刮板输送机断链原因分析及处理方法

2019-08-29郭秋荣

山西煤炭 2019年2期

郭秋荣

(山西煤矿机械制造股份有限公司,太原 030031)

刮板链条在刮板机上承担着运输物料传递动力的使命,是刮板机运行过程中承受惯性冲击载荷的零件,发生卡阻、撞击时,碰撞能量由链环吸收。链条运行时还承受着与运输物料的摩擦及刮板机自身的链轮、刮板、溜槽间的相互作用力,受力比较复杂,因此刮板链是最易损坏的零件;链条断裂是刮板机发生最多的故障。工作应力大、工况条件恶劣、干涉、卡阻撞击、非常规使用都会导致链条断裂[1]。因此,寻找刮板链断裂的原因对于刮板机的使用尤为重要。

本文从多方面分析断链形式及原因,并阐述克服、避免刮板链断裂的几点措施。

1 断链形式及原因分析

刮板机上的链条在运行中分为立环和平环,立环只承受电机传递的拉力,受力简单。平环除受拉力外还受链轮齿窝传递的挤压力。刮板在部分平环上安装,安装刮板的平环还承受预紧力、刮板运行阻力的传递力。平环受力复杂,因此平环发生的断裂概率也远大于立环,本文主要针对平环的断裂情况进行分析。

1.1 焊口开裂式断链

焊口开裂式断链如图1所示。

图1 焊口开裂式断链Fig.1 Chain breaking caused by weld fracture

如果链条从焊接处断裂,可断定是链条质量不合格,焊接面未熔透。链条出厂都要做拉力实验,实践经验证明拉断处均在圆弧段或者直壁段的热影响区(焊口附近,焊接的热量影响链环材料组织发生变化的区域),非焊口处。热影响区是链条强度最弱处。圆弧段和热影响区未断,焊口断裂是典型的因焊接质量不合格而导致的断链。

1.2 腐蚀式断链

煤矿井下环境复杂多样,腐蚀矿物、腐蚀性水使链条表面出现如图2所示的斑点腐蚀坑,被腐蚀的链条强度变低,容易断裂。

图2 被腐蚀的链条Fig.2 Chain breaking caused by corrosion

1.3 磨损式断链

链条过度磨损,如图3所示,几何尺寸过小,强度降低,会出现频繁断裂。

图3 被磨损的链条Fig.3 Chain breaking caused by wear

1.4 受力不匀断链

刮板机大多为双链结构,一组链条长短不同时,较短的链条受力远大于较长的链条,较短的一条容易发生断裂,搭配长度不同也是造成断链的常见原因。

1.5 过载弯曲疲劳断链

过载弯曲疲劳断链呈现的特征较为复杂:断链环均为平环,且均为刮板下的平环。断链位置均为链环直臂处,多为焊接侧直臂,焊口附近的热区,如图4所示。

图4 过载弯曲疲劳式断链Fig.4 Chain breaking caused by overload bending fatigue

断裂端面平整,可见断裂起始源或疲劳辉纹,如图5所示。

图5 疲劳式断链截面Fig.5 Cross-section of broken chain caused by fatigue

断口附近多数伴有疲劳横纹,如图6所示。

图6 疲劳横纹Fig.6 Fatigue striation

断裂的平环直臂段发生永久塑性变形,如图7所示。

图7 塑性变形的链环Fig.7 Chain link with plastic deformation

2 过载弯曲疲劳断链原因分析

过载弯曲疲劳是最常见的断裂方式,且断裂原因不易查找[2]。

疲劳弯曲断链的原因是断裂的链环受到除正常运转时链轮传递挤压力,还受到额外力。刮板机的设计理念是:工作时只允许链环与链轮体的链窝啮合传动,不允许有其它部件参与传动,即不允许受额外的径向力[3-5]。

常见的额外径向力有:

1)链轮的链窝过度磨损,刮板或横梁通过链轮时与链轮产生异常干涉接触产生的力。装刮板的平环发生弯曲疲劳需要满足一个条件:即通过链轮时刮板或横梁与链轮有干涉接触(注:刮板机设计中不允许刮板或横梁与链轮体有接触),使平环直臂正中受到垂直链环向上的力,如图8所示。

图8 链环在链轮处的受力方向Fig.8 Force direction of chain at chain wheel

2)链轮有自清理功能,即链轮转动时,拨链器的拔叉自动清理链窝内的堆积物。拨链器过度磨损,自清理功能丧失后,链轮被物料堆满没有间隙,链窝内的堆积物把刮板、横梁架起,迫使刮板下的平环受到链轮径向的力,如图9所示。

图9 横梁与链轮底部及侧面间隙Fig.9 Gap between bottom and sides of beam and chain wheel

以上因素均会导致刮板下的平环长时间受到非正常拉应力作用,产生裂纹及疲劳辉纹,最终断裂。

链条半圆部正常受力时,可使用2 a以上(疲劳寿命9万次),若直臂部受链轮径向的弯曲疲劳应力时,可用2 a的链条只能用4.5个月(疲劳寿命1.7万次)。应力越大,疲劳寿命越短。如果频繁发生刮板下链环直臂处断链现象,则说明链条受到过载弯曲疲劳。

在过载弯曲疲劳作用下,首先会使受弯曲力较大的刮板下平环发生断裂,如图10所示,即弯曲应力大的A 点必定比弯曲应力小的E 点先断裂。

图10 应力与疲劳寿命的S-N关系曲线Fig.10 S-N correlation curve of stress and fatigue life

3 应对措施

针对以上常见刮板链断裂方式,可采取以下应对措施:

1)焊缝开裂的质量问题可联系厂家,更换质量合格的链条。

2)使用环境腐蚀严重,需选用热侵锌等耐腐蚀的链条。

3)磨损严重的链条,除观察表面直观磨损程度外还应测量链条的单位长度,如在原始长度上伸长2.5%或更多,则不建议继续使用了,必须更换新链条。

4)双链刮板机更换新旧链条时,两侧链条必须同时更换,新旧链条配对使用,保证双链节距长度一致,受力均匀。

5)每个检修班必须检查链环与刮板、横梁或E型螺栓间的配合是否正常,螺母是否松动,横梁或E型螺栓有无变形、断裂。横梁或E型螺栓是否被链窝内的积物垫起,横梁或E型螺栓与链轮底部及轮齿侧面间隙是否过小。检查拨链器是否过度磨损,观察拨叉是否无法清理链窝内的积煤,检查拨叉与链轮底部的间隙。检查链轮底部是否有积煤层。链环与链轮啮合是否正常,链轮是否磨损严重,有无跳链及别卡现象。如有以上情况,及时更换刮板、横梁、拨链器、链轮等相关损坏的零件,把故障消灭在萌芽期。

6)若局部已经发生断链,可把所有未断裂且已经产生过载弯曲疲劳的链环错位一至两个平环安装,或者扭90°安装,刮板安装位置需错开已经受到弯曲疲劳的链环,延长使用寿命。