国内矿用镐形截齿的研究现状及趋势李建楠

煤矿机械Coal Mine MachineryVol.34No.01Jan.2013第34卷第01期2013年01月行问卷调查，以了解技术应用情况和亟待解决的问题，并可发挥优势资源力量攻关技术难题，并有针对性地解决存在的问题。

问卷调查内容可包括：煤矿现有设备选型及技术性能指标，设备故障的主要原因、现有防范措施及存在的问题，需待改进的方面，新设备和政策标准的需求及项目合作需求信息、相关的借鉴经验或建议等；（11）优势产业及人才资源的整合，应推行“政府引导、校企联研、专家合作、严格评审、技术推广、企企借鉴”的模式，实现有针对性的研究、推动科研成果的快速转化；（12)科研成果的鉴定和审查需结合现场应用效果做长期实效的追踪审查和监督，应制定有时间效应的长期实效审查监督机制。

参考文献：［1］王兆丰.提高我国煤矿瓦斯抽采效果的技术途径［C ］.成都：2011年全国煤矿井下安全避险及瓦斯治理技术研讨会,2011.［2］王虹.我国煤矿巷道掘进技术和装备的现状与发展［J ］.煤炭科学技术，2010,38（1）：57-62.［3］王国法.煤矿高效开采工作面成套装备技术创新与发展［J ］.煤炭科学技术，2010,38（1）：63-68.［4］张玉冰，刘会国，王航民，等.薄煤层钻机式采煤机的研制与应用［J ］.煤矿机械，2010,31（4）：120-122.［5］中国煤炭科工集团.中国煤炭科工集团科研项目汇编［C ］.北京：中国煤炭科工集团，2012.［6］王国法，刘俊峰，任怀伟.大采高放顶煤液压支架围岩耦合三维动态优化设计［J ］.煤炭学报，2011，36（1）:145-151.［7］朱立平,蒋卫良.适用于我国煤矿带式输送机典型机型的研究［J ］.煤炭学报，2010，35（11）：1916-1919.［8］孙继平.煤矿物联网特点与关键技术研究［J ］.煤炭学报，2011，36（1）:167-171,［9］张世洪.我国综采采煤机技术的创新研究［J ］.煤炭学报，2010，35（11）：1898-1902.作者简介：赵瑞（1982-），女，吉林榆树人，工程师，编辑，本科毕业于辽宁工程技术大学电子与信息专业，工程硕士毕业于中国矿业大学（北京）电气工程专业，主要从事煤矿机电自动化研究及相关稿件的编审工作，电子信箱：mtkjzr@.责任编辑：武伟民收稿日期：2012－09－02!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!国内矿用镐形截齿的研究现状及趋势*李建楠，李惠琪，王淑峰，迟静（山东科技大学材料科学与工程学院，山东青岛266590）摘要：分析了矿用镐形截齿的工况条件和失效形式，综合研究各种改进措施和技术手段，对进一步改进采煤机截齿的生产工艺，提高截齿的截割性能和使用寿命，降低煤炭企业生产成本具有重要意义。

关键词：截齿；失效形式；改进措施；发展趋势中图分类号：TD421.6文献标志码：A文章编号：1003－0794（2013）01－0007－04Research Status and Development Trend of Shearer Pick-shapedCutter in Coal MineLI Jian-nan ，LI Hui-qi ，WANG Shu-feng ，CHI Jing(College of Materials Science and Engineering,Shandong University of Science and Technology,Qingdao 266590,China)Abstract:The paper analyzes working conditions and failure modes of shearer pick-shaped cutter and studies improvement measures and technological means,which has significant influences on improving processing techniques of shearer pick-shaped cutter,raising cutting performance,increasing service life and decreasing cost of production.Key words:shearer pick-shaped cutter;failure modes;improvement measures;development trend 1矿用镐形截齿的工况条件分析采煤机截齿截割煤层时，截齿随螺旋滚筒以回转方式推进截割。

采煤机截齿工作过程中与煤层直接接触，其磨粒磨损特性与煤层结构及硬度很有关系，煤硬度较低，一般为HV100~420，但由于煤里常会有不同硬度的杂质，硬度很高，煤中的石英和黄铁矿对截齿的磨粒磨损特性影响最大，其硬度可达HV900~1100。

由于产生磨损热，在截割煤岩时，截齿磨损表面能够产生600~800℃的高温。

但截齿截割煤岩是周期性的回转过程，因此升温是交变的，当截齿接触煤岩时升温，离开时降温，齿顶产生高温回火，使截齿硬度值下降50%左右，加速了截齿的磨损。

截齿在截割煤岩时，需要承受很高的压应力，截*山东省自然科学基金资助项目(2009ZRB01417)割应力及周期性的冲击载荷。

当滚筒式采煤机运行时，截齿处于截割煤的工作状态为间歇冲击式，每旋转一圈截齿大约有1/2的时间接触煤壁而作功，1/2时间为空转。

同时煤层与截齿相互作用产生磨损，在磨损过程中，会伴随有腐蚀和热疲劳甚至断裂等力学行为。

2矿用镐形截齿的失效形式研究截齿在截割煤岩时，截齿以回转方式推进截割。

由于工况条件复杂，截齿工作过程中承受着高的压应力和剪切应力及高温、腐蚀、硬矿物夹杂和周期性冲击载荷等破坏因素，因此常造成截齿的失效。

尤其是国产矿用截齿，存在截齿硬度偏低、晶粒细小、钎焊强度较低、韧性不足等问题，使用寿命仅为进口截齿的60%。

煤矿现场调查表明，截齿的主要失效形式包括截齿磨损、齿身弯曲或折断、截齿齿头脱落、截齿齿头碎裂（崩刃）及截齿丢失等。

（1）截齿的磨损造成截齿磨损的主要因素是煤中夹杂的硬矿物质（例如石英和黄铁矿）对截齿齿头造成磨损；矿井下环境介质的腐蚀，也会造成腐蚀磨损；截齿截割过程中承受由摩擦热产生的周期性交变热应力使截齿生成热疲劳裂纹，从而造成热疲劳磨损。

（2）齿身弯曲或折断齿身弯曲或折断也是截齿失效的一种形式，其原因是齿体材料及热处理制度不合理或工艺控制失误。

如果截齿齿体强韧性不足，在截割坚硬岩石或包裹体夹杂物时，由于载荷突然加大，便会发生齿体的弯曲或折断现象。

（3）截齿齿头脱落图1镐形截齿结构图1.齿柄2.齿身 2.齿头截齿工作过程中齿头与煤岩剧烈摩擦，齿头和齿体同时磨损，但是硬质合金刀头磨损量小于齿体，造成了截齿齿体前部锥体部分快速磨损，使硬质合金刀头过早暴露出来并脱落。

截齿脱落的部位见图1中的齿头。

造成截齿齿头过早脱落的主要原因有：①在截齿齿头和刀体间钎焊层，由于存在夹砂、微裂纹及虚焊等问题，未能达到要求的焊接强度；②截齿发生偏磨现象，造成齿体在使用过程中磨损过度，容易造成齿头裸露而脱落；③在截割煤岩时，截齿齿头受到强大反复的冲击负荷，导致齿头松动甚至脱落。

（4）截齿齿头碎裂（崩刃）在冲击载荷作用下，截割煤岩时截齿齿头处于高压应力状态。

如果遇到夹杂的硬矿物质（石英和黄铁矿），截齿齿头刃部与煤岩接触不良处就会处于拉应力状态。

当拉应力超过合金强度极限，就会造成截齿尖部的折断。

刀头碎裂后，截齿没有了锐利的齿尖，截割阻力就会剧增，直接影响了生产效率，而且也加剧了截齿磨损。

（5）截齿丢失在实际工作过程中，由于截齿固定不可靠或固定装置磨损等原因还会经常发生截齿丢失的现象。

图2矿用截齿常见的失效形式1.过早磨捡2.齿头脱落3.崩刃4.断裂5.正常磨捡据统计（见图2），镐形截齿的主要失效形式中，崩刃占10%~15%，过早磨损占20%~25%，齿头脱落占25%~30%，断裂占5%~10%，正常磨损占20%~40%。

这就造成硬质合金等原材料的巨大消耗和生产成本的增加。

3矿用镐形截齿的主要研究方向及趋势镐形截齿的截割性能，不但受到工况环境、地质条件、截齿制备工艺的影响，也和截齿的排列方式、安装角度等因素紧密相关，为进一步改进截齿的耐磨性、冲击韧性、结构强度，提高截齿的整体性能，减少截齿的各种失效形式的发生，科研和工程技术人员从多个方面对采煤机截齿进行了优化和改进：（1）研制新型高性能截齿齿头齿头是截齿工作过程中直接截割煤岩的部位，齿头的性能优劣，直接决定了截齿的截割性能。

目前国内用做截齿齿头的硬质合金存在杂质空隙多，晶粒细小，组织不均匀和刀体钎焊强度较差等问题。

通过研制新型高性能截齿齿头可有效提高截齿的使用寿命。

①改进成型工艺和合金制取工艺，通过选用优质原料(高纯钨粉、高温还原、高温碳化)研制截齿齿头,提高了截齿齿头的寿命；②2009年邵浩明等人采用国产六面顶压机，研制了高性能金刚石复合截齿齿头，使截齿齿头既具有硬质合金的高抗冲击性，又具有金刚石聚晶的高耐磨性，提高了截齿的综合性能；③2009年冯婷等人通过原位冶金方法制备新型等离子梯度硬质合金齿头，采用等离子梯度冶金技术，实现截齿齿头材料的梯度分布，在保证截齿齿头头部高耐磨性的同时，制备出了高强韧齿头，123L 0LD αβd30%415%25%20%10%5123提高了截齿整体的冲击韧性和耐磨性能。

（2）进行截齿表面处理，提高截齿的耐磨性能截齿的耐磨性是影响截齿截割性能的主要因素，为提高截齿的耐磨性能，采取的主要技术手段有：①采用热喷涂技术对截齿表面进行处理，在截齿头部喷焊高硬度耐磨合金，可以保证耐磨合金层和截齿体良好结合，使其具有硬度高、不脆裂、耐磨的特点，其使用寿命可以达到传统的镶嵌合金截齿的1.5～2.0倍；②利用堆焊技术对截齿表面进行处理，在镐形截齿头部，根据截齿形状要求分层堆焊出截齿头部。

堆焊涂层的主要成分与钨系高速钢基本一致。

在堆焊过程中，表面涂层处于熔融状态，涂层结构类似铸造高速钢组织（由骨骼状共晶莱氏体及奥氏体转变产物构成），可以保证其具有较高硬度和耐磨性。

涂层硬度可以达到HV660，其抗冲击性能优于硬质合金；③利用等离子束表面冶金技术进行截齿表面处理。

这是一种快速非平衡冶金反应过程，可以不受相溶性、密度、熔点等限制。

利用其任意粉末和任意配比的优点，获得传统冶金方法无法获得的合金层，是继热喷涂、堆焊和熔覆后的新涂层技术。

采用等离子束表面冶金技术制备的高硬度、高耐磨和耐蚀的合金涂层，能够有效地保护硬质合金齿尖，从而截齿寿命可以提高2倍以上，而制造成本可降低1／5，具有广泛的推广应用价值；④采用硬质合金表面烧结金刚石。