽度，并加速尾部叶片的进一步磨损，故应当对该处齿座进行有效保护。为保证截割，叶片上的截齿安装角多为0°，但对于叶片末端齿座，常规的安装角度会使该处齿座截割堆积落煤而导致其过早磨损失效。由于受顶板压酥和工作面自由度的影响，末端齿座截割处截割阻力相对较小，因此，可通过对末端齿座安装角度的适当调整，避免该齿座参与截割，达到保护该齿座的目的；也可在末端齿座外表面堆焊耐磨焊丝，对其进行局部强化，延缓其外壁的磨损，达到保护末端齿座和尾部叶片的目的。
3.2叶片升角的改进
叶片升角的选取对于滚筒的装载性能存在着直接的影响。为了促使滚筒装载能力得到改善，可以借助变升角的叶片设计，也就是自端盘处至出煤处，叶片的升角逐渐上升。此种设置形式能够促使出煤处的煤流拥挤问题得到有效的缓解，这对于缓解尾部叶片所受到的磨损是极为有利的。
3.3端盘补块的布置
由于端盘处齿座工作环境恶劣，为减小该处截齿的截割阻力，延缓齿座的磨损，端盘处应配置更多截齿并使端盘截齿截线更密。同时，为避免叶片与端盘交接处截割顶板时留下棱条，需在此截割区域增加过渡截齿。
3.4采煤机螺旋滚筒的大修工艺
采煤机螺旋滚筒的大修工艺流程依据修复工艺的详情进行分析制订：a）测量要大修的滚筒，将滚筒基本结构参数表中的数据填写完整。这些数据包括：各截深参数，即总截深H、有效截深H1和端盘截深H2；各直径参数，即滚筒直径Dc、叶片直径Dy和筒芯直径Dg；各截齿数参数，即叶片截齿数n、端盘截齿数n1；其端盘截齿截距a1、a2、an，以及叶片截齿截距b1、b2、bn；b）绘制滚筒大修截线图。截齿齿尖所在平面的展开图即为滚筒大修截线图（见图1）。图1中实线表示齿尖的运动轨迹，相邻截线间的距离为截线距；c）为确保大修滚筒的喷雾系统畅通，割去旧喷嘴以通水道；同时也要割磨损截齿及端面齿；为了清理熔渣，也要割磨损端盘、叶片和护板；d）以测绘数据作为滚筒叶片和护板规格尺寸的理论依据，画图；以图纸作为编程和数控切割端盘、叶片和护板的理论依据；清理熔渣；e）由于CO2气体保护焊具有热量集中、熔池深、焊接强度高等优点，故采用此方法将端盘、叶片和护板集配于滚筒并焊接；f）依据截线图对端盘叶片上出现磨损的齿座及喷水座进行配置，为达到冷却截齿的效果，喷水座中的喷嘴位置必须保证与各个齿尖相对应。为了减少焊接应力，便于清理飞溅残渣，先将齿座焊缝周围的母体预热至200℃左右，然后再焊接喷水嘴和截齿座；然后提高其耐磨性，在螺旋叶片的端头截和齿顶尖处堆焊耐磨层；g）滚筒的检验大修工作参考截线图和测绘结构的基本参数表；h）检验完滚筒后，及时采取措施减弱或消除焊接应力；i）喷砂、喷漆。注意各安装结合面处禁止喷漆，要保护好齿套等安装结合面。
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图1大修滚筒截线展开图
结语
通过对采煤机螺旋滚筒产生磨损的分析，结合实际维修经验，制订了滚筒修复工艺，完全适应了各种型号滚筒维修的生产需要，提高了经济效益，在性能和外观上均能满足现场生产的要求。
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论文作者:张伟恒
论文发表刊物:《电力设备》2020年第2期
论文发表时间:2020/4/30