矿山掘进用自旋截齿
导语：
目前绝大部分掘进机械均采用硬质合金作为采掘截齿刀头，随着采矿工业开采量加大，坚硬磨蚀性矿岩增多，硬质合金的使用寿命远低于采掘机械所要求的期望，导致频繁更换，无法达到机械采掘所需要的连续性，某些特殊地层依赖于进口硬质合金。国内厂家研发和生产能力普遍较低，传统的截齿存在合金头龟裂、头部易磨偏、耐磨性较差等缺点，影响响截齿使用寿命，造成大量合金材料的浪费，极大地增加成本。因此开发一种同时具有高耐磨性和高抗冲击性的新型截齿迫在眉睫。
本项目旨在解决截齿存在的以上问题，提高截齿使用寿命，节约合金材料，降低煤炭开采成本，创造良好的经济和社会效益。
1.技术原理
首先，利用Ansys有限元软件对截齿进行受力计算，从理论上把握截齿作业时的受力曲线；然后，采集现场资料，进行对比分析，找出各类产品结构设计上存在的缺陷，进而针对各种问题提出相应的解决方案；最后，利用金相显微镜、看谱镜等分析研究sandvik等厂家截齿齿体和硬质合金组织、微观亚结构、性能和成份的差异，分析使用寿命差异的原因，确定生产工艺的异同。
图1 采煤机工作实景图
2.主要创新点
（1）研制了耐磨抗冲击材料——低钴粗晶粒硬质合金材料。
本项目研制了一种矿用硬质合金材料，要求按质量比钴含量为7.6%-10.3%，碳化钨单晶粒度为8-18um，采用保密工艺烧结制成截齿合金齿头，不但保持了抗冲击韧性，更增强了耐磨性，在硬岩环境的使用效果尤为突出。
（2）开创了替代进口产品的新的产品品类——自旋截齿。
本项目改变了以往截齿齿头标准锥体的结构，在锥体表面一周设计螺旋槽或斜线槽，使截齿在受力过程中能自动旋转，保证合金头和齿头均匀受力而不至磨偏，防止因截齿局部磨损严重而使合金头提早脱落，从而延长截齿使用寿命。
为了保证持续发挥自旋作用，产品还在槽帮受力的一侧通过熔覆耐磨层或镶嵌合金条加强对自旋结构的保护。
图2 自旋截齿示意图
（3）设计了复合抗磨损结构。
本项目在齿头中间大合金头周围镶嵌了一圈小合金珠，以防止合金头周围基体磨损过快而导致合金头过早脱落。同时，将合金头与合金珠之间的齿体表面的耐磨层分段设计，从而有效防止齿体受到耐磨层开裂的拉力而开裂。
由于本项目大大提高了截齿的使用寿命，因此可以节约大量的合金和钢材，为煤矿降低截齿使用成本达到40%以上，减少了更换次数，提高了劳动生产率；其摩擦火花减少90%以上，大大提高了安全性。本项目已累计实现销售收入2000余万元，创造利润300余万元。
截至目前，本产品已在国内多家大型矿业集团成功应用，客户遍及山东、山西、陕西、宁夏、内蒙、新疆、安徽、贵州等全国16省、市、自治区。通过在多家煤矿的应用情况表明，该矿用自旋截齿性能明显提高，达到或超过国际一流品牌的产品。同等条件下，使用寿命是国内普通截齿的3-5倍，价格是进口截齿的1/3到1/2，大大降低了机械化采煤成本，值得广泛推广应用。
联系人：曹峰，微信号：caofeng527969