等离子表面冶金采煤机截齿的工艺研究

在分析镐形截齿传统生产工艺的基础上，利用先进的等离子束表面冶金技术，从截齿的外形和材料两方面入手对截齿生产工艺进行了全面改进，并对新工艺生产的截齿的组织性能进行了测试分析．新工艺使截齿使用寿命提高了1倍以上，综合经济技术指标明显提高．     

等离子束表面冶金强化截齿研究

采用等离子束表面冶金技术,在采煤机截齿磨损严重的部位制备了与基材呈冶金结合的铁基复合涂层。利用光学显微镜、扫描电镜、X衍射仪和显微硬度计等手段分析了冶金涂层组织,测试了涂层的显微硬度和磨损性能。结果表明：涂层主要由γ-（Fe,Ni）和（Cr,Fe）7（C,B）3相组成,在固溶强化、弥散强化和细晶体强化共同作用下,冶金涂层具有较高的显微硬度和较好的耐磨性能。     

采煤机螺旋滚筒截齿强化技术的研究

针对采煤机截齿在割煤作业过程中出现的上锥部磨损、齿体断裂、截齿变形、合金头脱落等失效问题,对截齿的失效形式和原因进行了分析和研究,采用微弧等离子熔覆强化技术对截齿进行表面强化处理,研究了截齿表面的显微组织、硬度和耐磨性能。研究结果表明,经微弧等离子熔覆强化技术处理的截齿表面硬度提高了38.8%,相对耐磨性能提高了10.36倍,对截齿的性能改善显著,有效延长了截齿的使用寿命。     

等离子熔覆技术在矿山机械中的应用

普通金属材料通过等离子束表面熔覆处理,可以得到具有特定性能的异质材料,使用等离子熔覆技术,可对普通金属材料进行表面强化,扩大普通材料的使用范围。阐述了等离子熔覆技术的原理,以等离子熔覆技术提高刮板输送机中部槽和采煤机截齿耐磨、抗冲击性能上的应用为例,对其优越性进行了介绍。     

提高采煤机截齿使用寿命工艺方法研究

截齿作为采煤机重要刃具,具有易损、数量多、成本大等特性。为了获得使用寿命长的采煤机截齿,对截齿材料、成形工艺方法进行分析,研究了一种热处理及钎焊一体的新型截齿成形工艺,对实现该工艺的自动化生产设备进行分析,对提高截齿使用寿命的表面处理技术进行研究。为采煤机截齿使用寿命的提高、生产成本的降低、采掘效率的提升等方面提供参考及技术支持。     

提高截齿耐磨性的研究有新进展

山东科技大学在对截齿强韧化机理研究、堆焊涂层截齿研究和等离子束熔覆刮板机中部槽研究基础上，对镐形截齿提出在截齿尖部熔覆一层耐磨合金的新型强化工艺，并且已经成功在充州矿业（集团）公司鲍店煤矿进行工业性试验，取得了良好的效果。     

提高截齿耐磨性的研究有新进展

最近，山东科技大学在对截齿强韧化机理研究、堆焊涂层截齿研究和等离子束熔覆刮板机中部槽研究的基础上，对破岩机等机械的镐形截齿提出了一种在截齿尖部熔覆一层耐磨合金的新型强化工艺，并且已经成功地在兖州矿业（集团）公司鲍店煤矿进行了工业性试验，取得了良好的效果。     

采煤机截齿的失效分析及改进措施

截齿是采煤机的关键零部件,其性能优劣关系到采煤机的生产效率和工作平稳性。就新煤层条件下,对截齿失效问题进行探讨,分析其主要失效形式,并提出了通过表面强化技术,确立最优安装角等方法,提高截齿的使用寿命。     

浅谈截齿“再制造”技术

针对矿用截齿过快磨损失效问题,提出利用表面涂层技术对截齿进行表面修复,详细分析了表面涂层工艺、涂层材料选择以及有效可行的辅助工艺,为开展截齿可靠性研究提供了理论依据。     

基于激光熔覆的矿用截齿再制造技术

针对矿用截齿过快磨损失效问题,该文提出利用激光熔覆技术对截齿进行表面修复,概述了激光熔覆技术的原理、方法及特点,归纳了半导体激光器在激光熔覆应用中不可替代的优势,分析了激光输出功率等重要参数对激光熔覆质量的影响,为开展截齿可靠性研究及其推广应用提供了丰富的理论依据。     

不同齿身锥度和合金头直径截齿的截割试验

为研究不同截齿的截割性能,研制了5种不同形状的截齿;并在自制的截割试验台上对5种截齿进行试验,分析了不同截齿截割产生的采煤机滚筒扭矩的最大值、最小值、均值、方差等参数;对截落煤岩的块度进行分级处理,研究不同截齿截割块煤率的大小以及截落煤岩的块度分布规律.分析结果表明：不同形状的截齿,随着截齿合金头直径、齿身锥度的变化,其截割力、块煤率的变化是不同的.阶梯型截齿随着齿尖合金头直径减小、齿身锥度增大,其截割力减小、载荷波动增大、块煤率下降;齿身锥度、合金头大小与截齿截割力的关系服从指数分布,截割煤岩的块度也服从指数分布.对于锥型截齿,当齿身锥度较大、合金头较小时,其截割力较小、载荷波动较小、块煤率较大.     

The radial line concept for cutting head pick lacing arrangements

The picks which are located at the nose portion of a boom-type tunnelling machine cutting head are of crucial importance and also very vulnerable to damage. Long term underground investigations accompanied by laboratory studies have revealed that these picks are subject to skew cutting which leads to severe pick and tool holder damage. This depends on the radial line position with respect to tool plan length. The damage is predominantly in the form of premature wear developing on the tool body rather than on the tungsten carbide tip. It was found that the picks having a small cutting radius and tilt angle greater than 30° should be provided with skew angles relevant to the pick geometry and cutting radius. High forces were also shown to act on these picks. It was further concluded that radial type cutting tools are not suitable as corner cutting picks on boom tunnelling machine cutting heads currently used in practice.     

基于LS-DYNA的不同形状截齿强度仿真分析

为了研究不同形状截齿的强度特征,针对截齿截割过程实际外负载为随机载荷的特点,利用LS-DYNA建立了结构形状不同的3种柔性体截齿实体模型,根据显示动力学理论构建基于I-E-F本构模型的岩石模型。通过对3种形状截齿截割过程进行仿真,得到截齿齿尖处的应力曲线变化及其统计值,以及不同硬质岩石下截齿的受力和变化趋势。所得结果为研究截齿形状对其强度的影响,提高截齿工作使用寿命提供了依据,为截齿的选择、设计和使用提供一种新的手段和方法。     

基于Evans截割模型的镐型截齿峰值截割力的计算

为了能对镐型截齿在平面截割截槽对称条件下的峰值截割力进行较为准确的预测,基于Evans的截割模型,通过分析截割时齿头的锥形表面因岩石的夹制效应而接触应力分布有所不同,理论推导出了一个新的峰值截割力计算公式以及公式应满足的截割边界条件。相比现有其他截割力计算公式,除了考虑截齿半锥角θ、煤岩抗拉强度σt及齿岩之间摩擦因数f等参数的影响,且将煤岩的脆性指数m引入其中,计算结果与试验值更为接近。公式所应满足的截割边界条件,可用截深h和加载位置与相邻自由边界垂直距离s比值的最低限值smin/h表示,且值大小受截齿半锥角θ影响较小,而主要与煤岩脆性指数m有关,当m介于5~15时,smin/h介于2~3,符合既有试验所得结果。所得公式和结论可为进一步分析和推导镐型截齿在实际采掘条件下包含更多参数的峰值截割力提供理论基础和指导。     

掘进机截齿试验装置的方案设计

在掘进机镐形截齿选型的过程中,除了要对截齿进行理论分析,还要在井下进行试验验证。通过设计一台掘进机截齿试验装置,可以在试验室对截齿进行模拟截割试验。利用该装置,可以对不同规格的截齿在不同截割硬度、不同截割参数等条件下进行一系列的截割试验,为合理地确定截齿的有关截割参数,进一步提高截割效率和性能提供了可靠的资料。     

EBZ-135掘进机截割头结构优化设计

 摘要：掘进机是巷道掘进的主要设备。该文就某企业掘进机存在截割头振动较大、截齿受力不均的问题,用ANSYS/LS-DYNA10.0软件建立了截割头和煤岩的数值模拟模型。通过仿真得到了截割头和各截齿的受力。再根据受力情况,反复调整优化了截齿截线间距,使得截割头和各截齿所受力的差异系数趋于平衡。同时,差异系数的减小,使掘进机的振动得到了有效控制,截割性能明显提高。     

镐型截齿截槽非对称的峰值截割力计算

为了能够对平面截割截槽非对称条件下镐型截齿垂直截割煤岩时的峰值截割力P_c'进行预测,基于截槽非对称模型,通过理论推导得到了截割孔半径r、截深h_1,h_2及煤岩左、右崩裂角Φ_1,Φ_2关系的一般表达式。提出了r相对截深h_1,h_2可忽略时截槽对称的峰值截割力P_c的新的计算公式;基于截槽非对称与截槽对称条件下的峰值截割力与表面接触半径的等效概念,即通过换算等效截深hequ,并利用截槽对称的峰值截割力P_c推导得出了截槽非对称的峰值截割力P_c'计算公式。所得到的截槽非对称(h_1h_2=h)的镐型截齿垂直截割的峰值截割力P_c',能够考虑截齿半锥角θ、煤岩抗拉强度σ_t、脆性指数m以及齿岩摩擦因数f等参数对其的影响;在保持h_2=h不变的条件下,得到P_c'与h_1/h_2的变化近似呈线性关系的结果。理论计算结果得到了试验结果的验证。     

瑞利随机分布下滚筒截割载荷重构算法与数值模拟

为了获得滚筒截割载荷特性曲线,对截齿与滚筒的受力进行了分析研究,得到了截齿轴向阻力与滚筒截割载荷的数值关系,运用自制的多截齿旋转截割煤岩实验设备,进行了截齿截割煤岩实验,得到了截齿三向力曲线,建立了滚筒截割载荷随机载荷曲线重构模型,给出了载荷重构算法,利用测试数据对滚筒截割载荷进行了数值模拟,得到了滚筒截割载荷重构载荷谱。研究结果表明:实验条件下煤岩崩落周期约为0.04 s,滚筒截割载荷数值上大于滚筒上各截齿同一时刻各截割阻力之和;滚筒截割载荷与参与截割的截齿截割阻力峰值、随机分布状态、截齿位置角、煤岩崩落周期及各截齿作用位置有关;所提算法与修正离散正则化算法比较,计算速度提高了约70倍,少样本数据下,该算法精度优于修正离散正则化算法,但重构数据只在重构点处具有真实性;使用改进的FFT算法进行重构曲线数值拟合,与FFT算法相比,计算量减小为原来的1/16,计算速度提高了约27倍,拟合优度相同,均为0.94,拟合曲线在总体趋势上比较平滑,呈现月牙形,与截割厚度变化规律一致,波形特征比较容易辨识,特征值便于判断和提取。研究结果为截齿三向力与滚筒截割载荷的关联提供依据,同时为滚筒截割载荷重构及数值拟合提供高效便捷的算法。     

采煤机低合金高强韧性铸钢截齿的研究

以低合金空淬贝氏体铸钢为截齿材料，用“铸焊”代替钎焊生产采煤机铸钢截齿，研究结果表明：铸焊焊缝比钎焊焊缝的抗剪强度高，可达３００ＭＰａ以上，而且截齿可整体进行热处理，母体材料组织和性能可以得到有效的控制；与锻造截齿相比，铸钢截齿性能优越，生产成本低．     

截齿顺次破岩机制的细观数值模拟及截线间距优化研究

为优化镐型截齿在截割头上的布置以提高掘进机截割效率, 借助PFC^3D颗粒离散元数值模拟软件构建了两把截齿顺次截割岩石的三维模型, 对不同截割深度和截线间距组合工况进行了模拟试验, 分析了镐型截齿顺次破岩机制和最优截线间距与截割深度的比值(s/h)。结果表明, 岩石在截齿作用下的破坏模式以张拉破坏占主导, 并伴随挤压和剪切的综合破坏; 截齿顺次截割时, 两相邻截齿之间存在明显的协同作用, 前刀在岩石内残留的裂纹使得岩石易于截割, 可以提高后刀的截割效率; 在模拟试验范围内, 随着s/h值增加, 比能耗呈先减小再增加的变化规律, 模拟结果表明最优s/h值约为3。该研究可为掘进机截割头排布设计提供参考依据。