摘要：镐形截齿在实际生产过程中极易失效。根据截齿结构、材料选择和截割工况，以及生产现场失效调查统计结果，分析讨论了截齿失效的形式和原因，并提出了几点提高其工作性能的措施。
关键词：镐形截齿；失效；力学性能
引言
镐形截齿是采掘机械直接用来破碎煤岩的刀具，由低合金钢齿体与硬质合金齿头通过钎焊组合而成（见图1）。由于截齿经常处在高冲击、高应力状态下工作，极易发生失效，影响截割效率和煤矿经济效益。为进一步改进截齿的整体力学性能，减少截齿损坏量，提高采煤效率和经济效益，必须对引起截齿失效的原因做出分析和判断，以便提出改进措施。
图1 镐形截齿
1镐形截齿优点
镐形截齿具有下列优点:(1)镐形截齿结构简单，生产加工及井下使用时的安装拆卸方便(2)镐形截齿齿体及齿头均为园型结构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，镐形截齿在切割岩煤过程中受力是不对称的，偏于截齿轴线受力更大一侧的切削力与过轴线的支撑反力间会形成力偶并迫使截齿绕自身轴线旋转，这种旋转的结果一是使截齿头部沿圆周方向的磨损均匀延长了使用寿命，二是可以产生自磨刃效果，有利于保持截齿切割刃的锋利降低切割阻力与动力消耗。
2镐形截齿的材料选择及截割工况
镐形截齿由齿体、硬质合金头与钎焊层组成。齿体与齿座连接的部分为圆柱形，主要用于固定与煤岩接触的部分为圆锥形。硬质合金头通过钎焊的方式嵌入圆锥形齿头的焊缝中。镐形截齿主要通过硬质合金头的尖劈作用截割煤岩，受力主要沿截齿轴线方向，切线方向的力较小，故所受弯矩力较小，不易造成齿体折断【1】。
镐形截齿在实际工作过程中工况较为复杂，由于其做回转运动，所以其承受冲击载荷很大，且是间歇式的。在割入煤壁时，要承受采掘机械压入煤壁时很高的压应力和滚筒旋转造成煤岩对它的剪切应力，而且煤岩还会对截齿接触表面造成磨损作用，同时截割过程中还会遇到更为坚硬的夹石。所以，截齿齿头材料的选择要求其具有良好的韧性和耐冲击性，同时具有较高的耐磨性能，通常采用硬质合金材料。硬质合金具有难熔金属碳化物高硬度和铁族元素高韧性的特点，具有很多优异的机械性能，被俗称为工业中的牙齿。截齿齿体材料通常选择中碳低合金钢，常见的有35CrMnSi、42CrMo等普通低合金钢。低合金钢在使用过程中综合性能较好，且成本较低，同时具有很高的强度和良好的韧性，使用较为广泛。
3.镐形截齿失效形式统计
根据某矿在截割过程中失效的镐形截齿进行统计分析，其失效形式结果如表1所示。
表1 截齿的失效分析
统计结果显示，磨粒磨损是截齿失效的主要形式，几乎占总失效形式的1/2；硬质合金头脱落也占总失效形式的约1/4；其他约占总失效形式的1/4。
4失效原因分析
耐磨性能不足、偏磨现象严重经常导致截齿发生磨粒磨损，截齿的齿头由于与煤岩发生剧烈的摩擦最为严重。这是因为：镐形截齿表面在截煤过程中不断摩擦而产生的热量无法及时排出，产生了热应力，引起截齿局部热变形，导致截齿齿体和硬质合金刀头被剧烈磨损而提前损坏。
截齿在实际截煤过程中会承受比较大的冲击力，这是镐形截齿发生崩刃和断裂的主要原因。截齿做间歇式回转运动截割煤岩，硬质合金头在冲击力的作用下处于压应力状态；在截割过程中遇到煤岩中硬度较高的煤矸石，由于截割的速度比较快，截齿顶部会受到坚硬煤矸石的强烈撞击而承受了较高的剪切应力，加之当冲击载荷较高时，齿头便会产生裂纹。而且截齿会在煤岩周期性的冲击载荷作用下裂纹不断扩展、延伸，最终导致了硬质合金刀头的崩刃。当冲击载荷所引起的剪应力达到或超过其强度极限后，截齿就会从头部产生断裂。截齿材料强度较低时也容易引发断裂失效，截齿表面和内部如果存在各种缺陷，截齿工作过程中便容易引起应力集中，产生了裂纹的裂纹源，裂纹在应力作用下逐渐延长扩展而使截齿最终发生断裂。
5改进措施
（1）在镐形截齿表面进行强化处理。镐形截齿齿头部分材料的耐磨性能是影响其使用性能的重要因素，为了进一步提高镐形截齿表面的耐磨性能，经常要对截齿尤其是齿头部分进行表面强化处理，会在截齿齿头的表面形成一层耐磨防护涂层，提高了截齿的耐磨性能；
（2）选择使用具有合理力学性能参数的钎料，并且优化钎焊时的工艺过程和有效控制相关参数，从而提高焊接接头的钎焊质量；
（3）优化镐形截齿结构及安装方式，提高生产制造能力。可以通过改进镐形截齿结构设计和制造工艺，实现截齿自动磨锐，延缓截齿的磨损和失效，提高截齿耐磨性和使用寿命。
结语
综上所述，对镐形截齿的失效形式和原因进行深入分析研究并在此基础上寻找出更加有效更加科学合理的解决方案或技术措施提高镐形截齿的使用寿命对于企业增效降耗具有十分重要的意义。
参考文献
[1]陆辉,王义亮,杨兆建.采煤机镐形截齿疲劳寿命分析及优化[J].煤炭科学技术,2013,41(07):100-102+106.
论文作者:田华1,管运涛2
论文发表刊物:《防护工程》2018年第36期
论文发表时间:2019/4/16
标签：硬质合金论文; 应力论文; 过程中论文; 磨损论文; 钎焊论文; 裂纹论文; 耐磨论文; 《防护工程》2018年第36期论文;