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信息來源：www.syqcjx.com | 發布時間：2020年08月03日

我國目前掘進機種類繁多，型號能有幾十種，但基本上都用于煤礦，實現巷道的開拓，發展至今這些掘進機可實現對煤巖硬度f=10的巷道進行掘進。作為掘進機工作機構的截割部，主要由截割電機、減速器、懸臂段和截割頭組成。而截割頭是掘進機實現破巖的直接部件，其中截齒的磨損、齒座脫落又是施工中常見的問題，如果此部件損壞，將無法實現對煤巖的破碎，整機將無法 正常工作，延誤工期。本文就對掘進機在井下試驗過程中截割頭所出現的故障進行分析，并提出改進措施。

1 主要故障

1.1 磨損
 磨損主要表現為兩個方面：截齒和齒座磨損以及截割頭大端導流板和頭體磨損。截齒磨損主要表現為偏磨，齒座磨損主要表面為齒座側面磨損和兩個尖 端出現磨損（此情況普遍）；截割頭大端磨損主要表現為大端端面整體發亮，且厚度變薄，且頭體尺寸變小；導流板磨損主要表現為板厚度變薄，出現尖棱。

1.2 齒座脫落

        齒座脫落主要現象為齒座整體從截割頭體焊縫處脫落以及截割頭體母體被撕裂，見（圖3）。其中截割頭體焊接處母體撕裂現象很少見到，屬于個案，而齒座從焊縫處脫落比較常見，有的焊縫和齒座一起脫落，頭體上焊接位置光滑如初；有的只有齒座脫落，焊縫還連接在頭體上，形成一個齒窩。

1.3 齒座變形

        齒座變形主要現象為齒座斷裂以及齒座與截齒貼合面變形。斷裂的齒座斷裂面一般都位于齒座變截面小圓角處，先是出現細小的裂紋，在使用的過程中逐步擴大，之后斷裂；而齒座與截齒貼合面出現凹痕的情況只出現在一個截割頭體上。

2 故障分析
   
2.1 磨損損壞原因分析

        截割頭作為掘進機直接破碎巖石的部件，其工作環境非常惡劣，既要破碎堅硬的石壁，又要經受井下地下水的侵蝕；尤其是在掃底的工作中，由于端面上方的巖石被破碎后，松散物料堆積于底部，而掘進機設計時截割頭須比鏟板靠前，反之部分物料難以被裝運走，使得截割頭長期處于物料與污水混合的污物之中；如果使用轉速較高的截割頭，其線速度高，在污物中產生摩擦，會使得頭體接觸污物的表面飛快磨損，尤其是頭體大端，線速度高的地方，磨損現象越嚴重。

        截齒的磨損主要是在破碎巖石的過程中產生的，其可以在齒座內轉動，但實際使用過程中由于巖粉泥漿的作用，導致截齒被卡死，不能旋轉，產生偏磨。井下一般為8小時工作制，在生產班，機組連續運轉，如果截齒發生偏磨，齒座就會被磨損，產生側面磨損。齒座頂端兩個圓角磨損情況普遍存在，主要是由于截齒在運動軌跡上不能覆蓋這兩個點，起不到保護作用，導致在運轉過程中被磨損。

2.2 齒座脫落損壞故障分析

        從損壞的截割頭體表現上看，齒座脫落將母體撕裂的為少數，其原因為母體材質不均勻，存在一定的缺陷，在焊接齒座過程中，由于受焊接溫度的影響，這些缺陷處出現應力集中現象，在使用過程中，被無限放大，終導致母體開裂齒座脫落。而焊縫處脫落的齒座其表現為焊縫沒有與母體溶為一體，母體材質為低碳鋼，焊接時沒有采取預熱，就會出現將兩個零件虛焊到一起現象的發生；而齒座設計不合理，與頭體也沒有完全貼合，存在一定的縫隙也會造成工作過程中焊縫開裂；在焊接完畢后沒有及時進行除應力處理也會導致焊縫開裂。總體來說，齒座脫落的主要原因為焊接工藝制定不合理，在焊前處理、焊接過程中控制以及焊后處理均出現了問題。

2.3 齒座變形損壞故障分析

        經了解，發生壓潰現象的截割頭所焊齒座為鍛造件，在成型后直接加工制成，沒有進行任何的熱處理工藝，機械性能低，尤其是表面硬度。由于截割頭為掘進機直接破巖機構，其受沖擊力較大，截齒與齒座為間隙配合，因此，截齒與齒座結合面頻繁受到沖擊力作用，終由于齒座表面的硬度不夠而導致壓潰。而部分齒座出現斷裂則是由于齒座設計時存在過多的變截面，且圓弧過渡角較小，工作過程中應力集中所致。

3 改進方案
3.1 磨損損壞改進方案

        根據巷道斷面積，煤、巖硬度、頂底板狀況，有無夾矸，夾矸的分布等工作面條件和技術規范采用合理的切割程序（切割頭在巷道工作面上切割移動的路線，稱為切割程序）。確定掘進工作面的切割程序應遵循下述原則：①大多數情況下，從工作面下角鉆進，掘進半煤巖或巖石巷道時，應從煤中或軟巖鉆進，再切割至底板下角，再切底掏槽，增加自由面；②切割斷面應自下而上進行，以利于裝載和機器的穩定性，可提高生產率；③工作面的切割應注意煤或巖的層理，斷面切割時應以左右橫掃切割為主，截割頭沿層理移動切割阻力較小。

        降低切割頭的切割深度，以牽引油缸回路盡量不溢流、切割電機接近滿載、機器不產生強烈振動及落煤巖效率高為原則，一般推薦為切割頭直徑的2/3，及時更換補齊截齒，保持截齒轉動。

        在截割頭體大端以及導流板處增焊耐磨塊，減緩磨損。

3.2 齒座脫落損壞改進方案

        改進焊接工藝，在焊接齒座過程中，嚴格按照工藝要求，采用氣體保護焊焊接，對頭體整體均勻加熱至150℃后用規定的焊料和方法在焊接變位儀上進行焊接；焊接時，如果齒座底面與截割頭體懸空過大，需充填合適的墊鐵；所有焊縫應滿足圖紙設計高度，不得出現虛焊、假焊和裂紋；焊條隨爐加熱，隨用隨取，焊后去應力退火處理。

3.3 齒座變形損壞改進方案

        將齒座整體進行合理的熱處理，增加其表面的硬度，提高表面接觸強度，避免在使用過程中由于截齒的巨大沖擊力再次造成貼合面壓潰而損壞；對齒座結構進行更改，由原先方形改為圓形，減少變截面的出現，在不可避免的變截面采用較大圓弧過渡，減小應力集中，既可以避免使用過程中由于受力過大造成斷裂現象的發生，同時也可避免在熱處理過程中出現裂紋現象的發生。

4  結語
      通過對掘進機截割頭體所出現的故障進行分析，找到了相關問題的癥結所在，通過更改截割工藝、進刀深度以及加焊耐磨塊的方法減緩了截割頭磨損；改變焊接工藝，合理進行熱處理解決了齒座脫落的問題；改變齒座結構以及進行必要的熱處理解決了齒座斷裂變形的問題。改進后的截割頭在使用過程中工作良好，大大降低了故障率，此部件的可靠性得到了提高，使用壽命也隨之增加，達到了改進的效果，同時為今后掘進機截割頭設計提供有力的參考，避免類似故障的發生。