郭秋榮

(山西煤礦機械制造股份有限公司,太原 030031)

刮板鏈條在刮板機上承擔著運輸物料傳遞動力的使命,是刮板機運行過程中承受慣性沖擊載荷的零件,發(fā)生卡阻、撞擊時,碰撞能量由鏈環(huán)吸收。鏈條運行時還承受著與運輸物料的摩擦及刮板機自身的鏈輪、刮板、溜槽間的相互作用力,受力比較復(fù)雜,因此刮板鏈是最易損壞的零件;鏈條斷裂是刮板機發(fā)生最多的故障。工作應(yīng)力大、工況條件惡劣、干涉、卡阻撞擊、非常規(guī)使用都會導(dǎo)致鏈條斷裂[1]。因此,尋找刮板鏈斷裂的原因?qū)τ诠伟鍣C的使用尤為重要。

本文從多方面分析斷鏈形式及原因,并闡述克服、避免刮板鏈斷裂的幾點措施。

1 斷鏈形式及原因分析

刮板機上的鏈條在運行中分為立環(huán)和平環(huán),立環(huán)只承受電機傳遞的拉力,受力簡單。平環(huán)除受拉力外還受鏈輪齒窩傳遞的擠壓力。刮板在部分平環(huán)上安裝,安裝刮板的平環(huán)還承受預(yù)緊力、刮板運行阻力的傳遞力。平環(huán)受力復(fù)雜,因此平環(huán)發(fā)生的斷裂概率也遠大于立環(huán),本文主要針對平環(huán)的斷裂情況進行分析。

1.1 焊口開裂式斷鏈

焊口開裂式斷鏈如圖1所示。

圖1 焊口開裂式斷鏈Fig.1 Chain breaking caused by weld fracture

如果鏈條從焊接處斷裂,可斷定是鏈條質(zhì)量不合格,焊接面未熔透。鏈條出廠都要做拉力實驗,實踐經(jīng)驗證明拉斷處均在圓弧段或者直壁段的熱影響區(qū)(焊口附近,焊接的熱量影響鏈環(huán)材料組織發(fā)生變化的區(qū)域),非焊口處。熱影響區(qū)是鏈條強度最弱處。圓弧段和熱影響區(qū)未斷,焊口斷裂是典型的因焊接質(zhì)量不合格而導(dǎo)致的斷鏈。

1.2 腐蝕式斷鏈

煤礦井下環(huán)境復(fù)雜多樣,腐蝕礦物、腐蝕性水使鏈條表面出現(xiàn)如圖2所示的斑點腐蝕坑,被腐蝕的鏈條強度變低,容易斷裂。

圖2 被腐蝕的鏈條Fig.2 Chain breaking caused by corrosion

1.3 磨損式斷鏈

鏈條過度磨損,如圖3所示,幾何尺寸過小,強度降低,會出現(xiàn)頻繁斷裂。

圖3 被磨損的鏈條Fig.3 Chain breaking caused by wear

1.4 受力不勻斷鏈

刮板機大多為雙鏈結(jié)構(gòu),一組鏈條長短不同時,較短的鏈條受力遠大于較長的鏈條,較短的一條容易發(fā)生斷裂,搭配長度不同也是造成斷鏈的常見原因。

1.5 過載彎曲疲勞斷鏈

過載彎曲疲勞斷鏈呈現(xiàn)的特征較為復(fù)雜:斷鏈環(huán)均為平環(huán),且均為刮板下的平環(huán)。斷鏈位置均為鏈環(huán)直臂處,多為焊接側(cè)直臂,焊口附近的熱區(qū),如圖4所示。

圖4 過載彎曲疲勞式斷鏈Fig.4 Chain breaking caused by overload bending fatigue

斷裂端面平整,可見斷裂起始源或疲勞輝紋,如圖5所示。

圖5 疲勞式斷鏈截面Fig.5 Cross-section of broken chain caused by fatigue

斷口附近多數(shù)伴有疲勞橫紋,如圖6所示。

圖6 疲勞橫紋Fig.6 Fatigue striation

斷裂的平環(huán)直臂段發(fā)生永久塑性變形,如圖7所示。

圖7 塑性變形的鏈環(huán)Fig.7 Chain link with plastic deformation

2 過載彎曲疲勞斷鏈原因分析

過載彎曲疲勞是最常見的斷裂方式,且斷裂原因不易查找[2]。

疲勞彎曲斷鏈的原因是斷裂的鏈環(huán)受到除正常運轉(zhuǎn)時鏈輪傳遞擠壓力,還受到額外力。刮板機的設(shè)計理念是:工作時只允許鏈環(huán)與鏈輪體的鏈窩嚙合傳動,不允許有其它部件參與傳動,即不允許受額外的徑向力[3-5]。

常見的額外徑向力有:

1)鏈輪的鏈窩過度磨損,刮板或橫梁通過鏈輪時與鏈輪產(chǎn)生異常干涉接觸產(chǎn)生的力。裝刮板的平環(huán)發(fā)生彎曲疲勞需要滿足一個條件:即通過鏈輪時刮板或橫梁與鏈輪有干涉接觸(注:刮板機設(shè)計中不允許刮板或橫梁與鏈輪體有接觸),使平環(huán)直臂正中受到垂直鏈環(huán)向上的力,如圖8所示。

圖8 鏈環(huán)在鏈輪處的受力方向Fig.8 Force direction of chain at chain wheel

2)鏈輪有自清理功能,即鏈輪轉(zhuǎn)動時,撥鏈器的拔叉自動清理鏈窩內(nèi)的堆積物。撥鏈器過度磨損,自清理功能喪失后,鏈輪被物料堆滿沒有間隙,鏈窩內(nèi)的堆積物把刮板、橫梁架起,迫使刮板下的平環(huán)受到鏈輪徑向的力,如圖9所示。

圖9 橫梁與鏈輪底部及側(cè)面間隙Fig.9 Gap between bottom and sides of beam and chain wheel

以上因素均會導(dǎo)致刮板下的平環(huán)長時間受到非正常拉應(yīng)力作用,產(chǎn)生裂紋及疲勞輝紋,最終斷裂。

鏈條半圓部正常受力時,可使用2 a以上(疲勞壽命9萬次),若直臂部受鏈輪徑向的彎曲疲勞應(yīng)力時,可用2 a的鏈條只能用4.5個月(疲勞壽命1.7萬次)。應(yīng)力越大,疲勞壽命越短。如果頻繁發(fā)生刮板下鏈環(huán)直臂處斷鏈現(xiàn)象,則說明鏈條受到過載彎曲疲勞。

在過載彎曲疲勞作用下,首先會使受彎曲力較大的刮板下平環(huán)發(fā)生斷裂,如圖10所示,即彎曲應(yīng)力大的A 點必定比彎曲應(yīng)力小的E 點先斷裂。

圖10 應(yīng)力與疲勞壽命的S-N關(guān)系曲線Fig.10 S-N correlation curve of stress and fatigue life

3 應(yīng)對措施

針對以上常見刮板鏈斷裂方式,可采取以下應(yīng)對措施:

1)焊縫開裂的質(zhì)量問題可聯(lián)系廠家,更換質(zhì)量合格的鏈條。

2)使用環(huán)境腐蝕嚴重,需選用熱侵鋅等耐腐蝕的鏈條。

3)磨損嚴重的鏈條,除觀察表面直觀磨損程度外還應(yīng)測量鏈條的單位長度,如在原始長度上伸長2.5%或更多,則不建議繼續(xù)使用了,必須更換新鏈條。

4)雙鏈刮板機更換新舊鏈條時,兩側(cè)鏈條必須同時更換,新舊鏈條配對使用,保證雙鏈節(jié)距長度一致,受力均勻。

5)每個檢修班必須檢查鏈環(huán)與刮板、橫梁或E型螺栓間的配合是否正常,螺母是否松動,橫梁或E型螺栓有無變形、斷裂。橫梁或E型螺栓是否被鏈窩內(nèi)的積物墊起,橫梁或E型螺栓與鏈輪底部及輪齒側(cè)面間隙是否過小。檢查撥鏈器是否過度磨損,觀察撥叉是否無法清理鏈窩內(nèi)的積煤,檢查撥叉與鏈輪底部的間隙。檢查鏈輪底部是否有積煤層。鏈環(huán)與鏈輪嚙合是否正常,鏈輪是否磨損嚴重,有無跳鏈及別卡現(xiàn)象。如有以上情況,及時更換刮板、橫梁、撥鏈器、鏈輪等相關(guān)損壞的零件,把故障消滅在萌芽期。

6)若局部已經(jīng)發(fā)生斷鏈,可把所有未斷裂且已經(jīng)產(chǎn)生過載彎曲疲勞的鏈環(huán)錯位一至兩個平環(huán)安裝,或者扭90°安裝,刮板安裝位置需錯開已經(jīng)受到彎曲疲勞的鏈環(huán),延長使用壽命。

4 結(jié)束語

刮板鏈條斷鏈,刮板機就不能運轉(zhuǎn)影響生產(chǎn)。因此準確找到刮板鏈斷鏈原因并提前排除刮板鏈斷裂的可能因素,能提高生產(chǎn)效率,延長鏈條使用壽命,提高經(jīng)濟效益。經(jīng)過實地驗證,以上應(yīng)對措施解決了刮板輸送機斷鏈的問題,可在煤礦生產(chǎn)中借鑒應(yīng)用。