礦用高強(qiáng)度圓環(huán)鏈靜拉伸試驗(yàn)自動(dòng)檢測(cè)裝置

樊 偉

（中國(guó)煤炭科工集團(tuán)太原研究院有限公司，山西 太原 030032）

圓環(huán)鏈?zhǔn)枪伟遢斔蜋C(jī)的牽引構(gòu)件，當(dāng)刮板輸送機(jī)運(yùn)行時(shí)，圓環(huán)鏈處于高度張緊的狀態(tài)，容易發(fā)生故障。為了達(dá)到相關(guān)的質(zhì)量要求，延長(zhǎng)其耐久性，有必要圍繞其展開(kāi)靜拉伸強(qiáng)度試驗(yàn)，具體圍繞機(jī)械性能參數(shù)這一層面而展開(kāi)。本文采用激光測(cè)距法，設(shè)計(jì)了一種自動(dòng)測(cè)試裝置，其內(nèi)部組成結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，具有高度的可操作性。

1 礦用高強(qiáng)度圓環(huán)鏈的測(cè)長(zhǎng)和配對(duì)

為了提升系統(tǒng)的運(yùn)行效率，此處選用了礦用高強(qiáng)度圓環(huán)鏈。考慮到鏈條受力均勻性的原則，有必要做好安裝之前的配對(duì)工作。配對(duì)的精確度將會(huì)對(duì)后續(xù)運(yùn)行造成直接影響，因此需要引入礦用鏈條，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)公差的高精度控制，確保其誤差穩(wěn)定在0.5mm范圍內(nèi)。鏈條的加工工序較為復(fù)雜，所涉及到的內(nèi)容也極為豐富，在長(zhǎng)期的積累下必然會(huì)引發(fā)鏈條延長(zhǎng)的問(wèn)題。當(dāng)長(zhǎng)短不同的鏈條一同進(jìn)行工作時(shí)，短鏈條將會(huì)處于劣勢(shì)狀態(tài)，由此加劇驅(qū)動(dòng)輪鏈的負(fù)荷，而這也從側(cè)面反映出鏈條配對(duì)的重要性。

鏈條配對(duì)應(yīng)嚴(yán)格遵循指定的方法進(jìn)行，將其置于地面上，形成一條直線，加之后續(xù)的張緊力作用，可以進(jìn)一步得出實(shí)際的測(cè)量長(zhǎng)度。此處以25m的鏈條為例展開(kāi)分析，圍繞上述所提出的方法而展開(kāi)，由此可以得知其長(zhǎng)度達(dá)到了25.020m。此外，基于相同的方法展開(kāi)測(cè)量，在此基礎(chǔ)上展開(kāi)配對(duì)工作，此時(shí)該鏈條也應(yīng)達(dá)到25.020m，而后使用油漆對(duì)二者進(jìn)行標(biāo)記處理。對(duì)二者進(jìn)行捆綁處理后隨之將其置入箱子內(nèi)，但受礙于箱子規(guī)格偏小的現(xiàn)狀，因此無(wú)法良好的容納下2條鏈條。考慮到此問(wèn)題，需要將其置于不同的箱子內(nèi)，但也需要做出相應(yīng)的標(biāo)記處理。在后續(xù)的取出作業(yè)時(shí)，應(yīng)做好與匹配信息有關(guān)的記錄工作，同時(shí)不允許出現(xiàn)礦井內(nèi)隨即配對(duì)的現(xiàn)象。

頻繁展開(kāi)鏈條尺寸的測(cè)量工作，當(dāng)新鏈條處于初始使用階段，其需要經(jīng)過(guò)一定的時(shí)間才可進(jìn)入磨合期，這一過(guò)程必然會(huì)出現(xiàn)磨損現(xiàn)象，這種伸長(zhǎng)現(xiàn)象與塑性變形并沒(méi)有直接的關(guān)聯(lián)。當(dāng)經(jīng)過(guò)上述階段后，可以發(fā)現(xiàn)鏈條的磨損率將會(huì)處于相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)，基于刮板間測(cè)量環(huán)長(zhǎng)度的方式，可以進(jìn)一步得知鏈環(huán)的磨損程度。為了得到合適的鏈環(huán)內(nèi)長(zhǎng)測(cè)量值，需要確保其處于松弛的狀態(tài)，為了滿足這一條件，可以采取測(cè)量鏈環(huán)外長(zhǎng)的方式。在測(cè)量過(guò)程中，應(yīng)充分明確鏈條的實(shí)際尺寸，同時(shí)分析其制造環(huán)節(jié)所帶來(lái)的變形值。當(dāng)鏈條處于張緊狀態(tài)時(shí)，需要使用專業(yè)的量規(guī)展開(kāi)測(cè)量，由此得各環(huán)的尺寸，頻繁對(duì)工作面進(jìn)行檢查，并做好相關(guān)數(shù)據(jù)的記錄工作。當(dāng)不具備量規(guī)時(shí)，利用卷尺進(jìn)行測(cè)量也是可行的方式。

當(dāng)鏈條投入使用后，必然會(huì)帶來(lái)一定的磨損，此時(shí)鏈條的節(jié)距不可避免也會(huì)出現(xiàn)一定的伸長(zhǎng)現(xiàn)象。因此有必要制定出一個(gè)切實(shí)可行的檢修制度，充分獲悉鏈環(huán)磨損程度以及節(jié)距的變化幅度，從而得知具體的磨損水平。這是展開(kāi)后續(xù)工作的必要基礎(chǔ)，能夠確保生產(chǎn)工作在安全的環(huán)境下進(jìn)行。在運(yùn)行鏈條管理程序時(shí)，應(yīng)在指定的技術(shù)人員指導(dǎo)下展開(kāi)，任何一項(xiàng)操作均需要符合相關(guān)規(guī)范，同時(shí)應(yīng)做好程序的維護(hù)工作。注重對(duì)鏈條節(jié)距的測(cè)量，通常情況下需要得知5個(gè)環(huán)的段長(zhǎng)情況，并獲悉鏈條的外長(zhǎng)變化程度。

2 圓環(huán)鏈的靜拉伸強(qiáng)度試驗(yàn)

以樣本鏈條為基準(zhǔn)，對(duì)其進(jìn)行加載作業(yè)，這是圓環(huán)鏈靜拉伸強(qiáng)度試驗(yàn)的基本內(nèi)容，經(jīng)此環(huán)節(jié)后可以進(jìn)一步得知伸長(zhǎng)率等指標(biāo)。相較于最小斷應(yīng)力而言，所得到的試驗(yàn)應(yīng)力應(yīng)達(dá)到該值的80%；此外，相較于總伸長(zhǎng)率而言，破斷環(huán)節(jié)應(yīng)占據(jù)其中的12%。

2.1 試驗(yàn)負(fù)荷下最大伸長(zhǎng)率

在實(shí)際試驗(yàn)中，應(yīng)將樣本牢固放置在試驗(yàn)設(shè)備上，持續(xù)進(jìn)行加載作業(yè)，以試驗(yàn)所提出的負(fù)荷為基準(zhǔn)，當(dāng)進(jìn)行到該值的一半時(shí)需要回歸到初始負(fù)荷狀態(tài)，此時(shí)應(yīng)進(jìn)行一次測(cè)量作業(yè)，由此明確其長(zhǎng)度值；而后再次進(jìn)行加載，此時(shí)速度應(yīng)較快，每秒應(yīng)達(dá)到20MPa，相較于試驗(yàn)負(fù)荷而言，所得到的實(shí)際值應(yīng)為該值的100%～110%。基于上述操作后可以得到相關(guān)數(shù)據(jù)，利用如下公式可以得出實(shí)際伸長(zhǎng)率：

式中：

l-在試驗(yàn)負(fù)荷狀態(tài)下所得到的標(biāo)定長(zhǎng)度，mm；

l0-建立在初始負(fù)荷條件下，其標(biāo)定長(zhǎng)單，mm。

參考相關(guān)規(guī)范可知：對(duì)于B級(jí)鏈而言，其所帶來(lái)的伸長(zhǎng)率最大值為1.4，C、D兩級(jí)對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)分別為1.6與1.9。

2.2 破斷負(fù)荷及破斷總伸長(zhǎng)率

關(guān)于破斷負(fù)荷的基本概念，建立在拉伸試驗(yàn)的基礎(chǔ)之上，是試鏈所具備的負(fù)荷極值。當(dāng)持續(xù)對(duì)樣本進(jìn)行加載處理時(shí)，則會(huì)引發(fā)斷裂現(xiàn)象，由此可以進(jìn)一步得知破斷總伸長(zhǎng)量l，并進(jìn)一步得知其總伸長(zhǎng)率，具體公式如下：

式中：

?l-發(fā)生破斷現(xiàn)象時(shí)的伸長(zhǎng)量，借助于負(fù)荷拉伸曲線便可以得知，mm；

n-樣本單位鏈所對(duì)應(yīng)的環(huán)數(shù)；

P-樣本單位鏈所對(duì)應(yīng)的節(jié)距，mm。

靜拉伸曲線如圖1所示。

圖1 靜拉伸曲線

2.3 伸長(zhǎng)量的測(cè)量方法

在整個(gè)圓環(huán)鏈靜拉伸強(qiáng)度試驗(yàn)中，最為核心的便是參數(shù)的測(cè)量工作，其中又以伸長(zhǎng)量這一指標(biāo)尤為重要。整個(gè)檢測(cè)裝置所涉及到的內(nèi)容極為豐富，其工作原理如圖2所示。

圖2 機(jī)械裝置

借助于半圓銷結(jié)構(gòu)可以完成對(duì)圓環(huán)鏈4的連接處理，使其緊固的置于梯形卡塊上，加之磁吸力的作用，可以將其牢牢地放置在L型測(cè)量桿上。圓環(huán)鏈的下方區(qū)域需要設(shè)置一個(gè)激光測(cè)距傳感器，確保測(cè)試頭能夠與測(cè)量桿處于相對(duì)的位置。在進(jìn)行加載時(shí)，應(yīng)當(dāng)持續(xù)對(duì)試樣進(jìn)行拉伸處理，由此延長(zhǎng)測(cè)桿與傳感器的間距，這可以得出加大拉伸量的問(wèn)題。在本系統(tǒng)中，使用型號(hào)為H-PT50的極光測(cè)距傳感器，其具有高度的穩(wěn)定性，同時(shí)尺寸較小，因此有助于安裝工作的進(jìn)行。采用L型可伸縮的測(cè)量桿，一方面可以擴(kuò)大側(cè)頭端的尺寸，另一方面可以提升測(cè)量精度。

3 自動(dòng)檢測(cè)裝置硬件設(shè)計(jì)

從檢測(cè)裝置的組成上看，其主要由上下位機(jī)兩大部分組成。下位機(jī)設(shè)置有單片機(jī)，涉及到大量的傳感器以及電源等模塊。

在進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，最為重要的是拉力信號(hào)，它需要借助于傳感器接收，借助于電路可以對(duì)其進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，而后將該信號(hào)進(jìn)一步傳輸給單片機(jī)，從而展開(kāi)相關(guān)的數(shù)據(jù)處理工作，并將其進(jìn)行存儲(chǔ)與顯示處理，最終到達(dá)上位機(jī)之中。

系統(tǒng)的下位機(jī)主要由ATmega128單片機(jī)構(gòu)成，具有豐富的功能，諸如A/D轉(zhuǎn)換或是輸出等。調(diào)理電路可以實(shí)現(xiàn)對(duì)所獲得的模擬量展開(kāi)處理，進(jìn)行相關(guān)的變化以及濾波處理，從而得到0-5V的輸入信號(hào)，此時(shí)可以滿足于A/D轉(zhuǎn)換器的要求。為了確保與上位機(jī)的穩(wěn)定通信，此處為之適配了RS-232串行通信接口，由此完成與上位機(jī)的數(shù)據(jù)交換工作。使用的是LCD 1602顯示器，并為之適配了矩陣式鍵盤，由此達(dá)到了人機(jī)交互的效果。借助于鍵盤，可以完成參數(shù)的設(shè)置工作，并將其精準(zhǔn)地顯示出來(lái)。

4 高強(qiáng)度圓環(huán)鏈靜拉伸試驗(yàn)自動(dòng)檢測(cè)裝置應(yīng)用

4.1 應(yīng)用范圍

600T電液伺服臥式拉力試驗(yàn)機(jī)主要用于鏈條等較長(zhǎng)試樣的拉伸性能試驗(yàn)，測(cè)定其力學(xué)性能參數(shù)。

4.2 技術(shù)性能特點(diǎn)

（1）利用原600T電液伺服臥式拉力試驗(yàn)機(jī)主機(jī)、油源、電器系統(tǒng)，保證不低于原機(jī)的所有性能指標(biāo)。

（2）控制系統(tǒng)改造

采用德國(guó)DOLI公司全數(shù)字EDC220測(cè)控器與電液伺服技術(shù)和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了試驗(yàn)力（應(yīng)力）、位移等全閉環(huán)控制方式，并且控制方式可以在試驗(yàn)過(guò)程中無(wú)沖擊平滑轉(zhuǎn)換，完成試驗(yàn)方法所要求的全自動(dòng)程序控制試驗(yàn)，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)顯示試驗(yàn)狀態(tài)，自動(dòng)采集、存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，繪制多種試驗(yàn)曲線，計(jì)算試驗(yàn)結(jié)果，求取試驗(yàn)參數(shù)，并且軟件還具有再分析功能（存儲(chǔ)和再現(xiàn)試驗(yàn)過(guò)程及結(jié)果），打印試驗(yàn)報(bào)告（包括曲線和結(jié)果）。全數(shù)字測(cè)控器EDC220具有如下特點(diǎn) ：

①基于FPGA（高密度現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列）的技術(shù)，其特點(diǎn)是高速處理能力、超低噪聲、高抗干擾、高采樣頻率（100次/s）。②測(cè)力分辨率高（24位），且內(nèi)外不分檔，全程分辨率不變，用戶可根據(jù)試驗(yàn)需要自行設(shè)定。③測(cè)力傳感器為負(fù)荷式傳感器。④開(kāi)放式數(shù)據(jù)聯(lián)接接口，可實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)力、變形、位移等閉環(huán)控制，以多步驟方式控制恒試驗(yàn)力、恒變形、恒位移、勻應(yīng)力速率、勻應(yīng)變速率、勻位移速率。在試驗(yàn)過(guò)程中試驗(yàn)力、變形、位移三種控制方式之間可無(wú)沖擊、平滑轉(zhuǎn)換。⑤具有自動(dòng)調(diào)零、自動(dòng)標(biāo)定等功能。⑥具有超載、超行程、過(guò)壓、過(guò)流、過(guò)熱等保護(hù)功能。

礦用高強(qiáng)度圓環(huán)鏈?zhǔn)敲旱V井下機(jī)械化采煤的主要設(shè)備刮板輸送機(jī)上的傳送鏈，是設(shè)備的關(guān)鍵件和易損件。刮板輸送機(jī)在井下工作時(shí)，礦用高強(qiáng)度圓環(huán)鏈除循環(huán)承載承受拉一拉疲勞外，還會(huì)受到接觸疲勞、沖擊、彎曲、磨損、腐蝕等。由于鏈條設(shè)計(jì)、制造、使用、維護(hù)以及服務(wù)和工作條件的影響會(huì)導(dǎo)致各種鏈條失效的出現(xiàn)(包括應(yīng)力腐蝕和腐蝕疲勞斷裂)，將會(huì)嚴(yán)重影響煤礦的正常生產(chǎn)，給煤礦造成較大的經(jīng)濟(jì)損失。礦用高強(qiáng)度圓環(huán)鏈靜拉伸試驗(yàn)自動(dòng)檢測(cè)裝置可以提高鏈條的制造質(zhì)量，礦用高強(qiáng)度圓環(huán)鏈的質(zhì)量高低直接影響煤礦的煤炭產(chǎn)量和效益。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，本文圍繞圓環(huán)鏈伸長(zhǎng)量展開(kāi)探討，提出一些可行的檢測(cè)方式，能夠滿足不同型號(hào)圓環(huán)鏈靜拉伸試驗(yàn)。所提出的檢測(cè)裝置具有高度的自動(dòng)化水平，對(duì)于行業(yè)的發(fā)展起到了強(qiáng)有力的推動(dòng)作用。