岩巷掘进机截割头损坏情况分析与改进

1、岩巷掘进机截割头损坏情况分析与改进摘要：本文对掘进机截割头损坏情况进行了分析归类，研究了影响截割头寿命的因素，并基于损坏成因提出了提高掘进机截割头寿命的改进方案。Abstract ： In this paper ， it analyzes and classifies the situations of cutting head damages ， studies the factors affecting cutting head life ， and based on the causes of the damages， puts forward the improvement schem

2、e to improve roadheader cutting head life.关键词：掘进机；截割头；齿座Key words： roadheader ； cutting header ； pick seat中图分类号： TD421 文献标识码： A 文章编号：1006-4311（ 2016） 15-0135-020 引言截割头是掘进机工作机构的核心部件，在设备工作时，截割头的作用就是将煤、岩从岩体上剥落，由于其直接与煤岩作用，承受着剧烈的交变冲击载荷，并伴随着局部高温与磨损，工作环境非常恶劣。截割头一旦损坏将导致整机无法有效截割而出现停机事故，影响巨大。近年来，我国煤矿采掘装备向着重型化

3、、大功率化以及岩巷截割的方向发展。掘进机截割功率超过400kW ，机重超过150t ，截割煤岩硬度达到 f10 以上。但我国对掘进机截割头研发制造起步较晚，国产截割头的寿命不能满足硬岩高效掘进的发展需求，经常出现寿命期内损坏，因此有必要对截割头的损坏情况进行分析，找出损坏原因，改进设计和加工工艺以提高岩巷截割头的使用寿命。1 截割头损坏情况分析截割头主要由截割头体、齿座和导流板组成（图1）。齿座按照螺栓线排布在截割头体上，导流板按照螺旋线焊接在齿座的下方。1.1 齿座损坏齿座是掘进机截割头的重要组成部分，以一定进行螺旋线排布 1 ，并通过安装于其上的截齿三维空间姿态进行定位，常见的齿座材料有4

4、2CrMo、20CrNiMo6 等。齿座的损坏占到截割头损坏的40%左右，其主要损坏形式有齿座整体开焊、齿座断裂、齿座孔变形、齿座表面压溃和齿座表面磨损。齿座整体开焊（图2）的形成原因主要是焊接工艺存在缺陷。由于齿座和截割头体的碳当量都较高，且目前齿座焊接工艺为在变位仪上手工焊接齿座的4 条焊缝，不能连续焊接，无法保证所有齿座预热温度一致，因而导致焊缝的淬硬倾向较大， 冷裂倾向比较严重， 焊接接口容易形成淬硬组织，韧性下降，裂纹产生的可能性增大，焊接的稳定性较差。齿座断裂和齿座孔变形（图3）形成原因主要有两点：一是更换截齿不及时，造成齿座偏磨，最终导致齿座强度降低；二是截割头齿座定位不够精确造

5、成齿座的位姿与设计相差较大，导致单个齿座受力过大，超出齿座强度极限造成。齿座表面压溃（图4）和齿座表面磨损形成的主要原因是齿座表面硬度不足导致的。截割头截割过程中，物料始终与齿座产生摩擦。1.2 截割头体磨损截割头体磨损主要发生在截割头体大端部分，形成原因主要是截割头在扫底工作时整个截割头体都埋藏在物料中，形成磨料磨损，由于截割头大端部分没有齿座保护，导致大端磨损严重，最终导致截割头体整体缩短，当缩短到最低齿座部位时进一步引起齿座磨损，最终导致齿座断裂，造成截割头早期报废。1.3 导料板磨损截割头导料板主要作用有两个，一是在截割头工作时将物料沿着导料板螺旋方向排出，起到排屑和降低截割头磨损的目

6、的；二是保护齿座，避免齿座早期磨损。目前导料板的材料主要是16Mn 钢板在表面花纹堆焊耐磨材料组成，由于在导料板边缘无法堆焊耐磨材料，并且在导料板上下表面堆焊的耐磨材料厚度不可能太厚，因此导致导料板在截割头工作当中很容易被磨损成刀刃形状，进而导致无法保护齿座，使齿座过早磨损，引起截割头损坏。2 改进方法2.1 改进齿座定位方法目前齿座的空间位姿定位需要四个角度值和一个高度值和一个径向值来定位，角度分别为倒角、仰角、转角和圆周角，高度值普遍采用在齿座上安装截齿并利用高度尺定位截齿齿尖位置来确定齿座的高度位置，圆周角利用圆周尺确定，但倒角、仰角和转角一般靠工人的手工定位，定位误差完全取决与工人的熟

7、练程度，往往定位误差很大，而且截割头的质量也不稳定。因此，设计齿座定位工装来保证齿座的姿态尤为重要。本文设计一种工装（如图 5）可实现各角度的自由调节。将该工装安装在定位横梁上，将齿座的各角度通过工装上刻度指示转到设计位置，通过移动横梁将齿座移动到设计的径向值即可定位齿座。2.2 改进焊接工艺截割滚筒筒体的材料为ZG16Mn，碳当量 Geq=0.49%，齿座材料为42CrMo，碳当量 Ceq=0.82%，两种材料的碳含量都较高，材料的淬硬性倾向十分明显，可焊接性能较差。目前普遍采用的焊接工艺为用氧气预热焊接处，然后进行手工焊接，由于预热温度无法控制，手工进行焊接时无法对焊接路径进行有效规划，因

8、此造成焊接质量不高。利用机械手臂进行自动焊接，将焊接路径输入机械手臂的控制程序，通过安装传感器进行焊接过程温度、电流等过程监控，实现自动焊接，可有效地解决以上问题。2.3 增强截割头体和导流板耐磨性增强截割头体和导流板的耐磨性的措施是在截割头体大端和导流板底部焊接耐磨复合材料，该材料表层为耐磨材料，底层为易于焊接的钢材，通过爆炸粘接工艺将两种不同材料粘接在一起，该材料既增加了可焊性又增加了耐磨性，通过这种方式可大大增强截割头体和导流板的耐磨性，增加截割头的使用寿命。3 对比试验为了验证截割头改进工艺对截割头寿命的影响，本文对改进前后的两个截割头进行了对比性工业性试验，试验机型为 EBZ160型

9、掘进机，试验地点在神东公司寸草塔煤矿，地质条件为普氏硬度 F4-F6 的半煤岩，试验时间 6 个月，表 1为试验情况对比表。通过工业性试验的结果来看，改进齿座的定位方法，降低齿座的制造误差可有效地降低齿座的磨损，采用自动焊接工艺可提高齿座的焊缝强度，增强头体和导流板的耐磨性可提高截割头整体的耐磨性，并且可保护齿座以提高齿座寿命。采用改进工艺可使截割头整体寿命提高1 倍以上。4 结论本文通过研究截割头损坏形式和损坏原因，利用可读数齿座定位工装对齿座进行精确定位，采用齿座自动焊接工艺和焊接过程控制和在截割头体、导流板上焊接耐磨复合板来提高岩巷掘进机截割头的使用寿命，通过井下工业性实验证明该方法可有效地提高