提高采煤机截齿可靠性和寿命的途径

邵泽龙

摘 要：在截煤过程中，电动机的绝大部分功率都消耗在截齿上。在采煤机上，可以说截齿是最容易损坏和更换最频繁的零件，进而在一定程度上影响着吨煤成本。在提高采煤机的生产效率和降低生产成本方面，截齿的质量和工作性能发挥着重要作用。

关键词：采煤机;截齿;可靠性;寿命

1 采煤机截齿概述

矿用截齿是采煤及巷道掘进机械中的易损件之一，是落煤及碎煤的主要工具，它的性能好坏直接影响采煤机械生产能力的发挥、功率的消耗、工作平稳性和其他相关零部件的使用寿命。常用材质从国内部分煤矿实际使用的进口、国产的截齿来看，刀体材质多为42CrMo、35CrMnSi等钢种，也有煤矿在采用国内新研制的Si-Mn-Mo系准贝氏体钢。热处理工艺煤炭行业截齿生产标准规定：截齿刀体硬度为40?45HRC，冲击韧性不小于49J/cm2。在生产过程中，截齿刀体材料应通过热处理达到或超过要求规定的力学性能指标。

2 采煤机截齿种类

（1）采煤机截齿的结构种类。采煤机截齿也不都是一个形状的，依据形状来看，采煤机截齿的种类有：镐形截齿和刀型截齿两种。镐形截齿就是园锥状截齿，比如U82、U84等所有的截齿型号，都是镐形截齿。另外一种就是刀型截齿，也叫扁形截齿，因外形像菜刀而得名。两种截齿，也分别与不同的采煤机使用。

（2）采煤机截齿的特点种类。即便是同一个型号的采煤机截齿，也可以基于不同的特点分类。例如，采煤机截齿的种类有：普通截齿、耐磨截齿、硬岩截齿、无火花截齿、超硬岩石截齿和砂岩截齿。

采煤机的耐磨截齿是耐磨层的截齿，硬岩截齿和超硬岩截齿是在硬质岩层上使用的截齿。砂岩截齿就是专门针对砂岩这种地质条件的截齿，无火花截齿是采用阻燃材质的截齿，这种截齿在井下使用时不会产生大面积的火花。

3 截齿失效形式

（1）合金刀头的崩刃和脱落。截齿在工作过程中遇到煤层中的硬质物时，齿刃承受的压应力和剪切应力突然增大，应力值超过合金的强度极限时，齿刃就会发生崩刃现象。崩刃后齿刃钝化，截齿受到的阻力就会更大，磨损加剧，加速截齿的失效。

硬质合金刀头是截齿的重要组成部件，通过钎焊材料焊接于齿体端部，在工作中为主要受力部位。随着截齿工作的进行，磨损达到一定的程度后，由于钎焊焊缝或缺陷处产生应力集中等问题，会导致硬质合金刀头的脱落。当硬质合金刀头脱落，就可以认为截齿完全失效。

（2）齿身弯曲、折断及截齿丢失。当截齿承受很大的外力时，导致截齿的结构尺寸、刚度、布置方式等方面发生变化，引起齿身弯曲。齿身弯曲多发生在径向布置（弯矩较大）的刀形齿上。齿身弯曲后，截齿受力状态改变，就不能很好地完成截割任务。

由于截齿齿身强度不足，截齿截割坚硬岩石或包裹体夹杂物时，载荷加大，超过截齿许用强度时就容易引起齿身折断。

（3）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。

4 提高截齿可靠性和寿命的途径

（1）截齿的配置。最佳的截齿配置除应满足比能耗小，块煤率高.煤尘少、生产率高、刀体易自转、滚简受力均匀外，刀齿的损耗应为最少。实践证明，采用交叉排列比能耗低，块率高。但这种排列，单齿切屑厚度大。建议采用大直径滚筒，尤其是高产高效率牵引速度大的采煤机，使用四头滚简，采用一线两齿制.可降低，一半的单齿切屑厚度，刀齿损耗会降低。截齿的安装数量以及截齿的排列密度应根据煤质情况来确定。为防止滚筒斜切时轴向力过大，在滚简端盘面上最好视情况设适当的端面齿，实践证明滚简轴向力明显减小，刀齿受力均匀。

（2）选择合理的刀身材料和截齿类型。对于截齿来说，将多晶金钢石镶嵌在特殊设计的碳化钨表面，与普通碳化钨截齿相比，寿命明显提高。在截割煤岩过程中，由于截齿需要承受高压应力、剪切应力和冲击负荷等，为了提高截齿的综合机械化性能，延长截齿的使用寿命。一方面需要确保截齿表面足够的耐磨性，另一方面需要注意截齿材料的韧性。

在层理、节理发达或含夹石的脆性煤岩中，可以使用镐形齿，对于刀形齿来说，主要适用于截割坚韧以及层理和节理不发达的煤岩。在煤质软和、夹矸少的地方，通常使用齿体硬度高、ak值相应较低的截齿，相反，需要提高材料的塑性和韧性，硬度可以稍微降低一些。

（3）改进截齿的几何形状和参数。对于截齿来说，通常情况下，其几何参数在一定程度上影响和制约截齿的截割性能和使用寿命。截齿的截割阻力和轴向力受其几何参数的影响，截齿的排列方式影响截齿的截割状态。因此，要根据煤岩物理机械性质的实际情况，选择相应的排列方式。如果排列方式选择不当，将会直接影响截齿的可靠性。

在实际的截煤过程中，对于韧性煤，镐形齿与刀形截齿相比，其切削阻力比较大，并且磨损比較快;对于脆性坚硬的煤岩，或者磨蚀性较强的煤岩，镐形齿与刀形齿相比，由于自身的安装结构能够进行自转，使截齿磨损均匀分布，进而在一定程度上延长了其使用寿命。

（4）加强摩擦学在截齿中的应用。摩擦学主要研究物体表面间的摩擦、磨损和润滑，涉及机械学、物理、化学、材料学和热力学等多种学科。对于薄、极薄煤层的开采过程，为了减少因煤岩混合体所造成的截齿过快失效，对采煤机截齿的参数设计或改进，不仅要孤立地从机械学角度，还要更多地加入摩擦学的设计应用。工作人员通过对摩擦、磨损理论的深入研究，可以利用摩擦学的理论，减少截齿材料的磨损，提高其耐磨性。

5 结语

通过对截齿的失效分析，进行相应的对策探讨，是开展截齿可靠性研究的基础。只要解决截齿在设计、制造、选择和使用等方面存在的问题，就能够明显地提高截齿的可靠性，大大降低截齿损耗，进一步提高煤炭生产的效益，很好地适应高产高效矿井建设和发展的。

参考文献：

[1]孔茜，刘长海，杨玉龙.螺旋滚筒采煤机截齿的改进与应用[J].西部探矿工程，2003（03）.