2023-08-10 07:51:03
截齒是煤礦采煤機(jī)及礦山巷道掘進(jìn)機(jī)械中使用的刃具,截齒質(zhì)量的優(yōu)劣直接影響采掘機(jī)的效率和企業(yè)的生產(chǎn)成本,隨著人們對能源特別是煤炭需求的增加,為了提高采掘效率,采煤機(jī)功率不斷增大,對截齒的質(zhì)量要求越來越高,作為采煤機(jī)截齒材料,要求其具有較高的強(qiáng)度、硬度和耐磨性、高的彎曲強(qiáng)度及耐腐蝕性,以防止截齒使用過程中產(chǎn)生斷裂、彎曲、變形和早期磨損失效。從對國內(nèi)外截齒產(chǎn)品調(diào)查情況,國內(nèi)廠家生產(chǎn)的截齒消耗率,綜采一般為80~200把/萬噸,而國外截齒綜采損耗率20把/萬噸。2011年中國煤炭產(chǎn)量已經(jīng)達(dá)到38億噸以上,可以看出,作為機(jī)械化采煤的刀具,截齒的消耗量非常大,因此,為降低采煤機(jī)截齒消耗,研究新型的高強(qiáng)度截齒材料,提高截齒的使用壽命,提高勞動生產(chǎn)率,具有重要的意義。本文論述了采煤機(jī)截齒材料選擇及其生產(chǎn)工藝特點,為采煤機(jī)截齒的選材及制定制造工藝提供依據(jù).
截齒的工作原理及失效形式
采煤機(jī)工作時是借助于安裝在旋轉(zhuǎn)滾筒上的截齒實現(xiàn)對煤層切割和開采工作,在截割煤巖的過程中,截齒承受煤層高的周期性壓應(yīng)力、剪應(yīng)力和沖擊載荷,截齒的失效形式主要有[2] ~[5]: 齒體的磨損、變形、斷裂齒頭硬質(zhì)合金破碎及脫落等。影響截齒使用壽命的因素較多,如截齒的幾何形狀、齒尖的角度、裝夾情況、采煤條件等,但主要的影響因素是截齒材料。截齒的主要失效形式主要有以下幾種。
(1) 磨損與斷裂失效
截齒在切割煤層過程中與煤層產(chǎn)生強(qiáng)烈的摩擦和磨料磨損,分析了鎬型截齒應(yīng)力分布規(guī)律,截齒受力最大的應(yīng)力點是在截齒工作部分的頭部,此處磨損最為嚴(yán)重,導(dǎo)致截齒褲體產(chǎn)生磨損而失效,實際煤炭生產(chǎn)中截齒約有50%的截齒失效是由磨損造成的[7]。圖1a是安裝在滾筒上磨損失效截齒形貌,可以看出,截齒褲體產(chǎn)生較大的磨損,導(dǎo)致截齒頭部硬質(zhì)合金顯露。圖1b是截齒斷裂失效的照片,可以看出,和圖1a相比,雖然截齒磨損較少,但會產(chǎn)生截齒的斷裂,產(chǎn)生截齒斷裂的原因是截齒截割煤巖時在沖擊載荷的作用下,刀頭處于高壓應(yīng)力狀態(tài),若遇到煤巖中堅硬的煤奸石等,在齒刃與煤巖接觸時承受高的剪應(yīng)力,當(dāng)剪應(yīng)力超過合金的強(qiáng)度極限時發(fā)生斷裂,產(chǎn)生斷烈的原因有截齒材料的強(qiáng)度較低,或截齒材料內(nèi)部或表面存在缺陷,工作時這些缺可以作為裂紋源,在應(yīng)力的作用下,導(dǎo)致烈紋擴(kuò)展而發(fā)牛斷烈,從斷烈照片可以看出,截貨斷烈裂紋源在截齒表面,裂紋形成后向內(nèi)部擴(kuò)展,因此作為截齒材料應(yīng)該具有較高的強(qiáng)度和韌性,截齒加工時要避免內(nèi)部和表面存在缺陷,提高截齒表面加工質(zhì)量可以避免截齒的斷裂
(2) 硬質(zhì)合金齒頭的破碎及脫落
截齒截割煤巖時,若遇到煤巖中堅硬的礦料,刀頭處于高壓應(yīng)力狀態(tài),在齒刃與煤巖接觸不良處會承受高的剪應(yīng)力,處于拉應(yīng)力狀態(tài),當(dāng)拉應(yīng)力超過合金的強(qiáng)度極限時即發(fā)生刀頭的碎裂。截齒在使用過程中,當(dāng)截齒磨損到一定程度后,其齒尖的硬質(zhì)合金將脫落,硬質(zhì)合金脫落分為早期脫落和后期脫落,其中早期脫落的危害最大,截齒在很短的工作時間里,舒焊在齒體上的硬質(zhì)合金刀頭便從齒體上掉下,致使截齒提前報廢,圖1c是片狀截齒硬質(zhì)合金脫落及磨損失效的照片,硬質(zhì)合金的脫落與齒頭的釬焊質(zhì)量差有關(guān),如焊接處存在夾砂,微裂紋等造成焊縫抗剪強(qiáng)度低。硬質(zhì)合金的脫落還與焊縫間隙的大小不合理有關(guān),舒焊時焊料的使用量少,造成虛焊導(dǎo)致硬質(zhì)合金頭松動,而發(fā)生齒頭脫落。從截齒褲體材料來看,產(chǎn)生硬質(zhì)合金刀頭脫落的原因與截齒庫體工作部分硬度偏低,耐磨性差有關(guān),包持硬質(zhì)合金部分截齒過快的磨損,造成包持力不夠,硬質(zhì)合金脫落。因此通過提高截齒工作部分硬度和提高釬煤質(zhì)量,可以避免硬質(zhì)合金的脫落。
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