根據(jù)實(shí)際截割時(shí)截齒的受力特點(diǎn)，有限元分析時(shí)我們把截齒的受力簡(jiǎn)化為一集中力，不考慮動(dòng)載荷的影響，并作如下假設(shè)：把無(wú)火花抗磨強(qiáng)化截齒刀頭與刀桿看作一個(gè)整體；不考慮無(wú)火花抗磨強(qiáng)化截齒在齒座中的轉(zhuǎn)動(dòng)；截齒承受的載荷為集中載荷，且集中在刀頭部位。為使在ANSYS中對(duì)實(shí)體模型的加載能反映出截齒的真實(shí)受力，且考慮到截齒的排列和安裝位置，加載時(shí)選距齒尖距離為3mm內(nèi)的所有節(jié)點(diǎn)為受力點(diǎn)，給每個(gè)節(jié)點(diǎn)加載切削力(X)、進(jìn)給力(Y)、側(cè)向力(Z)，加載比例為切削力∶進(jìn)給力∶側(cè)向力=1:0.5:0.4。
在ANSYS中建立截齒的實(shí)體模型，采用參數(shù)化設(shè)計(jì)語(yǔ)言(APDL)可以方便快捷地進(jìn)行有限元分析，單元類(lèi)型采用Solid\10node92單元，材料的彈性模量和泊松比分別為270GPa和0.3。采用智能網(wǎng)格劃分(6級(jí))將實(shí)體模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分，并對(duì)刀頭部位進(jìn)行局部細(xì)化。
在齒根部定義全約束，將其固定；在距齒尖距離為3mm內(nèi)的所有節(jié)點(diǎn)上施加三個(gè)方向的集中力，約束及加載結(jié)果如圖2所示。
在完成以上設(shè)置后提交進(jìn)行求解，分析所得應(yīng)力云圖如圖3所示。可以看出，無(wú)火花抗磨強(qiáng)化截齒的最大應(yīng)力出現(xiàn)在刀頭部位，最大等效應(yīng)力為107.63MPa，這主要是由于集中力產(chǎn)生的，此處應(yīng)力過(guò)大是造成硬質(zhì)合金刀頭折損的一個(gè)重要原因。而無(wú)火花抗磨強(qiáng)化截齒在此處的強(qiáng)化可以有效保護(hù)硬質(zhì)合金刀頭。在實(shí)際采掘作業(yè)初期，截齒只有合金頭部分受到磨損，隨著磨損的加劇，截齒肩部與煤巖接觸的機(jī)會(huì)大大增加，而肩部磨損更會(huì)加速合金刀頭脫落，導(dǎo)致截齒失效。本文提出的無(wú)火花抗磨強(qiáng)化強(qiáng)化層就可以很好地預(yù)防該失效形式。
在截齒刀桿尾部附近，由于截齒在實(shí)際采掘工作中受到進(jìn)給力和側(cè)向力的影響，在截齒根部附近產(chǎn)生較大的彎矩，因而所受應(yīng)力較大。由于刀頭屈服強(qiáng)度極限為1500MPa，遠(yuǎn)大于計(jì)算所得刀頭受力最大值，因此無(wú)火花抗磨強(qiáng)化截齒不會(huì)產(chǎn)生失效破壞。最小的應(yīng)力點(diǎn)出現(xiàn)在截齒安裝的齒座以上部分，該區(qū)域直徑較大，不易變形破壞。

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無(wú)火花抗磨強(qiáng)化截齒的強(qiáng)度有限元分析