刮板機鏈輪磨損規律及磨損標識制定方法研究

郭建軍 GUO Jian-jun；王鵬 WANG Peng；成敏 CHENG Min

（寧夏天地奔牛實業集團有限公司，銀川 750011）

0 引言

刮板機是一種以鏈條為牽引機構的連續運輸機械，鏈傳動是現有刮板輸送機的驅動方式，動力部帶動鏈輪旋轉使用刮板鏈繞過鏈輪作無限閉合循環運行行帶動物料沿著溜槽移動。鏈輪鏈窩與刮板鏈組件嚙合運行，鏈輪鏈窩處于正常狀態是鏈輪與刮板鏈合理嚙合的前提條件，鏈窩的過度磨損，嚴重程度影響著鏈條、刮板和壓板的使用壽命[1]。

由于缺少鏈輪鏈窩磨損標識界限，鏈輪達到使用壽命仍被過度使用，鏈輪處于超磨損狀態、超壽命使用狀態，導致與其配合的刮板、壓板斷裂、鏈條磨損、鏈輪跳鏈等事故發生，嚴重影響煤礦用戶的生產效率和經濟效益，因此需要研究鏈輪磨損規律，制定鏈輪鏈窩磨損標識，指導用戶及時更換過度磨損的鏈輪，消除設備故障隱患，保證設備完好。

1 鏈輪磨損規律函數分析法

如圖1 所示，刮板輸送機鏈輪一般齒數較少，根據鏈傳動的多邊形效應理論，鏈輪鏈窩在與圓環鏈嚙合過程中，承受較大的交變載荷和附加的沖擊載荷。在刮板鏈和鏈輪鏈窩正常嚙合傳動的過程中，鏈窩的磨損遵循一定的磨損變化規律，且鏈窩在磨損時X 方向（鏈窩長度方向）和Y 方向（鏈窩深度方向）的增量滿足一定的函數關系式[2-3]。

圖1 鏈條與鏈輪正常嚙合示意圖

如圖2 和圖3 所示，鏈條與鏈輪嚙合時，隨著鏈窩的磨損量的不斷增大，圖2 中的∠ABC 在不斷地增大，節圓半徑OA（r）也在發生變化，具體的計算步驟如下。

圖2 鏈條與鏈輪正常嚙合簡化示意圖

圖3 鏈窩相關尺寸隨磨損變化示意圖

由圖1 和圖2 可以看出：AB=p+d，BC=p-d 其中：p——鏈條節距；d——鏈條直徑。

節圓的半徑

根據上面的計算分析可知道節圓的半徑：

由此可知，隨著∠ABC 的不斷增大，鏈輪實際節圓的半徑在不斷的增大。由圖2 及上述節圓半徑的公式可知，△ABC 中AB 和BC 兩條邊長度不變，但隨著鏈窩的變化，∠ABC 的值在變大，AC 邊增長，實際節圓半徑在變大，且△ABC 的A 和C 兩個頂點始終在實際節圓上。

由圖3 可以看出，理論的鏈窩相關尺寸隨著磨損量的增加而發生變化，設△ABC 為基礎理論值的鏈窩情況，設A 點坐標為（X，Y），隨著磨損A 點的水平方向增加ΔX 到A′點，垂直方向增加了ΔY 到B′點，∠ABC 角度值增加Δα。由根據三角函數及三角形性質和圓方程性質可以求得：r 為變化后的節圓半徑。

設角度增量值為n°，則關系式為：

其中：p——鏈條節距（mm）；

d——鏈條直徑（mm）；

N——鏈輪齒數；

n——∠ABC 度數增量值（°）；

r——鏈輪實際節圓半徑（mm）。

根據式（4）、式（5）可以看出，點A 坐標的變化值ΔX、ΔY 和∠ABC 角度變化值Δα 存在一定的函數關系，當A點坐標在改變時，節圓的直徑也在變化，即隨著X 的增大和Y 的減小，節圓半徑r 在變大。

2 鏈輪磨損規律逐點作圖法

以φ38×137 鏈條配套的鏈輪為例，對鏈窩的磨損情況進行分析研究，與較為繁瑣的理論計算相比較，作圖法可對各個相關尺寸之間的關系進行簡化處理，研究分析較為簡便。下面分別以∠ABC 和增量ΔX 為變值對鏈輪相關尺寸的變化曲線進行研究。

2.1 以∠ABC 為變量的鏈輪鏈輪磨損研究

設變量為∠ABC 的值，基礎角度值為154.286°，每次增幅1°，共增18 次，根據角度值可計算得出表1 中的數據。

表1 以∠ABC 為變量的鏈輪相關尺寸對照值表

對表1 中的數值進行整理分析，利用描點畫圖方法對各個尺寸值之間的關系進行研究，可得出如圖4 所示的簡化關系曲線圖。

圖4 38 規格鏈輪節圓直徑隨∠ABC 增量變化規律曲線

由圖4 可以看出鏈輪實際節圓的直徑在隨著角度ABC 的增大而增大，且根據上面的分析整理和數據歸納，鏈輪實際節圓的直徑與角度ABC 的變化函數關系式（6），設角度增量值為n°，則關系式為：

2.2 以增量ΔX 為變量的鏈輪磨損研究

設變量為ΔX，基礎值為0，每次增幅2mm，共增18次，根據ΔX 值可計算得出表2 中的相關其他數據。

表2 以增量ΔX 為變量的鏈輪相關尺寸對照值表

對表2 中的數值進行整理分析，利用描點畫圖方法對各個尺寸值之間的關系進行研究，可得出如圖5 所示的簡化關系曲線圖。

圖5 38 規格鏈輪鏈窩根部圓心點X/Y 增量關系曲線圖

由圖5 可以看出鏈輪鏈窩根部圓心Y 的增量ΔY 隨著X 的增量ΔX 增大而減小，近似成二次曲線關系，經過分析整理和數據歸納，鏈輪鏈窩根部圓心Y 的增量ΔY 與X 的增量ΔX 的變化函數關系式如式（7），設增量為ΔX，則關系式為：

其中：ΔX——鏈輪鏈窩根部圓心X 的增量（mm）；

ΔY——鏈輪鏈窩根部圓心Y 的增量（mm）。

3 鏈輪磨損標識的制定方法

在制定鏈輪鏈窩磨損標識時，主要考慮在節距方向的磨損，對于窩底方向的磨損量，因對正常的刮板鏈運轉影響不大，可忽略不予考慮。所以在對標識的制定方法研究時，需要考慮的問題主要為節距方向磨損對鏈傳動的影響[4-5]。

鏈窩節距方向的磨損對鏈傳動的影響主要有幾個方面：

①鏈窩的磨損可能影響刮板鏈與鏈輪的正常嚙合和整機運行性能。鏈窩從開始使用到報廢，要保證鏈輪的磨損量不能發生刮板、壓板的刮卡事故和傳動無力等事故。

②鏈窩磨損過大，影響輪齒剛度，在受到鏈條拉力作用下造成輪齒變形。

③鏈窩磨損可能導致淬硬層磨完，淬硬層是鏈窩表面有較大硬度和耐磨性的保證，也是提高鏈輪使用壽命的關鍵，為保證鏈輪使用壽命，應盡量使用到鏈窩淬硬層完全磨損。

所以制定鏈輪報廢標準時有兩個重要的條件需要滿足：

①提醒用戶即將或可能發生刮板鏈與鏈輪鏈窩無法正常嚙合情況，例如發生刮板、壓板的刮卡事故、傳動無力和跳鏈等事故，需對該鏈輪進行更換或維修。

②提醒用戶鏈輪鏈窩淬硬層即將磨損完，需對該鏈輪進行更換或維修。

根據上面分析的鏈輪報廢時需滿足的兩個條件，對鏈輪磨損標識的制定方法如下：

①如圖6 所示，確定刮板組件與鏈輪輪齒的間隙量，代入鏈窩磨損X/Y 方向規律公式ΔY=-0.0042ΔX2進行驗證，為保證磨損標識的靈敏度，鏈窩磨損到磨損標識時鏈輪輪齒與刮板組件間隙量最小為2mm。

圖6 刮板組件與鏈輪齒位置示意圖

②一般情況下鏈窩加工完后需進行熱處理，形成淬硬層，提高鏈輪鏈窩耐磨性，當鏈輪鏈窩磨損到磨損標識后，淬硬層最少留取2mm。

③為了便于識別鏈輪鏈窩磨損情況，應在鏈輪齒頂面標記出鏈輪磨損標識，根據鏈輪磨損標識邊界距離淬硬層外輪廓最小距離2mm 的要求，得到矩形邊界的鏈輪磨損標識，可在加工鏈輪鏈窩時，在任意鏈輪齒頂面加工矩形鏈輪磨損標識，用于判斷鏈輪鏈窩磨損情況。鏈輪使用過程中，觀察鏈輪主驅動面輪廓是否達到鏈輪磨損極限標識界限。如果鏈輪主驅動面輪廓達到鏈輪磨損極限標識界限，應將鏈輪換向使用，換向后另一側鏈窩外輪廓線也達到磨損極限標識界限時，應報廢此鏈輪，立即更換新鏈輪。

4 結語

針對目前常用鏈輪缺少鏈窩磨損標識界限，導致鏈輪達到使用壽命仍被過度使用問題，論文采用鏈輪磨損規律函數分析法和鏈輪磨損規律逐點作圖法，詳細研究了鏈輪磨損規律，得到了鏈輪報廢所需滿足的基本條件，總結出了鏈輪磨損標識的制定方法，用戶可根據鏈輪磨損標識，判斷鏈輪是否處于可繼續使用的狀態，指導用戶及時更換過度磨損的鏈輪，消除設備故障隱患，提高設備完好率。