煤矿镐形截齿的失效形式与对策

实际工作的工况条件十分恶劣． 通过对几个煤矿截
差异 ， 使得实际使用中硬质合金刀头只产生较少磨
损而支撑硬质合金刀头 的齿体部分却产生了大量
磨损使其支承强度 急剧下降导致硬质合金刀头脱
落． 如图 １ 所示 ， 图中虚线和实线分别为截齿磨 （
齿失效 的统计分析可知 ， 截齿的主要失效形式大致
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
关资料的统计 ， 在各种失效形式 中磨损失效 占比最
大约为 ８％ 一 ０ ， ０ ９ ％ 而其他形式失效仅 占 １％ ～ ０
２Ｏ％ ．
加其相邻截齿的负荷缩短相邻截齿使用寿命 ， 有时
甚 至会 引发链 锁失 效 ．
实际上由于各煤矿 的地质情况不同， 截齿所表
１２ 硬质 合金 刀头 脱落 ．
头部易磨损部位喷涂一层抗磨涂层． 抗磨涂层材料
可 为特定 配 比的合 金粉 末或 陶瓷粉 末等 ． 这种方法
以往主要用于轴、 盘类零件的磨损修复或某些零件
相 互接触 部位 的表 面强 化 ， 于截齿 尚处 于试验研 用 究 阶段 目前 尚不 能 大量推 广应 用 ．
绕提高镐形截齿使用寿命开展 了大量的研究工作 ， 在常规领域已经研究 的比较透彻 ， 如齿体材料、 成
弯曲变形 ， 发生这种情况的主要原因多是 由于轴向 固定截齿 的柱形 卡簧张力不足 ， 如卡簧过软、 （ 变 形、 生裂纹 等） 发 或与齿体 配合 的齿座孔磨损 过
大， 工作 过程 中 当截 齿 进人非 切 割区段 时在离心力
图 ２ 分段 复合截齿 结构 图
截齿在使用中若 因意外情况使截齿在齿座 中 不能自由旋转则会失去 自磨刃功能并 在截齿头部 形成很深的犁沟造成严重 的局部磨损 缩短截齿使 用寿命 ． 另外工作 中过分加大截深使得截齿体头部 参与切割会导致更加快速磨损失 去支撑强度引起
现的失效形式也有略有不同， 但总体上大都以磨损 失效为主． 一般情况下软质煤或夹矸少的煤矿磨损
失效的比例较硬质煤或夹矸多的煤矿更高一些．
除前述过度磨损导致硬质合金刀头脱落外 ， 另
还有两个方面的原 因也可以导致硬质合金刀头脱
落 ： １钎焊质量有 问题 ， 焊缝充盈不足存在气 （） 如 泡， 焊缝处存在夹杂、 微裂纹 以及虚焊等较严重缺
１３ 刀头碎 裂 、 ． 崩刃
主要 原 因大致 可分 为两 个方 面 ， 一是 硬质合金
本身质量问题 ， 个别硬质合金刀头在制造、 加工过 程的某一环节中存在缺陷， 如配料、 挤压成型、 烧结
等某 一工 艺过程 中出现 问题 ， 二是截 齿热处 理时 出
１ 齿体 、． ． ２ 硬质合金刀头
金刀头只产生较 少磨损 而支撑硬质合金刀头的齿体部分却产生了大量磨损支承强度急剧下降最
终导致硬质合金刀头脱 落是镐形截齿磨损失效的主要原 因． 在诸 多提 高截齿使 用寿命的措施 中 分段复合镐形截齿是一种较有发展前途的新型截齿生产制造技术．
关键词 ： 镐形截齿； 失效形式； 强度 ； 硬度 ； 用寿命 使
现问题导致硬质合金刀头产生微裂纹． 正常情况下
图 １ 镐形截齿磨损前后外形轮廓示意图
４
出现上述问题的概率并不高．
１４ 齿体折断、 ． 弯曲变形、 丢失 导致齿体折断或弯曲变形的原 因根据齿体断 折或弯曲变形部位不同分为两种情况 ： １ 沿截齿 （） 头部轴向止推平面与齿体交接处折断或弯曲变形 （ 即沿齿体根部折断或 弯曲变形 ） 齿体根部是截 ， 齿的应力集 中的部位 ， 在截齿生产加工过程 中由于
材质本身缺陷或热处理工艺不 当等原因导致局部 齿体强度不足 ， 当截齿截割坚硬岩石或包裹体夹杂
物时载荷过大超过 了齿体许用强度则易在此部位
１齿 体 ２ 焊 缝 ３ 硬 质 合金 刀 头 支 承 座 ４ 硬质 合 金 刀 头 ． ． ． ．
发生折断或弯曲变形． ２ 沿齿体 中部区域折断或 （）
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
型方法、 硬质合金的钎 焊材料及工艺、 热处理工艺 等， 在提高体头部硬度和耐磨性方面也取得了一些 技术进步． 前针对这一问题的解决方法大致有以 目
下 几种 ．
２４ 分段复合镐形截齿 ． 这是一种新 的截齿制造方法． 这种方法改变了 传统截齿的结构方式 ， 截齿 由硬质合金刀头， 硬质
矿机械 ，０ ２ （ ）：２—３ ． ２ ０ ，９ ３ ３
用寿命低的最主要原 因．
陷．２ 焊缝 间隙过大 ， （） 在反 复的强力 冲击负荷作 用下焊缝 中钎料产 生较大 的缩性变形进而导致硬
质合金刀头松动． 硬质合金刀头脱落后将由端头部齿体参与切 割， 因此截 割阻 力与 功率 消耗 大大增 加 同时也会显 著增加其相邻截齿 的负荷缩短相邻截齿 的使用寿 命．
合 金刀 头支 承 座 ， 体 三 种 不 同材 料 组 成 ． 图 ２ 齿 如
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
源自文库
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 ） ，
这是 目前应 用较广 的一种方 法 ， 能够 有效 的提 高截
度和抗磨性 ， 齿体 １由传统截齿材料制造 ， 热处理 后具有较高的强度和冲击韧性． 齿体与硬质合金刀
头支承座采用包铸 （ 铸造齿体 ） 或焊接方法 （ 锻造 齿体 ） 或包铸加焊接方法联接． 由于这 种方 法 能 够 通过 不 同材 料 的选 择更 好 的调整硬质合金刀头与其支承部分及齿体部分 的 硬度梯度 ， 实现较为理想 的硬度过度及硬度搭配 ， 充分满足截齿各个部位不同性能的要求 ， 因此更加 有利于提高截齿使用寿命．
２ 提 高截齿使用 寿命 的措施
由前所 述 ， 各 种失效 形式 中磨 损失效 占比最 在
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佳 木 斯 大 学 学 报 （自 然 科 学 版 ）
２ １ 年 ０１
大， 部分文献资料从使用角度提出了一些合理使用 的方法 ， 但实际上解决这一问题 的关键并不是使用
环节而是截齿的生产制造环节 ， 只有在满足强度要 求的同时大幅度提高齿体头部硬度 和耐磨性才 能 从根本上解决问题． 长期以来相关专业技术人员围
① 收稿 １ ：０ １－０ ３ ３期 ２ １ ８— １ 基金项 目：国家专利 （０ ７ ０４ ７ ． ． ２ ０ １ １４ ９ ）
作者简介： 李乔非（１５ ９４一）， ， 男 黑龙江牡丹江人 ， 高级工程师
第 ５期
李乔非 ， ： 等 煤矿镐形截齿的失效形式与对策
７１ ｌ
损前 、 后的外轮廓形状 ） 这是截齿磨损失效 的最主 要原因 ， 也是造成硬质合金刀头利用率低及截齿使
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．
作用下向外脱出 ， 若未完全脱 出当再次进入切割时
则会 根据脱 出程度 不 同在 相 对应 部 位 发 生折 断或
硬质合金刀头过早脱 落也是缩短截齿使用寿命的
一
个常见原因． 由于采掘工作 中需喷水降温除尘 ， 因此也会对截齿产生一定程度的腐蚀磨损． 根据相
弯曲变形 ， 若完全脱出就会发生截齿 丢失． 截齿发 生齿体折断、 曲变形 的后果与硬质合金刀头脱落 弯 相似 ， 也会大大增加截割阻力与功率消耗并显著增
参考 文献 ：
［ ］ 朱华 ， １ 吴兆宏 ， 刚， 李 葛世荣．煤矿机械磨损 失效研究 ［ ］ 煤 Ｊ．
炭学报 ，０６，１ ３ ：８ ３ ５ ２ ０ ３ （ ） ３０— ８ ．
齿使用寿命． 但由于耐磨焊条材料及电弧焊接工艺 本身固有的缺陷使得焊接强度较低 ， 难以避免微观 裂纹 ， 当磨损一段时间焊层变薄或受较大冲击力时
中图分类 号 ： Ｔ ４ Ｄ 文 献标 识码 ： Ａ
０ 引 言
有以 几种・ 下
１１ 磨 损 ． 镐形截齿是 目前 国内外采煤机械上使用最广 泛的一种切割工具． 镐形截齿具有下列优点 ： １ （） 根据磨损理论 ， 煤对 金属 的磨损属 于磨料磨 镐形截齿结构简单 ， 生产加工及井下使用时的安装 损． 干摩擦状 态下 ， 在 煤粒 及煤矿体 中 的硬矿物 拆卸 方便 ．２ 镐形 截 齿 齿体 及 齿 头 均 为 园型 结构 （） （ 如石英、 黄铁矿等） 是造成磨料磨损 的主要原因， 对各个不同方向受力具有相 同的抗力． ３ 镐形截 （） 齿磨损均匀且具有 自 磨刃功能 ， 镐形截齿在切割岩 在切割过程中煤粒及硬矿物颗粒在局部呈高度挤 因而形成对材料表面的剧烈磨擦导致 煤过程 中受力是不对称 的， 偏于截齿轴线受力更大 压状态流出， 侧的切削力与过轴线的支撑反力 间会形成力偶 金属材料磨损． 并迫使截齿绕 自 身轴线旋转 ， 这种旋转的结果一是 目前大量使用的镐形截齿 由齿体和硬质合金 使截齿头部沿 圆周方 向的磨损均匀延长了使用寿 刀头两部分组成并通过钎焊联接． 实际应用中对截 命， 二是可以产生 自磨刃效果 ， 有利于保持截齿切 齿的性能要求是 ： 齿体应具有较高的强度和冲击韧 割刃的锋利降低切割阻力与动力消耗． 因此镐形截 性同时齿体头部又要有较高的硬度和抗磨性． 由 但 齿成为 目前应用最广泛消耗量最大的采煤机配件． 对 硬度和冲 对镐形截齿的失效形式和原 因进行深入分析研究 金属材料学可知 ， 于同一种金属材料 ， 并在此基础上寻找 出更加有效更 加科学合理的解 击韧性二者呈负相关规律 ， 对于 目前常用的几种齿 决方案或技术措施提高镐形 截齿的使用寿命对于 体材料如 ３ ｒ ｎｉ４ ＧＭ 等 ， ５ＧＭ Ｓ、２ ｒ ｏ 在保证齿体具有 企业增效降耗具有十分重要的意义． 较高强度和韧性情况下 ， 齿体热处理后的硬度一般
摘
要 ： 镐 形截 齿是 目前 国 内外采 煤及掘 进机械 上使 用最 广泛 的一种切 割 工具 ． 形 截齿 的各 镐
种 失效形 式 中磨 损 失效 占比最大约 为 ８ ％ 一 ０ 而其 他形 式失 效仅 占 １ ％ 一 ０ ， ０ ９％ ０ ２ ％ 由于传统截
齿硬质 合金 刀头 与 支承 硬 质合金 刀 头的齿 体在硬度 和 耐磨 性 上差异 过 大使得 实际使 用 中硬 质合
第２ ９卷 第 ５期
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佳 木 斯 大 学 学 报 （自 然 科 学 版 ） ￣ｕ ｌ ｆ ｉ ｕｉ ｎｖｒｔ Ｎ ｔｒｌ ｃ ｎｅＥ ｉｏ ） ｍａ ａ ｓ Ｕ ｉ ｓｙ（ ａｕａ Ｓｉ ｃ ｄｉｎ ｏＪ ｍ ｅ ｉ ｅ ｔ
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