如何提高截齒的可靠性

　　掘進(jìn)機(jī)是為煤礦井下巷道、鐵路隧道、公路隧道、礦山巷道掘進(jìn)服務(wù)的機(jī)械設(shè)備．截割頭是它的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，安裝在截割頭齒座上的截齒是直接完成破碎煤巖任務(wù)的元件。截齒作為破碎煤巖的刀具，在工作過(guò)程中除了要承受高的壓應(yīng)力、剪切應(yīng)力和沖擊負(fù)荷外。還存在隨著工作時(shí)間增加溫度升高。導(dǎo)致截齒軟化的問(wèn)題，加速截齒磨損。

　　礦用截齒可分為鎬形截齒和扁形截齒兩類(lèi)，目前掘進(jìn)機(jī)主要使用鎬形截齒。鎬形截齒一般是由合金鋼齒體和硬質(zhì)合金刀頭釬焊而成，截齒的使用性能取決于齒體的材質(zhì)，硬質(zhì)合金的性能和釬焊接頭的質(zhì)量。

　　為了進(jìn)一步提高掘進(jìn)機(jī)工作效率．提高截齒的可靠性，降低截齒的損耗，有必要對(duì)掘進(jìn)機(jī)截齒失效的主要原因進(jìn)行分析。通過(guò)調(diào)研和分析。截齒在工作中主要存在磨損、刀頭脫落、刀頭碎裂等問(wèn)題。

　　1、掘進(jìn)機(jī)截齒主要的失效形式及原因分析

　　1．1截齒的磨損

　　(1)磨料磨損截齒磨損程度主要取決于煤巖的硬度及其腐蝕性。根據(jù)磨損理論，煤對(duì)金屬的磨損屬于磨料磨損．是由于煤中的硬礦物，如石英、黃鐵礦等，在截齒刀頭表面上劃出溝紋而造成的磨損。井下環(huán)境介質(zhì)的腐蝕作用也大大加劇了截齒材料的磨損。磨損損壞有2種形式：硬質(zhì)合金刀頭磨損和齒體磨損。國(guó)產(chǎn)合金中有的合金元素含量達(dá)不到要求，含有石磨雜質(zhì)，晶粒分布不均勻，空隙多，組織不均勻，這是造成硬質(zhì)合金刀頭提前磨損的主要原因；齒體材料質(zhì)量性能不穩(wěn)定，熱處理過(guò)程控制不好是造成齒體磨損的原因。

　　(2)紅硬性較低導(dǎo)致的磨損紅硬性是指刀具材料在高溫下保持高硬度的能力，高溫硬度高則紅硬性好。理論上，硬質(zhì)合金可以在800～l000oC的高溫下保持高硬度，但由于國(guó)產(chǎn)硬質(zhì)合金的生產(chǎn)存在的一些現(xiàn)實(shí)問(wèn)題使得截齒刀頭的紅硬性較低。截齒在截割煤巖時(shí)。由于摩擦使刀頭表面產(chǎn)生600～800oC的高溫，其硬度下降50％左右，材質(zhì)的軟化加速了截齒的磨損。

　　1．2硬質(zhì)合金刀頭脫落

　　(1)焊接質(zhì)量導(dǎo)致的脫落，當(dāng)截齒磨損到一定程度后，其齒尖的硬質(zhì)合金將脫落。脫落分為早期脫落、中期脫落和后期脫落，其中早期脫落危害很大，截崗在很短的工作時(shí)間里，釬焊在齒體上的硬質(zhì)合金刀頭便從齒體上掉下致使截齒提前報(bào)廢。早期脫落和中期脫落主要是因?yàn)辇X體和硬質(zhì)合金刀頭之間釬焊質(zhì)量差，焊縫抗剪強(qiáng)度低，熱處理性能不穩(wěn)定等閃素造成，后期脫落主要因?yàn)榻佚X前端的過(guò)度磨損使得刀頭裸露或者是焊縫面積減小從而導(dǎo)致焊縫強(qiáng)度不夠造成。

　　(2)偏磨現(xiàn)象引起的脫落鎬形截齒在丁作中還經(jīng)常出現(xiàn)偏磨現(xiàn)象。由于鎬形截齒參與截割部分為圓錐體，與煤巖接觸部分為圓錐面，如果截齒丁作時(shí)岡干涉、環(huán)境污染或別的原因不能在齒座中自由旋轉(zhuǎn)時(shí)就會(huì)出現(xiàn)偏磨現(xiàn)象。偏磨現(xiàn)象的出現(xiàn)使得截割阻力增大，磨損嚴(yán)重，使截齒壽命降低，甚至脫落。

　?。?）反復(fù)沖擊引起的脫落由于工作環(huán)境、地質(zhì)條件的原因，截齒在截割煤巖時(shí)會(huì)受到強(qiáng)大沖擊負(fù)荷，反復(fù)的沖擊，必然導(dǎo)致硬質(zhì)合金頭的松動(dòng)，直至脫落。

　　1．3硬質(zhì)合金刀頭碎裂

　　(1)硬質(zhì)合金刀頭質(zhì)量問(wèn)題國(guó)產(chǎn)硬質(zhì)合金中含有石墨雜質(zhì)，晶粒分布不均勻，部分硬質(zhì)合金中有裂紋存在。在沖擊載荷的作用下，截齒刀頭處于高應(yīng)力狀態(tài)。當(dāng)遇到堅(jiān)硬的煤巖，高壓應(yīng)力超過(guò)硬質(zhì)合金的強(qiáng)度極限時(shí)便發(fā)生碎裂。如果硬質(zhì)合金中Co元素含量不足，導(dǎo)致韌性不夠，在沖擊載荷的作用下，硬質(zhì)合金刀頭也容易碎裂。

　　(2)釬焊殘余應(yīng)力大國(guó)產(chǎn)截街多采用銅鋅釬料，其焊接溫度達(dá)920℃以上。硬質(zhì)合金、釬料、基體金屬間熱膨脹系數(shù)差別很大，冷卻時(shí)3種材料收縮程度不同。其中銅收縮量大．基體金屬次之，硬質(zhì)合金小。這樣必然在硬質(zhì)合金與釬料，釬料與基體金屬間存在很大的拉應(yīng)力，致使焊縫強(qiáng)度下降，截割時(shí)受到強(qiáng)大的沖擊負(fù)荷，導(dǎo)致硬質(zhì)合金刀頭碎裂。

　　2、提高截齒可靠性的途徑

　　針對(duì)截齒在工作中出現(xiàn)的磨損、刀頭脫落、刀頭碎裂等失效形式，對(duì)其產(chǎn)生的主要原因進(jìn)行了分析．并從設(shè)計(jì)、制造、選型和使用方面入手，采取相應(yīng)的措施來(lái)解決這些問(wèn)題。

　　2．1設(shè)計(jì)方面

　　(1)利用先進(jìn)的設(shè)計(jì)手段，迸一步優(yōu)化截割頭設(shè)計(jì)，對(duì)掘進(jìn)機(jī)截割頭的幾何形狀、尺寸、截齒的排列方式、幾何參數(shù)、以及截割參數(shù)等進(jìn)行匹配設(shè)計(jì)。力求達(dá)到在工作中每個(gè)截齒受力相等、磨損相同、運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，提高截煤巖效率．減少截齒的磨損及破壞。從而提高截齒的可靠性能。

　　(2)根據(jù)煤巖層的硬度指數(shù)．有針對(duì)性地選擇相應(yīng)牌號(hào)的合金刀頭。通常對(duì)于截割抗壓強(qiáng)度小的煤或半煤巖巷道可以選用牌號(hào)YGll，YGl3的合金刀頭。對(duì)于抗壓強(qiáng)度大的全巖石巷道就應(yīng)該選用含Co量多的YG25或其他采用噴涂等先進(jìn)技術(shù)制作的復(fù)合硬質(zhì)合金材料，以提高抗沖擊能力。

　　2．2制造工藝方面

　　(1)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求．保證截齒與齒座之間的配合。確保截齒在齒座中能自由轉(zhuǎn)動(dòng)．避免偏磨現(xiàn)象的發(fā)生，實(shí)現(xiàn)自磨刃功能，保持刀齒的銳利，此時(shí)截齒的磨損為正常的均勻磨損．處于良好的截割狀態(tài)。

　　(2)使硬質(zhì)合金刀頭與齒體的釬焊間隙保持在0.08-0.15mm。釬焊焊縫間隙的大小是影響焊縫致密性和焊縫強(qiáng)度的主要因素。間隙過(guò)小，妨礙釬焊料流入。間隙過(guò)大時(shí)，釬料不能填滿(mǎn)焊縫間隙。

　　(3)采用先進(jìn)的釬焊及熱處理技術(shù)。截齒的釬焊及熱處理下藝是保證截齒質(zhì)量的關(guān)鍵技術(shù)之一。目前國(guó)內(nèi)截齒的生產(chǎn)工藝為：齒體加工成形一清洗一中頻感應(yīng)加熱釬焊硬質(zhì)合金頭一硝鹽等溫淬火一回火一噴砂，即截齒釬焊后，冷卻到室溫,再將截齒加熱到850—880oC。然后投入淬火介質(zhì)中。這種工藝雖保證了截齒的硬度,但經(jīng)過(guò)2次加熱,使得合金頭變得脆化,釬焊縫抗剪強(qiáng)度下降30％左右,并且容易出現(xiàn)焊料與母材以及焊料本身的微裂紋。產(chǎn)生這些現(xiàn)象的原因是由于第2次加熱時(shí),溫度已接近或達(dá)到焊料自身熔化溫度,使焊料成分有可能發(fā)生變化,使得焊縫質(zhì)量下降。我國(guó)在20世紀(jì)90年代中后期開(kāi)始研究截齒硬質(zhì)合金釬焊、熱處理一體化技術(shù)。釬焊、熱處理一體化技術(shù)采用的是真空爐加熱。使釬焊好的截齒不經(jīng)過(guò)空冷直接淬火,釬焊、熱處理一次完成。這種新工藝可以避免傳統(tǒng)工藝過(guò)程中釬焊表面與空氣接觸產(chǎn)生氧化的現(xiàn)象,保證熔化的釬料與釬焊表面直接接觸，保證焊接質(zhì)量,同時(shí)由于釬焊、熱處理1次加熱完成,避免了2次加熱引起的合金頭脆化、焊縫強(qiáng)度降低等問(wèn)題。

　?。?）采用“三高”工藝提高硬質(zhì)合金頭質(zhì)量?！叭摺惫に囀侵高x用原料，采用高純鎢粉、高溫還原、高溫碳化3項(xiàng)技術(shù)措施來(lái)生產(chǎn)硬質(zhì)合金頭的方法。采用“三高”工藝生產(chǎn)的硬質(zhì)合金頭材料具有密度均勻、耐磨性及韌性高等特點(diǎn)。

　　(5)采用熱噴涂技術(shù)對(duì)截齒進(jìn)行處理。熱噴涂技術(shù)是利用熱源將噴涂材料加熱到熔融狀態(tài)，并通過(guò)氣流使其霧化并迅速?lài)姷搅慵砻娴谋砻婕庸し椒?。采用熱噴涂工藝生產(chǎn)的截齒，其齒體頭部具有一層高硬度耐磨合金，具有高硬度耐磨不脆裂的特點(diǎn)。

　　(6)采用等堆焊表面強(qiáng)化技術(shù)。在截齒靠近刀頭及刀頭部位采用耐磨焊絲堆焊藝，在鋼基表面熔覆一層北京固本牌耐磨焊絲。以獲得與基體呈冶金結(jié)合的耐磨層。該耐磨合金層的硬度高達(dá)HRC65以上，并且與齒體的結(jié)合力較大．不易脫落，具有優(yōu)良的綜合機(jī)械性能，尤其在截割唪硬的全巖巷道時(shí)效果更為明顯。

　　2．3使用方面

　　(1)由于煤巖軟硬和煤層所含夾矸情況不同，截齒裁割時(shí)受力狀況就有所不同，采用截齒幾何形狀和尺寸就應(yīng)有區(qū)別，對(duì)制造所用材料和工藝也應(yīng)有相應(yīng)要求，把用于截割煤層的截齒用于截割較硬巖層，必然加劇截齒的破壞。截割煤層時(shí)，因截割阻力小，這時(shí)可以提高截割速度來(lái)提高生產(chǎn)率，反之，截割巖石時(shí)，阻力大，為了避免電機(jī)過(guò)載，也為了減少截街損耗，應(yīng)降低截割速度。

　　(2)防止截齒齒體與落下的煤巖發(fā)生干涉，而影響齒體在齒座中的自由轉(zhuǎn)動(dòng)，引起偏磨，加大截割阻力，出現(xiàn)刀頭脫落現(xiàn)象。

　　(3)在工作中隨時(shí)注意工作機(jī)構(gòu)上截齒的狀態(tài)。當(dāng)截齒齒尖的硬質(zhì)合金磨去1．5～3mm時(shí)．應(yīng)及時(shí)更換截齒。對(duì)于丟失的截齒也應(yīng)及時(shí)添補(bǔ)，以免加蘑相鄰截齒的負(fù)擔(dān)，導(dǎo)致其他截齒的非正常磨損。

　　3、結(jié)語(yǔ)

　　截齒作為掘進(jìn)機(jī)的截割刀具，在截割過(guò)程中由于工況條件復(fù)雜，造成截肯失效，使得截齒消耗量大。通過(guò)對(duì)截齒失效的原因進(jìn)行分析，采取相應(yīng)的措施，從設(shè)計(jì)、制造和使用方面加以控制，就能降低截齒損耗，提高截崗的可靠性，進(jìn)一步提高煤炭生產(chǎn)的效益，以適應(yīng)高產(chǎn)礦井建設(shè)和發(fā)展的需要。