掘进机关键部件的耐磨技术研究

引言

在矿山开采、交通隧道建设等工程领域，掘进机作为高效的开挖设备，极大地提高了工程施工效率。然而，在复杂的工作环境中，掘进机的关键部件长期承受高应力、强摩擦、冲击载荷以及恶劣介质侵蚀，磨损问题较为突出。关键部件的磨损不仅会降低掘进机的工作性能，增加设备故障率，还会导致频繁停机维修，延长工程周期，增加施工成本。因此，深入研究掘进机关键部件的耐磨技术，提高部件的耐磨性和使用寿命，对于保障工程顺利进行、提升经济效益和推动行业技术进步具有重要意义。

一、掘进机关键部件的磨损现状与危害

（一）关键部件的界定与工作环境

掘进机的关键部件主要包括截割头、截齿、刮板输送机链环、履带板等。截割头和截齿直接与岩石或土壤等介质接触，在截割过程中承受巨大的切削力、摩擦力以及冲击载荷；刮板输送机链环在运输物料时，与物料、刮板及链轮之间存在持续的摩擦和磨损；履带板则在复杂地形条件下，承受地面的挤压、摩擦以及石块等尖锐物的刮擦。这些部件工作环境恶劣，磨损问题难以避免。

（二）磨损形式与机理

掘进机关键部件的磨损形式多样，主要包括磨粒磨损、粘着磨损、疲劳磨损和腐蚀磨损等。磨粒磨损是由于岩石或土壤中的硬质颗粒在部件表面滑动或滚动，切削或犁削部件表面材料而产生；粘着磨损是在高压力和摩擦热作用下，部件表面材料发生局部粘着，随后在相对运动中被撕裂导致；疲劳磨损则是部件在交变应力作用下，表面产生微裂纹并逐渐扩展，最终导致材料剥落；腐蚀磨损是部件在潮湿、酸碱等腐蚀性介质环境中，材料发生化学或电化学反应，加速磨损进程。多种磨损形式相互作用，加剧了关键部件的损坏。

（三）磨损带来的影响

关键部件的磨损对掘进机的运行产生诸多不利影响。首先，磨损会导致部件尺寸精度下降、形状改变，影响截割效率和物料运输的稳定性，降低掘进机的工作性能；其次，频繁的磨损使得部件更换频率增加，不仅提高了设备维护成本，还造成大量停机时间，延误工程进度；此外，严重的磨损可能引发设备故障，甚至威胁施工人员的安全，给工程带来巨大的潜在风险。

二、掘进机关键部件现有耐磨技术

（一）材料优化技术

材料性能是决定部件耐磨性的关键因素之一。通过研发和应用新型耐磨材料，可显著提升关键部件的耐磨性能。例如，采用高硬度、高韧性的合金钢替代传统材料，能增强部件抵抗磨粒磨损和疲劳磨损的能力；在截齿等部件中使用硬质合金材料，利用其高硬度和耐磨性，有效延长部件使用寿命；此外，纳米复合材料、陶瓷材料等新型材料也逐渐应用于掘进机关键部件，凭借其独特的微观结构和优异性能，为提高耐磨性提供了新途径。

（二）表面处理技术

表面处理技术通过改变部件表面的组织结构和性能，提高表面耐磨性。常见的表面处理技术包括热喷涂、堆焊、激光熔覆、化学热处理等。热喷涂是将耐磨材料加热至熔融或半熔融状态，喷射到部件表面形成耐磨涂层；堆焊则是在部件表面堆敷一层耐磨合金，增强表面耐磨性；激光熔覆利用高能激光束使耐磨材料与部件表面形成冶金结合，获得性能优异的熔覆层；化学热处理通过改变部件表面的化学成分和组织结构，提高表面硬度和耐磨性。这些表面处理技术能够在不改变部件整体性能的前提下，显著提升

表面耐磨性。

（三）结构设计优化技术

合理的结构设计有助于改善关键部件的受力状态，减少磨损。例如，优化截割头的截齿排列方式和几何形状，可使截齿在截割过程中受力均匀，降低单个截齿的磨损程度；改进刮板输送机链环的结构设计，增强链环与链轮的啮合性能，减少链环的磨损和断裂风险；在履带板设计中，增加防滑齿、优化履带节距等，可提高履带板的耐磨性和使用寿命。结构设计优化从力学和运动学角度出发，为提高部件耐磨性提供了有效手段。

三、掘进机关键部件耐磨技术的发展方向与挑战

（一）发展方向

未来，掘进机关键部件耐磨技术将朝着多学科交叉融合、智能化和绿色化方向发展。多学科交叉融合体现在将材料科学、力学、表面工程、计算机技术等多学科知识相结合，开发新型耐磨材料和表面处理工艺；智能化方面，利用传感器技术、大数据分析等手段，实时监测部件磨损状态，预测磨损趋势，实现精准维护和智能修复；绿色化则注重研发环保型耐磨材料和工艺，减少生产过程中的环境污染，降低资源消耗，实现可持续发展。

（二）面临的挑战

尽管耐磨技术取得了一定进展，但仍面临诸多挑战。在材料研发方面，如何进一步提高材料的综合性能，平衡硬度与韧性、耐磨性与加工性之间的矛盾，开发出更适应复杂工况的耐磨材料，是亟待解决的问题；表面处理技术中，如何提高涂层与基体的结合强度，确保涂层在恶劣环境下长期稳定工作，以及降低表面处理成本，也是技术发展的难点；此外，随着掘进机向大型化、智能化方向发展，对关键部件耐磨技术提出了更高要求，如何满足这些新需求，实现技术的创新突破，是当前面临的重大挑战。

（三）应对策略

为应对上述挑战，需要政府、企业和科研机构协同合作。政府应加大对耐磨技术研发的政策支持和资金投入，引导资源向该领域倾斜；企业要积极参与技术创新，增加研发投入，加强与科研机构的合作，推动产学研深度融合；科研机构应聚焦关键技术难题，开展联合攻关，加快科研成果转化。同时，加强国际交流与合作，学习借鉴国外先进技术和经验，提升我国掘进机关键部件耐磨技术的整体水平。

结束语

掘进机关键部件的耐磨技术研究对于提高设备性能、降低工程成本、保障工程顺利进行具有重要意义。通过对现有磨损现状、耐磨技术的分析可知，材料优化、表面处理和结构设计优化等技术在提高部件耐磨性方面发挥了重要作用。然而，面对未来行业发展的新需求，耐磨技术仍需不断创新和完善。在多学科交叉融合、智能化和绿色化等发展趋势下，克服材料、工艺和成本等方面的挑战，加强各方合作与创新，将有助于推动掘进机关键部件耐磨技术的进一步发展，为矿山开采、隧道建设等工程领域提供更可靠的技术支持，促进相关行业的持续进步。

参考文献

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