王志祎

中煤張家口煤礦機(jī)械有限責(zé)任公司/河北省高端智能礦山裝備技術(shù)中心 河北張家口 076250

鏈輪組件的功能與可靠性是整個(gè)輸送機(jī)性能的關(guān)鍵，鏈輪處于易磨損的工作條件下，必須定期更換磨損的鏈輪體，需要反復(fù)拆卸和裝配鏈輪組件[1]。原有的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)必須將整個(gè)鏈輪組件從輸送機(jī)上拆下來(lái)，在車(chē)間等干凈的環(huán)境下，先拆掉軸承座和密封件，才能更換。這種結(jié)構(gòu)需要大量的運(yùn)輸和裝配工作，增加了成本。研制鏈輪齒使用期限不低于標(biāo)準(zhǔn)鏈輪，不需要拆卸和裝配鏈輪組件，只更換鏈輪齒就可解決鏈輪體磨損嚴(yán)重問(wèn)題的鏈輪組件，不僅能夠快速更換，免了大量的拆卸工作，操作簡(jiǎn)易，而且鏈輪軸、軸承等零部件可多次重復(fù)使用，能顯著降低成本。

1 可換齒鏈輪組件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2017年8月為內(nèi)蒙古鄂爾多斯國(guó)源龍王溝煤礦設(shè)計(jì)的SGZ1000/2000型刮板輸送機(jī)，鏈條是48＊152的緊湊鏈，減速器減速比i=30，電機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)n=1480r/min，以此套設(shè)備隨機(jī)備件的鏈輪組件為此項(xiàng)目的載體，進(jìn)行可換齒設(shè)計(jì)，通過(guò)以整體鏈輪的外形為基礎(chǔ)，進(jìn)行可換齒結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，盡可能保證可換齒與整體鏈輪能夠整體互換，滿(mǎn)足使用要求，通過(guò)前期的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)得到得到可換齒的結(jié)構(gòu)如下：

圖1 可換齒鏈輪的主視圖

2 鏈輪齒的強(qiáng)度校核

鏈輪軸和鏈輪齒與常規(guī)產(chǎn)品在結(jié)構(gòu)上有很大差異，輪轂與主軸合為一體，平行的四個(gè)鏈輪齒構(gòu)成一組齒排，嵌入到輪轂深槽內(nèi)，并用兩條螺栓固定，通過(guò)深槽側(cè)壁來(lái)傳遞動(dòng)力。這就需要確保輪齒與輪轂深槽的配合精確，且輪轂深槽有足夠的強(qiáng)度，并能夠方便拆卸鏈輪。

由于由于可換齒齒是向鍵一樣插入軸里面的，相互是配合的，盡管是間隙配合，但是間隙也很小，最大間隙是0.095mm，最小間隙是0.012mm，這么小的間隙必須考慮拆卸，要不然安裝后拆下來(lái)很困難，為解決這一問(wèn)題，采用的解決方案是在可換齒齒上面加工M36的螺紋，在軸上面加工M30的螺紋，在安裝固定可換齒齒的時(shí)候使用M30的螺栓，M30的螺栓正好可以穿過(guò)M36的螺紋孔不與螺栓發(fā)生干涉，在拆卸可換齒齒的時(shí)候用一個(gè)帶有M36螺紋的專(zhuān)用工具，相當(dāng)于一個(gè)頂絲把可換齒齒從鏈輪軸中頂出，通過(guò)此種方案解決拆卸困難的問(wèn)題。

對(duì)可換齒齒與軸的貼合面按照擠壓強(qiáng)度進(jìn)行校核，校核時(shí)按照電機(jī)額定功率的2倍。

1.機(jī)頭 電機(jī)P=1000KW，按照P=2000KW，鏈輪的轉(zhuǎn)速n=49.3r/min 進(jìn)行核算

式中：

M—力偶矩牛頓·米

P—電機(jī)功率千瓦

n—鏈輪轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)/分鐘

將已知條件參數(shù)代入公式

計(jì)算鏈條的漲力F

式中：

M—力偶矩牛頓·米

d分—鏈輪節(jié)圓直徑 米

式中：

F—鏈條漲力千牛頓

S—鏈輪齒與軸的接觸面積 平方毫米

2按照鏈條的破斷 F=2900KN，核算擠壓強(qiáng)度，兩條鏈條的破斷校核。

已知實(shí)體材料40CrNiMoA的抗拉強(qiáng)度σ=980Mpa，屈服強(qiáng)度 sσ=835Mpa，兩種方法計(jì)算實(shí)體材料的擠壓強(qiáng)度bsσ都小于屈服強(qiáng)度，所以滿(mǎn)bsσ足設(shè)計(jì)要求。

3 鏈輪軸強(qiáng)度校核

軸按照彎扭合成強(qiáng)度校核。鏈輪軸不僅能滿(mǎn)足正常工作需求，也要滿(mǎn)足在刮卡、重載沖擊下，輪轂深槽不會(huì)因沖擊和受力不均而壓潰變形。

鏈輪軸的力學(xué)模型的建立及彎矩圖的繪制，通過(guò)可換齒的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化出兩個(gè)軸承為支點(diǎn)的簡(jiǎn)支梁力學(xué)模型具體

圖2 鏈輪軸的力學(xué)模型及彎矩圖

通過(guò)計(jì)算程序計(jì)算出機(jī)頭處的鏈條張力F=1370KN（正常運(yùn)行），鏈條的不均勻系數(shù)U=0.6，計(jì)算出兩條鏈條的張力Fc=0.6＊1370=822KN，F(xiàn)d=0.4＊1370=548KN，由電機(jī)傳遞過(guò)來(lái)的扭矩M=9549＊P/n=194085N＊m，通過(guò)力和力矩的平衡計(jì)算出軸承處的支反力，F(xiàn)a=727KN，F(xiàn)b=643KN，然后做出彎矩圖，通過(guò)彎矩圖可以看出最大彎矩Tc=229005N＊M，

實(shí)際設(shè)計(jì)的鏈輪軸外徑D=510mm，齒深80mm，去除齒深的部分還有350mm，安全系數(shù)n=1.8，與整體鏈輪的安全系數(shù)還要高，不影響強(qiáng)度。

4 可換齒鏈輪軸和齒的有限元分析

圖3 軸與齒的加載圖

圖4 鏈輪軸與齒的應(yīng)力圖

圖3圖四是利用AnSYS軟件分析的可換齒軸與鏈輪的加載約束及分析后應(yīng)力圖，可換齒軸與可換齒齒材料：40CrNiMoA的屈服強(qiáng)度是850MPa，單條鏈條拉力685KN，考慮最?lèi)毫拥氖褂们闆r，把這力都作用在一排齒上面，去除應(yīng)力集中歧義點(diǎn)，鏈輪主體應(yīng)力分布值低于734.76MPa；鏈輪齒應(yīng)力分布值低于756.93MPa。兩者皆低于材料的屈服強(qiáng)度850MPa，屬?gòu)椥宰冃畏秶鷥?nèi)。

5 可換齒鏈輪生產(chǎn)及井下工業(yè)性實(shí)驗(yàn)

經(jīng)過(guò)前期的圖紙?jiān)O(shè)計(jì)及生產(chǎn)服務(wù)，得到加工后的鏈輪齒如下圖。

圖5生產(chǎn)可換齒實(shí)物

可換齒于2019年3月到2019年6月在內(nèi)蒙古鄂爾多斯國(guó)源龍王溝煤礦進(jìn)行井下工業(yè)性實(shí)驗(yàn)，三個(gè)月的時(shí)間里鏈輪使用正常，運(yùn)行平穩(wěn)，固定可換齒齒的兩個(gè)M30的螺栓沒(méi)有出現(xiàn)過(guò)斷裂情況，過(guò)煤量達(dá)到100萬(wàn)噸，比較好的完成工業(yè)性實(shí)驗(yàn)，于2019年7月升井進(jìn)行返廠檢測(cè)，鏈窩的磨損情況良好，可換齒齒的支撐面H值磨損掉5mm，鏈窩總長(zhǎng)度增大8mm，這些磨損量還在鏈窩的淬硬層內(nèi)，此鏈輪片的淬層深度在16mm，鏈輪還可以繼續(xù)使用。

圖6 鏈輪升井實(shí)物

6 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)可換齒的設(shè)計(jì)及井下工業(yè)性實(shí)驗(yàn)過(guò)程，看到工業(yè)性實(shí)驗(yàn)的結(jié)果還是達(dá)到了預(yù)期的結(jié)果，為以后各各系列及不同型號(hào)的鏈輪做可換齒提供了重要的理論支撐，給刮板輸送機(jī)鏈輪的升級(jí)及更新?lián)Q代提供了新的發(fā)展方向，讓其更適應(yīng)現(xiàn)在高產(chǎn)高效礦井的發(fā)展要求，為中國(guó)煤礦提供更可靠，維修更便捷的設(shè)備[2-3]。