煤矿采掘机械硬质合金截齿性能优化分析

煤矿采掘机械硬质合金截齿性能优化分析摘要:在我国的现代化建设过程中，煤炭资源有着不能取代的作用，作为一次性能源，只有对其高效高产的开采才能保障经济建设任务的顺利进行。对于煤炭的现代化开采，采掘机械硬质合金截齿的性能对整个开采过程有着重要的作用。因此要采用高新材料，合理的设计，降低可能出现问题的可能性，提高整个开采过程的效率。关键词:硬质合金截齿；截齿生产；性能研究概述我国的煤炭资源相对比较丰富，其主要形成的时期在侏罗纪与石炭纪地质时期，成煤的环境较为复杂，煤炭存在层的差异较大，这就在很大程度上给煤炭的开采带来了困难，也对开采机械的使用提出了更高的要求，因为这些复杂的环境会使采掘机械硬质合金截齿的磨损程度加大，从而对煤炭开采生产的工作效率带来影响，使其受到制约。硬质合金截齿其实就是装载在采掘机械滚筒上面的割煤刀具，在采掘过程中采掘机械的功率消耗最主要的承担者就是截齿，为了更好的减少对截齿的损耗，提高开采的效率，其耐磨性须达到一定的要求，对于其刀体来说要有足够的强度、耐磨性和韧性。目前研究中的铸钢技术制作的截齿强度可以远远超过由焊接技术制造的截齿强度，而且已经运用到实际的操作过程中，这对截齿使用寿命有很大程度的提高，从而在实际的生产过程中有力地保障了生产工作的顺利进行。1、选择硬质合金截齿材料1．1选择的原则采掘机械工作的环境较为特殊，截齿的工作环境也就变得更加特殊，这样就会容易使截齿发生失效的现象，主要的表现就是截齿丢失、刀头碎裂、硬质合金刀头脱落和磨损等。由此可见，截齿的材料选择要满足一定的强度和硬度要求，其中强度主要指抗弯强度和抗拉强度，当然截齿同时需要满足较高的冲击韧性。在研究过程中通常要选择相对要求较高的材料作为截齿材料，这其中应用相对较广泛的材料就是中等碳量的稀土低合金贝氏体耐磨铸钢。1．2成分组成1．2．1钢中的主要组成元素有很多，其中碳就是主要元素之一，也是重要的元素之一，因此对钢的淬透性、强韧性、耐磨性以及硬度就提出了相当高的要求，因为碳对其都有一定的影响。碳的含量既不能过低也不能过高，碳的含量取值范围应该定为在百分之0．35到百分之0．45之间。含碳量提高了，那么高的强度与硬度也就有了相应的提高。但是由于在钢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之间，正是这些含量不多的合金元素，碳与它们可以形成相应的碳化物，在制作的过程中，形成的碳化物溶解性较差，扩散的程度也不够充分与均匀，从而就会对奥氏体的稳定性造成一定的影响，使其稳定性大大降低，含碳量超标，也就会进一步导致淬透性变差，从而使得钢的韧性进一步降低。如果碳的含量过低，那就会使钢的淬硬性变差，耐磨性也就会降低。1．2．2铬、锰是其中相对重要的元素，他们所起到的主要作用是进一步提高钢的淬透性，从而对在连续冷却情况先获得的贝氏体的组织与结构进一步的改善，从而提高钢的各方面的性能。1．2．3另一个重要的元素硅，硅在钢中不会形成相应的碳化物，但是会起到强化的作用，对于钢的回火稳定性也可以起到相应的提高作用，对于第一类回火脆性的发生起到很好的推迟作用。1．2．4钢的组成元素中的硼，其作用主要是可以将淬透性提高，同时可以形成相应的硼的碳化物。1．2．5与此同时，将一定的稀土加到钢中，可以起到将钢水净化的作用，同时可以起到细化铸态组织的作用。2、设计与制造2．1设计方面2．1．1对于采掘机械截割头的设计，其几何形状要按照一定合理的设计方法来进行设计，不仅要对其几何形状合理的设计，更要对其尺寸、相应的集合参数、截齿的排列方式以及截割时对应的参数进行相应匹配的设计，要保证在使用的过程中，能够使硬质合金截齿在工作中均匀的受力，使其磨损的程度尽量相同，保证运动过程中的平稳程度，进一步提高截齿割煤岩工作的效率，尽量减少截齿的磨损与损坏可能，以此保证截齿可靠性得到提高。2．1．2在实际操作过程中，需要对实际情况进行仔细的研究与分析，根据实际开采的地质条件进行有针对性的实验，以便进一步确定煤岩体的硬度系数与相关数据，根据实验所得到的数据与相关的硬度指数，选择不同牌号与型号的截齿和合金刀头来进行实际开采工作，从而保证截齿的使用寿命达到最大程度，避免不必要的损失，提高抗冲击能力的同时还可以保证开采工作的顺利进行。2．1．3在实际的采掘过程中，采掘机械的截齿齿体材料的选择有着一定的要求，一般应该采用锻造性能相对优良的优质合金结构钢。在我国目前的经济与科技水平条件下，普遍应用的主要是35CrMnSi，这种材料在实际的操作工程中，经过调质后具有相对较高的疲劳极限，抗冲击的能力也有所提高，但是也有一定的缺陷，主要是具有较为明显的回火脆性缺陷。因此，选择42CrMo材料作为齿体的材料，可以克服上述出现的缺陷问题，在调质过后综合性能有一定的提高，回火脆性也没有了，这种材料相比而言是比较适合作为截齿材料。2．2铸焊工艺2．2．1在制造的过程中，要严格按照相关的设计要求进行生产，确保齿座与截齿之间的尺寸相互配合，保证硬质合金截齿在对应的齿座中可以自由灵活的转动，避免截齿在运转的过程中发生偏磨的现象，也就能保证刀齿的锋利程度，从而保证自磨刃功能的实现。2．2．2铸焊其实就是在铸造的过程中同时将焊接过程加以完成的过程，因此在截齿的制造过程中采用的就是这种铸焊的制作工艺。主要的方法就是将硬质合金清洗干净，主要是其表面，然后涂敷一层低熔点的钎料，主要成分是铜，再将其放入铸型型腔中，通过液态金属的热量将其硬质合金表面的低熔点合金熔化，经过一段时间的凝固后形成一个过渡层，从而进一步将合金与钢基体结合起来。2．2．3使用性能铸焊焊缝相比钎焊的焊缝来说，抗剪强度相对较高，同时可以对其整体进行热处理，使得母体材料的组织与性能可以得到更容易更准确地控制。铸焊工艺制造的截齿相比钎焊而言，使用的寿命比锻造的截齿要长很多。铸钢截齿的原材料主要是由废钢为主的，加入一定的铁合金熔炼而制成的，相比而言成本要低很多。2．2．4使用硬质合金截齿合金头堆焊加工工艺，选用耐磨性能和塑性相对较好的北京固本耐磨焊丝，在截齿体与合金头焊缝处堆焊三层耐磨层。堆焊高硬度碳化铌，其弥散的分布在铁基马氏体上和残余奥氏体上，保护基体不受磨损。碳化铌尺寸小，在堆焊层中约10微米，与高铬碳化物（40～60微米）相比，其分布更致密，更均匀。在堆焊层中，由于碳化物的尺寸大大减小，单位面积内的碳化物分布更密集，因此在受到冲击载荷时，单个碳化物上承受的冲击力会大幅降低，因此整个堆焊层的耐冲击性能也会显著提高。2．3优越性采用以上的设计方案与施工工艺，可以从很大程度上降低原始工艺生产的截齿带来的缺陷，运用新材料新工艺生产的截齿在具体的操作过程中可以起到很好的效果，对于煤矿开采工作的顺利进行提供了有利的技术保障，也给国家与企业的经济发展提供了保障，在很大程度上其优越性是无法替代的。3、总结在煤矿开采的过程中，因为开采工作的特殊环境与特殊要求，就给采掘机械提出了更加严格的要求，采掘机械的硬质合金截齿在截割的过程中可能会发生或者遇到很多的问题，一般主要是截齿失效，或者是截齿数量的消耗相对较大，使得煤矿开采的效率受到严重的影响与制约，从而使得经济产生一定的损失。通过对截齿可能产生的这些状况的原因加以仔细认真的分析，从材料上对其问题提出根本解决的办法，及时采取相应的应对措施，从设计方案、铸造工艺等方面提出相应的解决办法，提高硬质合金截齿的稳定性与可靠性，从而对煤炭生产的效益起到促进作用，提高生产的效率，最终达到高效高产的矿井建设要求，实现矿井的稳定快速发展，提高煤矿的产量也就从某种程度上提高国家的经济实力。参考文献:［1］张国栋．提高矿用截齿性能的技术途径［J］．煤矿机械，2006，27(05):827－828．［2］翟登科，吴碧英．钎焊硬质合金工具所用的钎料［J］．硬质合金，1986，3(04):33－38．［3］姚树玉，等．堆焊技术在硬质合金截齿中的应用［J］．矿山机械，2003(08):11－12．［4］杨瑞林，李立军．采煤机截齿的磨损失效分析［M］．北京:机械工业出版社，1985．［5］姚艳玲．煤矿采掘机械铸钢截齿研究［J］．煤炭技术，2011，30(11):15－16．---------------------------------------------------------------------作者介绍：作者介绍：胡建平，1984年生，工学硕士学历，在北京固本科技有限公司担任耐磨材料的研发，主要从事耐磨堆焊方面的技术研究工作。