刮板机链轮磨损规律及磨损标识制定方法研究

郭建军 GUO Jian-jun；王鹏 WANG Peng；成敏 CHENG Min

（宁夏天地奔牛实业集团有限公司，银川 750011）

0 引言

刮板机是一种以链条为牵引机构的连续运输机械，链传动是现有刮板输送机的驱动方式，动力部带动链轮旋转使用刮板链绕过链轮作无限闭合循环运行行带动物料沿着溜槽移动。链轮链窝与刮板链组件啮合运行，链轮链窝处于正常状态是链轮与刮板链合理啮合的前提条件，链窝的过度磨损，严重程度影响着链条、刮板和压板的使用寿命[1]。

由于缺少链轮链窝磨损标识界限，链轮达到使用寿命仍被过度使用，链轮处于超磨损状态、超寿命使用状态，导致与其配合的刮板、压板断裂、链条磨损、链轮跳链等事故发生，严重影响煤矿用户的生产效率和经济效益，因此需要研究链轮磨损规律，制定链轮链窝磨损标识，指导用户及时更换过度磨损的链轮，消除设备故障隐患，保证设备完好。

1 链轮磨损规律函数分析法

如图1 所示，刮板输送机链轮一般齿数较少，根据链传动的多边形效应理论，链轮链窝在与圆环链啮合过程中，承受较大的交变载荷和附加的冲击载荷。在刮板链和链轮链窝正常啮合传动的过程中，链窝的磨损遵循一定的磨损变化规律，且链窝在磨损时X 方向（链窝长度方向）和Y 方向（链窝深度方向）的增量满足一定的函数关系式[2-3]。

图1 链条与链轮正常啮合示意图

如图2 和图3 所示，链条与链轮啮合时，随着链窝的磨损量的不断增大，图2 中的∠ABC 在不断地增大，节圆半径OA（r）也在发生变化，具体的计算步骤如下。

图2 链条与链轮正常啮合简化示意图

图3 链窝相关尺寸随磨损变化示意图

由图1 和图2 可以看出：AB=p+d，BC=p-d 其中：p——链条节距；d——链条直径。

节圆的半径

根据上面的计算分析可知道节圆的半径：

由此可知，随着∠ABC 的不断增大，链轮实际节圆的半径在不断的增大。由图2 及上述节圆半径的公式可知，△ABC 中AB 和BC 两条边长度不变，但随着链窝的变化，∠ABC 的值在变大，AC 边增长，实际节圆半径在变大，且△ABC 的A 和C 两个顶点始终在实际节圆上。

由图3 可以看出，理论的链窝相关尺寸随着磨损量的增加而发生变化，设△ABC 为基础理论值的链窝情况，设A 点坐标为（X，Y），随着磨损A 点的水平方向增加ΔX 到A′点，垂直方向增加了ΔY 到B′点，∠ABC 角度值增加Δα。由根据三角函数及三角形性质和圆方程性质可以求得：r 为变化后的节圆半径。

设角度增量值为n°，则关系式为：

其中：p——链条节距（mm）；

d——链条直径（mm）；

N——链轮齿数；

n——∠ABC 度数增量值（°）；

r——链轮实际节圆半径（mm）。

根据式（4）、式（5）可以看出，点A 坐标的变化值ΔX、ΔY 和∠ABC 角度变化值Δα 存在一定的函数关系，当A点坐标在改变时，节圆的直径也在变化，即随着X 的增大和Y 的减小，节圆半径r 在变大。

2 链轮磨损规律逐点作图法

以φ38×137 链条配套的链轮为例，对链窝的磨损情况进行分析研究，与较为繁琐的理论计算相比较，作图法可对各个相关尺寸之间的关系进行简化处理，研究分析较为简便。下面分别以∠ABC 和增量ΔX 为变值对链轮相关尺寸的变化曲线进行研究。

2.1 以∠ABC 为变量的链轮链轮磨损研究

设变量为∠ABC 的值，基础角度值为154.286°，每次增幅1°，共增18 次，根据角度值可计算得出表1 中的数据。

表1 以∠ABC 为变量的链轮相关尺寸对照值表

对表1 中的数值进行整理分析，利用描点画图方法对各个尺寸值之间的关系进行研究，可得出如图4 所示的简化关系曲线图。

图4 38 规格链轮节圆直径随∠ABC 增量变化规律曲线

由图4 可以看出链轮实际节圆的直径在随着角度ABC 的增大而增大，且根据上面的分析整理和数据归纳，链轮实际节圆的直径与角度ABC 的变化函数关系式（6），设角度增量值为n°，则关系式为：

2.2 以增量ΔX 为变量的链轮磨损研究

设变量为ΔX，基础值为0，每次增幅2mm，共增18次，根据ΔX 值可计算得出表2 中的相关其他数据。

表2 以增量ΔX 为变量的链轮相关尺寸对照值表

对表2 中的数值进行整理分析，利用描点画图方法对各个尺寸值之间的关系进行研究，可得出如图5 所示的简化关系曲线图。

图5 38 规格链轮链窝根部圆心点X/Y 增量关系曲线图

由图5 可以看出链轮链窝根部圆心Y 的增量ΔY 随着X 的增量ΔX 增大而减小，近似成二次曲线关系，经过分析整理和数据归纳，链轮链窝根部圆心Y 的增量ΔY 与X 的增量ΔX 的变化函数关系式如式（7），设增量为ΔX，则关系式为：

其中：ΔX——链轮链窝根部圆心X 的增量（mm）；

ΔY——链轮链窝根部圆心Y 的增量（mm）。

3 链轮磨损标识的制定方法

在制定链轮链窝磨损标识时，主要考虑在节距方向的磨损，对于窝底方向的磨损量，因对正常的刮板链运转影响不大，可忽略不予考虑。所以在对标识的制定方法研究时，需要考虑的问题主要为节距方向磨损对链传动的影响[4-5]。

链窝节距方向的磨损对链传动的影响主要有几个方面：

①链窝的磨损可能影响刮板链与链轮的正常啮合和整机运行性能。链窝从开始使用到报废，要保证链轮的磨损量不能发生刮板、压板的刮卡事故和传动无力等事故。

②链窝磨损过大，影响轮齿刚度，在受到链条拉力作用下造成轮齿变形。

③链窝磨损可能导致淬硬层磨完，淬硬层是链窝表面有较大硬度和耐磨性的保证，也是提高链轮使用寿命的关键，为保证链轮使用寿命，应尽量使用到链窝淬硬层完全磨损。

所以制定链轮报废标准时有两个重要的条件需要满足：

①提醒用户即将或可能发生刮板链与链轮链窝无法正常啮合情况，例如发生刮板、压板的刮卡事故、传动无力和跳链等事故，需对该链轮进行更换或维修。

②提醒用户链轮链窝淬硬层即将磨损完，需对该链轮进行更换或维修。

根据上面分析的链轮报废时需满足的两个条件，对链轮磨损标识的制定方法如下：

①如图6 所示，确定刮板组件与链轮轮齿的间隙量，代入链窝磨损X/Y 方向规律公式ΔY=-0.0042ΔX2进行验证，为保证磨损标识的灵敏度，链窝磨损到磨损标识时链轮轮齿与刮板组件间隙量最小为2mm。

图6 刮板组件与链轮齿位置示意图

②一般情况下链窝加工完后需进行热处理，形成淬硬层，提高链轮链窝耐磨性，当链轮链窝磨损到磨损标识后，淬硬层最少留取2mm。

③为了便于识别链轮链窝磨损情况，应在链轮齿顶面标记出链轮磨损标识，根据链轮磨损标识边界距离淬硬层外轮廓最小距离2mm 的要求，得到矩形边界的链轮磨损标识，可在加工链轮链窝时，在任意链轮齿顶面加工矩形链轮磨损标识，用于判断链轮链窝磨损情况。链轮使用过程中，观察链轮主驱动面轮廓是否达到链轮磨损极限标识界限。如果链轮主驱动面轮廓达到链轮磨损极限标识界限，应将链轮换向使用，换向后另一侧链窝外轮廓线也达到磨损极限标识界限时，应报废此链轮，立即更换新链轮。

4 结语

针对目前常用链轮缺少链窝磨损标识界限，导致链轮达到使用寿命仍被过度使用问题，论文采用链轮磨损规律函数分析法和链轮磨损规律逐点作图法，详细研究了链轮磨损规律，得到了链轮报废所需满足的基本条件，总结出了链轮磨损标识的制定方法，用户可根据链轮磨损标识，判断链轮是否处于可继续使用的状态，指导用户及时更换过度磨损的链轮，消除设备故障隐患，提高设备完好率。