如何提高截齒的可靠性

　　掘進機是為煤礦井下巷道、鐵路隧道、公路隧道、礦山巷道掘進服務(wù)的機械設(shè)備．截割頭是它的執(zhí)行機構(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，在工作過程中除了要承受高的壓應(yīng)力、剪切應(yīng)力和沖擊負荷外。還存在隨著工作時間增加溫度升高。導(dǎo)致截齒軟化的問題，加速截齒磨損。

　　礦用截齒可分為鎬形截齒和扁形截齒兩類，目前掘進機主要使用鎬形截齒。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。

　　為了進一步提高掘進機工作效率．提高截齒的可靠性，降低截齒的損耗，有必要對掘進機截齒失效的主要原因進行分析。通過調(diào)研和分析。截齒在工作中主要存在磨損、刀頭脫落、刀頭碎裂等問題。

　　1、掘進機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。國產(chǎn)合金中有的合金元素含量達不到要求，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，但由于國產(chǎn)硬質(zhì)合金的生產(chǎn)存在的一些現(xiàn)實問題使得截齒刀頭的紅硬性較低。截齒在截割煤巖時。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廢。早期脫落和中期脫落主要是因為齒體和硬質(zhì)合金刀頭之間釬焊質(zhì)量差，焊縫抗剪強度低，熱處理性能不穩(wěn)定等閃素造成，后期脫落主要因為截齒前端的過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)時就會出現(xiàn)偏磨現(xiàn)象。偏磨現(xiàn)象的出現(xiàn)使得截割阻力增大，磨損嚴重，使截齒壽命降低，甚至脫落。

　　（3）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，截齒在截割煤巖時會受到強大沖擊負荷，反復(fù)的沖擊，必然導(dǎo)致硬質(zhì)合金頭的松動，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)量問題國產(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)。當遇到堅硬的煤巖，高壓應(yīng)力超過硬質(zhì)合金的強度極限時便發(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)力大國產(chǎn)截街多采用銅鋅釬料，其焊接溫度達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，致使焊縫強度下降，截割時受到強大的沖擊負荷，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，對其產(chǎn)生的主要原因進行了分析．并從設(shè)計、制造、選型和使用方面入手，采取相應(yīng)的措施來解決這些問題。

　　2．1設(shè)計方面

　　(1)利用先進的設(shè)計手段，迸一步優(yōu)化截割頭設(shè)計，對掘進機截割頭的幾何形狀、尺寸、截齒的排列方式、幾何參數(shù)、以及截割參數(shù)等進行匹配設(shè)計。力求達到在工作中每個截齒受力相等、磨損相同、運動平穩(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)．有針對性地選擇相應(yīng)牌號的合金刀頭。通常對于截割抗壓強度小的煤或半煤巖巷道可以選用牌號YGll，YGl3的合金刀頭。對于抗壓強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)嚴格按照設(shè)計要求．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．避免偏磨現(xiàn)象的發(fā)生，實現(xiàn)自磨刃功能，保持刀齒的銳利，此時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度的主要因素。間隙過小，妨礙釬焊料流入。間隙過大時，釬料不能填滿焊縫間隙。

　　(3)采用先進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2次加熱,使得合金頭變得脆化,釬焊縫抗剪強度下降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,溫度已接近或達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。我國在20世紀90年代中后期開始研究截齒硬質(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、焊縫強度降低等問題。

　　（4）采用“三高”工藝提高硬質(zhì)合金頭質(zhì)量。“三高”工藝是指選用原料，采用高純鎢粉、高溫還原、高溫碳化3項技術(shù)措施來生產(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。

　　(5)采用熱噴涂技術(shù)對截齒進行處理。熱噴涂技術(shù)是利用熱源將噴涂材料加熱到熔融狀態(tài)，并通過氣流使其霧化并迅速噴到零件表面的表面加工方法。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。

　　(6)采用等堆焊表面強化技術(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)良的綜合機械性能，尤其在截割唪硬的全巖巷道時效果更為明顯。

　　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，因截割阻力小，這時可以提高截割速度來提高生產(chǎn)率，反之，截割巖石時，阻力大，為了避免電機過載，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，引起偏磨，加大截割阻力，出現(xiàn)刀頭脫落現(xiàn)象。

　　(3)在工作中隨時注意工作機構(gòu)上截齒的狀態(tài)。當截齒齒尖的硬質(zhì)合金磨去1．5～3mm時．應(yīng)及時更換截齒。對于丟失的截齒也應(yīng)及時添補，以免加蘑相鄰截齒的負擔，導(dǎo)致其他截齒的非正常磨損。

　　3、結(jié)語

　　截齒作為掘進機的截割刀具，在截割過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。通過對截齒失效的原因進行分析，采取相應(yīng)的措施，從設(shè)計、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。