神东刮板运输机链条的使用与研究

张砚实

摘 要：刮板运输机是当今现代化煤矿生产的主要运输设备，对于整个工作面的安全生产起着至关重要的作用。其中运输机链条是运送物料的核心部件，链条的使用情况决定了煤矿的生产效率。而在煤矿综采生产过程中时常发生运输机断链事故，严重制约煤矿正常生产水平发挥。因此，确保运输机链条的有效运行及对断链原因的分析是十分重要的。文章主要就链条的配套使用、断链分析、维护与检测等方面进行探讨。

关键词：刮板运输机；链条；断链；检测标准；预张紧力

引言

随着科学技术的发展和煤矿生产机械化程度的不断提高，刮板运输机主要发展趋势是以大采高、高运量、长运距为技术特点不断向前发展，但在生产过程中由运输机链条所产生的事故及对链条的各类维护与检修严重制约了工作面的正常生产，同时也给综采工作面带来了严重的安全隐患。因此，加强煤矿综采工作面运输机链条在井下现场的维护、使用和管理显得尤为重要，降低综采工作面运输机链条的各类事故，预防其断链情况的发生，是煤矿提高综采工作面生产效率及产量的一种十分有效途径。

1 神东在用链条现状

1.1 在用链条种类

中国神华神东煤炭集团作为国内首屈一指的龙头煤企，拥有井田面积1136平方公里，矿区整体产能达到2亿吨。近年来神东公司部分矿井大量采用大功率、长运距运输机投入生产，其最大功率达到3×1600kW，最长运距达到400米。更有世界级5.5米、6.3米、7米大采高工作面，以及中厚偏薄煤层自动化工作面。因此，神东公司面对各种环境与条件各异的工作面，就需要配套种类型号相对匹配的刮板运输机链条，才能满足全矿区复杂的生产条件。具神东公司设备管理中心数据显示，目前全矿区使用的刮板运输机链条共计九种，扁平链：？准42×146、？准48×152、？准48×144/160、？准42×128/164、？准42×146/110、？准60/135×181/197；宽扁链：？准42×146/110、？准48×144/160、？准48×152，链条平环直径及链条节距单位均为毫米（mm）。

1.2 刮板运输机链条的配套原则

神东公司旗下的各矿井分布在蒙、陕、晋三省区，地理位置跨度大，地形构造差异性强，导致各矿井煤层薄厚分布不均匀，综采工作面采高高低不等，从2米小采高至7米大采高分布整个矿区。且矿井每个煤层的设计推进距离长短各异，采煤机单刀割煤距离也不等，导致每个综采工作面煤层的储煤量（万吨级）有多有少。由于储煤量差距较大，在设备配套上就要有所针对，因此，在综采工作面设备配套时要充分考虑过煤量级别配备相对应新、旧链条问题。这对合理化使用链条，充分发挥链条使用率，提高单位设备产量具有实际意义。目前神东公司在使用链条方面有自己的一套标准，如表1所示。

1.3 链条的断链、破损原因分析

矿井生产中，链条传动是主要运输传动方式，链条的工作性能及寿命决定了矿井机械效率。链条的失效会直接导致维修成本上升甚至引发安全事故。因此，研究煤矿在用链条传动失效、断链机理，并通过有效措施降低失效概率和断链发生具有极为重要的实用意义。

1.3.1 链条疲劳断链

链条的疲劳断链与作用在链条上的动载荷有关[1]。链条在生产运输过程中，机头链轮在传动链条时速度是周期波动的，受很多因素影响，时而加速时而减速，尽管这种动载荷力量小得多，但对于矿井机械来说，链条所承受的动载荷长期处于变动状态中。这种链条可以承受的、且重复数次不发生疲劳破坏的载荷称为持久极限载荷F，其最大值最小值公式如下：

Fmax=K？兹min （1）

Fmin=rFmax （2）

其中：K为载荷系数；？兹min为极限抗拉载荷；r为载荷循环性系数。

对于疲劳断链而言，其主要指刮板链运转过程中在小于Fmax拉力作用下，反复作用而引起的疲劳破坏。因此，疲劳断链的机理是在Fmax与Fmin之间产生变动载荷作用下，反复作用次数达到一定程度以上进而链条发生自然疲劳破坏现象。由于这种动载荷是运输机链轮带动链条过程中周期性产生的，故可以将其称之为脉动载荷。

发生疲劳断链，其断裂口一般在链环圆弧部分与链环直边部分连接处，矿井单位俗称为“肩部”。这种疲劳断链往往是由于链环表面缺陷、工作中出现裂痕，裂痕因长期承受脉动载荷而逐渐扩大，使链环截面逐渐削弱，最后略受冲击即突然断裂。

1.3.2 链条过载断链

链条过载断链也可称之为强力断链，即所受力超过其静态破断载荷，从而发生突然断裂。链条过载断链一般包含两种情况：低速载荷下过载拉断和高速冲击载荷下冲击拉断。其中，低速载荷下过载是指运输机链条在正常运行情况下，因中部槽不直导致双链刮板歪斜运行或是刮板磨损超限导致刮板底面与中部槽中板之间容易塞入碎矸石造成飘链等原因，额外加大了运输机链条的运行阻力，造成断链。而冲击载荷是指以较高的速度施加到部件上的外部载荷，当部件在承受冲击载荷时，瞬间冲击所产生的应力与变形要比静态载荷时大得多[2]。在这种情况下，链条极易被拉断。发生过载断链，其断裂口一般在链环圆弧部分的中间部位或是在某些焊接不良的缺陷部位。

1.3.3 链条磨损断链

链条在运行过程中与中部槽及物料接触摩擦而产生磨损，其主要磨损链条立环外宽。同时动力链轮与链环在啮合时会有一定的相对滑动摩擦而产生磨损，这里主要磨损与链轮轮齿相接触的平环肩部。此外，链条平环与链条立环之间的磨损也是最常见的磨损形式，是指当链环进入和退出机头、机尾链轮啮合时，相邻链节间发生相对转动，从而产生摩擦而磨损。这种链节间的磨损对链条的伸长率、链条承受载荷的能力都会产生极大影响。当链条的实际节距被拉长，与链轮的啮合点沿轮齿齿高方向外移达到一定尺寸后，就会破坏链环与链轮之间的正确啮合，导致脱链，造成断链事故。

1.4 链条的在用检测

神东公司经多年对链条使用、维护与检修，研究出一套完整的针对矿用链条检测技术方法。研究中发现链条在使用中链环的磨损现象非常严重，是链条破损报废的主要原因，很多断链事故的发生都是由于磨损造成的。

1.4.1 链条的疲劳裂纹检测

对链条疲劳裂纹检测，主要是使用无损检测技术，目前神东公司对链条分别采用了渗透探伤和磁粉探伤两种检测手段。

渗透探伤是神东公司最早采用的一种检测技术方法，它是利用毛细现象检查材料表面缺陷的一种无损检验方法。渗透探伤操作简单，费用低廉，缺陷显示直观，具有相当高的灵敏度，能发现宽度1微米以下的缺陷。这种方法由于检验对象不受材料组织结构和化学成分的限制，因而可以很便捷的应用于刮板运输机链条的探伤检测中。

磁粉探伤的原理是通过对被检工件施加磁场使其磁化，在工件的表面或近表面缺陷处将有磁力线逸出而形成漏磁场，有磁极的存在就能吸附施加在工件表面上的磁粉形成聚集磁痕，从而显示出缺陷的存在。磁粉探伤具有检测成本低，操作便利，反应快速等特点。

1.4.2 链条的伸长量检测

神东公司经多年实践研究总结出了一套对链条磨损检测的标准。标准中规定链条表面质量检测、五环伸长率检测、平环啮合深度磨损率检测、破断力检测为重要项目，平环直径检测、立环直边厚度检测为一般项目。重要项目中有一项检测不合格，则判定整段或整套链条不合格；一般项目中有两项检测不合格，则判定整段或整套不合格。

以五环伸长率为例，检测方法如下[3]：

（1）选取被测量链条时，应尽量在运输机较平直区域内选择；（2） 链条五环伸长量使用专用测量工具，其量程应能满足使用要求；（3）将测量尺的左、右测量爪分别夹在五环最外侧两个立环外边缘，左右测量爪上的固定卡爪应平放于立环的上表面靠近中心位置上；（4）两测量爪与立环最外边缘无间隙为止，旋紧卡尺紧固螺栓，锁紧测量尺；（5） 记录数据，重复以上步骤测量对称侧链条伸长量；（6）按照下式换算成伸长率五环伸长量转换成五环伸长率应按式（3）计算：

？啄=（L-L0）/L0×100% （3）

式中：？啄-五环伸长率（%）；L-五环伸长后总长度，单位为毫米（mm）；L0-五环公称长度，单位为毫米（mm）。

计算结果值不得超过表2中对应的严重磨损等级。

2 尚存问题分析

尽管神东煤炭集团在国内煤炭行业尚属领先企业，无论从技术人才、采煤工艺、还是设备应用上来讲，都处在国内乃至世界一流水平线上，且在设备调配上、管理上、应用上及检测监测方面都有其独到之处，但在某些方面仍然有些差强人意。

2.1 预紧力

刮板运输机链条为一弹性体，正常运行时因受到拉力，会产生弹性伸长，这个伸长量会使链条在驱动链轮分离点处松弛，甚至发生堆积（馈链）而导致卡链、断链或断齿等事故。为防止该类事故发生，在初安装时要给其一个初始张力，使其产生一预加的弹性伸长。若这个伸长量与额定负荷下所能产生的伸长量相等，则会避免链条松弛，此时驱动链轮分离点处的刮板链张力正好为零。

初张力（输送机静止时，封闭链条内的张力）的形成，是靠拉紧装置实现的[4]。对于某一特定的刮板输送机，究竞需要多大的拉紧力才满足要求，需要进行专门计算。如前所述，初张力太小，最小张力点处链条松弛，运行中会造成“馈链”故障；初张力太大，最小张力点处张力和其他各点处张力也就相应增大，这不但增加输送机运行阻力，更影响运输机链条的使用寿命。

但目前神东公司各矿井综采工作面链条的预紧力没有统一规定的计算方法，更没有相关科学的执行标准，只是结合各链条生产商的《三机服务手册》及工作面长度、链条规格等预测出一个张力值，也即经验值。这给综采工作面链条的使用带来了不稳定因素。因此，在刮板运输机链条预紧力方面还是有很大可研究和开发空间的。

2.2 飘链问题

造成运输机链条断链原因很多，其中“链条飘链”就是其中较为常见的一种。造成飘链的原因是因为在某些矸石较多的煤层，采煤时落下的坚硬的矸石塞入刮板下面后，与中部槽中板之间产生间隙，使刮板及链条在中部槽运行中漂起，从而发生所谓漂链现象。这种飘链现象一般发生在刮板磨损较严重或是中部槽磨损较严重情况下，当然如果刮板与运输机链条的配合不匹配产生松动、间隙等也会造成链条飘链。一旦发生飘链现象极容易造成刮板跳槽、弯曲，链条被崩断等事故。

就目前煤炭行业内，还没有很有效的解决链条飘链问题，也没有引起各煤企重视，因此，加大力度研究、解决飘链问题在有效控制煤矿安全生产方面仍有很大的提升空间。

3 前景展望

煤炭开采现今已是一个很成熟的行业领域，通过现代化采煤技术，数字化控制系统等，已经很大程度上提高了煤炭的开采效率，就神东煤炭集团而言，已然应用了国内外最先进的技术手段及设备系统，可以说是世界煤炭企业的领跑者。即便如此，在某些细小的环节中仍有可待开发与值得研究的地方，比如针对链条与中部槽磨损问题，仍有很大改进与研究价值，如：神东公司通过使用立环上、下边更薄的链条来尽量避免与中部槽间的接触摩擦，从而降低磨损。我们称这种链条为“矿用宽扁链条”。相对神东公司之前使用过的扁平链条，这种链条立环横向宽度有所增加，在压缩立环厚度基础上增强了链环的抗拉强度。在张紧力的作用下使得链条与中部槽中、底板保持一定的运行间隙，使中部槽链道处在相当长的一段时间内不再有链条磨损，这样可以大大提高运输机链条与中部槽的使用寿命。

4 结束语

文章介绍了神东公司在用刮板运输机连条的规格型号、配套原则、断链与磨损原因分析以及检测技术手段等情况，并针对公司各煤矿的实际使用情况提出了尚存问题分析，对目前煤矿领域不足之处大胆提出前景展望，结合神东公司自身条件与情况，系统的阐述了刮板运输机链条的各方面应用问题，希望通过此文能为我国煤矿行业在用链条技术水平提升做出贡献。

参考文献

[1]朱国仁，杨刚，阚君武.链条的极限拉伸载荷对疲劳性能的探讨[J].机械设计与研究，2003，19（5）：45-46.

[2]侯建国，安旭文.钢材冲击韧性和应变时效敏感性问题的探讨[J].西北水电，2001（2）：35-41.

[3]Q/SH.J.017-2011.煤矿在用刮板链检测技术规范[S].

[4]张海鳌.刮板输送机链条的初张力和紧链力[J].煤矿机械，2003（10）：30-32.