煤礦用刮板輸送機牽引鏈機械特性淺析*

張學瑞

(中國煤炭科工集團 太原研究院有限公司， 太原 030006)

0 引言

煤礦刮板輸送機牽引機構是刮板輸送機的主要組成部件，由牽引鏈、刮板、固定螺栓等零件組成，如圖1所示[1]。牽引機構作用是在鏈輪作用下沿中部運輸槽定向運動，完成中部槽煤炭的刮運。實際使用過程中牽引鏈會發生斷鏈、掉鏈、跳鏈等故障，本文對牽引鏈機械特性進行研究，分析牽引鏈的受力狀態，為故障判斷及牽引鏈緊鏈力精確計算提供必要參考。

1-刮板；2-牽引鏈；3-固定螺栓。

1 牽引鏈受力狀態分析

刮板輸送機牽引鏈系一彈性體，圖2為該牽引鏈受拉伸時的載荷-變形曲線，同樣也可視為應力-應變曲線。牽引鏈受拉承載后，就會按其固有的負荷(應力)-變形(應變)特性曲線產生相應的變形伸長,載荷低于其彈性極限時產生彈性伸長(應變)，且隨負荷(應力)呈線性變化，卸載后又可恢復至原狀；而當載荷高于其彈性極限時，則發生塑性變形(應變)伸長[2]。

顯而易見，牽引鏈在任何情況下(包括刮板輸送機起動、過載)都應在該鏈條的彈性變形區段0～Fp內運行，其負荷不允許超過彈性極限，否則鏈條將產生塑性變形而導致跳鏈、斷鏈等事故。

Fp-鏈條拉伸彈性極限;F-鏈條試驗負荷;δ-伸長量;Fv-緊鏈力;F4-最大張力點張力;F3-最小張力點張力。

2 牽引鏈試驗負荷確定

圖2中，Fp為鏈條拉伸彈性極限[3],它決定于制鏈過程中(熱處理后的)預拉伸負荷，換句話說，制鏈過程中所施加的預拉伸負荷就是鏈條制成后其所具有的拉伸彈性極限Fp。

而所謂鏈條試驗負荷F，它只是鏈條標準中檢驗鏈條抵抗彈性變形“能力”所規定施加的檢驗負荷，其數值是這樣確定的：

(1)

式中：F為試驗負荷，N；A為鏈條鏈環兩直邊棒料截面面積之和(A=2πR2)，mm2；R為鏈環棒料半徑，mm。

式(1)是根據鏈條幾何參數、材質、熱處理等所能達到強度要求而制定的。

由此可知，制鏈過程中，每條鏈在熱處理后，必須經過略高于標準中試驗負荷F的預拉伸負荷Fp的預拉伸，使成品鏈條所具有的拉伸彈性極限Fp略高于試驗負荷F，才能滿足日后各項檢驗要求。

當然，預拉伸負荷也不能過高，以其略高于試驗負荷5%為宜，否則，將造成大批已成形的鏈條成為廢品。實際計算中，通常以鏈條試驗負荷F代替其拉伸彈性極限Fp作為判定鏈條性能的依據。

3 彈性模量確定

圖2中，δ為試驗負荷F或拉伸彈性極限Fp下的伸長量(或伸長率εp)，它是鏈條抵抗彈性變形能力的指標，要求鏈條有足夠的“剛度”而不能像橡皮筋那樣“隨意拉伸”，以保證牽引鏈條在滿負荷情況下順利通過驅動鏈輪。

(2)

式中：δ1為試驗負荷下伸長率，%；l為試驗負荷下測量的標定長度，mm；l0為初始負荷下標定長度，mm。

根據圖2所示的鏈條拉伸載荷-變形曲線，即應力-應變曲線中的應力σp和對應的應變εp，則可求得鏈條的彈性模量E0，即

(3)

例如，依據鋼材彈性模量E=20 600 MPa及牽引鏈條試驗標準可知，質量為C級的牽引鏈條彈性模量約為其鋼材彈性模量的1/5。

4 緊鏈力與運行過程中各點張力的區別和相互關系

緊鏈力是指在刮板輸送機靜止狀態下，為保證鏈條負載運行中與鏈輪良好嚙合，通過緊鏈操作對鏈條所預先施加的張力，其特點是鏈條各點張力沿輸送機圓周呈靜態分布均勻、大小相等，如圖2中Fv所示[4]。一旦刮板輸送機運行起來，無論負荷大小，鏈條上各點張力即刻重新分布，原來靜止狀態下的、呈均勻分布大小相等的狀況立刻不復存在，而變成依其所在位置不同和相對于驅動鏈輪距離遠近，沿運行方向呈線性增長的張力分布型式，如圖2中Fx所示。

圖2中，有些點的張力遠遠高于原來的預張力Fv，如機頭鏈輪驅動點的F4，稱之為最大張力點張力；而有些點的張力遠遠低于原來的預張力Fv，如機尾鏈輪脫鏈點的F3，稱之為最小張力點張力。

顯然，牽引鏈鏈條運行中的各點張力運行中發生的、隨負載和運行方向而呈線性分布而不斷變化的張力，屬動態張力。因此，鏈條緊鏈力與其運行中的各點張力兩者的概念和存在型式是不同的。但是，兩者又有確定的內在關系，即兩者都是對同一個具有確定彈性模量的彈性體—鏈條進行拉伸加載，緊鏈力因其預先已存在于固定長度的鏈條體內，故其始終有使已被預拉伸的鏈條按虎克定律(縮短鏈輪中心距)收縮自身恢復原狀的趨勢(從而壓緊鏈輪)，而負荷作為外力加于已被預拉伸而始終有縮短趨勢的鏈條上，有使之按虎克定律伸長的趨勢[5]。

緊鏈力設置是否合理，是用鏈條運行后最小張力點張力的大小來衡量的，其判定原則是鏈條運行后上述的最小張力點張力為0～500 kg,所以緊鏈力必須根據鏈條負載運行中各點張力(負荷)累積造成的鏈條伸長而定，換言之，緊鏈力必須根據鏈條負荷運行中各點累積張力大小(即負荷狀況)而定。鏈條負載運行中各點累積張力(負荷)越大，則所需的(運行前加給鏈條的)緊鏈力也就越大。

此外,刮板輸送機鏈條負載運行時其各點張力還都伴有低頻小能量脈沖負荷,故理論上鏈條負載運行時各點張力并非呈一純粹的直線Fx,而是呈如圖2所示的不斷成脈沖波動的曲線F＇x。但因脈沖量很小(約5%)且不規律,故在計算鏈條張力時均忽略不計。

還應說明的是，圖2所示為機頭、機尾布置在功率相同的傳動裝置情況下，鏈條運行中最小張力點位置位于機尾鏈輪脫鏈側(機尾上方)。如果刮板機只在機頭處布置有傳動裝置，則鏈條運行最小張力點位置將位于機頭鏈輪脫鏈側。

5 結論

通過分析刮板輸送機牽引鏈拉伸時受力狀態，繪制了載荷與變形曲線圖，掌握了牽引鏈拉伸狀態時牽引機構各點張力分布特點；通過分析緊鏈力與刮板輸送機運行過程中各點張力的區別和相互關系，為刮板輸送機牽引機構緊鏈力精確計算提供了必要理論參考。