胡凌云，杨 杰

（中国煤炭科工集团 太原研究院有限公司，山西 太原 030006）

1 问题的提出

掘锚机是集截割、装载、运输、行走、锚护、喷雾除尘于一体，能够实现掘进与锚护平行作业的机械设备。其采用变频调速行走装置，具有较强牵引力；临时支护可前探至迎头，作业空顶距小，可适应各种顶板条件；截割作业过程中采用掏槽油缸推进，机身保持不动，整机振动较少。掘锚一体机不仅极大地提高了掘进、支护、运输的工作效率，优化了作业行程，还可实现高效快速掘进，同时改善了工人的劳动环境，降低了劳动强度与危险系数，实现了煤巷掘进支护的一体化、自动化。

掘锚机装运机构主要由装载部及运输部组成。装载部主要由铲板体、耙爪、装载电机、装载减速器构成，位于运输部前侧，通过耙爪的转动实现装载过程。装载部工作过程中，割下的煤与矸石等物料通过耙爪转动运送至运输部，运输部主要由前部运输槽、中部运输槽及运输机尾三个部分组成，采用输送电机及输送减速器驱动刮板链实现物料的连续输送。割下的煤和矸石与刮板链、运输槽间的相对运动产生摩擦，对中板、底板及运输槽侧帮造成低应力磨损，结构件材料不断通过磨损流失，因磨粒颗粒较大，同时对材料表面产生高应力作用和冲击作用，被磨材料表面在力的作用下产生较深划痕。根据掘锚机装运机构的工作特点，为提高装运机构的使用寿命，减少因维修产生的时间及费用，掘锚机装运机构的铲板及中部槽运输结构件材料采用耐磨钢板，而提高装运机构耐磨性也成为提高产品寿命的关键问题。本文对普通耐磨材料和高铬耐磨复合钢板进行了对比分析。

2 普通耐磨材料

本文采用的普通耐磨材料为低合金高强耐磨钢NM360，其化学成分见表1。其显微金相组织为回火马氏体组织，具有高强度、较好的韧性和耐磨性，其综合力学性能见表2。装运机构中选择钢板厚度超过20 mm，通过计算其碳当量可知其焊接性能。碳当量计算公式为：CE＝C＋Mn／6＋Si／24＋Ni／15＋Cr／5＋Mo／4＋Cu／13＋P／2。根据公式计算 NM360的碳当量值为0.547%，为提高装运部的耐磨性，可采用耐磨焊条进行局部堆焊。

表1 NM360钢的化学成分（质量分数） %

表2 NM360钢的力学性能

综上，NM360具有高强度、高硬度、良好的抗粘着磨损性能、较强的韧性、良好的焊接性能及机械加工性能。生产实践中发现，其平均使用寿命不超过200万吨。

3 耐磨复合钢板

随着工业技术的不断发展，传统的耐磨材料已无法满足生产需求，新型耐磨复合钢板在这几年迅猛发展，逐步进入煤矿机械行业。耐磨复合钢板是在普通钢板表面堆焊一层耐磨复合中板，复合层与基体金属通过冶金手段结合，使材料表面的耐磨性得到大幅提高，而高铬合金堆焊耐磨复合钢板因其优良的综合机械性能及经济性被广泛应用。

3.1 高铬耐磨复合钢板的制作

因堆焊工艺相对简单，设备投资少，操作灵活，适用面广泛，被应用于钢板表面制作耐磨合金层。采用明弧自动堆焊技术，将含有Fe-Cr-C耐磨合金粉末与含有高碳高铬成分的焊丝一同高温熔化，使合金粉末与Q235B钢、Q345A钢金属基体冶金熔合，冷却结晶后形成含有高铬的耐磨层。

该焊接方法具有以下优点：无焊渣焊瘤；可通过增加堆焊层数来提高堆焊层硬度及耐磨性；可通过焊接工艺参数的控制，获得更细化晶粒来增加堆焊层的硬度及耐磨性；堆焊层含有高铬高碳元素，在冷却结晶过程中可形成高硬度初生碳化物，具有较优的抗磨粒磨损和抗切削磨损能力；通过改变药芯焊丝内合金含量或种类可获得不同力学性能的复合钢板；自动焊接质量均匀平整，堆焊层中硬质相分布均匀，有效地避免了不均匀磨损的出现。

3.2 高铬耐磨复合钢板的特点

（1）良好的耐磨性及韧性。高铬堆焊层金相组织大量为初生碳化铬Cr7C3，碳化铬洛氏硬度可达HRC58～HRC64，远高于NM360传统耐磨材料硬度。基体为铁素体与奥氏体组织，具有良好的韧性，可防止运输过程中由于颗粒的切削作用力导致的材料磨损。随着堆焊层厚度的增加，其强度、硬度也随之增加，表面耐磨性更好。还可在药芯焊丝中加入钼、钨等金属化学成分，增加其在高温状态的耐磨性。

（2）抗冲击性能。目前堆焊工艺已经成熟，堆焊层与基体可以很好地冶金熔合，两种材料焊接交界处无气孔、裂纹等焊接缺陷，高铬耐磨复合钢板既具有耐磨特性，又具有Q235B、Q345A钢等基体良好的综合性能，可有效避免冲击载荷对耐磨板造成的影响。复合钢板表面分布着较多的细小裂纹，有益于焊接应力的释放，有效防止了母材的变形，同时高铬复合钢板在承受载荷时可有效避免堆焊层剥落。

（3）可加工性能及经济性能。耐磨复合钢板便于加工成型，可加工成任何形状。母材Q235B、Q345A等焊接性优良，安装方式多样，适用于多种工况。耐磨复合钢板虽然制造成本高于普通耐磨钢板，但其优良的机械性能可大大延长设备的使用寿命（达400万吨），降低设备损坏率，减小生产成本，既具有高的经济效益又具有好的环保效益。

3.3 高铬耐磨复合钢板的应用

高铬耐磨复合钢板是采用焊接方式将耐磨材料与基体冶金结合，可通过选择基体材料厚度、堆焊厚度制成不同规格型号的高铬耐磨复合钢板，掘锚机装运机构采用的规格为基体厚度20mm＋堆焊层厚度8 mm，如图1、图2所示，经采样测量平均硬度可达HRC61～HRC62。同时复合材料又兼具母材良好的机加、焊接性能，不仅可制成平板形状，还可通过切割、打孔、焊接、弯曲等加工手段，将其加工成弧板、圆筒等形状，可广泛应用于采矿、电力、水泥、机械等行业。目前我国在生产制造耐磨复合钢板方面，生产工艺成熟，产品质量稳定。

图1 高铬耐磨复合钢板

图2 输送机构中部槽

4 结语

掘锚机工作环境较为恶劣，连续工作时间长，工作强度较高，设备长期处于较大负载状态，并伴随冲击载荷，且煤矿中含有煤矸石，对掘锚机装运机构磨损最为严重，维修难度较高。经过对比，高铬耐磨复合钢板较NM360等传统的耐磨板有更优异的耐磨性、韧性及可加工性，整机大修时钢板仍可通过补焊耐磨层重复使用。经过掘锚机工业性试验，装运部的维修时间与维修费用明显减少，同时降低了井下员工劳动强度，大大提高了掘锚机装运机构的使用寿命。综上所述，高铬耐磨复合钢板在煤矿机械领域具有广阔的发展前景。