提高采煤機截齒可靠性和壽命的途徑

邵澤龍

摘 要：在截煤過程中，電動機的絕大部分功率都消耗在截齒上。在采煤機上，可以說截齒是最容易損壞和更換最頻繁的零件，進而在一定程度上影響著噸煤成本。在提高采煤機的生產效率和降低生產成本方面，截齒的質量和工作性能發揮著重要作用。

關鍵詞：采煤機;截齒;可靠性;壽命

1 采煤機截齒概述

礦用截齒是采煤及巷道掘進機械中的易損件之一，是落煤及碎煤的主要工具，它的性能好壞直接影響采煤機械生產能力的發揮、功率的消耗、工作平穩性和其他相關零部件的使用壽命。常用材質從國內部分煤礦實際使用的進口、國產的截齒來看，刀體材質多為42CrMo、35CrMnSi等鋼種，也有煤礦在采用國內新研制的Si-Mn-Mo系準貝氏體鋼。熱處理工藝煤炭行業截齒生產標準規定：截齒刀體硬度為40?45HRC，沖擊韌性不小于49J/cm2。在生產過程中，截齒刀體材料應通過熱處理達到或超過要求規定的力學性能指標。

2 采煤機截齒種類

（1）采煤機截齒的結構種類。采煤機截齒也不都是一個形狀的，依據形狀來看，采煤機截齒的種類有：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，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使用。

（2）采煤機截齒的特點種類。即便是同一個型號的采煤機截齒，也可以基于不同的特點分類。例如，采煤機截齒的種類有：普通截齒、耐磨截齒、硬巖截齒、無火花截齒、超硬巖石截齒和砂巖截齒。

采煤機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巖層上使用的截齒。砂巖截齒就是專門針對砂巖這種地質條件的截齒，無火花截齒是采用阻燃材質的截齒，這種截齒在井下使用時不會產生大面積的火花。

3 截齒失效形式

（1）合金刀頭的崩刃和脫落。截齒在工作過程中遇到煤層中的硬質物時，齒刃承受的壓應力和剪切應力突然增大，應力值超過合金的強度極限時，齒刃就會發生崩刃現象。崩刃后齒刃鈍化，截齒受到的阻力就會更大，磨損加劇，加速截齒的失效。

硬質合金刀頭是截齒的重要組成部件，通過釬焊材料焊接于齒體端部，在工作中為主要受力部位。隨著截齒工作的進行，磨損達到一定的程度后，由于釬焊焊縫或缺陷處產生應力集中等問題，會導致硬質合金刀頭的脫落。當硬質合金刀頭脫落，就可以認為截齒完全失效。

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

由于截齒齒身強度不足，截齒截割堅硬巖石或包裹體夾雜物時，載荷加大，超過截齒許用強度時就容易引起齒身折斷。

（3）磨粒磨損。截齒在工作過程中，磨粒（煤矸石等）與截齒表面間產生較大的壓，應力，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，則在截齒表面擠出犁溝，隨著截齒工作時間的延長，磨粒反復對截齒表面推擠，產生嚴重的塑性變形流動，使得表面下層塑性發生相互作用，導致塑變區內位錯密度增加，變形材料表面產生裂紋，裂紋擴展，截齒表面形成薄片狀磨屑。而且煤層中存在腐蝕性介質與截齒表面發生化學反應而造成表面材料腐蝕，機械性能下降，并使表層金屬與基體材料結合力降低，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滿足比能耗小，塊煤率高.煤塵少、生產率高、刀體易自轉、滾簡受力均勻外，刀齒的損耗應為最少。實踐證明，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，尤其是高產高效率牽引速度大的采煤機，使用四頭滾簡，采用一線兩齒制.可降低，一半的單齒切屑厚度，刀齒損耗會降低。截齒的安裝數量以及截齒的排列密度應根據煤質情況來確定。為防止滾筒斜切時軸向力過大，在滾簡端盤面上最好視情況設適當的端面齒，實踐證明滾簡軸向力明顯減小，刀齒受力均勻。

（2）選擇合理的刀身材料和截齒類型。對于截齒來說，將多晶金鋼石鑲嵌在特殊設計的碳化鎢表面，與普通碳化鎢截齒相比，壽命明顯提高。在截割煤巖過程中，由于截齒需要承受高壓應力、剪切應力和沖擊負荷等，為了提高截齒的綜合機械化性能，延長截齒的使用壽命。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、節理發達或含夾石的脆性煤巖中，可以使用鎬形齒，對于刀形齒來說，主要適用于截割堅韌以及層理和節理不發達的煤巖。在煤質軟和、夾矸少的地方，通常使用齒體硬度高、ak值相應較低的截齒，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）改進截齒的幾何形狀和參數。對于截齒來說，通常情況下，其幾何參數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的影響，截齒的排列方式影響截齒的截割狀態。因此，要根據煤巖物理機械性質的實際情況，選擇相應的排列方式。如果排列方式選擇不當，將會直接影響截齒的可靠性。

在實際的截煤過程中，對于韌性煤，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;對于脆性堅硬的煤巖，或者磨蝕性較強的煤巖，鎬形齒與刀形齒相比，由于自身的安裝結構能夠進行自轉，使截齒磨損均勻分布，進而在一定程度上延長了其使用壽命。

（4）加強摩擦學在截齒中的應用。摩擦學主要研究物體表面間的摩擦、磨損和潤滑，涉及機械學、物理、化學、材料學和熱力學等多種學科。對于薄、極薄煤層的開采過程，為了減少因煤巖混合體所造成的截齒過快失效，對采煤機截齒的參數設計或改進，不僅要孤立地從機械學角度，還要更多地加入摩擦學的設計應用。工作人員通過對摩擦、磨損理論的深入研究，可以利用摩擦學的理論，減少截齒材料的磨損，提高其耐磨性。

5 結語

通過對截齒的失效分析，進行相應的對策探討，是開展截齒可靠性研究的基礎。只要解決截齒在設計、制造、選擇和使用等方面存在的問題，就能夠明顯地提高截齒的可靠性，大大降低截齒損耗，進一步提高煤炭生產的效益，很好地適應高產高效礦井建設和發展的。

參考文獻：

[1]孔茜，劉長海，楊玉龍.螺旋滾筒采煤機截齒的改進與應用[J].西部探礦工程，2003（03）.