采煤机摇臂铰点磨损修复技术及维修质量控制

摘要：采煤机摇臂铰点作为采煤机的关键部件，其工作性能和使用寿命直接受磨损状况影响，为此本文深入研究采煤机摇臂铰点磨损修复技术并提出一种综合修复方案。先分析摇臂铰点磨损机理和失效模式以确定主要磨损类型与影响因素，接着将激光熔覆技术和热处理工艺相结合并开发出适合摇臂铰点修复的高耐磨合金材料，在优化激光熔覆工艺参数后达成修复层与基体良好冶金结合的状态，然后设计专用夹具和工装来解决摇臂铰点修复时定位和变形控制的问题，最后借助实验室模拟试验和现场应用验证对比分析摇臂铰点修复前后的微观组织、硬度分布、耐磨性能和使用寿命，结果显示这一修复技术能有效恢复摇臂铰点的几何尺寸和力学性能且修复后的摇臂铰点其耐磨性提高超40%、使用寿命延长1.5倍，从而为采煤机摇臂铰点的修复和再制造提供可靠技术支持并对提升采煤机可靠性与经济效益意义重大。

关键词：采煤机；摇臂铰点；磨损修复；激光熔覆；耐磨性能

1、引言

全球能源结构中煤炭是重要组成部分，所以煤炭开采效率和设备可靠性直接影响能源供应稳定。这几年煤矿机械化程度不断提高，采煤机在这当中作为核心装备在煤炭开采里起着关键作用，但采煤机长期高强度运行时关键部件摇臂铰点很容易因磨损失效，从而致使设备性能下降、不得不停机维修，这对生产效率和经济效益影响严重。统计显示2018年到2023年我国煤矿设备因磨损产生的维修成本在总运营成本里占比达15%至20%，摇臂铰点磨损问题特别突出，所以研究采煤机摇臂铰点修复技术对提高设备可靠性、延长使用寿命是个重要课题。

采煤机关键连接部件摇臂铰点的主要作用是承受复杂交变载荷并使摇臂角度能灵活调整，但在实际工况下，受高应力、冲击载荷和煤尘侵蚀等因素影响，摇臂铰点经常严重磨损，这会使几何尺寸改变且力学性能劣化，进而影响采煤机整体性能。传统堆焊和喷涂技术这类修复法虽能在一定程度上恢复铰点尺寸，但结合强度低、耐磨性差，不能满足现代采煤机高效运行需求，所以开发一个能兼顾修复精度与性能提升的综合修复方案非常必要。本研究把激光熔覆技术和热处理工艺相结合，提出一种新修复方案，经实验验证该方案在提高摇臂铰点耐磨性和使用寿命方面有显著优势，这一研究既给采煤机摇臂铰点再制造提供技术支持，也给煤矿机械行业可持续发展增添新动力。

2、采煤机摇臂铰点磨损修复技术研究

2.1 采煤机摇臂铰点磨损机理分析

煤炭开采中采煤机是核心设备，采煤机的摇臂铰点在长期高负荷运行时必然会有磨损现象出现，这是影响采煤机性能稳定性与使用寿命的关键因素之一，近五年行业数据统计显示超30%的采煤机故障和摇臂铰点磨损有关且设备维修成本因此增加、生产效率也因之下降。深入分析摇臂铰点磨损机理就能发现粘着磨损、磨粒磨损和疲劳磨损是其主要磨损形式，其中铰点表面接触压力高的区域容易发生粘着磨损，因为材料间摩擦会带来局部高温从而使金属表面微观焊合，而煤尘颗粒或者硬质杂质嵌入铰点接触面就会造成磨粒磨损，这些颗粒在相对运动时会对表面产生切削作用，并且交变载荷作用下材料表层慢慢产生裂纹并扩展最终致使材料剥落，疲劳磨损就是这样形成的，另外湿度、温度、润滑条件等环境因素对磨损过程也有很大影响，用扫描电镜和能谱分析可知磨损区域有明显塑性变形和氧化特征，这说明材料在使用过程中遭遇了复杂力学和化学相互作用，明确这些磨损机理既给后续修复工艺开发提供理论依据，又为采煤机设计和维护策略优化打基础。

2.2 摇臂铰点磨损修复工艺研究

采煤机摇臂铰点存在磨损问题，而激光熔覆技术冶金结合性能优秀且热输入特性可控，所以被选作主要修复手段，其把高耐磨合金粉末熔覆于磨损表面后会形成致密均匀的修复层，进而让铰点几何尺寸和力学性能得到恢复，并且要保证修复效果就得先系统优化激光熔覆工艺参数，像激光功率、扫描速度、送粉速率这些关键变量都得优化，实验结果显示激光功率在1800-2200W之间、扫描速度设成6-8mm/s的时候，修复层和基体结合强度能达到最佳且能有效防止热影响区过度软化，在此基础上还开发出一种新型高耐磨合金材料，这种材料以镍基合金为底并加了适量碳化钨和稀土元素，使修复层硬度和抗磨损能力有显著提升。

实际修复时定位精度与变形控制是另一大技术难点，于是设计出一套专用夹具和工装以达成摇臂铰点的精准装夹与多自由度调整的目的，这套夹具是模块化的能契合不同型号采煤机摇臂铰点修复需求且其结构经有限元分析优化过从而最大限度减少修复时的热变形，并且为了避免熔覆时残余应力影响修复层性能引入分级热处理工艺依靠逐步升温冷却来释放内应力进而提升修复层综合性能，经过上述工艺改进后摇臂铰点修复好外观恢复原尺寸微观组织和力学性能也达到甚至超越原始材料水平给后续性能评价打下坚实基础。

2.3 修复后铰点性能评价方法

修复技术的实际效果需要验证，于是采用实验室模拟试验与现场应用相结合的方式全面评价修复后摇臂铰点性能。先拿显微硬度计和金相显微镜分析修复层硬度分布和微观组织，结果发现修复层硬度比原始材料提高40%还多且组织紧密没有明显毛病。接着用标准磨损试验机测试修复层耐磨性能，看到它磨损量是原始材料的60%，这意味着修复技术让铰点抗磨损能力大大增强。最后在实际采煤作业环境跟了六个月的踪测试，数据表明修复后摇臂铰点使用寿命增加了1.5倍且没发生二次磨损或者失效的情况。这些结果都能说明提出的修复技术可行又优越，给采煤机摇臂铰点再制造提供可靠技术支持并且为提升采煤机整体性能和经济效益找出新办法。

3、结论

煤矿机械的核心部件采煤机摇臂铰点，其性能好坏直接关系到煤炭开采效率以及设备运行成本，这几年随着我国煤炭行业朝着智能化、高效化发展，采煤机的可靠性与使用寿命成了行业的重点关注对象，研究分析摇臂铰点磨损机理和失效模式后提出一个基于激光熔覆技术的修复方案并结合热处理工艺开发出高耐磨合金材料，这使得修复层的冶金结合强度和综合性能得到显著提升，而且专用夹具的设计让修复过程中变形控制难题得以有效解决，给复杂工况下部件修复带来新想法，实验和应用结果显示该技术能让摇臂铰点耐磨性提高40%还多且使用寿命延长1.5倍，为行业节省不少维修成本，在2022年中国煤炭产量达到45亿吨的情况下推广这项技术有助于煤矿机械设备高效再制造以推动行业发展可持续[1]。

参考文献

[1]张华峰;.刮板机齿轨及采煤机滑靴磨损修复技术的探讨及应用[J].中国新技术新产品，2018（15）：89-90.