邵澤龍

摘 要：在截煤過(guò)程中，電動(dòng)機(jī)的絕大部分功率都消耗在截齒上。在采煤機(jī)上，可以說(shuō)截齒是最容易損壞和更換最頻繁的零件，進(jìn)而在一定程度上影響著噸煤成本。在提高采煤機(jī)的生產(chǎn)效率和降低生產(chǎn)成本方面，截齒的質(zhì)量和工作性能發(fā)揮著重要作用。

關(guān)鍵詞：采煤機(jī);截齒;可靠性;壽命

1 采煤機(jī)截齒概述

礦用截齒是采煤及巷道掘進(jìn)機(jī)械中的易損件之一，是落煤及碎煤的主要工具，它的性能好壞直接影響采煤機(jī)械生產(chǎn)能力的發(fā)揮、功率的消耗、工作平穩(wěn)性和其他相關(guān)零部件的使用壽命。常用材質(zhì)從國(guó)內(nèi)部分煤礦實(shí)際使用的進(jìn)口、國(guó)產(chǎn)的截齒來(lái)看，刀體材質(zhì)多為42CrMo、35CrMnSi等鋼種，也有煤礦在采用國(guó)內(nèi)新研制的Si-Mn-Mo系準(zhǔn)貝氏體鋼。熱處理工藝煤炭行業(yè)截齒生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：截齒刀體硬度為40?45HRC，沖擊韌性不小于49J/cm2。在生產(chǎn)過(guò)程中，截齒刀體材料應(yīng)通過(guò)熱處理達(dá)到或超過(guò)要求規(guī)定的力學(xué)性能指標(biāo)。

2 采煤機(jī)截齒種類(lèi)

（1）采煤機(jī)截齒的結(jié)構(gòu)種類(lèi)。采煤機(jī)截齒也不都是一個(gè)形狀的，依據(jù)形狀來(lái)看，采煤機(jī)截齒的種類(lèi)有：鎬形截齒和刀型截齒兩種。鎬形截齒就是園錐狀截齒，比如U82、U84等所有的截齒型號(hào)，都是鎬形截齒。另外一種就是刀型截齒，也叫扁形截齒，因外形像菜刀而得名。兩種截齒，也分別與不同的采煤機(jī)使用。

（2）采煤機(jī)截齒的特點(diǎn)種類(lèi)。即便是同一個(gè)型號(hào)的采煤機(jī)截齒，也可以基于不同的特點(diǎn)分類(lèi)。例如，采煤機(jī)截齒的種類(lèi)有：普通截齒、耐磨截齒、硬巖截齒、無(wú)火花截齒、超硬巖石截齒和砂巖截齒。

采煤機(jī)的耐磨截齒是耐磨層的截齒，硬巖截齒和超硬巖截齒是在硬質(zhì)巖層上使用的截齒。砂巖截齒就是專(zhuān)門(mén)針對(duì)砂巖這種地質(zhì)條件的截齒，無(wú)火花截齒是采用阻燃材質(zhì)的截齒，這種截齒在井下使用時(shí)不會(huì)產(chǎn)生大面積的火花。

3 截齒失效形式

（1）合金刀頭的崩刃和脫落。截齒在工作過(guò)程中遇到煤層中的硬質(zhì)物時(shí)，齒刃承受的壓應(yīng)力和剪切應(yīng)力突然增大，應(yīng)力值超過(guò)合金的強(qiáng)度極限時(shí)，齒刃就會(huì)發(fā)生崩刃現(xiàn)象。崩刃后齒刃鈍化，截齒受到的阻力就會(huì)更大，磨損加劇，加速截齒的失效。

硬質(zhì)合金刀頭是截齒的重要組成部件，通過(guò)釬焊材料焊接于齒體端部，在工作中為主要受力部位。隨著截齒工作的進(jìn)行，磨損達(dá)到一定的程度后，由于釬焊焊縫或缺陷處產(chǎn)生應(yīng)力集中等問(wèn)題，會(huì)導(dǎo)致硬質(zhì)合金刀頭的脫落。當(dāng)硬質(zhì)合金刀頭脫落，就可以認(rèn)為截齒完全失效。

（2）齒身彎曲、折斷及截齒丟失。當(dāng)截齒承受很大的外力時(shí)，導(dǎo)致截齒的結(jié)構(gòu)尺寸、剛度、布置方式等方面發(fā)生變化，引起齒身彎曲。齒身彎曲多發(fā)生在徑向布置（彎矩較大）的刀形齒上。齒身彎曲后，截齒受力狀態(tài)改變，就不能很好地完成截割任務(wù)。

由于截齒齒身強(qiáng)度不足，截齒截割堅(jiān)硬巖石或包裹體夾雜物時(shí)，載荷加大，超過(guò)截齒許用強(qiáng)度時(shí)就容易引起齒身折斷。

（3）磨粒磨損。截齒在工作過(guò)程中，磨粒（煤矸石等）與截齒表面間產(chǎn)生較大的壓，應(yīng)力，帶有銳利棱角并具有合適的迎角的磨粒能切削截齒表面形成顯微切削;如果磨粒不夠尖銳或刺入截齒表面角度不適當(dāng)，則在截齒表面擠出犁溝，隨著截齒工作時(shí)間的延長(zhǎng)，磨粒反復(fù)對(duì)截齒表面推擠，產(chǎn)生嚴(yán)重的塑性變形流動(dòng)，使得表面下層塑性發(fā)生相互作用，導(dǎo)致塑變區(qū)內(nèi)位錯(cuò)密度增加，變形材料表面產(chǎn)生裂紋，裂紋擴(kuò)展，截齒表面形成薄片狀磨屑。而且煤層中存在腐蝕性介質(zhì)與截齒表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而造成表面材料腐蝕，機(jī)械性能下降，并使表層金屬與基體材料結(jié)合力降低，加快了截齒材料表層的磨損。

4 提高截齒可靠性和壽命的途徑

（1）截齒的配置。最佳的截齒配置除應(yīng)滿(mǎn)足比能耗小，塊煤率高.煤塵少、生產(chǎn)率高、刀體易自轉(zhuǎn)、滾簡(jiǎn)受力均勻外，刀齒的損耗應(yīng)為最少。實(shí)踐證明，采用交叉排列比能耗低，塊率高。但這種排列，單齒切屑厚度大。建議采用大直徑滾筒，尤其是高產(chǎn)高效率牽引速度大的采煤機(jī)，使用四頭滾簡(jiǎn)，采用一線兩齒制.可降低，一半的單齒切屑厚度，刀齒損耗會(huì)降低。截齒的安裝數(shù)量以及截齒的排列密度應(yīng)根據(jù)煤質(zhì)情況來(lái)確定。為防止?jié)L筒斜切時(shí)軸向力過(guò)大，在滾簡(jiǎn)端盤(pán)面上最好視情況設(shè)適當(dāng)?shù)亩嗣纨X，實(shí)踐證明滾簡(jiǎn)軸向力明顯減小，刀齒受力均勻。

（2）選擇合理的刀身材料和截齒類(lèi)型。對(duì)于截齒來(lái)說(shuō)，將多晶金鋼石鑲嵌在特殊設(shè)計(jì)的碳化鎢表面，與普通碳化鎢截齒相比，壽命明顯提高。在截割煤巖過(guò)程中，由于截齒需要承受高壓應(yīng)力、剪切應(yīng)力和沖擊負(fù)荷等，為了提高截齒的綜合機(jī)械化性能，延長(zhǎng)截齒的使用壽命。一方面需要確保截齒表面足夠的耐磨性，另一方面需要注意截齒材料的韌性。

在層理、節(jié)理發(fā)達(dá)或含夾石的脆性煤巖中，可以使用鎬形齒，對(duì)于刀形齒來(lái)說(shuō)，主要適用于截割堅(jiān)韌以及層理和節(jié)理不發(fā)達(dá)的煤巖。在煤質(zhì)軟和、夾矸少的地方，通常使用齒體硬度高、ak值相應(yīng)較低的截齒，相反，需要提高材料的塑性和韌性，硬度可以稍微降低一些。

（3）改進(jìn)截齒的幾何形狀和參數(shù)。對(duì)于截齒來(lái)說(shuō)，通常情況下，其幾何參數(shù)在一定程度上影響和制約截齒的截割性能和使用壽命。截齒的截割阻力和軸向力受其幾何參數(shù)的影響，截齒的排列方式影響截齒的截割狀態(tài)。因此，要根據(jù)煤巖物理機(jī)械性質(zhì)的實(shí)際情況，選擇相應(yīng)的排列方式。如果排列方式選擇不當(dāng)，將會(huì)直接影響截齒的可靠性。

在實(shí)際的截煤過(guò)程中，對(duì)于韌性煤，鎬形齒與刀形截齒相比，其切削阻力比較大，并且磨損比較快;對(duì)于脆性堅(jiān)硬的煤巖，或者磨蝕性較強(qiáng)的煤巖，鎬形齒與刀形齒相比，由于自身的安裝結(jié)構(gòu)能夠進(jìn)行自轉(zhuǎn)，使截齒磨損均勻分布，進(jìn)而在一定程度上延長(zhǎng)了其使用壽命。

（4）加強(qiáng)摩擦學(xué)在截齒中的應(yīng)用。摩擦學(xué)主要研究物體表面間的摩擦、磨損和潤(rùn)滑，涉及機(jī)械學(xué)、物理、化學(xué)、材料學(xué)和熱力學(xué)等多種學(xué)科。對(duì)于薄、極薄煤層的開(kāi)采過(guò)程，為了減少因煤巖混合體所造成的截齒過(guò)快失效，對(duì)采煤機(jī)截齒的參數(shù)設(shè)計(jì)或改進(jìn)，不僅要孤立地從機(jī)械學(xué)角度，還要更多地加入摩擦學(xué)的設(shè)計(jì)應(yīng)用。工作人員通過(guò)對(duì)摩擦、磨損理論的深入研究，可以利用摩擦學(xué)的理論，減少截齒材料的磨損，提高其耐磨性。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)截齒的失效分析，進(jìn)行相應(yīng)的對(duì)策探討，是開(kāi)展截齒可靠性研究的基礎(chǔ)。只要解決截齒在設(shè)計(jì)、制造、選擇和使用等方面存在的問(wèn)題，就能夠明顯地提高截齒的可靠性，大大降低截齒損耗，進(jìn)一步提高煤炭生產(chǎn)的效益，很好地適應(yīng)高產(chǎn)高效礦井建設(shè)和發(fā)展的。

參考文獻(xiàn)：

[1]孔茜，劉長(zhǎng)海，楊玉龍.螺旋滾筒采煤機(jī)截齒的改進(jìn)與應(yīng)用[J].西部探礦工程，2003（03）.