提高转子式混凝土喷射机结合板和衬板使用寿命技术途径碟子

提高转子式混凝土喷射机结合板和衬板使用寿命技术途径

提高转子式混凝土喷射机结合板和衬板使用寿命技术途径 　　煤炭科学研究总院南京研究所 陈恢翰

摘　要　从转子式混凝土喷射机的结构特征和工作原理说明结合板和衬板存在使用寿命短的原因。通过对结合板和衬板磨损损坏情况及影响其磨损主要因素的分析，提出了提高其使用寿命的技术途径和措施。

关键词　转子式混凝土喷射机　结合板　衬板　磨损　寿命

1　概　述

目前在喷射混凝土作业中，绝大多数是使用转子式混凝土喷射机，因为这种喷射机结构简单、工作性能可靠、外形小、重量轻、维修和操作方便。据统计，煤炭系统转子式混凝土喷射机近万台，每年更新千台以上，使用量很大，它是我国喷射混凝土作业中的关键设备。喷射机工作原理和结构特征是：带有衬板的转子以一定的转速旋转，而结合板压在衬板上固定不动，结合板上连接有进风管和出料弯头，当转子中装有物料的各个料杯转动到与进风管和出料弯头相通时，在压气的作用下，物料通过出料弯头和输料管输送到喷咀，并在喷咀处加水喷射出去。在此过程中，由结合板和衬板组成的密封副起到了密封压气和物料的作用。由于结合板与衬板间有相对运动，存在摩擦磨损，导致漏风跑尘，严重时，密封完全失效，必须更换结合板或衬板。因此结合板和衬板是主要易损件，而且使用寿命短。目前结合板的使用寿命(指通过混合料量)一般可达50～100m3，衬板使用寿命一般可达400～1 000m3。由于结合板和衬板使用寿命短，不仅备件需要量大，增加锚喷支护成本，而且更换频繁，增加维修量，影响正常生产。如果结合板和衬板磨损损坏后得不到及时更换，将严重漏风跑尘，使机旁粉尘浓度增加，污染作业环境，危害工人的身体健康。因此，提高结合板和衬板的使用寿命是转子式混凝土喷射机迫切需要解决的问题。

2　结合板和衬板磨损损坏分析

由结合板和衬板组成的密封副是在恶劣的条件下工作。由于砂、石、水泥混合的物料是在一定的气压下(一般为0.15～0.4MPa)高速通过密封副，为了起到密封气压和物料的作用，在结合板上施加一定的压力，其比压(施加力与接触面积之比)为0.23～0.3MPa;而且固定不动的结合板与转速为12～22r/min的衬板之间滑动摩擦，因而产生磨损是不可避免的，而且磨损破坏较为突出。磨损损坏的几种情况分析如下：

(1)当衬板上清扫比较干净，即没有砂石等物料情况下，结合板与衬板之间的摩擦产生的磨损属于粘着磨损。结合板与衬板实际接触区域内，两表面粘结在一起;当摩擦时(即衬板旋转时)，较软材料(结合板)上的粘结点、微凸峰在摩擦过程中被剪切而脱离基体。因为衬板的强度、硬度比结合板都大得多，所以，发生磨损的主要是结合板。结合板从开始使用后，一直均匀磨损，始终保持完整的平面，不产生沟槽，这是结合板最理想的磨损情况，使用寿命相对较长。

(2)当衬板上的清扫失效，在衬板上有砂石时，尤其是砂石进入结合板与衬板之间的接触区域时，磨损较为严重，属磨粒磨损。当物料颗粒落在衬板上进入结合板之前，对结合板磨损后，其边缘有横向的皱纹状伤痕，这主要发生在进料侧;若物料颗粒进入结合板与衬板之间接触区域，磨粒对材料表面产生微切削与镶嵌，使其表面发生显微撕裂或变形，在磨粒的反复作用下表层产生裂纹并逐渐扩展，最终扩展到表面，使表面材料脱落下来，出现与旋转方向一致的沟槽，导致漏风跑尘，带有砂石的高速风流不断通过沟槽，造成沟槽不断扩展，很快失去密封作用，这是结合板和衬板磨损损坏最严重的情况。这是因为结合板本身材质很差，加上有砂石嵌卡在其中，很快磨损形成沟槽而失效。

(3)在料杯中物料不完全对准结合板上排料孔之前，物料在压风作用下被吹起，冲击、剪切结合板排料孔进料一侧;经过多次周期性的冲击、剪切，使结合板排料孔进料侧产生很大的变形和应力，在该处形成裂纹而导致材料损失或破坏。

(4)发生堵管时，物料在压风作用下被吹到结合板表面并沿旋转方向运动，对结合板产生磨损;此时如果未及时停机，物料还在继续落入料杯，料杯被物料填满，使结合板磨损加剧，这种状况对结合板损坏也较为严重。

3　影响结合板和衬板磨损的主要因素

(1)对结合板施加的力越小，磨损相对减少。为了起到密封压风和物料的作用，对结合板施加的力不能过小，否则起不到密封作用;若对结合板施加力过大，磨损也会加大，因此对结合板施加的力不能过大。通过试验测试，对结合板施加的力与接触区域面积之比较佳值为0.23～0.3MPa。

(2)结合板和衬板密封副是在重载而又无润滑条件下工作，滑动速度增大，温度增高，散热又缓慢，导致结合板摩擦面可能出现变软现象，使磨损加剧。大转子(?φ510mm)的喷射机，如转Ⅱ型、转Ⅴ型和PZ-5型等喷射机的转速一般为12r/min左右;小转子(?φ400mm)喷射机，如转Ⅳ型、转6型及转7型等喷射机的转速一般为22r/min。由于小转子转速比大转子快83%，因而实际使用中，小转子结合板比大转子结合板的使用寿命要短得多。

(3)衬板粗糙度越小，结合板磨损量也越小。

(4)衬板和结合板的材质物理机械性能，尤其耐磨性能直接影响它们的使用寿命。材质越耐磨，越不易磨损损坏。

4　提高结合板和衬板使用寿命技术途径

4.1　选择物理机械性能优良的材质

衬板和结合板的材质性能是影响其使用寿命最主要的因素。选择性能优良的材质，提高材料的耐磨性，将大大延长使用寿命。衬板要选择耐磨性好的金属材料。通常，硬度越高越耐磨。但是对耐磨材料的性能要求是硬度与韧性的恰当组合，既要有很高的硬度，也要有一定的韧性。因为衬板是在结合板重压之下运转，如果又硬又脆，将会被压裂。目前较好的衬板是采用抗磨合金材料，使用寿命一般能达到600～1 000m3/块。为了进一步提高衬板寿命，很有必要研制新的耐磨材料及提高材料耐磨性的工艺措施。结合板材质既要耐磨性好、抗撕裂、抗疲劳、抗冲击，又要有一定的弹性。目前较好的结合板材质是聚氨酯，其正常使用寿命可达50～100m3/块。但其使用寿命相对还是比较短、损耗量相当大，锚喷支护成本也相应提高。因此，对结合板材质研究有待进一步攻关，以提高其使用寿命。

4.2　改进结合板压紧方式

结合板压紧力的大小及均衡与否，对结合板的磨损至关重要。若压紧力过大，相应磨损增加;若过小，起不到密封作用;若压紧力不均衡，造成磨损不一致，将大大影响结合板的使用寿命，而且也是造成结合板处漏风跑尘的原因之一。传统的结合板压紧方法是采用两个压紧螺钉，人工凭经验拧紧;因此，常常出现压紧力过大及不均衡的状况。采用液压压紧方式可以改变这种不良状况。煤科总院南京研究所研制的PC6型小型高效潮式混凝土喷射机采用液压压紧装置已取得了较好的效果。液压压紧的原理是以两个油缸代替两个压紧螺钉，通过弹簧蓄能器使系统产生一定的油压，而且油压可以调节。因此，两个压紧油缸的压力是均衡的，其压力可以调节到最佳值，避免压力出现过大或过小的状况，即使结合板磨损后，还能起到自动补偿的作用，即对结合板的压力始终保持不变。采用液压压紧方式，结合板寿命比人工压紧可以提高50%以上。

4.3　清扫衬板表面

料杯为U型腔的转子式喷射机，通常在落料口处及进入结合板前后均设有几道清扫装置，使衬板上不留有任何异物。使用初期，清扫装置清扫效果较好。使用一段时间后，由于其本身磨损或砂石的嵌卡等原因，清扫装置很快失效，常常出现砂石滞留在衬板上或进入结合板与衬板的接合面，从而加速结合板和衬板的磨损。目前现有喷射机的清扫装置均很不理想，常常达不到清扫的效果。直通腔的转子式喷射机使用的结合板是与衬板大小一样的圆型结合板，不存在清扫问题。对U型腔的转子式喷射机，同样可以考虑将原来的扇形结合板改为圆形结合板，并在压紧及相关结构上作相应的变动，这是完全可以实现的。

4.4　控制料杯的下料量

在满足生产能力的情况下，料杯装料的充满率宜为0.8～0.9。如果料杯装料太满，结合板直接与物料接触而引起磨损，经过多次反复接触后，可能刮出许多沟槽;因此，要设置定量下料装置，控制料杯的下料量不能过多。

4.5　保证结合板和衬板的制造质量和转子的安装质量

结合板和衬板的制造质量必须符合标准要求，不合格产品不许出厂，否则会给用户带来不良后果。在实际使用中，有时发现结合板用不了1个班就损坏，衬板用不了几个班就磨出沟槽，这完全是属于制造质量问题。转子的安装质量也很重要。按标准规定，衬板上平面的跳动不得大于0.3mm。如果衬板平面跳动较大，会出现结合板与衬板贴合时紧时松的情况，影响密封效果及结合板的局部磨损。喷射机的制造质量直接影响煤矿的正常生产。为了把好质量关，应建立对口的行业质量监督检测机构，实行生产许可证制度，对厂家的制造质量进行监督把关，决不允许不合格产品出厂和用于井下。

4.6　加强对喷射机的维护、保养，严格按操作规程操作

在喷射作业中，时刻注意观察结合板和衬板的密封情况，如发现漏风跑尘，必须停止工作;若发现结合板或衬板已磨出沟槽，必须及时更换，否则磨损会更加严重，因为有沟槽后，带有砂石的高速风流通过沟槽，会使沟槽迅速扩大，不仅使结合板严重损坏，衬板也可能被高速的风流磨出沟槽。同时也要加强日常的保养工作，每次喷完，要将机子吹洗干净，特别要将结合板和衬板的表面清除干净;不工作时，应将结合板的压紧放松，严格按规程操作，如违反操作顺序，开机时先给料后送风或停机时先停风后停料，会造成料杯堆满物料，导致结合板的磨损。

5　结　语

影响结合板和衬板磨损损坏的因素很多，磨损损坏过程比较复杂;因此，要提高其使用寿命，必须全面综合考虑。上述从材质选择、制造质量、使用工况条件、维护保养和操作等方面提出了提高结合板和衬板使用寿命的技术途径和措施。这些技术途径和措施的实施和应用，有助于提高结合板和衬板的使用寿命。

选自《建井技术》

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