再制造技术在煤矿机械零部件中的应用

为了探讨再制造技术在煤矿采掘机械零件中的应用，笔者通过介绍采掘机械零件典型的再制造技术和修复实例，综述了煤矿采掘机械零件的再制造现状。 包括液压支架立柱、锁紧件、中部槽、链轮链窝和减速器等在内，煤矿采掘机械零部件再制造前景广阔，但也存在一些亟待解决的问题。

矿山机械损耗大多是采掘、运输、分选过程中设备与矿石物料的摩擦磨损，随着煤炭行业的发展，采掘机械、支护设备及运输提升设备等矿山机械设备的报废量巨大。 从煤炭工业发展形势看，调整工业结构，大力整合改造现有煤矿，关闭小煤矿，淘汰落后生产力，将有更多的采煤机进入残破期。 据有关统计，2012年煤炭年产量将达到36.3亿吨，随之带来采煤机的大量消耗，到2020年矿山机电产品的报废量将达到百万吨。 这些机械产品要么直接销毁，要么部分修理。

面对巨大的可再生资源库，出现了先进、高标准的生产和消费模式——绿色再制造，“一方面要采用先进技术和现代生产管理，恢复原机性能，兼顾对原机的技术改造”；另一方面要使废弃物复活，减少废弃物对环境的污染再制造技术是朝阳产业，应用于老旧零部件源巨大的采煤机上前景广阔。

1 再制造技术

再制造技术通过对旧零件进行尺寸恢复和性能提高来保证产品质量。 国外再制造产业在传统制造业的基础上，发展和完善了以“更换修理法和尺寸修理法”为核心的再制造模式。 在该模式下，受损严重的零部件直接更换为新品，更换后的故障零部件要么成为垃圾，要么回炉冶炼； 对于损伤小的零件，可以采用车、铣、镗等机械加工手段，在改变零件尺寸的同时，恢复零件的几何精度，再结合加大尺寸的非标准新零件，恢复零件的性能，但会损害互换性，达到原型新零件的使用寿命另外，国外的再制造模式还存在着零部件再制造率低、浪费大、节能减排效果不佳等明显的不足。

我国再制造产业起步晚，但发展迅速。 以恢复旧零件尺寸精度、提高旧零件表面性能为原则，以“表面修复和性能提高法”为再制造的主要技术方法，同时引入先进的无损检测理论与技术、表面工程理论与技术、熔模理论与技术，可以明显提高零件的整体性能， 不仅可以对表面轻微损伤的零件进行再制造，而且可以对表面严重损伤和三维体积损伤零件进行再制造，恢复了零件损伤部位的尺寸，不仅实现了旧零件的再利用，而且很好地弥补了国外再制造的不足。

2 在典型零部件上的应用

可再制造典型零部件主要涉及采掘机械、支护设备、运输提升设备和液力机械等大型设备，其服役情况具有环境湿度大、腐蚀气体含量高、运行时间长、润滑条件差等严峻特点，服役周期短、废品率高失效形式主要为磨损、腐蚀、划痕、失效等，除失效以外的失效发生在零件表面，因此表面涂层技术应用最为广泛，主要体现在激光熔复技术、等离子熔复技术、纳米复合电铸技术、高速电弧喷涂技术和超音速等离子喷涂技术、超音速火焰喷涂技术

典型零件中，以液压支架立柱、刮板输送机链轮轴、减速器、刮板输送机链轮窝、乳化液泵曲轴等结构复杂、附加值高、易磨损失效的采煤机械设备零件为主要研究对象。

2.1液压支架立柱再制造

液压支架是井下开采的主要支护设备，支架是支架的核心部件，受酸性、碱性或水蒸气等有害环境气体的综合影响，支架表面划痕开始腐蚀。 国内液压支架立柱新品一般采用表面镀铬的方法实现表面防腐，采用最多的镀层是以乳白色铬为基底再镀硬铬，或以锡青铜为基底再镀硬铬的复合镀层。 由于镀铬层与基体结合力不强，1 ~ 1.5 a后镀铬层出现脱皮、脱皮等现象，损伤密封圈引起密封不良，柱体也随之腐蚀(采用激光熔复技术再制造不锈钢立柱，与立柱基体冶金结合表面硬度可达HRC45 ~ 50，具有高耐腐蚀性、耐磨性，涂层不易脱落，成品可实现5 ~ 8 a免维护。 (见图1(b  ) )。 与传统的电镀技术和进口包装技术产品相比，该产品的寿命提高约3倍(见图2 )，经济效益显著。

图1再制造前后的职位

图2电镀与激光熔复再制造柱寿命比较

2.2刮板输送机中部槽再制造

中部槽是链条和煤流的支撑体和运行轨道，主要失效形式为磨损，中板支撑链条部位磨损尤为严重。 解决中部槽中板磨损问题，采用激光熔敷、耐磨焊条堆焊、等离子熔敷技术在中板易磨损部位涂覆一定厚度的耐磨层，在此基础上支撑链条滑动，避免链条与中板直接接触，延长中部槽的整体寿命

笔者采用激光熔敷技术制备的熔敷层抗冲击性高于16M  n基体，硬度达到HV700，是基体的10倍以上，摩擦系数降低50%，耐蚀性显著提高(整体提高了中部槽的强度，不易变形)。 修复后，中部槽的寿命提高了4倍以上，链条的寿命也大幅提高。 马宗彬、齐秀丽等采用等离子焊接技术加工而成的耐磨中部槽，耐磨层的抗冲击性强于中板母材，不易出现裂纹和剥落。

图3中部槽再制造前后

2.3减速机外壳再制造

减速器广泛应用于矿山机械中，起到在原动机与工作装置或执行机构之间配合转速传递扭矩的作用，壳体内孔是主要磨损部位，主要承受静载荷，磨损尺寸小。 40 kW以上的刮板减速机和30 kW以上的带式输送机减速机维护周期为1 a，可采用电镀技术和激光熔敷技术进行再制造。

2.4矿用堵漏的再制造

截齿承受较高的冲击载荷和压应力，易磨损失效。 刹车失灵后，切削阻力和产生的粉尘量剧增，影响挖掘机工作效率和工人工作安全。 其失效形式有硬质合金刀头脱落、硬质合金刀头破碎、截齿磨损、齿体折断和截齿丢失等，磨损约占截齿失效的50%，交换量巨大。

目前应用于截齿再制造技术的有激光熔敷、喷涂及堆焊耐磨层等。 苏伦昌等人在切齿母材42CrM  o钢的表面激光熔敷添加了一定量的Ti、w、Mo等强碳化物的FeCrSiBC铁系合金粉末，利用该技术进行再制造修复，可将切齿寿命延长3 ~ 5倍。 国内某公司利用热喷涂在截齿周边喷涂焊接高硬度耐磨合金，耐磨合金层起到耐磨骨架的作用，避免硬质合金头过早脱落。 孙咸氏35CrM  nSi钢截齿母材采用高速钢焊条堆焊耐磨层，堆焊合金与截齿体结合牢固，抗冲击性强。 陈颢等采用等离子束表面冶金技术在采煤机截齿磨损严重的部位制备了铁基复合涂层。

2.5链轮及链兜再制造

胥二迎利用合金粉末喷涂技术对链轮齿面进行喷涂修复，打磨和预热完成后，先用喷枪将Ni60粉末喷涂在齿面上，再加热至1,000~1,150，熔化冷却后形成了0.8 mm厚的耐磨表面。 国内公司在链兜部分堆焊中使用高铬钼材料，首选D212耐磨焊条，链兜堆焊耐磨层厚度4 ~ 5 mm，链兜堆焊处硬度大于其他部位硬度。 测试结果表明，环驱动链轮的修复与新制造的链轮寿命相当，各项试验指标均满足要求。

2.6曲轴再制造

乳化泵的曲轴是重要的部件。 工作时曲轴受到压力、惯性力及惯性矩的作用，受力大而复杂，同时又受到交变载荷的冲击作用，且一直高速旋转，常见的损伤形式有轴颈磨损、扭转变形和裂纹等。 曲轴磨损修复一般采用磨削法，磨损严重时可采用等离子喷涂法。 与激光熔复相比，等离子熔复的热影响区域大，粉末利用率低，结合强度远低于激光熔复。 激光熔敷技术在曲轴的再制造中发挥了很好的作用。

图4再制造前后乳化液泵曲轴

3 结论

矿山机械再制造充分利用废旧矿山产品所含的高附加值，投入资金少，生产周期短，但再制造后的矿山产品基本能达到原新产品的性能水平。 据统计，一般大型设备的再制造费用仅为购置新设备费用的1/2，不仅能给企业带来巨大的经济效益，而且有利于提高企业的市场竞争力。 但在矿山机械再制造领域面临的一系列问题亟待解决，其中寿命评估与修复是再制造行业的技术难点，一是废旧零部件损伤和剩余寿命评估技术与方法是目前国际上的难题，对废旧零部件没有采用方便快捷的方法获得评估结果。 二是结构复杂的损伤零件表面修复技术空间大，不同零件的损伤形式复杂多样，材质和形状往往不同，需要针对不同的损伤形式、不同的材质、不同的形状采用不同的修复技术。 未来矿山机械开采设备再制造技术研究的重点就在这里。

来源：矿机之家

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