采煤机截齿制造工艺和使用寿命的分析

田桂芹

（吉林辽源职业技术学院，吉林 辽源 136200）

采煤机截齿制造工艺和使用寿命的分析

田桂芹

（吉林辽源职业技术学院，吉林 辽源 136200）

截齿是采煤机上的一个重要配件，制造截齿的材料必须具有很高的力学性能（如红硬性、耐磨性、冲击韧性等），文中通过对其制造工艺的分析、改进，大大提高了其使用寿命。

采煤机；截齿；工艺分析；使用寿命

0 引言

我国是一个煤炭资源大国，在煤矿企业生产中，除了大量的采煤工人，煤矿机械设备是保证煤炭生产的必备条件，其中采煤机截齿是采煤、采矿掘进机的常用配件，截齿的使用寿命会影响生产的有序进行，如何能够增加截齿的使用寿命，现从以下几个方面进行分析。

1 截齿的制造工艺分析

1.1 截齿机械性能分析

1）耐磨。耐磨是截齿必须满足的要求，因为在采煤工作中，在切割的时候不可避免有摩擦力，因为煤矿中会含有岩石，因此切割工作并不容易。如果截齿不耐磨，那么采煤工作无法正常进行。2）抗压。截齿在工作中不仅有摩擦力还有压力，根据物理学表示，设备的压力和相对应给予的压力是等同的，因此截齿还要具备抗压性能，即硬度要保证。如果硬度存在问题，就不能保证设备的安全性，只有保证其安全性才能更好地完成开采工作。

1.2 锻造钎焊截齿的结构、材料工艺分析

截齿是由齿体和硬质合金刀头通过焊接组成，如果我们在焊接的过程当中要掌握不好刀头和齿体的分布情况，刀头突出太多，合金刀头受齿体保护能力下降，当受到外力作用下就会刀头脱落，所以刀头不要突出太多，即使焊接分布合理，齿体在工作中也会受磨损，从而造成刀头的突出。为避免这种现象，只有增加齿体前端的强度及耐磨性，所以增加耐磨头（如图1），用型材模锻的方法获得齿体1，将耐磨头3与齿体采用机械加工成过盈配合嵌入再焊接［1］。

截齿能够在强烈摩擦下仍保持其工作能力，就要选择好材料，能承受重载、高速磨损条件下服役，要求钢表面能形成薄而致密黏附性好的氧化膜，减少耐磨头和合金头之间产生粘咬、焊合等熔融磨损，又能减少表面进行氧化造成氧化磨损。在热处理时，尤其是在淬火过程中，要体积变化小、形状翘曲小、畸变小，应该选用微变形钢55CrMnSi制造。

图1 截齿

1.3 截齿体的锻造工艺分析

截齿在工作中除承受巨大的机械应力外，还要承受反复受热和冷却的作用，原材料内部缺陷的影响易引起锻件性能下降、表面裂纹、折迭、粗晶等。这类裂纹的特点是：外层为光滑层，里层为撕裂层。裂纹两侧的贫碳区域较大（如图2所示），应严格控制其加热温度。55CrMnSi的锻造温度范围狭窄，而且由于它含有合金元素，再结晶温度较高，易产生锻造裂纹。锻后如果冷却不当，锻件内部的应力得不到消除和产生新的应力，如锻后冷却太快，产生的组织应力与原有的温差应力、内应力迭加，这时塑性极差，从而导致产生裂纹［2］。另外，炉内的坯料要装炉适量，还要不停地翻转，以使其内外温度均匀。

图2

1.4 镶铸复合工艺截齿的铸造工艺分析

采用镶铸复合工艺制造采煤机截齿，其齿尖部位使用铬系耐磨合金，齿体则用低合金钢，目的就是保证齿体的综合工作性能要求［3］。其合金化学成分如表1，在镶铸复合过程中控制液态金属浇铸温度是重要环节，浇铸温度过高对于小型镶铸复合截齿用的铬系耐磨合金熔层过厚，降低了耐磨性能。浇铸温度过低，液态金属热熔量达不到融化铬系耐磨合金的温度，使低合金钢与铬系耐磨合金不能形成理想的冶金结合层。

2 截齿两种制造工艺对比

通过实验分析，锻造钎焊截齿有硬质合金脱落问题，这是由于锻造钎焊截齿硬质合金与齿体属于机械黏合，其结合力弱，镶铸截齿的硬质合金与齿体的之间有一定的熔合层和过渡层，有效防止了硬质合金脱落［4］。但是试验还发现锻造钎焊截齿常出现弯曲损坏，而镶铸截齿常出现折断损坏［5］。

表1 合金的化学成分质量分数 %

3 针对不同工艺制造的截齿，增加使用寿命方法

3.1 锻造钎焊截齿

1）对锻造钎焊截齿刀体一定要严格保证原材料各项指标达到锻坯的要求，采用分锻加热，避免形成过热、过烧。采用高温化学温度计进行现场观测，锻后马上进行合理的冷却，使锻件表面不能急冷急缩，除防止空气淬火外，主要是消除锻件内部残余应力。

2）加焊齿体耐磨层，使得齿体硬度达到65HRC以上，齿体也可以采用42CrMo数控车床机械加工而成，保证尺寸一致，热处理后硬度达到40HRC，齿头部采用等温淬火工艺。

图3

3.2 镶铸复合截齿

严格控制镶铸复合过程中液态金属浇铸温度，在热处理过程中，在同一淬火温度条件下采用不同的淬火介质，同时满足截齿耐磨性能和抗冲击性能。铬系耐磨合金结构尺寸要符合截齿工作性能和工艺要求。

3.3 滚筒截齿排列

截割滚筒的截齿排列和安装角度是否合理，也是影响截齿使用寿命因素，如果方法不合理就会造成截齿的合金脱落、齿身弯曲、折断等，采煤机截齿的分布合理就能减小截齿、齿座磨损，减小截割阻力，减低电动机功率消耗，使采煤机工作平稳。

4 结语

综上所述，合理地设计截齿的结构、选择合适的材料、截割滚筒截齿的排列及角度都是影响截齿使用寿命的重要因素，每一项都是不容忽视，不仅要设备本身质量好，同时也不能忽视保养，只有这样才能保证截齿设备零件使用寿命得到延长。

［1］李乔非，沈大东.耐磨钢与高强钢复合截齿生产工艺研究［J］.热加工工艺，2009（17）：137-138.

［2］陈宝国.W18Cr4V钢锻坯裂纹的产生与控制［J］.金属加工（热加工），2013（19）：47-49.

［3］魏绪树，朱永长，荣守范.采煤机截齿镶铸复合金属材料研究［J］.铸造设备与工艺，2009（3）：24-26.

［4］张成军，魏绪树，纪朝辉，等.镶铸截齿与锻造钎焊截齿损坏形式对比分析［J］.佳木斯大学学报（自然科学版），2000（1）：19-21.

［5］魏绪树，葛永成，张建伟.镶铸截齿井下采煤试验［J］.佳木斯工学院学报，1998（2）：162-163，175.

（编辑 黄 荻）

TD 4；T H 162

A

1002-2333（2015）12-0242-02

田桂芹（1963—），女，副教授，研究方向为机械制造。

2015-07-03