程梦远，毕冬冬

(国能神东煤炭集团有限责任公司设备维修中心，陕西 榆林 719315)

0 引言

重型刮板输送机是大采高综采工作面高产高效机械化采煤的核心装备，中部槽是重型刮板输送机的关键部件，承担着煤炭运输、采煤机运行导向以及液压支架推移支撑的重要任务。中部槽是主要的耗能和磨损部件，维修和更换的价格都比较贵，刮板输送机在空载时功率约占25%以上，空载功率绝大部分消耗在摩擦过程中。在满载运行时，由于煤和矸石在刮板和刮板链中滑行，故工作阻力大，导致磨损加剧，大量的中部槽维修工作总结显示最主要的磨损部位是中部槽中板链道处，链道补焊也是维修中部槽最多的工作量。

1 中部槽磨损形式危害及维修更换标准

1.1 中部槽磨损形式

中部槽是刮板输送机的关键部件，也是易损部件，其结构如图1所示。磨损是机械设备在工作过程中，因机件间不断地摩擦或因介质地冲刷，其摩擦表面逐渐产生磨损，因此引起机件几何形状改变，强度降低，破坏了机械的正常工作条件，使机器丧失了原有的精度和功能。刮板输送机中部槽主要磨损形式有以下4种。

磨料磨损：磨损部位为中部槽中板、底板以及槽帮弧顶处。

粘着磨损：磨损部位为中部槽中板和底板。

疲劳磨损：磨损部位为中部槽凹凸榫槽处和齿轨表面。

腐蚀磨损：磨损部位为中部槽整体外表面。

其中以磨料磨损为最主要的磨损形式，占总磨损量的75%以上。

1-哑铃销座组件；2-槽帮组件；3-封底板；4-中板；5-推拉头组件；6-销轨组件；7-挡煤板组件；8-电缆槽组件图1 刮板机中部槽结构示意Fig.1 Structure of middle groove of scraper

1.2 中部槽磨损可能产生的危害

当中部槽磨损过于严重时，存在以下几种危害。

磨掉耐磨层：中板磨损至10 mm以下时，表面耐磨层几乎全部磨掉，中部槽的强度和硬度急剧下降，导致中板变形，向下凹陷，使中板与底板空间变窄，刮板通过时加剧磨损，最终导致中板或封底板开裂和撕裂。

磨出沟槽：中板与刮板链在很大的压应力作用下相互摩擦产生，导致在链道处产生了典型的高应力磨料磨损，磨出沟槽，机械强度明显降低。

跳链卡死：刮板在推煤过程中，将部分煤粒挤压在刮板与槽帮的缝隙中拖动，俗称塞煤，导致槽帮处磨损严重，使中部槽出现跳链卡死现象，导致刮板链崩断和电机过载甚至烧毁电机造成严重的经济损失，飞出的刮板链还可能击伤工作人员。

1.3 中部槽中板维修及更换标准

根据神东公司内部制定的刮板机中部槽检修标准(以40 mm厚中板为例)，当刮板机中部槽的中板链道磨损最薄处不足20 mm时，使用WD-ZBD350药芯耐磨焊丝手工补焊链道方式修复中板；当中部槽中板整体磨损不足20 mm时，使用WD-ZBD350药芯耐磨焊丝采用打网格方式修复中板(网格形式如图2所示)；当中部槽中板最薄处不足10 mm时，将中部槽中板整体气刨后更换。

图2 中板网格形式Fig.2 Form of medium plate grid

2 改进前中部槽更换中板工艺及存在问题

2.1 中部槽更换中板工艺步骤

神东公司以大采高工作面为主，所使用的刮板输送机多数为重型刮板输送机，中部槽中板采用了40 mm高强度耐磨钢板，屈服强度大于550 MPa。焊接性能略低于Q355低合金高强度结构钢，因此，焊接时需进行焊前预热和焊后保温处理。

更换中板的工艺步骤如下：①中部槽左右两槽帮分别焊接10号槽钢作为拉筋，槽帮焊接区域不小于50%，起定位和防变形刚性固定作用，如图3所示；②沿中部槽槽帮与中板焊缝画线，使用碳弧气刨，刨掉整体中板，移动式除尘系统跟踪除尘；③角磨机打磨处理坡口凸点，直至全部露出金属本色，便于组对安装中板；④数控火焰切割机下料40 mm高强度耐磨钢板，槽帮边线开K型坡口，坡口深度18 mm，坡口宽度18 mm(坡口角度为45°)，钝边5 mm；⑤检测中板平面度误差，误差超过3 mm使用压力机校正；⑥将校正完的中板与槽帮组对，保证中板上表面与槽帮平齐；⑦沿中部槽槽帮与封底板焊缝气刨掉整体封底板；⑧将中板及槽帮使用割炬做预热处理，预热温度180～230 ℃；⑨按照指定焊接顺序焊接中板与槽帮焊缝，焊接时严格控制焊接变形(如图4所示)，移动式除尘系统跟踪除尘；⑩焊接完成后保温处理，减少焊接残余应力；按照指定焊接顺序焊接封底板，移动式除尘系统跟踪除尘；割除刚性固定拉筋；自然静置时效；检测中板平面度变形量及中板与封底板距离，确保在公差范围内。

图3 中部槽焊接槽钢拉筋位置Fig.3 Location of welded channel steel shrouding wire of the middle groove

图4 中部槽中板焊缝焊接顺序Fig.4 Welding sequence of middle plate weld of middle groove

2.2 中部槽更换中板工艺存在问题

从中部槽中板更换工艺中可以看出存在3处需要改进的地方：①中部槽的中板较厚，需要双面开坡口双面焊，焊接工人只能从两侧各伸入焊枪500 mm左右，中部槽长度为1 784 mm，其间有784 mm无法焊接，因此需要气刨掉中部槽封底板(部分或全部)，露出中板背面焊缝才可以施焊，中板焊接完成后还需将封底板按原位置补焊，不仅增加了焊接劳动工作量，而且经过补焊后，封底板及槽帮处增加内部焊接应力，降低塑性及韧性，容易产生裂纹，增大开裂的危险性。②焊接时通过两边10号槽钢作为拉筋来定位和防变形有时无法满足工艺要求，如果开坡口的角度过大或焊缝过宽导致焊接量及热输入过大，对接坡口处变形量大，个别修复完的中部槽会出现一定的变形超差，使中板上翘形成“鼓肚”现象(如图5所示)，需要使用压力机配合专用校正工装校正。因此，中部槽维修工作量会成倍增加。③在二氧化碳气体保护焊打底时熔合区周围容易产生热裂纹。

图5 中板变形上翘Fig.5 Deformation and warping of middle plate

3 改进后中部槽中板更换焊接工艺及效果

3.1 改进措施

打底焊：针对上述二氧化碳气体保护焊打底焊出现的裂纹，采用MAG焊的方法进行打底焊，利用其熔深大、焊接过程稳定及接头质量好的特点，并通过控制焊缝化学成分及改变接头形状2方面消除焊接热裂纹，优化打底焊接形式。

调整坡口角度：针对中部槽焊接效率和焊接热输入量的问题，将K型坡口角度调整至32°～38°之间，钝边厚度3～5 mm，通过实验对比，在此坡口角度下使用MAG焊打底能获得较好的焊缝质量，并提高了焊接效率，节约了生产成本。

原封底板不气刨：由于在更换中部槽中板时需要气刨割除封底板及存在焊接变形超差等问题，经过现场实验对比分析，在满足焊接强度的条件下，保留原封底板不气刨，保留其结构位置不受影响，大量缩减焊接工作量，具体工艺过程为：①中部槽中板分2部分气刨(以大中板和小中板作为区分)，第1部分气刨大中板，长度1 200 mm，约占中板全长的2/3。②大中板下料使用数控焰切割机下料耐磨钢板，厚度40 mm，长度1 200 mm，宽度以实际气刨后缺口宽度为准，并在槽帮处开K型坡口，长度方向上单侧开V型坡口。利用小中板与槽帮的固定结构作为大中板的定位基准，按照指定的焊接顺序及工艺焊接各坡口。③焊接完成后立即再次气刨剩余1/3的小中板，气刨时产生的热量传递至焊缝区，等效于保温处理，无需单独做焊缝区域保温，节省保温工艺,缩短工艺时间。此时，由于大中板的长度从1 784 mm缩减到1 200 mm，底部焊缝便可以全部施焊(留出200 mm释放焊接应力)。④焊接完成后，再焊接已下料的小中板，利用大中板与槽帮的固定结构作为小中板的定位基准，并将两块中板间V型坡口焊接完成(如图6所示)。大中板与小中板在焊接过程中起到了互相定位和互相支撑的作用，进一步减小了焊接变形，此焊接顺序在保证不破坏封底板的情况下只在大中板下面焊缝有大约200 mm非焊接区，该区域不在高磨损高应力位置，且可以释放一定的焊接应力，其余位置全部能够焊满。经现场试验计算，满足强度要求。

图6 中板气刨及焊接顺序Fig.6 Air gouging and welding sequence of medium plate

3.2 改进后更换中板工艺步骤

工艺步骤：①中部槽左槽帮焊接10号槽钢作为拉筋，槽帮焊接区域不小于50%，起定位和防变形刚性固定作用；②沿中部槽槽帮与中板焊缝画线，区分出大中板和小中板以及坡口位置，使用碳弧气刨，刨掉大中板部分，移动式除尘系统跟踪除尘；③角磨机打磨处理坡口凸点，直至全部露出金属本色；④数控火焰切割机使用40 mm高强度耐磨钢板下料大中板，槽帮边线开K型坡口，上下坡口深度18 mm，坡口宽度13 mm，钝边3～5 mm，大小中板对接处开单边V型坡口，坡口深度25 mm，坡口宽度13 mm，钝边15 mm；⑤检测大中板平面度误差，误差超过3 mm使用压力机校正；⑥将校正完的大中板与槽帮组对，保证中板上表面与槽帮平齐；如槽帮磨损严重，可将大中板高于槽帮3～5 mm对齐需保证大中板两侧高度相同；⑦将大中板及槽帮使用割炬做预热处理，预热温度180～230 ℃；⑧按照指定焊接顺序及焊接工艺焊接大中板与槽帮焊缝(参照图7中1～6焊缝)，背面焊缝长度不得小于500 mm，焊接时严格控制焊接变形，采用移动式除尘系统跟踪除尘；⑨焊接完成后无需做保温处理，使用碳弧气刨，刨掉小中板部分，移动式除尘系统跟踪除尘；⑩数控火焰切割机使用40 mm高强度耐磨钢板下料小中板，坡口形式参照大中板；小中板与槽帮组对，组对时高度方向以大中板为基准，使用靠尺检测小中板与大中板位置误差不超过2 mm；按照指定焊接顺序及焊接工艺焊接小中板与大中板，小中板与槽帮焊缝(参照图7中7～11焊缝)，背面焊缝长度不得小于500 mm，焊接时严格控制焊接变形，移动式除尘系统跟踪除尘；割除刚性固定拉筋，小中板焊缝区域做保温处理，减少焊接残余应力；自然静置时效；检测中板整体平面度变形量及中板与封底板距离，确保在公差范围内。

图7 改进后中部槽中板焊接顺序 (图中长直线为正面焊缝,波浪线为背面焊缝)Fig.7 Welding sequence of improved middle plate of middle groove

3.3 改进后中部槽中板更换使用效果

改进中部槽中板更换工艺后，与原工艺相比较，定额工时由原来的22 h降低至15 h，降幅超过了30%。普通焊丝及碳棒等消耗材料节省24%，根据质检员提供的17节3×1 000 kW三机中部槽检测明细表(见表1)中板更换合格率由原来的86.8%提升至94.1%。保守估计每节中部槽采用新工艺更换中板节省4 000元。

改进后的中部槽中板更换后入井布尔台煤矿，过煤量超过400万t，正常运行，未出现焊缝开裂、中板变形等异常情况，达到预期设计和使用效果。中部槽重要尺寸检测表见表1。

表1 中部槽重要尺寸检测Table 1 Inspection table for main dimensions of middle groove

4 结语

采用高强度耐磨钢板作为刮板输送机中部槽中板使用，无论是耐磨性还是焊接性完全符合井下综采工作面的工作条件，耐磨性能优于16 Mn钢板，考虑到公司矿井多为超长工作面及大采高，每次大项修中部槽过煤量基本都超过400万t，综合计算更换高强度耐磨钢板性价比更高，更换时采用MAG焊打底能有效减少焊接裂纹的产生，并且改进后的工艺减少了更换新中部槽成本，降低了工人劳动量和工作时间，提高工效，降低了焊接材料的用量，进一步降低维修中部槽成本。