淺析礦山機械中摩擦磨損

李朋陽 李寧 陳鵬沖

【摘要】礦山機械在生產的過程中，由于其工作對象都是較為堅硬的煤礦，同時還有殲石等非煤礦的物質存在，其機械所產生的磨損也較為嚴重，尤其是個別部位出現嚴重磨損之后，就會導致礦山機械設備出現故障，嚴重情況下還可能會導致事故的發生。為了能夠有效的降低礦山機械的摩擦磨損，有效的延長礦山機械的使用壽命，就需要對礦山機械的摩擦磨損機械分析和研究，熟悉了解礦山機械摩擦磨損的形式以及各種摩擦磨損的原理，以便更好地進行保養。主要針對礦山機械中摩擦磨損現象進行了深入的分析，以期為其他礦區礦山機械使用的情況提供參考。

【關鍵詞】礦山機械；液壓泵；內燃機；摩擦磨損；分析

礦山機械所需要的動力較大，而在大動力運行的過程中，只要有部分區域沒有做好養護工作，就會促使劇烈的摩擦現象出現，這也就導致礦山的機械磨損過大，尤其是個別重要的零件，在遭受到嚴重磨損之后，就只能整體性的更換，這對于礦山企業的經濟效益來說有著極大的影響。這就需要對礦山機械進行全面的分析，從而預先采取應對措施。本文對礦山機械液壓泵和內燃機的摩擦磨損進行了分析。

1.液壓泵的摩擦磨損分析

1.1 磨粒磨損

液壓元件兩相互摩擦表面中， 微小硬質點不斷滑磨較軟材料表面，劃出溝紋，使得液壓泵泄露增大，減小液壓泵的容積效率，造成流量及壓力減小。在污染的油液中，金屬顆粒約占 75%，塵埃約占 15%，其他雜質約占 10%。 可見，固體顆粒危害最大。 顆粒污染物的硬度、破碎強度、形狀、尺寸大小及分布等特性對元件的污染磨損有直接的影響，實驗結果表明，泵的磨損與顆粒污染物的磨損性有很大關系，在試驗污染物中煤粉的磨損性最小，淬火鋼粉的磨損性最大。 這與摩擦磨損理論是相符合的，材料抵抗磨損主要取決于磨粒硬度和材料表面硬度和耐磨性。

1.2 粘著磨損

根據鮑頓和泰伯提出的粘著-犁溝摩擦理論， 在液壓泵的兩表面接觸時，在載荷作用下，某些接觸點的單位壓力很大，發生塑性變形，這些點將牢固的粘著，使兩表面形成一體，稱為粘著或冷焊。當一表面相對另一表面硬一些，則硬表面的粗糙微凹體頂端將會在較軟表面上產生犁溝。礦山機械液壓泵往往工作于壓力高、流量大、溫度高，表面形成的潤滑油膜，特別是物理吸附膜和化學反應膜，會在高溫下解附。并且在重載下，將潤滑油膜擠破，使得摩擦表面直接接觸即干摩擦。由表面膜效應知，表面膜的剪切強度小于金屬剪切強度，當表面膜消失時，摩擦系數迅速增大，使液壓元件表面溫度進一步升高，當溫度很高使材料軟化，導致粘著磨損的發生。例如，柱塞泵體中的柱塞與缸孔正常工作處于液體潤滑狀態，當存在制造誤差與安裝誤差時，造成摩擦表面直接接觸，導致粘著磨損的發生。

1.3 氣穴氣屑

油液中的空氣也會引起液壓元件的侵蝕磨損。氣體在油液中的存在形式有兩種：一、氣體溶解在油液中，氣體的溶解度也油液的壓力有關，氣體隨著油壓增大，溶解增強。二、氣體混雜在液體中。在液壓泵工作過程中，油液壓力發生不斷地波動，當壓力降低到一定程度，油液中溶解的氣體將會釋放，并在元件壁上形成氣泡，而當壓力增大到大于氣泡內的壓力時，氣泡爆破，產生瞬間壓力沖擊，沖擊壓力可以達到幾百兆帕，使液壓元件產生金屬疲勞，金屬表面剝落或出現孔洞。從金屬表面掉下的金屬磨粒進入油液中，造成進一步的磨損。

2.內燃機的摩擦磨損分析

2.1 磨粒磨損

內燃機在井下作業，由于工況復雜，條件苛刻，加工工藝較差，表面粗糙度較大，在元件回轉過程中產生大量的磨粒和磨屑，加之，井下灰塵濃度高，進入氣缸內，從而加劇內燃機的磨損；燃燒后的殘渣和積碳，對缸套內壁和活塞環表面，產生的微切削、刮傷、壓傷和疲勞破壞，都是材料磨損的主要形式。工作時，隨著顆粒速度和濃度增加，當缸體內壓力增加時，材料表面接觸應力增加，磨粒在兩表面之間來回摩擦，導致磨損增加。磨粒的形態有球形狀、層狀等，污染顆粒有塵埃、金屬粉、煤屑、石棉纖維、濾器材料、密封材料等。磨粒的形狀、大小和磨屑的成分及含量可用鐵譜法和光譜法進行測量，但使用鐵譜法主要依賴于個人經驗和抽取合適的油樣。

2.2 粘著磨損

粘著磨損主要發生于機器的跑和階段，由于表面粗糙度大，實際接觸面積僅有名義接觸面積的 0.01%～0.1%，微凸體在強大的壓力下，產生塑性變形并接著產生粘著磨損，磨損率是正常工作的 50～100 倍，磨去最大峰高度的 65%～75%。 因此，內燃機在跑和階段若磨合不當就會造成嚴重的粘著、膠合并發生拉缸，使內燃機報廢。為防止擦傷和疲勞磨損，可以對缸體表面進行各種處理，如滲碳、滲碳、PCD、CVD 等，增加表面硬度，增強表面耐磨性；為減少磨粒在材料表面磨出溝槽，降低內燃機的密合性，可減小發動機的耗油量。

3.總結

礦山機械在實際工作過程中，摩擦磨損無處不在，而且不同形式的磨損往往是共同作用的或者是相互交替發生的。在了解礦山機械摩擦磨損的原理后就應該對零件材料進行綜合性能分析，盡可能的降低礦山機械在使用過程中的摩擦磨損，有效的延長礦山機械的使用壽命。而且礦山機械的工作環境比較惡劣，就更容易受到摩擦磨損，使得機械的正常使用，礦山機械設備因此而磨損失效的礦山機械設備，給國家和人民都帶來很大的經濟損失。因此，應該對礦山機械的摩擦磨損進行深入地分析和研究，正確的使用和維護礦山機械，并對降低機械摩擦磨損采取有效地措施，以減小機械摩擦磨損，延長使用壽命，降低經濟損失。

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作者簡介：李朋陽：鄭州大學機械工程學院學生

李寧：鄭州大學機械工程學院學生

陳鵬沖： 鄭州大學機械工程學院學生