镐型截齿失效形式分析及对策
采煤机和掘进机截齿的失效分析及对策
采煤机和掘进机截齿的失效分析及对策1、截齿的失效分析截齿在截割煤岩时承受高的压应力、剪切应力和冲击负荷，煤的硬度虽不很高，但其中经常会遇到煤矸石等硬的矿料，并且在采煤和凿岩过程中，截齿还有升温问题，导致齿顶材质软化，加速了截齿的失效过程。
1．1刀头脱落当截齿磨损到一定程度后，其齿尖的硬质合金(刀形齿为合金片，镐形齿为合金头)将脱落。
刀头脱落的原因主要有2个方面：(1)钎焊质量问题，如焊接处存在夹砂、微裂纹以及虚焊等缺陷；(2)截齿在截到煤岩时承受的强大冲击负荷，致使缺陷产生应力集中，反复的冲击，必然导致合金刀头的松动，直致脱落。
脱落硬质合金刀头的截齿已经完全失效。
1．2刀头碎裂(崩刃)截齿截割煤岩时在冲击载荷的作用下，刀头处于高压应力状态。
若遇到煤岩中坚硬的矿料，在齿刃与煤岩接触不良处承受高的剪应力，处于拉应力状态，当拉应力超过合金的强度极限时即发生碎裂，对于刀形齿来说表现为合金片的断裂，而镐形齿为镶嵌刀尖的折断。
合金刀头碎裂一崩刃后，截齿缺乏锐利的合金齿尖，使截割阻力剧增，直接影响生产效率的提高，且加剧了截齿的磨损。
1．3截齿的磨损(1)磨粒磨损截齿在工作过程中，磨粒(煤矸石等)与截齿表面间产生较大的压应力，带有锐利棱角并具有合适的迎角的磨粒能切削截齿表面形成显微切削；如果磨粒不够尖锐或刺入截齿表面角度不适当，则在截齿表面挤出犁沟，随着截齿工作时间的延长，磨粒反复对截齿表面推挤，产生严重的塑性变形流动，使得表面下层塑性发生相互作用，导致塑变区内位错密度增加，变形材料表面产生裂纹，裂纹扩展，截齿表面形成薄片状磨屑。
而且煤层中存在腐蚀性介质与截齿表面发生化学反应而造成表面材料腐蚀，机械性能下降，并使表层金属与基体材料结合力降低，加快了截齿材料表层的磨损。
(2)热疲劳磨损截齿在截割煤岩时，承受高的间歇式的冲击载荷，为了分析其对截齿表层的破坏，可将冲击载荷分解成法向力和切向力。
法向力和切向力通过接触点作用传递到截齿次表层，在这些力的作用下，截齿表面上较硬的微凸点将变形，反复挤压导致附近软表面产生塑性流动并在截齿亚表面层形成积累。
煤矿镐型截齿的损坏形式与解决方案
煤矿镐型截齿的损坏形式与解决方案镐形截齿是采煤机、掘进机的主要配件之一，在采煤及巷道掘进的过程中因为损耗严重，也被称为煤矿“易损件〞。
其性能好坏直接影响采煤机、掘进机生产能力的发挥，及其他相关零部件的使用寿命。
既然是煤矿易损件，那么镐形截齿的破坏和消耗量必然是巨大的。
在什么情况下，因为什么原因，镐形截齿会受到损耗呢.其损坏形式又有哪些呢.下面XX艾德为您具体介绍！1、截齿磨损镐形截齿随着截割时间的增加和煤岩的摩擦 ,导致齿尖变钝 ,出现磨损。
磨损后的截齿 ,切削局部的面积增大,使截割阻力增加 ,截齿强度降低 ,影响截齿质量。
怎么解决磨损的问题呢.对于镐形截齿 ,如果设计、制造和安装合理 ,可实现自磨刃性 ,就能够保持齿尖的锐利。
这时截齿出现的磨损为均匀磨损 ,截齿使用寿命就会很长。
2、合金头脱落当截齿磨损到一定程度后 ,其齿尖的硬质合金头将脱落。
合金脱落后 ,截齿利用齿身截割 ,阻力大 ,磨损严重 ,加速截齿的破坏。
如果要保证合金头在作业过程中不脱落，一方面要解决合金头材质的问题。
选择价格更高、材质更好的硬质合金，有利于合金头寿命的延长。
另一方面，通过在齿头部位堆焊耐磨层的方式，来增大合金头的支撑力，防止合金头脱落。
3、齿体弯曲与折断由于截齿的构造尺寸、刚度、布置方式等方面的原因 ,当截齿承受很大的外力时，截齿齿体出现弯曲、甚至折断的情况。
解决这个问题，需采用更好质量的截齿齿体材质，如42CrMo。
同时优化热处理工艺、保证截齿锻件的质量，以防止齿体的弯曲和折断。
4、截齿丧失在实际使用过程中 ,截齿的丧失现象也是普遍存在的问题。
截齿丧失的主要原因在于 :截齿固定不可靠或固定装置磨损等等。
这个问题很好解决，只要加强截齿的固定装置，同时操作人员多多细心观察，就能减少截齿丧失的问题发生。
通过上面的介绍，相信大家对截齿有了一定的了解，希望以上的介绍能对您有所帮助！。
采煤机镐型截齿的受力分析
采煤机镐型截齿的受力分析作者：胡建平当今社会发展和生产的过程中，煤炭作为各个生产单位和企业不可缺少的能源之一，煤炭的采集是当前的重点项目。
随着社会不断的发展，人们对煤炭的需求也在不断的增加之中，这就使得人们在煤炭的采集过程中越来越重视其器械设备的更新和换代。
采煤机截齿是直接破碎煤体的刀具。
是实现煤炭现代化施工的主要设备。
它在工作中经常受到强烈的冲击和磨损，更换截齿的工作也很频繁，在使用的过程中能够减少劳动力，提高员工的安全，在采煤机施工的过程中截齿工作作为主要的承力者，它消耗量的大小直接关系到采煤成本的高低，因此，设计出结构合理、选材正确的截齿具有重要意义。
镐形截齿破煤机理镐形截齿撞击煤岩体的过程中，截齿齿尖以一定的角度锲入煤岩体内，从而使煤岩体被压部位逐渐粉碎。
随着截齿锲入深度的增加，煤岩体内部的压张力逐渐增大，使被粉碎的煤岩体的截面不断扩大。
同时，被压部位表面会产生大的弹性变形，从而使煤岩体断裂，并形成扇形落煤。
镐形截齿受力分析在截割过程中，单个镐形截齿的受力情况主要包括截齿轴向的截割阻力J=Ah（0.3+0.35×103bp）式中A———煤岩体的截割阻抗，kN/m；h———截齿截割厚度，m；bp———截齿计算宽度，m。
螺旋滚筒牵引速度方向的推进阻力Q＝kqJ=（0.5~0.8）J式中kq———推进阻力与截割阻力的比值。
根据式（1）、式（2），结合实际工况中各变量的数值，可以计算出MG300/710-WD采煤机单个镐形截齿的截割阻力和推进阻力分别为J=78.84 kN和Q=63.07 kN。
镐形截齿模型建立及受力求解根据MG300/710-WD采煤机选用的镐形截齿，利用Pro/E三维设计软件建立几何模型。
镐形截齿与煤岩体接触姿态，如图1所示。
图1截齿与煤岩体接触姿态α.截齿齿尖的圆锥半角β.截齿锲入煤岩体角度l.截齿齿尖在煤岩体上的圆孔半径根据图1可知，单个截齿轴向力Y=J+Qcosβ=138.11 kN单个截齿径向力X=Qsinβ=21.57 kN采煤机是集先进的器械，电气和液化为一体的综合性设备，是煤炭生产和加工的过程中主要的设备和不可缺少的器械，其在使用的过程中不但能够降低人工成本，达到生产过程中的高效性，高产量，低消耗的重大优势。
煤矿镐形截齿的失效形式与对策
所示 ．
２ １ 抗磨 材料 表面 包复技 术 ．
图 ２中硬质 合 金 刀 头支 承 座 ３由具有 高 硬度
和高抗磨性金属材料制造 ， 热处理后具有较高的硬
通常是将硬质合金 附近的齿体外围车削掉 １
毫米左右然后采用耐磨焊条并使用 电弧焊接的方 法将车削掉的部分填平形成一圈抗磨材料包复层 ， （ 目前也有使用等离子焊接技术来形成包复层 ） ，
一
１ 截齿主要失效 形式及原 因 －】 ４
截齿在截割煤岩时承受很高的剪应力、 压应力
为 Ｈ Ｃ ５ 左 右 ， 硬 质 合 金 刀 头 硬 度 一 般 为 Ｒ４ 而 Ｈ Ｃ０以上 ， 于二 者 的硬 度 和耐 磨 性 有着 巨大 Ｒ７ 由
和冲击负荷 ， 经常会遇到煤矸石等较硬的矿料 ， 切 割过程中会产生剧烈的摩擦和局部高温 ， 因此截齿
易崩碎剥离 ， 另外 由于焊层较薄抗磨程度有限（ 由 于结构尺寸限制无法将包复层做得很厚否则会影 响到硬质合金刀头的支承强度） 因此对 于提高截 ， 齿使用寿命 尚未达到理想的程度．
２２ 表面渗 入技 术 ．
［ ］ 唐晓敏 ， ２ 张平 ， 贵轩．采煤机 截齿失效研 究与实践 ［］煤 李 Ｊ．
文章编号 ： ０ — ４ ２ ２ １ ）５ ０ １ ０ １ ８ １０ （０ １ ０ — ７０－ ３ ０
煤 矿镐 形截 齿 的失效 形式 与 对 策①
李乔非 沈大东 吴书琴 黄大军２ ， ， ，
（． １ 佳木斯大学 ． 黑龙江 佳 木斯 １ ０ ７；． ５ ０ ２ 龙煤集团双鸭山分公司双 阳煤矿 。 ４ 黑龙江 双鸭山 １５ ０ ） ５１ ０
截齿生产性能优化分析
截齿生产性能优化分析
工作的稳定性和可靠性，对产煤成本，煤炭质量和煤炭生产效率具有较大的影响。
由于镐型截齿的工作条件恶劣，传统截齿设计理念无法解决动载荷条件下截齿的疲劳问题，使得截齿在实际使用过程中存在严重的性能过剩和材料过剩问题，导致截齿在未达到设计寿命时发生损坏，造成截割机构在个别截齿损坏的情况下截割能耗升高，进而造成大量截齿损坏，严重缩短截齿的使用寿命，从而造成截齿的消耗量巨大。
因此，山东艾德基于镐形截齿的使用寿命,对截齿进行了优化设计。
1.硬质合金截齿材料的优化
采掘机械工作的环境较为特殊，截齿的工作环境也就变得更加特殊，这样就会容易使截齿发生失效的现象，主要的表现就是截齿丢失、刀头碎裂、硬质合金刀头脱落和磨损等。
因此，针对这种现象，山东艾德截齿采用一线品牌钨钴合金，在满足强度和硬度要求的同时，也满足较高的冲击韧性。
2.铸焊工艺
铸焊其实就是在铸造的过程中同时将焊接过程加以完成的过程，因此在截齿的制造过程中采用的就是这种铸焊的制作工艺。
山东艾德采用美国原装进口的铜基焊料和焊剂，使用超强的钎焊技术使得硬质合金与齿体钢材牢固紧密结合，有效提升截齿的抗冲击性能。
山东艾德通过上述对硬质合金截齿从材料上、铸造工艺等方面进行相应的改进，提高硬质合金截齿的稳定性与可靠性，从而对煤炭生产的效益起到促进作用，提高生产的效率，最终达到高效高产的矿井建设要求，产品在市场上得到广泛认可。
国内矿用镐形截齿的研究现状及趋势李建楠
煤矿机械Coal Mine MachineryVol.34No.01Jan.2013第34卷第01期2013年01月行问卷调查，以了解技术应用情况和亟待解决的问题，并可发挥优势资源力量攻关技术难题，并有针对性地解决存在的问题。
问卷调查内容可包括：煤矿现有设备选型及技术性能指标，设备故障的主要原因、现有防范措施及存在的问题，需待改进的方面，新设备和政策标准的需求及项目合作需求信息、相关的借鉴经验或建议等；（11）优势产业及人才资源的整合，应推行“政府引导、校企联研、专家合作、严格评审、技术推广、企企借鉴”的模式，实现有针对性的研究、推动科研成果的快速转化；（12)科研成果的鉴定和审查需结合现场应用效果做长期实效的追踪审查和监督，应制定有时间效应的长期实效审查监督机制。
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掘进机截齿失效形式与对策分析
座配合是否恰 当、 间隙大 小、 合金与齿体焊接质量等方面 ， 都要注 意保证截 齿 的 制 造质 量 。合 理 选 择 截 齿 的尺 寸 公 差 的精 度 ， 使 固定 件 物 理 机 械 性 能 满足要求， 截 齿才 能固定， 防止丢齿 。 ２ ． ５ 合理 地 选 择 材 料 及 热 处 理 工 艺 种截 齿在 特 殊 设计 的碳 化 钨 表 面 镶 多 晶金 钢 石 ， 寿 命 比普 通 碳 化钨 截 齿 有 明 显提 高 。 由 于截 齿 在 截 割 煤 岩 时 承 受 高 压 应 力 、 剪 切 应 力 和冲 击 负荷 ， 因此， 在保 证截齿表 面足够 的耐磨性 的同时 ， 要 注 意 截 齿 材 料 的 韧
量 出现问题 ， 如果焊接 处有杂质就 会使得焊接 不够牢 固； 截 齿在受 到高强
度 负荷 的 时候 就会 产 生应 力 的冲 击 ， 长 此 以 往 就 会 使 得 合 金 头 脱 落 。 当 合 金 头 脱 落 后 ， 如果 没 有 及 时地 发 现 就会 出 现 直 接 用 截 齿 齿 身 来 进 行 截 割 ， 这样 一来就会产生很大 的摩擦 阻力， 对于齿 身的磨损程度 也很大 ， 也 会 加 速 截 齿 的失 效 。 １ － ３ 刀头 碎 裂 刀 头在 工 作 的过 程 中 直 接接 触 煤 岩 ， 而且 ， 经 常处 于 高压 状 态 。 在 较 高 的负 荷 下就 会 提 高应 压力 ， 如 果 遇 到较 为 坚 硬 的 矿 料 时 就 会 出现 承 受 力 不
根据 上述分析 的截 齿失效形式 ， 我 们可 以采取相应 的解决方法 ， 尽 可
能 的 减少 齿 轮 的失 效 ， 提高掘进机工作效率 。 ２ ． １ 正确 地选 用 截 齿 的 类 型 镐 形 齿 适 用 于 层 理 、 节 理 发 达 或 含 夹 石 的 脆性煤岩 ， 而 刀 形 齿 适 用 于 截 割 坚 韧 以及 层 理 和 节 理 不 发 达 的煤 岩 。 ２ ． ２ 改 进 截 齿 齿 体 与 齿 头 的 复 合 形 式 传 统 的截 齿 采 用 钎 焊 工 艺 ， 存在 齿体 与齿头 的硬度梯度较大（ ＨＲ Ｃ ３ ０ ～ ７ ０ ） 和钎焊焊缝强度低等缺陷。 采用镶 铸工 艺， 刀头 硬质合金与截 齿体产生熔合层 ， 解决 了硬质合 金与截齿体 间 的联 接 问题 ， 大 大 提 高 了固 接 强 度 ， 而 且铸 钢 往 往 具 有 二 次 硬 化 效 应 ， 在保 持齿头高硬度的同时， 基 体 具 有 较 高 冲 击韧 性 ， 能够 满 足 整 体 性 能 要 求 。
采煤机和掘进机截齿的失效分析
图 １ 七种 截齿失效形式百分 比
２ 失效 的原 因
由图 １ 见 ， 种 截齿 的 失效 形 式 所 占比例 不 可 各
同， 依重轻程度的次序分别为 ： 磨损； 合金脱落 齿身
修 回 日期 ：０ １１ —８ ２０ —２１ 作者简介 ： 王云霞 （９ ８ ， ， １６ 一）女 山西晋城人 ， 工程师 ， 从事科技管理工作 。
煤 第 １ １卷 第 ２期
５ ７
维普资讯
折断； 截齿丢失； 齿身弯曲。约有 ５ Ｏ％的截齿失效 是 由磨 损造 成 的 因此截 齿磨 损是 其失 效 的一 个 主
要原因。
齿座 的热 处理 工 艺 、 柄与 座 孔 间配 合 表 面 的 齿
间隙以及硬度达不到冲击 截荷 的要求 ， 导致截齿 和 齿座 承受 较 大的力也 是 载齿 失效 的诱 因。
（ ） 使用不 当 每一种截齿 ， ５ 是满足一定 的切
削 参数 和特 定煤 岩要 求 的 ， 如果 把 适 用 于较 软煤 岩
图 ２ 两 种类 型截 齿 失 效 比例
的载齿 用 于截割较 硬 岩石 ， 必然加 剧截 齿 的破 坏 ， 超 出设 计 切 削参数 使用 截 齿 ， 也必 然 引起截 齿 过 早 失
（） 材 质 问题 。齿 身 和 齿 座材 料 是 影 响截 齿 ４
失效的又一个 因素 ， 比如截齿材料 的硬 度低、 不耐
磨， 就会 产 生过早磨 损 因此 ， 应合 理地 选择材 料及 热 处理 工艺 ， 来提 高截齿 的 寿命 ， 一代 截齿在 特 殊 新 设计 的碳 化 钨表 面镶 多 晶金 刚石 ， 寿命 比普 通碳 化 钨 截齿 有 明显提 高 。
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Machinery & Equipmemt
︱354︱华东科技镐型截齿失效形式分析及对策
王海全
（山东能源枣庄矿业（集团）付村煤业有限公司，山东 枣庄 277000）
【摘 要】镐型截齿作为煤矿开采的主要工具，其性能除了受到工作环境的影响外还受到本身材料和处理工艺的影响，为此，本文根据目前煤矿截齿的使用情况，分析和指出了截齿的主要失效形式和产生原因，并给出了针对性的改进意见，为镐型截齿的制造工艺选择提供了参考和指导。
【关键词】镐型截齿；材料；工艺
随着煤矿机械化生产的不断提高，开采设备截割性能对生产率的影响越发显著，对镐型截齿的一方面，截齿是采煤机主要工作部件之一，在截齿上消耗的能量约占采煤机总耗能的80%，所以截齿性能的好坏直接影响着煤矿工业的能源消耗；另一方面，我国是产煤大国，对采煤机截齿的需求量巨大，由于截齿的非正常损耗，使得煤矿的生产水平和经济效益受到了严重阻碍，因此对截齿的研究具有重要的技术意义和经济价值。
由于地下煤矿煤岩构造复杂，截齿的工作条件十分恶劣，恶劣的工作环境对截齿提出了更高的性能要求。
影响截齿性能的主要因素有两个方面：一方面是截齿的结构参数，另一方面是截齿的制造工艺。
本文根据目前镐型截齿在煤矿中的使用情况，指出了镐型截齿的主要失效形式和原因，。
1 镐型截齿主要失效形式及其原因
采煤机镐型截齿主要由齿座、齿靴和齿刀组成，通常情况下所说的截齿就是指齿刀部分（本文亦然）。
镐型截齿主要由齿身和合金头组成，其主要失效形式有：截齿磨损、合金头脱落 、合金头破损 、齿身弯曲、齿身折断和截齿丢失。
产生这些失效形式的主要原因如下文所述：
1.1 截齿磨损
一方面，截齿在工作状况下必然与煤岩产生摩擦，摩擦必然导致截齿的损耗，随着工作时间的增加，本来锐利的截齿变钝，最后导致磨损；另一方面，截齿工作时与煤岩产生的摩擦热，使截齿产生回火效应，由于截齿作周期截割运动，使得截齿产生周期性回火，这种回火效应降低了截齿硬度，加剧了截齿的磨损。
截齿磨损是截齿失效的主要原因, 磨损后的截齿, 切削部面积增大, 从而使截割阻力加大, 截齿强度相对降低,并且使切削中的粉尘量增多。
1.2 合金头脱落
由于截齿工作时齿身产生磨损，当磨损到一定程度后, 其齿尖的硬质合金头将裸露在外，受到较大冲击或作用力时变产生合金头的脱落。
除了赤身磨损导致的合金头脱落外，合金头脱落的原因主要还有两方面: 一是焊接质量问题, 如焊接处存在夹砂、微裂纹以及虚焊等缺陷; 二是截齿在截割煤岩时承受强大冲击负荷, 致使在硬质合金头处产生应力集中, 周期性的反复冲击, 导致合金头的松动甚致脱落。
1.3 合金头破损
由于煤岩中夹杂着坚硬的矸石，截齿在截割煤岩时，合金头本身就处于高压应力状态，当遇到坚硬的矸石, 合金头会受到巨大的剪应力，加之合金头本身的材料缺陷, 当剪应力超过合金的强度极限时即发生破损。
1.4 齿身弯曲
截齿在截割煤岩时会受到巨大的外力，由于截齿本身材料的韧性较大、刚度不足，当外力超过截齿齿身所能承受的强度时，齿身便产生弯曲。
1.5 齿身折断
由于设计、材料或加工工艺问题，由于齿身韧性较差且材质较脆，当截齿截割较硬岩石时，截齿齿身强度不足,巨大的截割载荷超过截齿齿身的许用强度，造成了齿身的折断。
1.6 截齿丢失
由于截齿本身固定装置的制造、安装误差较大或者截齿齿座焊接、安装参数选择不当导致的齿座过度磨损，使得截齿在截割中受到外力作用时截齿脱离齿座安装孔位置，产生截齿的丢失。
2 镐型截齿避免失效的对策
根据以往的文献和数据可知，我国采煤机国产镐型截齿平均每万吨煤的消耗量在100把以上（国外镐型截齿平均每万吨煤的消耗量在20把以内），其各种失效形式所占得比例为：合金头破损占10%～15%，合金头脱落占25%～30%，母体过早磨损占20%～25%，齿身弯曲或折断占5%～10%，截齿正常磨损仅占20%～40%。
由以上数据可以看出我国的国产镐型截齿的性能还存在很大的问题。
其中，就截齿的结构参数和安装参数而言，我国的国产截齿基本达到了先进水平，而其中严重制约截齿性能的是材料和制造工艺问题。
截齿的主要作用对象是煤或者岩石，由于地质构造的复杂性，截齿工作过程中常会遇到硬度极大的异类岩石，使得截齿在该突变截割力下的应力、应变极其显著，应力主要集中于齿身表面以及合金头与齿身焊接连接处，因此，在截齿齿身材料进行热处理时应尽可能增加齿身表面的硬度和强度，增加截齿抵抗应力集中和截割磨损的能力，同时为避免截齿的折断，还需要增加齿身芯部的韧性；在合金头焊接时应在保证焊接环境清洁的基础上，尽量采用先进的感应熔融技术，增加合金头与齿身的焊接面积，降低焊接裂纹、焊接断点等缺陷的出现，焊接后还应进行焊接应力的消除，以此全面提高截齿的加工和制造工艺的可靠性。
3 结语
我国是产煤大国，随着综合机械化采煤技术的不断推进，镐型截齿在巷道掘进、煤层开采工作中得到了普遍应用，提高镐型截齿的寿命和可靠性对提高煤矿开采效率、降低开采损耗具有十分重要的意义。
根据上文的分析可以看出，我国所生产的镐型截齿损耗形式多样、单位损耗数量较大，迫切需要改进其制造和加工工艺，提高其使用寿命、避免截齿的非正常损耗。
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