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采掘機械用截齒的強度有限元分析

發布于:2022-01-25 19:27
有限元分析

     截齒是采煤機滾筒和掘進機截割頭上直接作用于煤巖的工具,用于煤和巖石的破碎,其性能對整機的工作效率和使用壽命都有重要的影響。由于截割頭工作時惡劣的環境,導致截齒的磨損和損壞非常嚴重,截齒成為經常需要更換的易損件之一。截齒的失效形式有截齒磨損、硬質合金頭脫落、合金頭碎裂、截齒折斷等。據統計,我國煤礦每開采萬噸煤消耗的截齒量為400~800個,截齒使用效率普遍偏低,截齒的需求量很大。更為重要的是采掘過程中,煤和巖石與截齒基體之間摩擦產生大量火花,瓦斯爆炸的風險性大,安全隱患很大,所以需要進行有限元分析。
     我國現階段采掘機械用截齒的生產工藝為齒體下料→鍛造→機加工→釬焊硬質合金齒尖→截齒整體調質或等溫淬火→成品。調質或等溫淬火是滿足齒體強韌性要求的必要措施,但是調質及等溫淬火過程中的加熱和冷卻,在釬焊縫及硬質合金中易產生顯微裂紋,降低截齒使用壽命;另外,熱處理對提高截齒的耐磨性有限,在使用過程中齒體頭部會產生早期磨損,使得硬質合金刀頭失去依托而過早暴露并脫落,導致截齒失去切割能力。
     目前,對于截齒表面處理以及強化方面,不少學者進行了研究:陳顥等采用等離子束表面冶金技術,在采煤機截齒磨損嚴重的部位制備了與基材呈冶金結的鐵基復合涂層來提高截齒的耐磨性能;馮媛媛等采用計算機模擬及實驗驗證的方法對感應熱處理后截齒的硬度以及組織進行了預測;張強等對重型掘進機截齒失效的機理與耐磨性改進進行了研究。從現有研究情況來看,研究者很少有對無火花抗磨強化截齒進行研究,然而在提高截齒耐磨性的同時,避免采掘時產生火花,提高生產效率,保障生產安全,任務迫切,意義深遠。本文提出了一種無火花抗磨強化截齒的工藝方法,同時在此基礎上采用有限元的方法對截齒強度進行分析。
     等離子熔覆合金涂層技術是在激光熔覆與耐磨堆焊的基礎上發展起來的。其基本原理是:在柔性高溫等離子束流作用下將合金粉末或陶瓷粉末與基體表面迅速加熱并一起融化、混合金屬表面,得到呈冶金結合的高硬度合金陶瓷層,從而實現表面的強化與硬化。


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