田桂芹

（吉林遼源職業(yè)技術(shù)學(xué)院，吉林 遼源 136200）

采煤機(jī)截齒制造工藝和使用壽命的分析

田桂芹

（吉林遼源職業(yè)技術(shù)學(xué)院，吉林 遼源 136200）

截齒是采煤機(jī)上的一個重要配件，制造截齒的材料必須具有很高的力學(xué)性能（如紅硬性、耐磨性、沖擊韌性等），文中通過對其制造工藝的分析、改進(jìn)，大大提高了其使用壽命。

采煤機(jī)；截齒；工藝分析；使用壽命

0 引言

我國是一個煤炭資源大國，在煤礦企業(yè)生產(chǎn)中，除了大量的采煤工人，煤礦機(jī)械設(shè)備是保證煤炭生產(chǎn)的必備條件，其中采煤機(jī)截齒是采煤、采礦掘進(jìn)機(jī)的常用配件，截齒的使用壽命會影響生產(chǎn)的有序進(jìn)行，如何能夠增加截齒的使用壽命，現(xiàn)從以下幾個方面進(jìn)行分析。

1 截齒的制造工藝分析

1.1 截齒機(jī)械性能分析

1）耐磨。耐磨是截齒必須滿足的要求，因?yàn)樵诓擅汗ぷ髦?，在切割的時候不可避免有摩擦力，因?yàn)槊旱V中會含有巖石，因此切割工作并不容易。如果截齒不耐磨，那么采煤工作無法正常進(jìn)行。2）抗壓。截齒在工作中不僅有摩擦力還有壓力，根據(jù)物理學(xué)表示，設(shè)備的壓力和相對應(yīng)給予的壓力是等同的，因此截齒還要具備抗壓性能，即硬度要保證。如果硬度存在問題，就不能保證設(shè)備的安全性，只有保證其安全性才能更好地完成開采工作。

1.2 鍛造釬焊截齒的結(jié)構(gòu)、材料工藝分析

截齒是由齒體和硬質(zhì)合金刀頭通過焊接組成，如果我們在焊接的過程當(dāng)中要掌握不好刀頭和齒體的分布情況，刀頭突出太多，合金刀頭受齒體保護(hù)能力下降，當(dāng)受到外力作用下就會刀頭脫落，所以刀頭不要突出太多，即使焊接分布合理，齒體在工作中也會受磨損，從而造成刀頭的突出。為避免這種現(xiàn)象，只有增加齒體前端的強(qiáng)度及耐磨性，所以增加耐磨頭（如圖1），用型材模鍛的方法獲得齒體1，將耐磨頭3與齒體采用機(jī)械加工成過盈配合嵌入再焊接［1］。

截齒能夠在強(qiáng)烈摩擦下仍保持其工作能力，就要選擇好材料，能承受重載、高速磨損條件下服役，要求鋼表面能形成薄而致密黏附性好的氧化膜，減少耐磨頭和合金頭之間產(chǎn)生粘咬、焊合等熔融磨損，又能減少表面進(jìn)行氧化造成氧化磨損。在熱處理時，尤其是在淬火過程中，要體積變化小、形狀翹曲小、畸變小，應(yīng)該選用微變形鋼55CrMnSi制造。

圖1 截齒

1.3 截齒體的鍛造工藝分析

截齒在工作中除承受巨大的機(jī)械應(yīng)力外，還要承受反復(fù)受熱和冷卻的作用，原材料內(nèi)部缺陷的影響易引起鍛件性能下降、表面裂紋、折迭、粗晶等。這類裂紋的特點(diǎn)是：外層為光滑層，里層為撕裂層。裂紋兩側(cè)的貧碳區(qū)域較大（如圖2所示），應(yīng)嚴(yán)格控制其加熱溫度。55CrMnSi的鍛造溫度范圍狹窄，而且由于它含有合金元素，再結(jié)晶溫度較高，易產(chǎn)生鍛造裂紋。鍛后如果冷卻不當(dāng)，鍛件內(nèi)部的應(yīng)力得不到消除和產(chǎn)生新的應(yīng)力，如鍛后冷卻太快，產(chǎn)生的組織應(yīng)力與原有的溫差應(yīng)力、內(nèi)應(yīng)力迭加，這時塑性極差，從而導(dǎo)致產(chǎn)生裂紋［2］。另外，爐內(nèi)的坯料要裝爐適量，還要不停地翻轉(zhuǎn)，以使其內(nèi)外溫度均勻。

圖2

1.4 鑲鑄復(fù)合工藝截齒的鑄造工藝分析

采用鑲鑄復(fù)合工藝制造采煤機(jī)截齒，其齒尖部位使用鉻系耐磨合金，齒體則用低合金鋼，目的就是保證齒體的綜合工作性能要求［3］。其合金化學(xué)成分如表1，在鑲鑄復(fù)合過程中控制液態(tài)金屬澆鑄溫度是重要環(huán)節(jié)，澆鑄溫度過高對于小型鑲鑄復(fù)合截齒用的鉻系耐磨合金熔層過厚，降低了耐磨性能。澆鑄溫度過低，液態(tài)金屬熱熔量達(dá)不到融化鉻系耐磨合金的溫度，使低合金鋼與鉻系耐磨合金不能形成理想的冶金結(jié)合層。

2 截齒兩種制造工藝對比

通過實(shí)驗(yàn)分析，鍛造釬焊截齒有硬質(zhì)合金脫落問題，這是由于鍛造釬焊截齒硬質(zhì)合金與齒體屬于機(jī)械黏合，其結(jié)合力弱，鑲鑄截齒的硬質(zhì)合金與齒體的之間有一定的熔合層和過渡層，有效防止了硬質(zhì)合金脫落［4］。但是試驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)鍛造釬焊截齒常出現(xiàn)彎曲損壞，而鑲鑄截齒常出現(xiàn)折斷損壞［5］。

表1 合金的化學(xué)成分質(zhì)量分?jǐn)?shù) %

3 針對不同工藝制造的截齒，增加使用壽命方法

3.1 鍛造釬焊截齒

1）對鍛造釬焊截齒刀體一定要嚴(yán)格保證原材料各項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到鍛坯的要求，采用分鍛加熱，避免形成過熱、過燒。采用高溫化學(xué)溫度計進(jìn)行現(xiàn)場觀測，鍛后馬上進(jìn)行合理的冷卻，使鍛件表面不能急冷急縮，除防止空氣淬火外，主要是消除鍛件內(nèi)部殘余應(yīng)力。

2）加焊齒體耐磨層，使得齒體硬度達(dá)到65HRC以上，齒體也可以采用42CrMo數(shù)控車床機(jī)械加工而成，保證尺寸一致，熱處理后硬度達(dá)到40HRC，齒頭部采用等溫淬火工藝。

圖3

3.2 鑲鑄復(fù)合截齒

嚴(yán)格控制鑲鑄復(fù)合過程中液態(tài)金屬澆鑄溫度，在熱處理過程中，在同一淬火溫度條件下采用不同的淬火介質(zhì)，同時滿足截齒耐磨性能和抗沖擊性能。鉻系耐磨合金結(jié)構(gòu)尺寸要符合截齒工作性能和工藝要求。

3.3 滾筒截齒排列

截割滾筒的截齒排列和安裝角度是否合理，也是影響截齒使用壽命因素，如果方法不合理就會造成截齒的合金脫落、齒身彎曲、折斷等，采煤機(jī)截齒的分布合理就能減小截齒、齒座磨損，減小截割阻力，減低電動機(jī)功率消耗，使采煤機(jī)工作平穩(wěn)。

4 結(jié)語

綜上所述，合理地設(shè)計截齒的結(jié)構(gòu)、選擇合適的材料、截割滾筒截齒的排列及角度都是影響截齒使用壽命的重要因素，每一項(xiàng)都是不容忽視，不僅要設(shè)備本身質(zhì)量好，同時也不能忽視保養(yǎng)，只有這樣才能保證截齒設(shè)備零件使用壽命得到延長。

［1］李喬非，沈大東.耐磨鋼與高強(qiáng)鋼復(fù)合截齒生產(chǎn)工藝研究［J］.熱加工工藝，2009（17）：137-138.

［2］陳寶國.W18Cr4V鋼鍛坯裂紋的產(chǎn)生與控制［J］.金屬加工（熱加工），2013（19）：47-49.

［3］魏緒樹，朱永長，榮守范.采煤機(jī)截齒鑲鑄復(fù)合金屬材料研究［J］.鑄造設(shè)備與工藝，2009（3）：24-26.

［4］張成軍，魏緒樹，紀(jì)朝輝，等.鑲鑄截齒與鍛造釬焊截齒損壞形式對比分析［J］.佳木斯大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2000（1）：19-21.

［5］魏緒樹，葛永成，張建偉.鑲鑄截齒井下采煤試驗(yàn)［J］.佳木斯工學(xué)院學(xué)報，1998（2）：162-163，175.

（編輯 黃 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?yàn)闄C(jī)械制造。

2015-07-03