导向滑靴是安装在滚筒采煤机底部的一种对耐磨性、强度要求极高的零件，对采煤机起导向和支撑作用。铁法煤业（集团）有限责任公司小康煤矿（以下简称小康煤矿） 俯采综放面属于大倾角（俯角>20°），所使用的 MG400/940-WD型采煤机机体向煤壁侧倾斜，机身和滚筒的倾斜分力指向煤壁，造成导向滑靴受力不平衡，磨损报废严重，如图1所示。根据统计数据可知，在这种条件下工作的导向滑靴使用寿命不足 3天，最少仅为1天，更换导向滑靴耗时4 h，严重影响矿井生产效率。

通过观察大倾角俯采时采煤机导向滑靴磨蚀、损坏特征，分析其受力特征，提出了在导向滑靴关键部位进行堆焊的方案，实践证明降耗增效效果明显。

导向滑靴磨蚀特征

大倾角俯采条件下导向滑靴与销排接触的滑动导向面磨蚀特征如图2所示。其中，勾板导向面的磨蚀沟痕深度10 mm、宽度30 mm，立板导向面的磨蚀沟痕深度8 mm、宽度50 mm。

图1 损坏的导向滑靴

1—勾板导向面磨蚀处；2—立板导向面磨蚀处；3—销排；

α—俯采倾角

图2 导向滑靴磨蚀特征 

α—俯采倾角；

F 1—采煤机对导向滑靴的倾斜分力（指向煤壁侧）；

F 2—销排对立板产生的拉力（指向支架侧）；

F 3—销排对勾板产生的摩擦力（指向支架侧）

图3 导向滑靴破坏前受力分析

导向滑靴损坏力学分析

大倾角俯采工作面初采期间，采煤机对导向滑 靴产生的倾斜分力与销排对导向滑靴的拉力、摩擦 力相平衡，如图3所示。 由受力平衡可知F 1=F 2+F 3，因此，导向滑靴不 产生破断。当导向滑靴与销排接触的导向面磨蚀严重时，摩擦反力F 3逐渐减小，导向滑靴与销排的 配合间隙严重超限，二者发生相对位移，销排对 导向滑靴勾板产生较大压应力F 4（指向煤壁侧，图 4）。此时，可把压应力F 4与采煤机对导向滑靴的 倾斜分力F 1，看做简支梁结构，销排对立板产生的 拉力F 2为作用在简支梁上的集中应力，则在图4中1 处导向滑靴断裂面集中应力产生最大弯矩M max，从 而σmax= Mmax/Wz＞[σ]，其中σmax为导向滑靴破断 面的最大弯曲应力；W z为导向滑靴破断面的抗弯 截面系数；[σ]为导向滑靴的抗弯允许应力。因 此，导向滑靴勾板在图4中1处破断。

图4 导向滑靴破坏时受力分析

制作工艺

经力学特征分析，导向滑靴要适应大倾角俯采要求，需提高滑靴导向面的强度。因此，采用堆焊的方式在磨蚀导向面焊接耐磨层（底层4 mm，耐磨层4 mm），如图5所示。

制作工艺如下：

（1） 焊前将工件堆焊表面上的油、锈清理干净。

（2） 导向滑靴材质为ZG35CrMnSi，整体调质280~320 H B W，导向面硬度40~45 H R C，深度3~4 mm。选择焊接材料为JH-J506碳钢焊条和EF-16高耐磨焊条；JH-J506碳钢焊条具有低氢钾型药皮，熔敷金属具有良好的抗裂性能和力学性能； EF-16高耐磨焊条，堆焊层空冷硬化，韧性好、抗裂性好，抗磨粒磨损及金属间的磨损，是易磨损部件最有效的防磨材料。

（3） 焊接顺序如图6所示，首先采用JH-J506 碳钢焊条在导向面焊出底层，然后采用E F-6高耐磨焊条焊接耐磨层。

（4） 每焊完1层，必须将熔渣清除干净，并检查焊缝表面没有缺陷时方可进行第2层焊接，发现缺陷应将缺陷处磨出坡口重新焊接。操作时采用小电流并保持较短的焊接电弧，以防因热量集中造成焊缝应力过大而产生焊接裂纹。

（ 5 ）焊后锤击焊缝周围，以消除和扩散应力。

1—立板堆焊面；2—勾板堆焊面

图5 堆焊后的导向滑靴

图6 焊接顺序

应用效果

导向滑靴磨蚀面堆焊后，增加耐磨层厚度为4 mm， 硬度提高到55~62 HRC，改善了导向滑靴受力情况。在井下连续使用1 个月后，导向面仅轻微磨损，耐磨性能大幅增强，使用寿命大幅提高。

经济效益

直接经济效益：采煤机导向滑靴1.2万元/件， 技术改造前，W1S1俯采工作面平均3天更换1次导向滑靴， 1 个月需更换10 件导向滑靴， 费用12 万元。技术改造后，1月内未更换过导向滑靴，堆焊材料耗费仅863元，相比原来每月节省费用11.9万元。

间接经济效益：按照工作面长度230 m、采高9.5 m、循环进度0.8 m、煤岩容重16.5 k N/m3、采出率85%、每循环产量为2 452 t计算。采煤机导向滑靴每更换一次影响生产4 h，相当于影响1个正规循环产量，按原煤售价为602元/t计算，则更换1次采煤机导向滑靴，损失147.6万元，按1个月更换10 次，损失1 476万元。

社会效益

采煤机导向滑靴抗磨降耗技术的成功实施，效果良好，知识型员工观察、分析和运用科学知识解决实际问题的能力得到体现，为企业节约了成本支出，降低了材料消耗。