圓環(huán)鏈疲勞試驗技術(shù)研究

楊秀光，陸振華，嚴(yán)文強(qiáng)，欒天野，姜 紅

(1.中機(jī)試驗裝備股份有限公司，吉林 長春 130103；2.江蘇華隆興機(jī)械工程有限公司，江蘇 無錫 214000；3.吉林省科技館，吉林 長春 130103)

1 引 言

圓環(huán)鏈具有耐磨、耐疲勞、抗拉伸等特點，廣泛應(yīng)用于煤礦開采及運輸設(shè)備中。圓環(huán)鏈?zhǔn)枪伟遢斔蜋C(jī)的關(guān)鍵部件，常出現(xiàn)斷鏈、跳牙、跳動、飄鏈、落道以及刮板損壞等故障。其中，斷鏈?zhǔn)菍ιa(chǎn)影響最大的故障。目前對圓環(huán)鏈靜態(tài)試驗研究較多，對圓環(huán)鏈動態(tài)疲勞試驗研究較少。本文結(jié)合電液伺服技術(shù)，對圓環(huán)鏈進(jìn)行了疲勞試驗研究。

2 圓環(huán)鏈疲勞試驗技術(shù)

2.1 圓環(huán)鏈結(jié)構(gòu)

根據(jù)GB/T 12718-2009《礦用高強(qiáng)度圓環(huán)鏈》[2]，圓環(huán)鏈鏈條、鏈環(huán)結(jié)構(gòu)如圖1、圖2所示。

圖1 圓環(huán)鏈鏈條

圖2 鏈環(huán)

2.2 試驗夾具

圓環(huán)鏈疲勞試驗夾具如圖3所示，主要由夾頭和固定銷構(gòu)成。固定銷插過圓環(huán)鏈兩端鏈環(huán)，并插入夾頭上的銷孔內(nèi)，圓環(huán)鏈處在夾頭中間位置。通過對上下夾頭施加力載荷，實現(xiàn)圓環(huán)鏈疲勞試驗。

圖3 圓環(huán)鏈夾具

試驗用夾具與鏈環(huán)之間的表面形狀和尺寸應(yīng)符合鏈環(huán)實際承載時的接觸面形狀和尺寸。圓環(huán)鏈、固定銷、夾頭連接形式如圖4所示，夾頭固定鏈環(huán)端要設(shè)計環(huán)形槽，避開第二節(jié)鏈環(huán)，保證銷孔疲勞強(qiáng)度要求。夾具上放置第一節(jié)鏈環(huán)的槽不應(yīng)太寬，相比鏈環(huán)寬度大于1mm即可，此槽寬度越小越有利于固定銷抵抗剪切變形。固定銷要按照鏈環(huán)內(nèi)環(huán)尺寸設(shè)計，可在固定銷中間設(shè)計圓弧槽，增加接觸面積，提高固定銷抗剪切能力。

圖4 圓環(huán)鏈、固定銷、夾頭連接形式

2.3 試驗設(shè)備

圓環(huán)鏈疲勞試驗應(yīng)在能夠完成疲勞加載的疲勞試驗機(jī)上進(jìn)行。目前，疲勞加載試驗機(jī)主要包括電液伺服疲勞試驗機(jī)、電動疲勞試驗機(jī)。圓環(huán)鏈疲勞試驗需要幾百千牛甚至幾千千牛的加載力，電動疲勞試驗機(jī)不適合。因此，采用電液伺服疲勞試驗機(jī)開展圓環(huán)鏈的疲勞試驗。

電液伺服疲勞試驗機(jī)應(yīng)滿足如下精度指標(biāo)：

(1)疲勞試驗機(jī)的精度等級應(yīng)不小于1級，負(fù)荷示值相對誤差不大于1.0%；

(2)負(fù)荷示值變動不大于1%；

(3)在連續(xù)試驗10h內(nèi)，平均負(fù)荷示值波動度不大于使用負(fù)荷滿量程的±1%；

(4)在連續(xù)試驗10h內(nèi)，負(fù)荷振幅示值波動度不大于使用負(fù)荷滿量程的±2%。

2.4 試驗研究

采用中機(jī)試驗裝備股份有限公司生產(chǎn)的50t電液伺服疲勞試驗機(jī)進(jìn)行圓環(huán)鏈的疲勞試驗(如圖5所示)，試樣選用成品鏈環(huán)直邊直徑d=14mm的圓環(huán)鏈，試樣規(guī)格為8節(jié)。試驗加載參數(shù)如表1所示，試驗加載曲線如圖6所示。

表1 試驗加載參數(shù)

圖5 圓環(huán)鏈疲勞試驗

圖6 試驗加載曲線

試驗加載10492次，鏈環(huán)發(fā)生斷裂，如圖7所示。斷裂鏈環(huán)為從上數(shù)第6節(jié)鏈環(huán)，斷裂鏈環(huán)如圖8所示?？梢钥闯?，鏈環(huán)屬于脆性材料，截面無縮頸現(xiàn)象，鏈環(huán)發(fā)生斷裂的位置為鏈環(huán)焊接處。鏈環(huán)先是從焊接位置斷裂，在拉力作用下鏈環(huán)產(chǎn)生塑性變形，繼續(xù)被拉伸，直到鏈環(huán)另一側(cè)也斷裂，試驗停止。

圖7 斷裂試樣

圖8 斷裂鏈環(huán)

3 結(jié) 論

針對礦用高強(qiáng)度圓環(huán)鏈的特點，設(shè)計了圓環(huán)鏈試驗夾具，利用電液伺服疲勞試驗機(jī)對鏈環(huán)直邊直徑為14mm的8節(jié)圓環(huán)鏈進(jìn)行了疲勞試驗，驗證了圓環(huán)鏈疲勞試驗的可行性，為圓環(huán)鏈的疲勞試驗研究提供了依據(jù)。