神東刮板運(yùn)輸機(jī)鏈條的使用與研究

張硯實(shí)

摘 要：刮板運(yùn)輸機(jī)是當(dāng)今現(xiàn)代化煤礦生產(chǎn)的主要運(yùn)輸設(shè)備，對于整個工作面的安全生產(chǎn)起著至關(guān)重要的作用。其中運(yùn)輸機(jī)鏈條是運(yùn)送物料的核心部件，鏈條的使用情況決定了煤礦的生產(chǎn)效率。而在煤礦綜采生產(chǎn)過程中時常發(fā)生運(yùn)輸機(jī)斷鏈?zhǔn)鹿?，?yán)重制約煤礦正常生產(chǎn)水平發(fā)揮。因此，確保運(yùn)輸機(jī)鏈條的有效運(yùn)行及對斷鏈原因的分析是十分重要的。文章主要就鏈條的配套使用、斷鏈分析、維護(hù)與檢測等方面進(jìn)行探討。

關(guān)鍵詞：刮板運(yùn)輸機(jī)；鏈條；斷鏈；檢測標(biāo)準(zhǔn)；預(yù)張緊力

引言

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和煤礦生產(chǎn)機(jī)械化程度的不斷提高，刮板運(yùn)輸機(jī)主要發(fā)展趨勢是以大采高、高運(yùn)量、長運(yùn)距為技術(shù)特點(diǎn)不斷向前發(fā)展，但在生產(chǎn)過程中由運(yùn)輸機(jī)鏈條所產(chǎn)生的事故及對鏈條的各類維護(hù)與檢修嚴(yán)重制約了工作面的正常生產(chǎn)，同時也給綜采工作面帶來了嚴(yán)重的安全隱患。因此，加強(qiáng)煤礦綜采工作面運(yùn)輸機(jī)鏈條在井下現(xiàn)場的維護(hù)、使用和管理顯得尤為重要，降低綜采工作面運(yùn)輸機(jī)鏈條的各類事故，預(yù)防其斷鏈情況的發(fā)生，是煤礦提高綜采工作面生產(chǎn)效率及產(chǎn)量的一種十分有效途徑。

1 神東在用鏈條現(xiàn)狀

1.1 在用鏈條種類

中國神華神東煤炭集團(tuán)作為國內(nèi)首屈一指的龍頭煤企，擁有井田面積1136平方公里，礦區(qū)整體產(chǎn)能達(dá)到2億噸。近年來神東公司部分礦井大量采用大功率、長運(yùn)距運(yùn)輸機(jī)投入生產(chǎn)，其最大功率達(dá)到3×1600kW，最長運(yùn)距達(dá)到400米。更有世界級5.5米、6.3米、7米大采高工作面，以及中厚偏薄煤層自動化工作面。因此，神東公司面對各種環(huán)境與條件各異的工作面，就需要配套種類型號相對匹配的刮板運(yùn)輸機(jī)鏈條，才能滿足全礦區(qū)復(fù)雜的生產(chǎn)條件。具神東公司設(shè)備管理中心數(shù)據(jù)顯示，目前全礦區(qū)使用的刮板運(yùn)輸機(jī)鏈條共計九種，扁平鏈：？準(zhǔn)42×146、？準(zhǔn)48×152、？準(zhǔn)48×144/160、？準(zhǔn)42×128/164、？準(zhǔn)42×146/110、？準(zhǔn)60/135×181/197；寬扁鏈：？準(zhǔn)42×146/110、？準(zhǔn)48×144/160、？準(zhǔn)48×152，鏈條平環(huán)直徑及鏈條節(jié)距單位均為毫米（mm）。

1.2 刮板運(yùn)輸機(jī)鏈條的配套原則

神東公司旗下的各礦井分布在蒙、陜、晉三省區(qū)，地理位置跨度大，地形構(gòu)造差異性強(qiáng)，導(dǎo)致各礦井煤層薄厚分布不均勻，綜采工作面采高高低不等，從2米小采高至7米大采高分布整個礦區(qū)。且礦井每個煤層的設(shè)計推進(jìn)距離長短各異，采煤機(jī)單刀割煤距離也不等，導(dǎo)致每個綜采工作面煤層的儲煤量（萬噸級）有多有少。由于儲煤量差距較大，在設(shè)備配套上就要有所針對，因此，在綜采工作面設(shè)備配套時要充分考慮過煤量級別配備相對應(yīng)新、舊鏈條問題。這對合理化使用鏈條，充分發(fā)揮鏈條使用率，提高單位設(shè)備產(chǎn)量具有實(shí)際意義。目前神東公司在使用鏈條方面有自己的一套標(biāo)準(zhǔn)，如表1所示。

1.3 鏈條的斷鏈、破損原因分析

礦井生產(chǎn)中，鏈條傳動是主要運(yùn)輸傳動方式，鏈條的工作性能及壽命決定了礦井機(jī)械效率。鏈條的失效會直接導(dǎo)致維修成本上升甚至引發(fā)安全事故。因此，研究煤礦在用鏈條傳動失效、斷鏈機(jī)理，并通過有效措施降低失效概率和斷鏈發(fā)生具有極為重要的實(shí)用意義。

1.3.1 鏈條疲勞斷鏈

鏈條的疲勞斷鏈與作用在鏈條上的動載荷有關(guān)[1]。鏈條在生產(chǎn)運(yùn)輸過程中，機(jī)頭鏈輪在傳動鏈條時速度是周期波動的，受很多因素影響，時而加速時而減速，盡管這種動載荷力量小得多，但對于礦井機(jī)械來說，鏈條所承受的動載荷長期處于變動狀態(tài)中。這種鏈條可以承受的、且重復(fù)數(shù)次不發(fā)生疲勞破壞的載荷稱為持久極限載荷F，其最大值最小值公式如下：

Fmax=K？茲min （1）

Fmin=rFmax （2）

其中：K為載荷系數(shù)；？茲min為極限抗拉載荷；r為載荷循環(huán)性系數(shù)。

對于疲勞斷鏈而言，其主要指刮板鏈運(yùn)轉(zhuǎn)過程中在小于Fmax拉力作用下，反復(fù)作用而引起的疲勞破壞。因此，疲勞斷鏈的機(jī)理是在Fmax與Fmin之間產(chǎn)生變動載荷作用下，反復(fù)作用次數(shù)達(dá)到一定程度以上進(jìn)而鏈條發(fā)生自然疲勞破壞現(xiàn)象。由于這種動載荷是運(yùn)輸機(jī)鏈輪帶動鏈條過程中周期性產(chǎn)生的，故可以將其稱之為脈動載荷。

發(fā)生疲勞斷鏈，其斷裂口一般在鏈環(huán)圓弧部分與鏈環(huán)直邊部分連接處，礦井單位俗稱為“肩部”。這種疲勞斷鏈往往是由于鏈環(huán)表面缺陷、工作中出現(xiàn)裂痕，裂痕因長期承受脈動載荷而逐漸擴(kuò)大，使鏈環(huán)截面逐漸削弱，最后略受沖擊即突然斷裂。

1.3.2 鏈條過載斷鏈

鏈條過載斷鏈也可稱之為強(qiáng)力斷鏈，即所受力超過其靜態(tài)破斷載荷，從而發(fā)生突然斷裂。鏈條過載斷鏈一般包含兩種情況：低速載荷下過載拉斷和高速沖擊載荷下沖擊拉斷。其中，低速載荷下過載是指運(yùn)輸機(jī)鏈條在正常運(yùn)行情況下，因中部槽不直導(dǎo)致雙鏈刮板歪斜運(yùn)行或是刮板磨損超限導(dǎo)致刮板底面與中部槽中板之間容易塞入碎矸石造成飄鏈等原因，額外加大了運(yùn)輸機(jī)鏈條的運(yùn)行阻力，造成斷鏈。而沖擊載荷是指以較高的速度施加到部件上的外部載荷，當(dāng)部件在承受沖擊載荷時，瞬間沖擊所產(chǎn)生的應(yīng)力與變形要比靜態(tài)載荷時大得多[2]。在這種情況下，鏈條極易被拉斷。發(fā)生過載斷鏈，其斷裂口一般在鏈環(huán)圓弧部分的中間部位或是在某些焊接不良的缺陷部位。

1.3.3 鏈條磨損斷鏈

鏈條在運(yùn)行過程中與中部槽及物料接觸摩擦而產(chǎn)生磨損，其主要磨損鏈條立環(huán)外寬。同時動力鏈輪與鏈環(huán)在嚙合時會有一定的相對滑動摩擦而產(chǎn)生磨損，這里主要磨損與鏈輪輪齒相接觸的平環(huán)肩部。此外，鏈條平環(huán)與鏈條立環(huán)之間的磨損也是最常見的磨損形式，是指當(dāng)鏈環(huán)進(jìn)入和退出機(jī)頭、機(jī)尾鏈輪嚙合時，相鄰鏈節(jié)間發(fā)生相對轉(zhuǎn)動，從而產(chǎn)生摩擦而磨損。這種鏈節(jié)間的磨損對鏈條的伸長率、鏈條承受載荷的能力都會產(chǎn)生極大影響。當(dāng)鏈條的實(shí)際節(jié)距被拉長，與鏈輪的嚙合點(diǎn)沿輪齒齒高方向外移達(dá)到一定尺寸后，就會破壞鏈環(huán)與鏈輪之間的正確嚙合，導(dǎo)致脫鏈，造成斷鏈?zhǔn)鹿省?/p>

1.4 鏈條的在用檢測

神東公司經(jīng)多年對鏈條使用、維護(hù)與檢修，研究出一套完整的針對礦用鏈條檢測技術(shù)方法。研究中發(fā)現(xiàn)鏈條在使用中鏈環(huán)的磨損現(xiàn)象非常嚴(yán)重，是鏈條破損報廢的主要原因，很多斷鏈?zhǔn)鹿实陌l(fā)生都是由于磨損造成的。

1.4.1 鏈條的疲勞裂紋檢測

對鏈條疲勞裂紋檢測，主要是使用無損檢測技術(shù)，目前神東公司對鏈條分別采用了滲透探傷和磁粉探傷兩種檢測手段。

滲透探傷是神東公司最早采用的一種檢測技術(shù)方法，它是利用毛細(xì)現(xiàn)象檢查材料表面缺陷的一種無損檢驗(yàn)方法。滲透探傷操作簡單，費(fèi)用低廉，缺陷顯示直觀，具有相當(dāng)高的靈敏度，能發(fā)現(xiàn)寬度1微米以下的缺陷。這種方法由于檢驗(yàn)對象不受材料組織結(jié)構(gòu)和化學(xué)成分的限制，因而可以很便捷的應(yīng)用于刮板運(yùn)輸機(jī)鏈條的探傷檢測中。

磁粉探傷的原理是通過對被檢工件施加磁場使其磁化，在工件的表面或近表面缺陷處將有磁力線逸出而形成漏磁場，有磁極的存在就能吸附施加在工件表面上的磁粉形成聚集磁痕，從而顯示出缺陷的存在。磁粉探傷具有檢測成本低，操作便利，反應(yīng)快速等特點(diǎn)。

1.4.2 鏈條的伸長量檢測

神東公司經(jīng)多年實(shí)踐研究總結(jié)出了一套對鏈條磨損檢測的標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定鏈條表面質(zhì)量檢測、五環(huán)伸長率檢測、平環(huán)嚙合深度磨損率檢測、破斷力檢測為重要項(xiàng)目，平環(huán)直徑檢測、立環(huán)直邊厚度檢測為一般項(xiàng)目。重要項(xiàng)目中有一項(xiàng)檢測不合格，則判定整段或整套鏈條不合格；一般項(xiàng)目中有兩項(xiàng)檢測不合格，則判定整段或整套不合格。

以五環(huán)伸長率為例，檢測方法如下[3]：

（1）選取被測量鏈條時，應(yīng)盡量在運(yùn)輸機(jī)較平直區(qū)域內(nèi)選擇；（2） 鏈條五環(huán)伸長量使用專用測量工具，其量程應(yīng)能滿足使用要求；（3）將測量尺的左、右測量爪分別夾在五環(huán)最外側(cè)兩個立環(huán)外邊緣，左右測量爪上的固定卡爪應(yīng)平放于立環(huán)的上表面靠近中心位置上；（4）兩測量爪與立環(huán)最外邊緣無間隙為止，旋緊卡尺緊固螺栓，鎖緊測量尺；（5） 記錄數(shù)據(jù)，重復(fù)以上步驟測量對稱側(cè)鏈條伸長量；（6）按照下式換算成伸長率五環(huán)伸長量轉(zhuǎn)換成五環(huán)伸長率應(yīng)按式（3）計算：

？啄=（L-L0）/L0×100% （3）

式中：？啄-五環(huán)伸長率（%）；L-五環(huán)伸長后總長度，單位為毫米（mm）；L0-五環(huán)公稱長度，單位為毫米（mm）。

計算結(jié)果值不得超過表2中對應(yīng)的嚴(yán)重磨損等級。

2 尚存問題分析

盡管神東煤炭集團(tuán)在國內(nèi)煤炭行業(yè)尚屬領(lǐng)先企業(yè)，無論從技術(shù)人才、采煤工藝、還是設(shè)備應(yīng)用上來講，都處在國內(nèi)乃至世界一流水平線上，且在設(shè)備調(diào)配上、管理上、應(yīng)用上及檢測監(jiān)測方面都有其獨(dú)到之處，但在某些方面仍然有些差強(qiáng)人意。

2.1 預(yù)緊力

刮板運(yùn)輸機(jī)鏈條為一彈性體，正常運(yùn)行時因受到拉力，會產(chǎn)生彈性伸長，這個伸長量會使鏈條在驅(qū)動鏈輪分離點(diǎn)處松弛，甚至發(fā)生堆積（饋鏈）而導(dǎo)致卡鏈、斷鏈或斷齒等事故。為防止該類事故發(fā)生，在初安裝時要給其一個初始張力，使其產(chǎn)生一預(yù)加的彈性伸長。若這個伸長量與額定負(fù)荷下所能產(chǎn)生的伸長量相等，則會避免鏈條松弛，此時驅(qū)動鏈輪分離點(diǎn)處的刮板鏈張力正好為零。

初張力（輸送機(jī)靜止時，封閉鏈條內(nèi)的張力）的形成，是靠拉緊裝置實(shí)現(xiàn)的[4]。對于某一特定的刮板輸送機(jī)，究競需要多大的拉緊力才滿足要求，需要進(jìn)行專門計算。如前所述，初張力太小，最小張力點(diǎn)處鏈條松弛，運(yùn)行中會造成“饋鏈”故障；初張力太大，最小張力點(diǎn)處張力和其他各點(diǎn)處張力也就相應(yīng)增大，這不但增加輸送機(jī)運(yùn)行阻力，更影響運(yùn)輸機(jī)鏈條的使用壽命。

但目前神東公司各礦井綜采工作面鏈條的預(yù)緊力沒有統(tǒng)一規(guī)定的計算方法，更沒有相關(guān)科學(xué)的執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)，只是結(jié)合各鏈條生產(chǎn)商的《三機(jī)服務(wù)手冊》及工作面長度、鏈條規(guī)格等預(yù)測出一個張力值，也即經(jīng)驗(yàn)值。這給綜采工作面鏈條的使用帶來了不穩(wěn)定因素。因此，在刮板運(yùn)輸機(jī)鏈條預(yù)緊力方面還是有很大可研究和開發(fā)空間的。

2.2 飄鏈問題

造成運(yùn)輸機(jī)鏈條斷鏈原因很多，其中“鏈條飄鏈”就是其中較為常見的一種。造成飄鏈的原因是因?yàn)樵谀承╉肥^多的煤層，采煤時落下的堅硬的矸石塞入刮板下面后，與中部槽中板之間產(chǎn)生間隙，使刮板及鏈條在中部槽運(yùn)行中漂起，從而發(fā)生所謂漂鏈現(xiàn)象。這種飄鏈現(xiàn)象一般發(fā)生在刮板磨損較嚴(yán)重或是中部槽磨損較嚴(yán)重情況下，當(dāng)然如果刮板與運(yùn)輸機(jī)鏈條的配合不匹配產(chǎn)生松動、間隙等也會造成鏈條飄鏈。一旦發(fā)生飄鏈現(xiàn)象極容易造成刮板跳槽、彎曲，鏈條被崩斷等事故。

就目前煤炭行業(yè)內(nèi)，還沒有很有效的解決鏈條飄鏈問題，也沒有引起各煤企重視，因此，加大力度研究、解決飄鏈問題在有效控制煤礦安全生產(chǎn)方面仍有很大的提升空間。

3 前景展望

煤炭開采現(xiàn)今已是一個很成熟的行業(yè)領(lǐng)域，通過現(xiàn)代化采煤技術(shù)，數(shù)字化控制系統(tǒng)等，已經(jīng)很大程度上提高了煤炭的開采效率，就神東煤炭集團(tuán)而言，已然應(yīng)用了國內(nèi)外最先進(jìn)的技術(shù)手段及設(shè)備系統(tǒng)，可以說是世界煤炭企業(yè)的領(lǐng)跑者。即便如此，在某些細(xì)小的環(huán)節(jié)中仍有可待開發(fā)與值得研究的地方，比如針對鏈條與中部槽磨損問題，仍有很大改進(jìn)與研究價值，如：神東公司通過使用立環(huán)上、下邊更薄的鏈條來盡量避免與中部槽間的接觸摩擦，從而降低磨損。我們稱這種鏈條為“礦用寬扁鏈條”。相對神東公司之前使用過的扁平鏈條，這種鏈條立環(huán)橫向?qū)挾扔兴黾?，在壓縮立環(huán)厚度基礎(chǔ)上增強(qiáng)了鏈環(huán)的抗拉強(qiáng)度。在張緊力的作用下使得鏈條與中部槽中、底板保持一定的運(yùn)行間隙，使中部槽鏈道處在相當(dāng)長的一段時間內(nèi)不再有鏈條磨損，這樣可以大大提高運(yùn)輸機(jī)鏈條與中部槽的使用壽命。

4 結(jié)束語

文章介紹了神東公司在用刮板運(yùn)輸機(jī)連條的規(guī)格型號、配套原則、斷鏈與磨損原因分析以及檢測技術(shù)手段等情況，并針對公司各煤礦的實(shí)際使用情況提出了尚存問題分析，對目前煤礦領(lǐng)域不足之處大膽提出前景展望，結(jié)合神東公司自身?xiàng)l件與情況，系統(tǒng)的闡述了刮板運(yùn)輸機(jī)鏈條的各方面應(yīng)用問題，希望通過此文能為我國煤礦行業(yè)在用鏈條技術(shù)水平提升做出貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)

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[2]侯建國，安旭文.鋼材沖擊韌性和應(yīng)變時效敏感性問題的探討[J].西北水電，2001（2）：35-41.

[3]Q/SH.J.017-2011.煤礦在用刮板鏈檢測技術(shù)規(guī)范[S].

[4]張海鰲.刮板輸送機(jī)鏈條的初張力和緊鏈力[J].煤礦機(jī)械，2003（10）：30-32.