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矿用减速机轴上激光增材技术的应用

2021-07-29 64 上传者：管理员

摘要：为了解决带式输送机减速机轴因磨损与腐蚀导致减速机故障的问题，利用激光增材技术对减速机轴进行修复与强化处理，并对减速机轴表面强化层的组织和性能进行分析与研究，结果表明：激光增材技术可完美解决减速机轴磨损与腐蚀难题，相对基材耐磨性提高４．２８倍，可有效提高减速机轴表面的综合性能，有效保证减速机的正常运转，经济效益和社会效益显著，可在矿用减速机检修领域推广应用。

关键词：
减速机轴
激光增材
煤炭开采
煤炭运输
磨损腐蚀
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煤炭井下开采运输中，带式输送机为煤炭运输主力，承载力大且运输任务繁重，其在井下复杂潮湿的环境下工作，减速机轴会出现锈蚀和磨损，导致减速机运行故障，如减速机漏油、配合间隙增大、振动噪声大等，造成带式输送机停机，严重影响井下煤炭运输任务，给煤炭生产单位造成重大的经济损失。而减速机因轴磨损、尺寸减小、配合不良而报废会造成资源浪费，增加新减速机的购置费用。因此，采用先进技术对减速机轴进行表面修复及强化处理，不仅能够减少煤企的设备采购费用，还能够减少资源浪费，经济和社会效益显著，对矿用设备检修具有重要的指导意义。

1、减速机轴修复技术

（1）传统修复技术

目前，减速机轴的检修主要采用传统的技术工艺进行修复。对于减速机轴因磨损腐蚀造成尺寸减小，通常来说，磨损较小时一般采用补麻点、重新电镀处理，而目前因各级政府对环保政策的严控，电镀技术因严重的Cr6+重金属污染而受到越来越多的限制，甚至会被取缔，亟需寻求绿色无污染新技术替代电镀工艺；而减速机轴磨损较大时，一般采用焊材堆焊恢复尺寸再进行机加工，这种修复方法往往因堆焊材料耐磨性、强度、硬度较低和基材受热量大而影响修复后的减速机轴使用性能，不能保证减速机轴的有效使用寿命，修复强化的效果并不理想。

(2）激光增材修复强化技术

激光增材技术是近几年在装备制造等工业领域上推广应用效果较好的绿色无污染表面改性技术，相对于传统堆焊技术，具有绿色环保、热输入量小、对基材影响小等技术优势。随着近几年激光增材设备及技术的不断发展，该技术已在机械制造、矿山机械等领域工业化推广应用，如今已成功应用于液压支架活柱、中缸外表面修复与强化处理。&p激光增材技术是利用激光束能量高且集中的热源特点，将被强化工件表面和预先铺设的具有一定性能的合金粉材同时熔化形成金属液态，经过一系列复杂的物理化学反应，凝固形成具有耐磨损、耐腐蚀、高强度、高硬度、抗疲劳等优异的功能层，提升工件的整体使用性能，从而对工件起到耐磨、耐腐蚀、高强度、高硬度等性能的强化效果。

2、激光增材修复强化工艺

矿用减速机为井下运输提供动力，长期在井下潮湿、煤粉及矸石等粉尘环境下工作，导致减速机轴表面出现磨损和腐蚀，如磨损量大、尺寸严重偏小、表面磨损出很深的沟槽，会造成减速机工作故障甚至停机，严重影响采煤运输。为了解决减速机轴磨损、腐蚀问题，采用激光增材技术对减速机轴表面进行修复及强化处理，恢复旧减速机轴的使用性能，保障减速机长时间运行的稳定性，节约钢铁资源，节省设备采购费用。

矿用减速机轴表面激光增材修复强化的工艺过程：(1）对减速机箱体进行拆解，清理、清洗减速机轴；(2）检查减速机轴的磨损、腐蚀程度，确定修复强化技术方案；(3）车削减速机轴表面的受损疲劳层，并将较深的凹坑打磨干净，以免影响后续的强化层质量；(4）擦洗减速机轴车削后粘附的铁屑和切削液；(5）对减速机轴进行PT探伤，确保减速机轴无裂纹等缺陷；(6）激光增材修复，恢复减速机轴的尺寸，如图1所示。(7）强化层表面检查，气孔缺陷修复；(8）车削强化层，对减速机轴表面的强化层进行车削加工，保留足够的厚度；(9）减速机轴工件表面抛光、打磨；(10）对减速机轴进行PT探伤，确保减速机轴无裂纹等缺陷；(11）尺寸、缺陷检查合格后，对减速机轴包装、发货。

3、减速机轴强化层性能及强化效果

(1）减速机轴表面强化层的硬度及耐磨性能

对减速机轴表面的强化层进行硬度检测，其检测结果如表1所示。经强化后的减速机轴强化层表面的硬度达HRC55左右，可满足减速机轴的使用性能要求，恢复了减速机轴的尺寸，提升了减速机轴的整体性能。对减速机轴表面的强化层进行耐磨性检测，耐磨性试验主要是以磨粒磨损的方式进行测试，测试所用的加载力为45N，磨损转数2000r，转速200r/min，其检测结果如表2所示。

经耐磨性试验检测，强化层的耐磨性是基材的4.28倍，在井下复杂的工况下，尤其是针对煤炭采运过程中的煤粉颗粒，对减速机轴具有一定的耐磨防护作用，能够保证减速机长时间稳定运行。

(2）减速机轴修复强化效果

经激光增材强化后的减速机一轴如图2所示，强化层表面粗糙度为Ra0.4，尺寸恢复到设计尺寸，保证安装配合的间隙，使即将失效报废的减速机轴恢复甚至超过新件的使用性能。采用激光增材强化技术对矿用减速机轴进行修复强化，可提高减速机轴的整体使用性能。对于煤企生产单位，可以节约大量的新建购置费用，缩短减速机轴检修周期，保证煤炭采运生产，相对成本低、交货快、经济效益突出，符合国家倡导的“建设资源节约型、环保型社会”的政策导向，应用前景广阔。

4、结语

利用先进的激光增材制造技术，可以对废旧煤机设备进行修复强化处理，大幅提高工件表面的耐磨耐腐性能、强度、硬度等使用性能，有效增强了在使用过程中的防护作用，保证工件装备的使用稳定性，经济和社会效益显著，适合于在煤机设备领域推广应用，工业应用前景广阔。

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