如何提高截齿的可靠性

　　掘进机是为煤矿井下巷道、铁路隧道、公路隧道、矿山巷道掘进服务的机械设备．截割头是它的执行机构，安装在截割头齿座上的截齿是直接完成破碎煤岩任务的元件。截齿作为破碎煤岩的刀具，在工作过程中除了要承受高的压应力、剪切应力和冲击负荷外。还存在随着工作时间增加温度升高。导致截齿软化的问题，加速截齿磨损。

　　矿用截齿可分为镐形截齿和扁形截齿两类，目前掘进机主要使用镐形截齿。镐形截齿一般是由合金钢齿体和硬质合金刀头钎焊而成，截齿的使用性能取决于齿体的材质，硬质合金的性能和钎焊接头的质量。

　　为了进一步提高掘进机工作效率．提高截齿的可靠性，降低截齿的损耗，有必要对掘进机截齿失效的主要原因进行分析。通过调研和分析。截齿在工作中主要存在磨损、刀头脱落、刀头碎裂等问题。

　　1、掘进机截齿主要的失效形式及原因分析

　　1．1截齿的磨损

　　(1)磨料磨损截齿磨损程度主要取决于煤岩的硬度及其腐蚀性。根据磨损理论，煤对金属的磨损属于磨料磨损．是由于煤中的硬矿物，如石英、黄铁矿等，在截齿刀头表面上划出沟纹而造成的磨损。井下环境介质的腐蚀作用也大大加剧了截齿材料的磨损。磨损损坏有2种形式：硬质合金刀头磨损和齿体磨损。国产合金中有的合金元素含量达不到要求，含有石磨杂质，晶粒分布不均匀，空隙多，组织不均匀，这是造成硬质合金刀头提前磨损的主要原因；齿体材料质量性能不稳定，热处理过程控制不好是造成齿体磨损的原因。

　　(2)红硬性较低导致的磨损红硬性是指刀具材料在高温下保持高硬度的能力，高温硬度高则红硬性好。理论上，硬质合金可以在800～l000oC的高温下保持高硬度，但由于国产硬质合金的生产存在的一些现实问题使得截齿刀头的红硬性较低。截齿在截割煤岩时。由于摩擦使刀头表面产生600～800oC的高温，其硬度下降50％左右，材质的软化加速了截齿的磨损。

　　1．2硬质合金刀头脱落

　　(1)焊接质量导致的脱落，当截齿磨损到一定程度后，其齿尖的硬质合金将脱落。脱落分为早期脱落、中期脱落和后期脱落，其中早期脱落危害很大，截岗在很短的工作时间里，钎焊在齿体上的硬质合金刀头便从齿体上掉下致使截齿提前报废。早期脱落和中期脱落主要是因为齿体和硬质合金刀头之间钎焊质量差，焊缝抗剪强度低，热处理性能不稳定等闪素造成，后期脱落主要因为截齿前端的过度磨损使得刀头裸露或者是焊缝面积减小从而导致焊缝强度不够造成。

　　(2)偏磨现象引起的脱落镐形截齿在丁作中还经常出现偏磨现象。由于镐形截齿参与截割部分为圆锥体，与煤岩接触部分为圆锥面，如果截齿丁作时冈干涉、环境污染或别的原因不能在齿座中自由旋转时就会出现偏磨现象。偏磨现象的出现使得截割阻力增大，磨损严重，使截齿寿命降低，甚至脱落。

　　（3）反复冲击引起的脱落由于工作环境、地质条件的原因，截齿在截割煤岩时会受到强大冲击负荷，反复的冲击，必然导致硬质合金头的松动，直至脱落。

　　1．3硬质合金刀头碎裂

　　(1)硬质合金刀头质量问题国产硬质合金中含有石墨杂质，晶粒分布不均匀，部分硬质合金中有裂纹存在。在冲击载荷的作用下，截齿刀头处于高应力状态。当遇到坚硬的煤岩，高压应力超过硬质合金的强度极限时便发生碎裂。如果硬质合金中Co元素含量不足，导致韧性不够，在冲击载荷的作用下，硬质合金刀头也容易碎裂。

　　(2)钎焊残余应力大国产截街多采用铜锌钎料，其焊接温度达920℃以上。硬质合金、钎料、基体金属间热膨胀系数差别很大，冷却时3种材料收缩程度不同。其中铜收缩量大．基体金属次之，硬质合金小。这样必然在硬质合金与钎料，钎料与基体金属间存在很大的拉应力，致使焊缝强度下降，截割时受到强大的冲击负荷，导致硬质合金刀头碎裂。

　　2、提高截齿可靠性的途径

　　针对截齿在工作中出现的磨损、刀头脱落、刀头碎裂等失效形式，对其产生的主要原因进行了分析．并从设计、制造、选型和使用方面入手，采取相应的措施来解决这些问题。

　　2．1设计方面

　　(1)利用先进的设计手段，迸一步优化截割头设计，对掘进机截割头的几何形状、尺寸、截齿的排列方式、几何参数、以及截割参数等进行匹配设计。力求达到在工作中每个截齿受力相等、磨损相同、运动平稳，提高截煤岩效率．减少截齿的磨损及破坏。从而提高截齿的可靠性能。

　　(2)根据煤岩层的硬度指数．有针对性地选择相应牌号的合金刀头。通常对于截割抗压强度小的煤或半煤岩巷道可以选用牌号YGll，YGl3的合金刀头。对于抗压强度大的全岩石巷道就应该选用含Co量多的YG25或其他采用喷涂等先进技术制作的复合硬质合金材料，以提高抗冲击能力。

　　2．2制造工艺方面

　　(1)严格按照设计要求．保证截齿与齿座之间的配合。确保截齿在齿座中能自由转动．避免偏磨现象的发生，实现自磨刃功能，保持刀齿的锐利，此时截齿的磨损为正常的均匀磨损．处于良好的截割状态。

　　(2)使硬质合金刀头与齿体的钎焊间隙保持在0.08-0.15mm。钎焊焊缝间隙的大小是影响焊缝致密性和焊缝强度的主要因素。间隙过小，妨碍钎焊料流入。间隙过大时，钎料不能填满焊缝间隙。

　　(3)采用先进的钎焊及热处理技术。截齿的钎焊及热处理下艺是保证截齿质量的关键技术之一。目前国内截齿的生产工艺为：齿体加工成形一清洗一中频感应加热钎焊硬质合金头一硝盐等温淬火一回火一喷砂，即截齿钎焊后，冷却到室温,再将截齿加热到850—880oC。然后投入淬火介质中。这种工艺虽保证了截齿的硬度,但经过2次加热,使得合金头变得脆化,钎焊缝抗剪强度下降30％左右,并且容易出现焊料与母材以及焊料本身的微裂纹。产生这些现象的原因是由于第2次加热时,温度已接近或达到焊料自身熔化温度,使焊料成分有可能发生变化,使得焊缝质量下降。我国在20世纪90年代中后期开始研究截齿硬质合金钎焊、热处理一体化技术。钎焊、热处理一体化技术采用的是真空炉加热。使钎焊好的截齿不经过空冷直接淬火,钎焊、热处理一次完成。这种新工艺可以避免传统工艺过程中钎焊表面与空气接触产生氧化的现象,保证熔化的钎料与钎焊表面直接接触，保证焊接质量,同时由于钎焊、热处理1次加热完成,避免了2次加热引起的合金头脆化、焊缝强度降低等问题。

　　（4）采用“三高”工艺提高硬质合金头质量。“三高”工艺是指选用原料，采用高纯钨粉、高温还原、高温碳化3项技术措施来生产硬质合金头的方法。采用“三高”工艺生产的硬质合金头材料具有密度均匀、耐磨性及韧性高等特点。

　　(5)采用热喷涂技术对截齿进行处理。热喷涂技术是利用热源将喷涂材料加热到熔融状态，并通过气流使其雾化并迅速喷到零件表面的表面加工方法。采用热喷涂工艺生产的截齿，其齿体头部具有一层高硬度耐磨合金，具有高硬度耐磨不脆裂的特点。

　　(6)采用等堆焊表面强化技术。在截齿靠近刀头及刀头部位采用耐磨焊丝堆焊艺，在钢基表面熔覆一层北京固本牌耐磨焊丝。以获得与基体呈冶金结合的耐磨层。该耐磨合金层的硬度高达HRC65以上，并且与齿体的结合力较大．不易脱落，具有优良的综合机械性能，尤其在截割唪硬的全岩巷道时效果更为明显。

　　2．3使用方面

　　(1)由于煤岩软硬和煤层所含夹矸情况不同，截齿裁割时受力状况就有所不同，采用截齿几何形状和尺寸就应有区别，对制造所用材料和工艺也应有相应要求，把用于截割煤层的截齿用于截割较硬岩层，必然加剧截齿的破坏。截割煤层时，因截割阻力小，这时可以提高截割速度来提高生产率，反之，截割岩石时，阻力大，为了避免电机过载，也为了减少截街损耗，应降低截割速度。

　　(2)防止截齿齿体与落下的煤岩发生干涉，而影响齿体在齿座中的自由转动，引起偏磨，加大截割阻力，出现刀头脱落现象。

　　(3)在工作中随时注意工作机构上截齿的状态。当截齿齿尖的硬质合金磨去1．5～3mm时．应及时更换截齿。对于丢失的截齿也应及时添补，以免加蘑相邻截齿的负担，导致其他截齿的非正常磨损。

　　3、结语

　　截齿作为掘进机的截割刀具，在截割过程中由于工况条件复杂，造成截肯失效，使得截齿消耗量大。通过对截齿失效的原因进行分析，采取相应的措施，从设计、制造和使用方面加以控制，就能降低截齿损耗，提高截岗的可靠性，进一步提高煤炭生产的效益，以适应高产矿井建设和发展的需要。