矿山机械中磨损分析

矿山机械中磨损分析

刘星1 ,王盛2

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【摘要】矿山机械在生产的过程中，由于其工作对象都是较为坚硬的岩石，其机械所产生的磨损也较为严重，尤其是个别部位出现严重磨损之后，就会导致矿山机械设备出现故障，严重情况下还可能会导致事故的发生。因此。必须要对矿山机械各个方面可能出现磨损的区域加以分析，找出具体的原因，从而第一时间采取防治措施。主要针对矿山机械中摩擦磨损现象进行了深入的分析，以期为其他矿区矿山机械使用的情况提供参考。

【关键词】矿山机械；液压泵；内燃机；摩擦磨损

矿山机械所需要的动力较大，而在大动力运行的过程中，只要有部分区域没有做好养护工作，就会促使剧烈的摩擦现象出现，这也就导致矿山的机械磨损过大，尤其是个别重要的零件，在遭受到严重磨损之后，就只能整体性的更换，这对于矿山企业的经济效益来说，有着极大的影响。这就需要对矿山机械的摩擦、磨损进行全面详细的分析，从而预先采取相应的应对措施。本文对矿山机械液压泵和内燃机的摩擦磨损进行了分析和探讨。

一、机械设备摩擦磨损

机械设备3种主要失效形式是磨蚀、磨损和断裂，其中磨损造成的经济损失时巨大的。据有关数据统计，全球约有1/3～1/2的能源被消耗在摩擦上，转化为热能，由于摩擦导致的磨损失效占设备损坏的70%一80%，每年损失都在上千亿美元。在工况复杂且苛刻的条件下，特别是在高速、高温、高压等条件下工作的零件，往往会因其表面磨损而造成零件报废，导致设备停用，影响人类的生产活动。因此进行材料摩擦磨损的研究意义十分重大。矿山机械中的提升机、破碎机、穿孔机、洗选和矿山专用起重设备及其一些辅助装置，应用液压传动的较多，且多在井下作业，周围环境恶劣，设备收冲击和振动大，液压元件磨损较为严重。内燃机也是矿山机械中常用的一种动力机构，它可以在高温、高压和受力比较复杂、还受各种振动的条件下工作。数据显示，内燃机摩擦有50%～ 60%消耗在缸套一活塞的摩擦副中。改善摩擦磨损，有利于提高系统的使用寿命。

二、液压泵的摩擦磨损分析

（一）磨粒磨损：液压元件两相互摩擦表面中，微小硬质点不断滑磨较软材料表面，划出沟纹，使得液压泵泄露增大，减小液压泵的容积效率，造成流量及压力减小。在污染的油液中，金属颗粒约占75%，尘埃约占15%，其他杂质约占10%。可见，固体颗粒危害最大。颗粒污染物的硬度、破碎强度、形状、尺寸大小及分布等特性对元件的污染磨损有直接的影响，实验结果表明，泵的磨损与颗粒污染物的磨损性有很大关系，在试验污染物中煤粉的磨损性最小，淬火钢粉的磨损性最大。这与摩擦磨损理论是相符合的，材料抵抗磨损主要取决于磨粒硬度和材料表面硬度和耐磨性。

（二）粘着磨损：根据鲍顿和泰伯提出的粘着一犁沟摩擦理论，在液压泵的两表面接触时，在载荷作用下，某些接触点的单位压力很大，发生塑性变形，这些点将牢固的粘着，使两表面形成一体，称为粘着或冷焊。当一表面相对另一表面硬一些，则硬表面的粗糙微凹体顶端将会在较软表面上产生犁沟。

矿山机械液压泵往往工作于压力高、流量大、温度高，表面形成的油膜，特别是物理吸附膜和化学反应膜，会在高温下解附。并且在重载下，将油膜挤破，使得摩擦表面直接接触即干摩擦。由表面膜效应知，表面膜的剪切强度小于金属剪切强度，当表面膜消失时，摩擦系数迅速增大，使液压元件表面温度进一步升高，当温度很高使材料软化，导致粘着磨损的发生。例如，柱塞泵体中的柱塞与缸孔正常工作处于液体状态，当存在制造误差与安装误差时，造成摩擦表面直接接触，导致粘着磨损的发生。

（三）气穴气屑：液压泵的油液中即便不存在任何颗粒物质或者污染物，其中只要存在着过量的空气，同样对导致液压的相关元件在这一过程中遭受到较为严重的磨损吧。通常情况下，油液中所存在的空气有两种：一是气体直接溶液在了油液之中，在压力不大的情况下，无法明显看到其中所存在的气体，所以，其气体的溶解度和油液有着直接的联系；二是液油在进行灌装的过程中，混入了空气。控制之所以能够对液压泵带来磨损，其主要与原因是由于液压泵在使用的过程中，油液的压力在这一过程中不断的发生变化，尤其是压力降低到一定程度之后，油液中所存在的气体会持续不断的释放出来，其元件的内壁在这一过程中就会形成大量的气泡。

三、内燃机的摩擦磨损分析

（一）磨粒磨损：内燃机在煤矿井之下作业运行的过程中，由于其自身的机械运行原理较为复杂，生产条件严苛，并且煤层的表面粗糙程度较大，其元件在正常运行的过程中，就会出现大量磨损屑、磨损粒掉落到机械设备之上，再加上煤矿井开挖过程中其灰尘的浓度极高，内燃机进气过程中会持续不断的吸人大量粉尘颗粒，这导致内燃气腔体内部所出现的磨损现象极为严重；内燃机内部的内壁、活塞环等部位在粉尘进入之后，冲程不断运动的情况下，带动粉尘，导致其中的关键部位出现了刮伤、切削、压损、机械疲劳等现象，这些因素都是材料磨损的一个主要形式。

在内燃机正常工作的过程中，其中所存在的粉尘颗粒和颗粒的浓度在持续不断的增加，尤其是缸体内部压力在提高的过程中，其颗粒就会直接附着在缸壁之上，由冲程带动这两个部分持续不断的进行摩擦，导致磨损的程度在不断的夹具。而磨损的磨粒自身有着不同的形态，例如层状、求形状等，而污染物颗粒具体有煤屑、金属粉、粉尘等多种不同的微小碎屑。其磨粒的具体大小、成分、含量则可以使用光谱法、铁谱法等来进行检测，使用光谱法的检测结果通常来说要更为简便，这主要是由于铁谱法检测工作需要丰富的经验以及良好的油样。

（二）粘着磨损：粘着磨损主要发生于机器的跑和阶段，由于表面粗糙度大，实际接触面积仅有名义接触面积的0.01%一0.1%，微凸体在强大的压力下，产生塑性变形并接着产生粘着磨损，磨损率是正常工作的50～100倍，磨去最大峰高度的65%～75%。为防止擦伤和疲劳磨损，可以对缸体表面进行各种处理，如渗碳、渗碳、PCD、CVD等，增加表面硬度，增强表面耐磨性；为减少磨粒在材料表面磨出沟槽，降低内燃机的密合性，可减小发动机的耗油量。

总而言之，矿山机械设备在正常使用的过程中，上文所阐述的各种磨损现象，都可能同时出现，或者交替出现。而不同材质、不同部位所出现磨损也有着极大的不同，而在针对这些情况进行磨损防护的过程中，就应当根据各项情况来进行综合性的分析，尤其是对机械运行过程中的摩擦现象、可能性进行分析，只有周密的分析，才能够为解决措施提供良好的依据，这对于矿山机械提升自身的使用寿命来说有着极其重要的作用。

四、结束语

矿山机械在实际工作过程中，上述摩擦磨损往往同时发生，或交替产生，不同机械元件磨损机理不同，需要对各元件做具体的综合分析。分析机械中的摩擦磨损现象，并有效避免，对于提高机械使用寿命有着重要的意义。

参考文献：

[1]谢泳.煤矿机械磨损失效分析方法和抗磨措施[J]. 与密封. 2006（09）