刮板機(jī)鏈輪磨損規(guī)律及磨損標(biāo)識制定方法研究

郭建軍 GUO Jian-jun；王鵬 WANG Peng；成敏 CHENG Min

（寧夏天地奔牛實(shí)業(yè)集團(tuán)有限公司，銀川 750011）

0 引言

刮板機(jī)是一種以鏈條為牽引機(jī)構(gòu)的連續(xù)運(yùn)輸機(jī)械，鏈傳動(dòng)是現(xiàn)有刮板輸送機(jī)的驅(qū)動(dòng)方式，動(dòng)力部帶動(dòng)鏈輪旋轉(zhuǎn)使用刮板鏈繞過鏈輪作無限閉合循環(huán)運(yùn)行行帶動(dòng)物料沿著溜槽移動(dòng)。鏈輪鏈窩與刮板鏈組件嚙合運(yùn)行，鏈輪鏈窩處于正常狀態(tài)是鏈輪與刮板鏈合理嚙合的前提條件，鏈窩的過度磨損，嚴(yán)重程度影響著鏈條、刮板和壓板的使用壽命[1]。

由于缺少鏈輪鏈窩磨損標(biāo)識界限，鏈輪達(dá)到使用壽命仍被過度使用，鏈輪處于超磨損狀態(tài)、超壽命使用狀態(tài)，導(dǎo)致與其配合的刮板、壓板斷裂、鏈條磨損、鏈輪跳鏈等事故發(fā)生，嚴(yán)重影響煤礦用戶的生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益，因此需要研究鏈輪磨損規(guī)律，制定鏈輪鏈窩磨損標(biāo)識，指導(dǎo)用戶及時(shí)更換過度磨損的鏈輪，消除設(shè)備故障隱患，保證設(shè)備完好。

1 鏈輪磨損規(guī)律函數(shù)分析法

如圖1 所示，刮板輸送機(jī)鏈輪一般齒數(shù)較少，根據(jù)鏈傳動(dòng)的多邊形效應(yīng)理論，鏈輪鏈窩在與圓環(huán)鏈嚙合過程中，承受較大的交變載荷和附加的沖擊載荷。在刮板鏈和鏈輪鏈窩正常嚙合傳動(dòng)的過程中，鏈窩的磨損遵循一定的磨損變化規(guī)律，且鏈窩在磨損時(shí)X 方向（鏈窩長度方向）和Y 方向（鏈窩深度方向）的增量滿足一定的函數(shù)關(guān)系式[2-3]。

圖1 鏈條與鏈輪正常嚙合示意圖

如圖2 和圖3 所示，鏈條與鏈輪嚙合時(shí)，隨著鏈窩的磨損量的不斷增大，圖2 中的∠ABC 在不斷地增大，節(jié)圓半徑OA（r）也在發(fā)生變化，具體的計(jì)算步驟如下。

圖2 鏈條與鏈輪正常嚙合簡化示意圖

圖3 鏈窩相關(guān)尺寸隨磨損變化示意圖

由圖1 和圖2 可以看出：AB=p+d，BC=p-d 其中：p——鏈條節(jié)距；d——鏈條直徑。

節(jié)圓的半徑

根據(jù)上面的計(jì)算分析可知道節(jié)圓的半徑：

由此可知，隨著∠ABC 的不斷增大，鏈輪實(shí)際節(jié)圓的半徑在不斷的增大。由圖2 及上述節(jié)圓半徑的公式可知，△ABC 中AB 和BC 兩條邊長度不變，但隨著鏈窩的變化，∠ABC 的值在變大，AC 邊增長，實(shí)際節(jié)圓半徑在變大，且△ABC 的A 和C 兩個(gè)頂點(diǎn)始終在實(shí)際節(jié)圓上。

由圖3 可以看出，理論的鏈窩相關(guān)尺寸隨著磨損量的增加而發(fā)生變化，設(shè)△ABC 為基礎(chǔ)理論值的鏈窩情況，設(shè)A 點(diǎn)坐標(biāo)為（X，Y），隨著磨損A 點(diǎn)的水平方向增加ΔX 到A′點(diǎn)，垂直方向增加了ΔY 到B′點(diǎn)，∠ABC 角度值增加Δα。由根據(jù)三角函數(shù)及三角形性質(zhì)和圓方程性質(zhì)可以求得：r 為變化后的節(jié)圓半徑。

設(shè)角度增量值為n°，則關(guān)系式為：

其中：p——鏈條節(jié)距（mm）；

d——鏈條直徑（mm）；

N——鏈輪齒數(shù)；

n——∠ABC 度數(shù)增量值（°）；

r——鏈輪實(shí)際節(jié)圓半徑（mm）。

根據(jù)式（4）、式（5）可以看出，點(diǎn)A 坐標(biāo)的變化值ΔX、ΔY 和∠ABC 角度變化值Δα 存在一定的函數(shù)關(guān)系，當(dāng)A點(diǎn)坐標(biāo)在改變時(shí)，節(jié)圓的直徑也在變化，即隨著X 的增大和Y 的減小，節(jié)圓半徑r 在變大。

2 鏈輪磨損規(guī)律逐點(diǎn)作圖法

以φ38×137 鏈條配套的鏈輪為例，對鏈窩的磨損情況進(jìn)行分析研究，與較為繁瑣的理論計(jì)算相比較，作圖法可對各個(gè)相關(guān)尺寸之間的關(guān)系進(jìn)行簡化處理，研究分析較為簡便。下面分別以∠ABC 和增量ΔX 為變值對鏈輪相關(guān)尺寸的變化曲線進(jìn)行研究。

2.1 以∠ABC 為變量的鏈輪鏈輪磨損研究

設(shè)變量為∠ABC 的值，基礎(chǔ)角度值為154.286°，每次增幅1°，共增18 次，根據(jù)角度值可計(jì)算得出表1 中的數(shù)據(jù)。

表1 以∠ABC 為變量的鏈輪相關(guān)尺寸對照值表

對表1 中的數(shù)值進(jìn)行整理分析，利用描點(diǎn)畫圖方法對各個(gè)尺寸值之間的關(guān)系進(jìn)行研究，可得出如圖4 所示的簡化關(guān)系曲線圖。

圖4 38 規(guī)格鏈輪節(jié)圓直徑隨∠ABC 增量變化規(guī)律曲線

由圖4 可以看出鏈輪實(shí)際節(jié)圓的直徑在隨著角度ABC 的增大而增大，且根據(jù)上面的分析整理和數(shù)據(jù)歸納，鏈輪實(shí)際節(jié)圓的直徑與角度ABC 的變化函數(shù)關(guān)系式（6），設(shè)角度增量值為n°，則關(guān)系式為：

2.2 以增量ΔX 為變量的鏈輪磨損研究

設(shè)變量為ΔX，基礎(chǔ)值為0，每次增幅2mm，共增18次，根據(jù)ΔX 值可計(jì)算得出表2 中的相關(guān)其他數(shù)據(jù)。

表2 以增量ΔX 為變量的鏈輪相關(guān)尺寸對照值表

對表2 中的數(shù)值進(jìn)行整理分析，利用描點(diǎn)畫圖方法對各個(gè)尺寸值之間的關(guān)系進(jìn)行研究，可得出如圖5 所示的簡化關(guān)系曲線圖。

圖5 38 規(guī)格鏈輪鏈窩根部圓心點(diǎn)X/Y 增量關(guān)系曲線圖

由圖5 可以看出鏈輪鏈窩根部圓心Y 的增量ΔY 隨著X 的增量ΔX 增大而減小，近似成二次曲線關(guān)系，經(jīng)過分析整理和數(shù)據(jù)歸納，鏈輪鏈窩根部圓心Y 的增量ΔY 與X 的增量ΔX 的變化函數(shù)關(guān)系式如式（7），設(shè)增量為ΔX，則關(guān)系式為：

其中：ΔX——鏈輪鏈窩根部圓心X 的增量（mm）；

ΔY——鏈輪鏈窩根部圓心Y 的增量（mm）。

3 鏈輪磨損標(biāo)識的制定方法

在制定鏈輪鏈窩磨損標(biāo)識時(shí)，主要考慮在節(jié)距方向的磨損，對于窩底方向的磨損量，因?qū)φ５墓伟彐溸\(yùn)轉(zhuǎn)影響不大，可忽略不予考慮。所以在對標(biāo)識的制定方法研究時(shí)，需要考慮的問題主要為節(jié)距方向磨損對鏈傳動(dòng)的影響[4-5]。

鏈窩節(jié)距方向的磨損對鏈傳動(dòng)的影響主要有幾個(gè)方面：

①鏈窩的磨損可能影響刮板鏈與鏈輪的正常嚙合和整機(jī)運(yùn)行性能。鏈窩從開始使用到報(bào)廢，要保證鏈輪的磨損量不能發(fā)生刮板、壓板的刮卡事故和傳動(dòng)無力等事故。

②鏈窩磨損過大，影響輪齒剛度，在受到鏈條拉力作用下造成輪齒變形。

③鏈窩磨損可能導(dǎo)致淬硬層磨完，淬硬層是鏈窩表面有較大硬度和耐磨性的保證，也是提高鏈輪使用壽命的關(guān)鍵，為保證鏈輪使用壽命，應(yīng)盡量使用到鏈窩淬硬層完全磨損。

所以制定鏈輪報(bào)廢標(biāo)準(zhǔn)時(shí)有兩個(gè)重要的條件需要滿足：

①提醒用戶即將或可能發(fā)生刮板鏈與鏈輪鏈窩無法正常嚙合情況，例如發(fā)生刮板、壓板的刮卡事故、傳動(dòng)無力和跳鏈等事故，需對該鏈輪進(jìn)行更換或維修。

②提醒用戶鏈輪鏈窩淬硬層即將磨損完，需對該鏈輪進(jìn)行更換或維修。

根據(jù)上面分析的鏈輪報(bào)廢時(shí)需滿足的兩個(gè)條件，對鏈輪磨損標(biāo)識的制定方法如下：

①如圖6 所示，確定刮板組件與鏈輪輪齒的間隙量，代入鏈窩磨損X/Y 方向規(guī)律公式ΔY=-0.0042ΔX2進(jìn)行驗(yàn)證，為保證磨損標(biāo)識的靈敏度，鏈窩磨損到磨損標(biāo)識時(shí)鏈輪輪齒與刮板組件間隙量最小為2mm。

圖6 刮板組件與鏈輪齒位置示意圖

②一般情況下鏈窩加工完后需進(jìn)行熱處理，形成淬硬層，提高鏈輪鏈窩耐磨性，當(dāng)鏈輪鏈窩磨損到磨損標(biāo)識后，淬硬層最少留取2mm。

③為了便于識別鏈輪鏈窩磨損情況，應(yīng)在鏈輪齒頂面標(biāo)記出鏈輪磨損標(biāo)識，根據(jù)鏈輪磨損標(biāo)識邊界距離淬硬層外輪廓最小距離2mm 的要求，得到矩形邊界的鏈輪磨損標(biāo)識，可在加工鏈輪鏈窩時(shí)，在任意鏈輪齒頂面加工矩形鏈輪磨損標(biāo)識，用于判斷鏈輪鏈窩磨損情況。鏈輪使用過程中，觀察鏈輪主驅(qū)動(dòng)面輪廓是否達(dá)到鏈輪磨損極限標(biāo)識界限。如果鏈輪主驅(qū)動(dòng)面輪廓達(dá)到鏈輪磨損極限標(biāo)識界限，應(yīng)將鏈輪換向使用，換向后另一側(cè)鏈窩外輪廓線也達(dá)到磨損極限標(biāo)識界限時(shí)，應(yīng)報(bào)廢此鏈輪，立即更換新鏈輪。

4 結(jié)語

針對目前常用鏈輪缺少鏈窩磨損標(biāo)識界限，導(dǎo)致鏈輪達(dá)到使用壽命仍被過度使用問題，論文采用鏈輪磨損規(guī)律函數(shù)分析法和鏈輪磨損規(guī)律逐點(diǎn)作圖法，詳細(xì)研究了鏈輪磨損規(guī)律，得到了鏈輪報(bào)廢所需滿足的基本條件，總結(jié)出了鏈輪磨損標(biāo)識的制定方法，用戶可根據(jù)鏈輪磨損標(biāo)識，判斷鏈輪是否處于可繼續(xù)使用的狀態(tài)，指導(dǎo)用戶及時(shí)更換過度磨損的鏈輪，消除設(shè)備故障隱患，提高設(shè)備完好率。