神東刮板運輸機鏈條的使用與研究

張硯實

摘 要：刮板運輸機是當今現代化煤礦生產的主要運輸設備，對于整個工作面的安全生產起著至關重要的作用。其中運輸機鏈條是運送物料的核心部件，鏈條的使用情況決定了煤礦的生產效率。而在煤礦綜采生產過程中時常發生運輸機斷鏈事故，嚴重制約煤礦正常生產水平發揮。因此，確保運輸機鏈條的有效運行及對斷鏈原因的分析是十分重要的。文章主要就鏈條的配套使用、斷鏈分析、維護與檢測等方面進行探討。

關鍵詞：刮板運輸機；鏈條；斷鏈；檢測標準；預張緊力

引言

隨著科學技術的發展和煤礦生產機械化程度的不斷提高，刮板運輸機主要發展趨勢是以大采高、高運量、長運距為技術特點不斷向前發展，但在生產過程中由運輸機鏈條所產生的事故及對鏈條的各類維護與檢修嚴重制約了工作面的正常生產，同時也給綜采工作面帶來了嚴重的安全隱患。因此，加強煤礦綜采工作面運輸機鏈條在井下現場的維護、使用和管理顯得尤為重要，降低綜采工作面運輸機鏈條的各類事故，預防其斷鏈情況的發生，是煤礦提高綜采工作面生產效率及產量的一種十分有效途徑。

1 神東在用鏈條現狀

1.1 在用鏈條種類

中國神華神東煤炭集團作為國內首屈一指的龍頭煤企，擁有井田面積1136平方公里，礦區整體產能達到2億噸。近年來神東公司部分礦井大量采用大功率、長運距運輸機投入生產，其最大功率達到3×1600kW，最長運距達到400米。更有世界級5.5米、6.3米、7米大采高工作面，以及中厚偏薄煤層自動化工作面。因此，神東公司面對各種環境與條件各異的工作面，就需要配套種類型號相對匹配的刮板運輸機鏈條，才能滿足全礦區復雜的生產條件。具神東公司設備管理中心數據顯示，目前全礦區使用的刮板運輸機鏈條共計九種，扁平鏈：？準42×146、？準48×152、？準48×144/160、？準42×128/164、？準42×146/110、？準60/135×181/197；寬扁鏈：？準42×146/110、？準48×144/160、？準48×152，鏈條平環直徑及鏈條節距單位均為毫米（mm）。

1.2 刮板運輸機鏈條的配套原則

神東公司旗下的各礦井分布在蒙、陜、晉三省區，地理位置跨度大，地形構造差異性強，導致各礦井煤層薄厚分布不均勻，綜采工作面采高高低不等，從2米小采高至7米大采高分布整個礦區。且礦井每個煤層的設計推進距離長短各異，采煤機單刀割煤距離也不等，導致每個綜采工作面煤層的儲煤量（萬噸級）有多有少。由于儲煤量差距較大，在設備配套上就要有所針對，因此，在綜采工作面設備配套時要充分考慮過煤量級別配備相對應新、舊鏈條問題。這對合理化使用鏈條，充分發揮鏈條使用率，提高單位設備產量具有實際意義。目前神東公司在使用鏈條方面有自己的一套標準，如表1所示。

1.3 鏈條的斷鏈、破損原因分析

礦井生產中，鏈條傳動是主要運輸傳動方式，鏈條的工作性能及壽命決定了礦井機械效率。鏈條的失效會直接導致維修成本上升甚至引發安全事故。因此，研究煤礦在用鏈條傳動失效、斷鏈機理，并通過有效措施降低失效概率和斷鏈發生具有極為重要的實用意義。

1.3.1 鏈條疲勞斷鏈

鏈條的疲勞斷鏈與作用在鏈條上的動載荷有關[1]。鏈條在生產運輸過程中，機頭鏈輪在傳動鏈條時速度是周期波動的，受很多因素影響，時而加速時而減速，盡管這種動載荷力量小得多，但對于礦井機械來說，鏈條所承受的動載荷長期處于變動狀態中。這種鏈條可以承受的、且重復數次不發生疲勞破壞的載荷稱為持久極限載荷F，其最大值最小值公式如下：

Fmax=K？茲min （1）

Fmin=rFmax （2）

其中：K為載荷系數；？茲min為極限抗拉載荷；r為載荷循環性系數。

對于疲勞斷鏈而言，其主要指刮板鏈運轉過程中在小于Fmax拉力作用下，反復作用而引起的疲勞破壞。因此，疲勞斷鏈的機理是在Fmax與Fmin之間產生變動載荷作用下，反復作用次數達到一定程度以上進而鏈條發生自然疲勞破壞現象。由于這種動載荷是運輸機鏈輪帶動鏈條過程中周期性產生的，故可以將其稱之為脈動載荷。

發生疲勞斷鏈，其斷裂口一般在鏈環圓弧部分與鏈環直邊部分連接處，礦井單位俗稱為“肩部”。這種疲勞斷鏈往往是由于鏈環表面缺陷、工作中出現裂痕，裂痕因長期承受脈動載荷而逐漸擴大，使鏈環截面逐漸削弱，最后略受沖擊即突然斷裂。

1.3.2 鏈條過載斷鏈

鏈條過載斷鏈也可稱之為強力斷鏈，即所受力超過其靜態破斷載荷，從而發生突然斷裂。鏈條過載斷鏈一般包含兩種情況：低速載荷下過載拉斷和高速沖擊載荷下沖擊拉斷。其中，低速載荷下過載是指運輸機鏈條在正常運行情況下，因中部槽不直導致雙鏈刮板歪斜運行或是刮板磨損超限導致刮板底面與中部槽中板之間容易塞入碎矸石造成飄鏈等原因，額外加大了運輸機鏈條的運行阻力，造成斷鏈。而沖擊載荷是指以較高的速度施加到部件上的外部載荷，當部件在承受沖擊載荷時，瞬間沖擊所產生的應力與變形要比靜態載荷時大得多[2]。在這種情況下，鏈條極易被拉斷。發生過載斷鏈，其斷裂口一般在鏈環圓弧部分的中間部位或是在某些焊接不良的缺陷部位。

1.3.3 鏈條磨損斷鏈

鏈條在運行過程中與中部槽及物料接觸摩擦而產生磨損，其主要磨損鏈條立環外寬。同時動力鏈輪與鏈環在嚙合時會有一定的相對滑動摩擦而產生磨損，這里主要磨損與鏈輪輪齒相接觸的平環肩部。此外，鏈條平環與鏈條立環之間的磨損也是最常見的磨損形式，是指當鏈環進入和退出機頭、機尾鏈輪嚙合時，相鄰鏈節間發生相對轉動，從而產生摩擦而磨損。這種鏈節間的磨損對鏈條的伸長率、鏈條承受載荷的能力都會產生極大影響。當鏈條的實際節距被拉長，與鏈輪的嚙合點沿輪齒齒高方向外移達到一定尺寸后，就會破壞鏈環與鏈輪之間的正確嚙合，導致脫鏈，造成斷鏈事故。

1.4 鏈條的在用檢測

神東公司經多年對鏈條使用、維護與檢修，研究出一套完整的針對礦用鏈條檢測技術方法。研究中發現鏈條在使用中鏈環的磨損現象非常嚴重，是鏈條破損報廢的主要原因，很多斷鏈事故的發生都是由于磨損造成的。

1.4.1 鏈條的疲勞裂紋檢測

對鏈條疲勞裂紋檢測，主要是使用無損檢測技術，目前神東公司對鏈條分別采用了滲透探傷和磁粉探傷兩種檢測手段。

滲透探傷是神東公司最早采用的一種檢測技術方法，它是利用毛細現象檢查材料表面缺陷的一種無損檢驗方法。滲透探傷操作簡單，費用低廉，缺陷顯示直觀，具有相當高的靈敏度，能發現寬度1微米以下的缺陷。這種方法由于檢驗對象不受材料組織結構和化學成分的限制，因而可以很便捷的應用于刮板運輸機鏈條的探傷檢測中。

磁粉探傷的原理是通過對被檢工件施加磁場使其磁化，在工件的表面或近表面缺陷處將有磁力線逸出而形成漏磁場，有磁極的存在就能吸附施加在工件表面上的磁粉形成聚集磁痕，從而顯示出缺陷的存在。磁粉探傷具有檢測成本低，操作便利，反應快速等特點。

1.4.2 鏈條的伸長量檢測

神東公司經多年實踐研究總結出了一套對鏈條磨損檢測的標準。標準中規定鏈條表面質量檢測、五環伸長率檢測、平環嚙合深度磨損率檢測、破斷力檢測為重要項目，平環直徑檢測、立環直邊厚度檢測為一般項目。重要項目中有一項檢測不合格，則判定整段或整套鏈條不合格；一般項目中有兩項檢測不合格，則判定整段或整套不合格。

以五環伸長率為例，檢測方法如下[3]：

（1）選取被測量鏈條時，應盡量在運輸機較平直區域內選擇；（2） 鏈條五環伸長量使用專用測量工具，其量程應能滿足使用要求；（3）將測量尺的左、右測量爪分別夾在五環最外側兩個立環外邊緣，左右測量爪上的固定卡爪應平放于立環的上表面靠近中心位置上；（4）兩測量爪與立環最外邊緣無間隙為止，旋緊卡尺緊固螺栓，鎖緊測量尺；（5） 記錄數據，重復以上步驟測量對稱側鏈條伸長量；（6）按照下式換算成伸長率五環伸長量轉換成五環伸長率應按式（3）計算：

？啄=（L-L0）/L0×100% （3）

式中：？啄-五環伸長率（%）；L-五環伸長后總長度，單位為毫米（mm）；L0-五環公稱長度，單位為毫米（mm）。

計算結果值不得超過表2中對應的嚴重磨損等級。

2 尚存問題分析

盡管神東煤炭集團在國內煤炭行業尚屬領先企業，無論從技術人才、采煤工藝、還是設備應用上來講，都處在國內乃至世界一流水平線上，且在設備調配上、管理上、應用上及檢測監測方面都有其獨到之處，但在某些方面仍然有些差強人意。

2.1 預緊力

刮板運輸機鏈條為一彈性體，正常運行時因受到拉力，會產生彈性伸長，這個伸長量會使鏈條在驅動鏈輪分離點處松弛，甚至發生堆積（饋鏈）而導致卡鏈、斷鏈或斷齒等事故。為防止該類事故發生，在初安裝時要給其一個初始張力，使其產生一預加的彈性伸長。若這個伸長量與額定負荷下所能產生的伸長量相等，則會避免鏈條松弛，此時驅動鏈輪分離點處的刮板鏈張力正好為零。

初張力（輸送機靜止時，封閉鏈條內的張力）的形成，是靠拉緊裝置實現的[4]。對于某一特定的刮板輸送機，究競需要多大的拉緊力才滿足要求，需要進行專門計算。如前所述，初張力太小，最小張力點處鏈條松弛，運行中會造成“饋鏈”故障；初張力太大，最小張力點處張力和其他各點處張力也就相應增大，這不但增加輸送機運行阻力，更影響運輸機鏈條的使用壽命。

但目前神東公司各礦井綜采工作面鏈條的預緊力沒有統一規定的計算方法，更沒有相關科學的執行標準，只是結合各鏈條生產商的《三機服務手冊》及工作面長度、鏈條規格等預測出一個張力值，也即經驗值。這給綜采工作面鏈條的使用帶來了不穩定因素。因此，在刮板運輸機鏈條預緊力方面還是有很大可研究和開發空間的。

2.2 飄鏈問題

造成運輸機鏈條斷鏈原因很多，其中“鏈條飄鏈”就是其中較為常見的一種。造成飄鏈的原因是因為在某些矸石較多的煤層，采煤時落下的堅硬的矸石塞入刮板下面后，與中部槽中板之間產生間隙，使刮板及鏈條在中部槽運行中漂起，從而發生所謂漂鏈現象。這種飄鏈現象一般發生在刮板磨損較嚴重或是中部槽磨損較嚴重情況下，當然如果刮板與運輸機鏈條的配合不匹配產生松動、間隙等也會造成鏈條飄鏈。一旦發生飄鏈現象極容易造成刮板跳槽、彎曲，鏈條被崩斷等事故。

就目前煤炭行業內，還沒有很有效的解決鏈條飄鏈問題，也沒有引起各煤企重視，因此，加大力度研究、解決飄鏈問題在有效控制煤礦安全生產方面仍有很大的提升空間。

3 前景展望

煤炭開采現今已是一個很成熟的行業領域，通過現代化采煤技術，數字化控制系統等，已經很大程度上提高了煤炭的開采效率，就神東煤炭集團而言，已然應用了國內外最先進的技術手段及設備系統，可以說是世界煤炭企業的領跑者。即便如此，在某些細小的環節中仍有可待開發與值得研究的地方，比如針對鏈條與中部槽磨損問題，仍有很大改進與研究價值，如：神東公司通過使用立環上、下邊更薄的鏈條來盡量避免與中部槽間的接觸摩擦，從而降低磨損。我們稱這種鏈條為“礦用寬扁鏈條”。相對神東公司之前使用過的扁平鏈條，這種鏈條立環橫向寬度有所增加，在壓縮立環厚度基礎上增強了鏈環的抗拉強度。在張緊力的作用下使得鏈條與中部槽中、底板保持一定的運行間隙，使中部槽鏈道處在相當長的一段時間內不再有鏈條磨損，這樣可以大大提高運輸機鏈條與中部槽的使用壽命。

4 結束語

文章介紹了神東公司在用刮板運輸機連條的規格型號、配套原則、斷鏈與磨損原因分析以及檢測技術手段等情況，并針對公司各煤礦的實際使用情況提出了尚存問題分析，對目前煤礦領域不足之處大膽提出前景展望，結合神東公司自身條件與情況，系統的闡述了刮板運輸機鏈條的各方面應用問題，希望通過此文能為我國煤礦行業在用鏈條技術水平提升做出貢獻。

參考文獻

[1]朱國仁，楊剛，闞君武.鏈條的極限拉伸載荷對疲勞性能的探討[J].機械設計與研究，2003，19（5）：45-46.

[2]侯建國，安旭文.鋼材沖擊韌性和應變時效敏感性問題的探討[J].西北水電，2001（2）：35-41.

[3]Q/SH.J.017-2011.煤礦在用刮板鏈檢測技術規范[S].

[4]張海鰲.刮板輸送機鏈條的初張力和緊鏈力[J].煤礦機械，2003（10）：30-32.