采煤机和掘进机截齿的失效分析及对策
1、截齿的失效分析
截齿在截割煤岩时承受高的压应力、剪切应力和冲击负荷，煤的硬度虽不很高，但其中经常会遇到煤矸石等硬的矿料，并且在采煤和凿岩过程中，截齿还有升温问题，导致齿顶材质软化，加速了截齿的失效过程。
1．1刀头脱落
当截齿磨损到一定程度后，其齿尖的硬质合金(刀形齿为合金片，镐形齿为合金头)将脱落。刀头脱落的原因主要有2个方面：(1)钎焊质量问题，如焊接处存在夹砂、微裂纹以及虚焊等缺陷；(2)截齿在截到煤岩时承受的强大冲击负荷，致使缺陷产生应力集中，反复的冲击，必然导致合金刀头的松动，直致脱落。脱落硬质合金刀头的截齿已经完全失效。
1．2刀头碎裂(崩刃)
截齿截割煤岩时在冲击载荷的作用下，刀头处于高压应力状态。若遇到煤岩中坚硬的矿料，在齿刃与煤岩接触不良处承受高的剪应力，处于拉应力状态，当拉应力超过合金的强度极限时即发生碎裂，对于刀形齿来说表现为合金片的断裂，而镐形齿为镶嵌刀尖的折断。合金刀头碎裂一崩刃后，截齿缺乏锐利的合金齿尖，使截割阻力剧增，直接影响生产效率的提高，且加剧了截齿的磨损。
1．3截齿的磨损
(1)磨粒磨损
截齿在工作过程中，磨粒(煤矸石等)与截齿表面间产生较大的压应力，带有锐利棱角并具有合适的迎角的磨粒能切削截齿表面形成显微切削；如果磨粒不够尖锐或刺入截齿表面角度不适当，则在截齿表面挤出犁沟，随着截齿工作时间的延长，磨粒反复对截齿表面推挤，产生严重的塑性变形流动，使得表面下层塑性发生相互作用，导致塑变区内位错密度增加，变形材料表面产生裂纹，裂纹扩展，截齿表面形成薄片状磨屑。而且煤层中存在腐蚀性介质与截齿表面发生化学反应而造成表面材料腐蚀，机械性能下降，并使表层金属与基体材料结合力降低，加快了截齿材料表层的磨损。(2) 热疲劳磨损
截齿在截割煤岩时，承受高的间歇式的冲击载荷，为了分析其对截齿表层的破坏，可将冲击载荷分解成法向力和切向力。法向力和切向力通过接触点作用传递到截齿次表层，在这些力的作用下，截齿表面上较硬的微凸点将变形，反复挤压导致附近软表面产生塑性流动并在截齿亚表面层形成积累。同时截齿截割煤岩时，由于磨损热使刀头磨损表面产生600—800℃的高温，而截齿截割煤岩是周期性的回转运动，故升温是交变的，当刀头接触煤岩时升温，离开煤岩时降温，使截齿齿顶产生高温回火，其组织一般为回火索氏体和铁素体，其硬度下降50％，加速了截齿的磨损。由于截齿表层温度的不断变化，材料表层进一步软化，导致塑变区内出现波浪式塑性流动和位错密度增加，反复的弹塑变形，又使位错集中，继而在表层出现横向微裂纹。大量的调研表明，各矿用截齿的失效各不相同，软质煤或夹矸少的各矿，截齿失效以多次磨损为主，硬质煤或夹矸多的各矿多以合金头崩碎、丢失和杆断为主。
一般来说，被磨材料的硬度与抗磨料磨损性能成正比，但在复杂的工况条件下，高硬度不一定对应高的耐磨性，尤其在受冲击载荷时更是这样。同时在截齿的磨损失效过程中，材料的硬度和磨料的硬度都不是一个准确值，因为材料中可能存在软的部分(如硬质合金中的粘结相，刀体中的铁素体相)，软磨料中也可能存在硬的粒子(如煤中的黄铁矿、石英等)，煤实际上是一种混合磨料，其中软磨料对截齿表面反复挤压导致材料的疲劳磨损，而硬磨料则直接犁切截齿表面。
1．4齿身弯曲
当截齿承受很大的外力时，导致截齿的结构尺寸、刚度、布置方式等方面发生变化，引起齿身弯曲。齿身弯曲多发生在径向布置(弯矩较大)．的刀形齿上。齿身弯曲后，截齿受力状态改变，就不能很好地完成截割任务。
1．5齿身折断
由于截齿齿身强度不足，截齿截割坚硬岩石或包裹体夹杂物时，载荷加大，超过截齿许用强度时就容易引起齿身折断。
1．6截齿丢失
在实际使用过程中，截齿的丢失现象也是普遍存在的问题。截齿丢失的主要原因在于：截齿固定不可靠或固定装置磨损等等。为了分析比较截齿的各种失效程度，取7种不同截齿的失效形式统计，得其各失效形式的百分比。
由百分比图可见，各种截齿的失效形式所占比例不同，依重轻程度的次序分别为：磨损、刀头脱落、齿身折断、齿身弯曲。约有50％的截齿失效是由磨损造成的。

2、对策探讨
(1)由于截齿在截割煤岩时承受高压应力、剪切应力和冲击负荷，因此，在保证截齿表面足够的耐磨性的同时，要注意截齿材料的韧性，以提高截齿的综合机械化性能，延长截齿的使用寿命。
(2)改进截齿齿体与齿头的复合形式。传统的截齿采用钎焊工艺，存在齿体与齿头的硬度梯度较大(HRC30—70)和钎焊焊缝强度低等缺陷。采用镶铸工艺，刀头硬质合金与截齿体产生熔合层，解决了硬质合金与截齿体问的联接问题，大大提高了固接强度，而且铸钢往往具有二次硬化效应，在保持齿头高硬度的同时，基体具有较高冲击韧性，能够满足整体性能要求。
(3)正确地选用截齿的类型。镐形齿适用于层理、节理发达或含夹石的脆性煤岩，而刀形齿适用于截割坚韧以及层理和节理不发达的煤岩。同时在煤质软和夹矸少的地方，使用齿体硬度高些(如rmc52)，口。值相应低些的截齿，相反，则应考虑提高材料的塑性和韧性，稍微降低一些硬度(如HRC38～43)。
(4)合理地选择截齿的几何参数和排列方式。截齿的几何参数对截齿的截割性能和寿命影响很大。几何参数选择直接影响截齿的截割阻力、轴向力大小。截齿排列方式对工作机构的截割状态有重要影响，对不同物理机械性质的煤岩，应选择不同的排列方式，设计不当，则截齿的可靠性将显著地降低。齿身寿命与煤层中坚硬成分的含量和作用载荷有很大关系，而载荷大小取决于截割参数，在高载荷的切削条件下，齿身寿命急剧下降，比其磨损寿命还要低。
(5)截齿的制造质量对截齿的失效有重要影响。从制造工艺上，截齿与齿座配合是否恰当、间隙大小、合金与齿体焊接质量等方面，都要注意保证截齿的制造质量。
硬质合金镶嵌在齿尖处，它是直接参与截割的。对于不同的煤岩，其截割阻力和牵引阻力不同，焊缝的受力也不一样。因此，截齿制造时要充分保证焊接的质量。合理选择截齿的尺寸公差的精度，使固定件物理机械性能满足要求，截齿才能固定，防止丢齿。齿座的热处理工艺、齿柄与座孔间配合表面的间隙以及硬度都要达到冲击载荷的要求，这样截齿和齿座才能承受较大的力，避免截齿失效。
(6)合理地选择材料及热处理工艺，来提高截齿的寿命。新一代截齿在特殊设计的碳化钨表面镶多晶金钢石，寿命比普通碳化钨截齿有明显提高。
(7)正确使用截齿。每一种截齿，是满足一定的截割参数和特定煤岩要求的，如果把适用于较软煤岩的截齿用于截割较硬岩石，必然加剧截齿的破坏。超出设计截割参数使用截齿，也必然引起截齿过早失效，如果工作时牵引速度过大，使截割厚度超过截齿伸出长度，就会导致齿座触煤，整个截齿连同齿座都处于截割状态，将加剧全齿磨损，而且因载荷过大，易引起弯齿、断齿现象。另外，在工作过程中随时注意工作机构上截齿的状态，以免加重相邻截齿的负担，及时更换磨损的截齿、及时添补丢失的截齿，以保证截齿的正常使用。

3、结语
通过对截齿的失效分析，进行相应的对策探讨，是开展截齿可靠性研究的基础。只要解决截齿在设计、制造、选择和使用等方面存在的问题，就能够明显地提高截齿的可靠性，大大降低截齿损耗，进一步提高煤炭生产的效益，很好地适应高产高效矿井建设和发展的需要。