煤礦采掘機械硬質合金截齒性能優化分析
時間：2015-07-06 作者 ：admin
煤礦采掘機械硬質合金截齒性能優化分析
摘 要:在我國的現代化建設過程中，煤炭資源有著不能取代的作用，作為一次性能源，只有對其高效高產的開采才能保障經濟建設任務的順利進行。對于煤炭的現代化開采，采掘機械硬質合金截齒的性能對整個開采過程有著重要的作用。因此要采用高新材料，合理的設計，降低可能出現問題的可能性，提高整個開采過程的效率。
關鍵詞:硬質合金截齒；截齒生產；性能研究
概述
我國的煤炭資源相對比較豐富，其主要形成的時期在侏羅紀與石炭紀地質時期，成煤的環境較為復雜，煤炭存在層的差異較大，這就在很大程度上給煤炭的開采帶來了困難，也對開采機械的使用提出了更高的要求，因為這些復雜的環境會使采掘機械硬質合金截齒的磨損程度加大，從而對煤炭開采生產的工作效率帶來影響，使其受到制約。
硬質合金截齒其實就是裝載在采掘機械滾筒上面的割煤刀具，在采掘過程中采掘機械的功率消耗最主要的承擔者就是截齒，為了更好的減少對截齒的損耗，提高開采的效率，其耐磨性須達到一定的要求，對于其刀體來說要有足夠的強度、耐磨性和韌性。目前研究中的鑄鋼技術制作的截齒強度可以遠遠超過由焊接技術制造的截齒強度，而且已經運用到實際的操作過程中，這對截齒使用壽命有很大程度的提高，從而在實際的生產過程中有力地保障了生產工作的順利進行。
1、選擇硬質合金截齒材料
1． 1 選擇的原則采掘機械工作的環境較為特殊，截齒的工作環境也就變得更加特殊，這樣就會容易使截齒發生失效的現象，主要的表現就是截齒丟失、刀頭碎裂、硬質合金刀頭脫落和磨損等。由此可見，截齒的材料選擇要滿足一定的強度和硬度要求，其中強度主要指抗彎強度和抗拉強度，當然截齒同時需要滿足較高的沖擊韌性。在研究過程中通常要選擇相對要求較高的材料作為截齒材料，這其中應用相對較廣泛的材料就是中等碳量的稀土低合金貝氏體耐磨鑄鋼。
1． 2 成分組成
1． 2． 1 鋼中的主要組成元素有很多，其中碳就是主要元素之一，也是重要的元素之一，因此對鋼的淬透性、強韌性、耐磨性以及硬度就提出了相當高的要求，因為碳對其都有一定的影響。碳的含量既不能過低也不能過高，碳的含量取值范圍應該定為在百分之 0． 35到百分之 0． 45 之間。含碳量提高了，那么高的強度與硬度也就有了相應的提高。但是由于在鋼的成分中含有一定量的合金元素，其占有的比重主要在百分之 3到百分之 5 之間，正是這些含量不多的合金元素，碳與它們可以形成相應的碳化物，在制作的過程中，形成的碳化物溶解性較差，擴散的程度也不夠充分與均勻，從而就會對奧氏體的穩定性造成一定的影響，使其穩定性大大降低，含碳量超標，也就會進一步導致淬透性變差，從而使得鋼的韌性進一步降低。如果碳的含量過低，那就會使鋼的淬硬性變差，耐磨性也就會降低。
1． 2． 2 鉻、錳是其中相對重要的元素，他們所起到的主要作用是進一步提高鋼的淬透性，從而對在連續冷卻情況先獲得的貝氏體的組織與結構進一步的改善，從而提高鋼的各方面的性能。
1． 2． 3 另一個重要的元素硅，硅在鋼中不會形成相應的碳化物，但是會起到強化的作用，對于鋼的回火穩定性也可以起到相應的提高作用，對于第一類回火脆性的發生起到很好的推遲作用。
1． 2． 4 鋼的組成元素中的硼，其作用主要是可以將淬透性提高，同時可以形成相應的硼的碳化物。
1． 2． 5 與此同時，將一定的稀土加到鋼中，可以起到將鋼水凈化的作用，同時可以起到細化鑄態組織的作用。
2、設計與制造
2． 1 設計方面
2． 1． 1 對于采掘機械截割頭的設計，其幾何形狀要按照一定合理的設計方法來進行設計，不僅要對其幾何形狀合理的設計，更要對其尺寸、相應的集合參數、截齒的排列方式以及截割時對應的參數進行相應匹配的設計，要保證在使用的過程中，能夠使硬質合金截齒在工作中均勻的受力，使其磨損的程度盡量相同，保證運動過程中的平穩程度，進一步提高截齒割煤巖工作的效率，盡量減少截齒的磨損與損壞可能，以此保證截齒可靠性得到提高。
2． 1． 2 在實際操作過程中，需要對實際情況進行仔細的研究與分析，根據實際開采的地質條件進行有針對性的實驗，以便進一步確定煤巖體的硬度系數與相關數據，根據實驗所得到的數據與相關的硬度指數，選擇不同牌號與型號的截齒和合金刀頭來進行實際開采工作，從而保證截齒的使用壽命達到最大程度，避免不必要的損失，提高抗沖擊能力的同時還可以保證開采工作的順利進行。
2． 1． 3 在實際的采掘過程中，采掘機械的截齒齒體材料的選擇有著一定的要求，一般應該采用鍛造性能相對優良的優質合金結構鋼。在我國目前的經濟與科技水平條件下，普遍應用的主要是 35CrMnSi，這種材料在實際的操作工程中，經過調質后具有相對較高的疲勞極限，抗沖擊的能力也有所提高，但是也有一定的缺陷，主要是具有較為明顯的回火脆性缺陷。因此，選擇42CrMo 材料作為齒體的材料，可以克服上述出現的缺陷問題，在調質過后綜合性能有一定的提高，回火脆性也沒有了，這種材料相比而言是比較適合作為截齒材料。
2． 2 鑄焊工藝
2． 2． 1 在制造的過程中，要嚴格按照相關的設計要求進行生產，確保齒座與截齒之間的尺寸相互配合，保證硬質合金截齒在對應的齒座中可以自由靈活的轉動，避免截齒在運轉的過程中發生偏磨的現象，也就能保證刀齒的鋒利程度，從而保證自磨刃功能的實現。
2． 2． 2 鑄焊其實就是在鑄造的過程中同時將焊接過程加以完成的過程，因此在截齒的制造過程中采用的就是這種鑄焊的制作工藝。主要的方法就是將硬質合金清洗干凈，主要是其表面，然后涂敷一層低熔點的釬料，主要成分是銅，再將其放入鑄型型腔中，通過液態金屬的熱量將其硬質合金表面的低熔點合金熔化，經過一段時間的凝固后形成一個過渡層，從而進一步將合金與鋼基體結合起來。
2． 2． 3 使用性能鑄焊焊縫相比釬焊的焊縫來說，抗剪強度相對較高，同時可以對其整體進行熱處理，使得母體材料的組織與性能可以得到更容易更準確地控制。鑄焊工藝制造的截齒相比釬焊而言，使用的壽命比鍛造的截齒要長很多。鑄鋼截齒的原材料主要是由廢鋼為主的，加入一定的鐵合金熔煉而制成的，相比而言成本要低很多。
2． 2． 4 使用硬質合金截齒合金頭堆焊加工工藝，選用耐磨性能和塑性相對較好的北京固本耐磨焊絲，在截齒體與合金頭焊縫處堆焊三層耐磨層。堆焊高硬度碳化鈮，其彌散的分布在鐵基馬氏體上和殘余奧氏體上，保護基體不受磨損。碳化鈮尺寸小，在堆焊層中約10微米，與高鉻碳化物（40～60微米）相比，其分布更致密，更均勻。在堆焊層中，由于碳化物的尺寸大大減小，單位面積內的碳化物分布更密集，因此在受到沖擊載荷時，單個碳化物上承受的沖擊力會大幅降低，因此整個堆焊層的耐沖擊性能也會顯著提高。
2． 3 優越性采用以上的設計方案與施工工藝，可以從很大程度上降低原始工藝生產的截齒帶來的缺陷，運用新材料新工藝生產的截齒在具體的操作過程中可以起到很好的效果，對于煤礦開采工作的順利進行提供了有利的技術保障，也給國家與企業的經濟發展提供了保障，在很大程度上其優越性是無法替代的。
3、總結 在煤礦開采的過程中，因為開采工作的特殊環境與特殊要求，就給采掘機械提出了更加嚴格的要求，采掘機械的硬質合金截齒在截割的過程中可能會發生或者遇到很多的問題，一般主要是截齒失效，或者是截齒數量的消耗相對較大，使得煤礦開采的效率受到嚴重的影響與制約，從而使得經濟產生一定的損失。通過對截齒可能產生的這些狀況的原因加以仔細認真的分析，從材料上對其問題提出根本解決的辦法，及時采取相應的應對措施，從設計方案、鑄造工藝等方面提出相應的解決辦法，提高硬質合金截齒的穩定性與可靠性，從而對煤炭生產的效益起到促進作用，提高生產的效率，最終達到高效高產的礦井建設要求，實現礦井的穩定快速發展，提高煤礦的產量也就從某種程度上提高國家的經濟實力。
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