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输送机链条的选择、安装和使用

---GEOFF博士,   PCC英国专家、英国皇家材料协会理事、剑桥大学博士

这个材料旨在给那些没有专门的现代输送链条的使用知识的用户以指导,帮助他们确保输送链得到最佳使用和最长的使用寿命。本材料以长工作面输送机的煤矿为基本出发点,但是大多数也适用于其他短输送机、其它矿井和输送的场合。此材料分几部分进行阐述,含盖了从最初的如何选择链条到最后的链条更换,有时这些步骤之间有重叠,但是建议全部仔细的阅读整个材料。

一、选择

选择链条的任务从简单到复杂变化很大。如果需要在一个运转正常的工作面更换一条链条,如果不期望改变,那就有理由选择质量已经得到证实的链条。如果工使作面和所有附属的设备是新的,没有经验来指导用户,此时要认真地与输送设备生产商和链条生产商进行讨论。

输送设备生产商决定链条尺寸和等级的时候要考虑各种各样的因素,主要考虑的参数是工作面的长度,采煤面宽度和深度,刨煤机的速度,它控制刨煤的速率,然后推出输送机的宽度和速度。假定最初已经选定了链条的尺寸,推出链条的重量和刮板组件。根据这个和其它参数,可以计算输送电机的功率,它给出了链条可以承受的最大拉力。最初的假设输送带是水平、直线输送的。如果煤井是向上的,需要增加功率,如果是向下的斜坡,传送功率可以相应减少。弯曲或折弯的输送带功率要相应提高。

链条等级

链条尺寸的选择实际取决于链条的破断强度等级。今天使用的强度等级是从DIN ‘B’ (630MPa)级链,到最常用的800MPa的‘C’级链,到特殊的XTRA(典型到1000MPa)加强链。当强度等级提高时,其破断强度、屈服点、可以加载的最大工作负荷和疲劳强度都随之提高。不同的输送机生产商选择不同的标准或安全因数,有的基于破断强度的一半或低于一半,有的选择屈服点的80%作为基础,它类似于DIN22252给出的操作负荷。链条的尺寸必须大于上述计算结果的最大值。

工作条件

再调整就是要反映出进一步的使用条件,如果需要特殊长的寿命,就要选择大规格链条,可以预先计算出寿命提高了多少。如果期望有特殊的耐磨性,就要再次选择大规格链条。煤是一种很好的润滑剂,磨损很轻,但是如果煤中混杂了岩石,例如砂岩,就有很高的磨损系数,特别是湿润的花岗岩影响就更大。如果考虑刨煤中夹杂着一种磨损岩石,它的磨损就要考虑进来。磨损条件越严酷,要求的链条强度就越高,即链条的强度等级越高,意味着硬度也更高。最终可能选择表面硬化的链条,但是这种链条会牺牲它的韧性,不适合在长工作面输送机恶劣条件下使用,但是适合在短的、机械处理输送的、有磨损的场合使用。

另外要考虑的是煤层的地理条件,煤是很容易的开采下来以小的均匀的形状掉到输送带上,还是会突然发生冒顶,大块的煤伴随着岩石砸落在输送带上,这会导致链条突然增加冲击负荷,也许这种情况需要更大规格的链条。

腐蚀

最后要考虑的是工作环境的腐蚀条件。一个很长的工作面要通过不同的地质岩层,可能会有大量的水渗漏,如果水中积累了氯离子,呈酸性(PH<7),就认为水是有腐蚀性的,会影响到链条的寿命,如果有怀疑,就必须寻求ZCC的帮助,倾听他们的建议。

水的腐蚀性不一定会在链条表面或其他金属表面明显的显示出来,但是卡宴看出腐蚀坑的蔓延发展,特别是在链环的非磨损区域,这些坑通常是日后疲劳裂纹的起始点。最严重的情况是,水的腐蚀性足够大,产生的应力腐蚀会裂纹导致链环机械失效。此时链条开始工作也许才仅仅几周,即使很小的可见腐蚀,但是在顶部或直臂部会产生很深的裂纹,在断裂处呈现黑色。煤层工作面穿过不同的地质条件腐蚀条件变化很大,可以从温和性变到腐蚀性,再过几天又恢复到以前的情况,在一个煤层这个工作面有问题,但是到了另一个就没有了。但是通常水的腐蚀性是可知的、可以预知的。

如果认为水有腐蚀性,就要听取ZCC的建议。如果使用标准链条,也许工作几天、几周链条就失效了,特别链条工作在不了解水的性质的情况下。有几种解决的办法,如果链条的强度等级从C级变到B级,突然失效的风险就会减小,当然有必要使用更大规格的链条。此种条件下不推荐使用XTRA链条。

ZCC可以提供一种合金链条对腐蚀性水有特殊的抗腐蚀作用,对阻止产生应力腐蚀裂纹特别有效,称为COR-X链条,它容许你在腐蚀条件下使用高强度链条,也意味着你可以使用重量更轻、规格更小、寿命更长的链条。

一些链条生产厂家提供热浸锌链条,ZCC不推荐使用此种链条,这种产品降低了破断负荷,在最需要的部位即顶部、直臂部和肩部的浸锌很快就会磨损掉。使用这种链条仅有的可能性是在浸锌之前对链条进行去除应力加工,加到硬度软一点的链条上。如认为特别必要,要由ZCC进行去除应力的加工操作。

二、储存

矿用链设计的初衷是耐用、有一定的抗腐蚀性,从ZCC发货的链条都涂了一层轻质油,用来帮助抵抗表面的腐蚀。对于出口产品链条要装在木箱内用塑料袋包装。这种包装,加上涂的轻油,在条件好的情况下可以保存几个月。但是箱子和袋子会损坏,特别是货物海运。有的地方收到货物的时候,要打开包装进行检查,如果未检查的链条存放在露天,几天之内就会产生腐蚀,起初只是表面出现红锈,后果并不严重。

但是几个星期后就会出现某种形式的坑凹式腐蚀,尤其是链条放在不流动的水坑里,比如雨水坑,或水渗到破了的袋子里,这种腐蚀大概是黑色或深色的颜色,毫米深的腐蚀坑会延伸,特别是链环相互接触的时候更是如此。在检查中可能用肉眼不容易看出来,但是每一个坑都可能是链条投入使用时产生疲劳裂纹的起始点。除非加涂特殊的防腐油,否则链条在室外存放六个月会大大减少其工作寿命。所以建立一个好的规范,不要计划长期保存链条,任何暂时不使用的链条都要妥善保护,放在一个干燥的地方。

三、安装

测长和配对

ZCC生产的矿用链条都严格控制公差,每个环公差都小于0.5mm。但是由于生产加工的周期长,小的误差积累会引起链条总长度出现可以测量出的长度变化。如果一条长链条和一条短链条配在一起工作,短链条从驱动链轮得到的负荷会增加,附属的刮板就会趋向横向推输送机。为了避免此类情况发生,保证从第一天开始链条工作寿命和系统平稳运行,所有ZCC生产的链条都要严格的匹配、配对。

每条链子,例如25米长,在工厂都要拉成直线铺放在地上,加上适当的张紧力,进行真实长度的精确测量,比如25.020米。另一条链条也用同样的方法测量,根据长度差进行配对,这条比如是25.025米,用漆对这两条配对链条涂上配对编码,标明哪条是两条中长的。它们可能被捆在一起,装在一个箱子里。长链条或大规格链条可能不能把两条链子放在一起,此种情况下箱子上要做标记,标记出另一条配对链条的信息。当链条从箱子里取出的时候,最重要的是要记录它们的匹配信息,以及链条标志的匹配编码。严禁自己在矿井随机配对!

第一对链条摆好准备安装,对其中长的一条要作出标记,随后加刮板,通过接链环安装另一对链条,记住这次短的链条要与上对长的链条连接,此后这种长与短连接的方法一直贯穿在整个传送系统,这样不会出现大的累计误差,而且链条尽可能精确匹配。

紧固

每个工程紧固的方式都可能不一样,现在典型的做法是刮板用用螺栓与链条连接在一起,带方头螺母的螺栓限制在strap里。重要的是根据厂家的要求对螺母施加正确的力矩,力矩过大会减少螺栓的疲劳寿命,过松会导致strap移动,也会导致早期失效。刮板紧固必须朝向一个正确方向,大多数设计为在同一个方向时最有效。

同样,环与环之间的连接也要根据厂家的要求安装,根据它们的样式,螺栓也要施加正确的力矩,或使用高质量的固定销,质量差的螺栓或销会引起早期失效。

预拉伸

当链条组件在采煤面安装完成以后,最重要的事就是给链条正确的预拉伸。如果没有预拉伸,在链轮加电以后,会给链条施加了一个工作拉伸,链条会以弹性的方式伸长。换句话说,当拉伸力撤除以后,它又会松弛回来。上述的弹性拉伸很容易预计出来,应该大大低于造成链条永久损坏的负荷。但是,如果链条没有预拉伸,在主电机驱动链轮以后就会产生一个过量拉伸,这会导致链条松弛或个别链环出现“折刀”(打折成死弯)或“突出”现象。在这个位置链环会塞挤,在接近到后链轮时阻碍链条伸长。当链条穿过帮槽连接部位的时候会产生极大的影响,它试图穿过后链轮,最后导致链环的严重损坏。到此阶段,链环可能造成了永久弯曲,再不能恢复到原来的状态,这样的链环没有多久就会出现毁灭性的损坏,其它链环可能最初是“折刀”,在肩部或直臂部造成了损伤,在到达链轮之前即使回到直线状态,但是损伤是永久的,必然产生早期失效。

松弛的链条在短时间内可能是灾难性的,但是过拉伸的链条在长期运转中也同样不好,极过拉伸的链条会在链环肩部和链轮齿之间产生损伤,这样会导致链条早期失效和环间的过度磨损。

因此正确的进行预拉伸是十分重要的,根据给出的参数很容易进行计算,这包括链条的长度、设计的链条速度、链轮电机的功率、以及跟链环尺寸、级别有关的机械特性。计算的结果给出一个松弛量,它一般小于两个等效环的长度。当链条施加了预拉伸以后,链条会缩短,必须去除一两个多余的环。

随后链条投入使用,最初会有一个“嵌入”(磨合)时间,摩擦会使链环相互之间与链轮齿之间产生磨损,最初的高点会被磨损掉,这时的链条又被拉长了,又一次出现松弛。为了保证正确预拉伸会再次去除链环,不要试图做过拉伸来代替持续的调整,这会使嵌入磨损变得更严重。短时间后链条开始正常运转,但是必须持续监测预拉伸量。当采煤工作面前进或后退时,当输送带处于蛇行或波动时,它的长度会发生变化。一个自动系统会试图保持这个正确的预拉伸量,但是其有一定的限度。真实的预拉伸量必须定期监测,在链条的整个工作寿命期间内始终都要做必要的校正。现有的设备就可以用来检查链条,而不要过分依赖自动化仪表的指示。正确预拉伸是保证链条长期正常工作和获得满意工作寿命最为重要的因素。

维护

正确的维护是保证链条正常工作和长寿命的最基础性工作,日常检查发现的小问题可以避免日后昂贵的代价。一个维护很好的工作面会有一个记录所有有意义事件的综合日志,它会包括日常测量预拉伸的记录、对发现问题的处理、运转小时数、载煤量、任何偶发事件,例如冒顶或链条停转。当检查分析链条问题的时候上述的日志非常有用。

检查和记录的保存

在链条工作周期要定期对链条进行视觉检查,当然这很不方便,需要在链条停止工作的时候,但是检查结果对延长链条的寿命是很有帮助的。有经验工程师的眼睛可以解释、预测和阻止链条问题的产生。

整条链子要逐环检查,寻找任何形式的损伤。正常的链环直臂部、环间冠部的磨损、链轮齿对链环的磨损或损坏都可以进行评价。任何不正常的损坏在决定是否切掉更换之前都需要进行评审。最明显的损坏就是上面所说的缺乏正确预拉伸、突出在外面的链环,这种链环可能已经弯曲变形,在输送机环路上受到严重损坏,直臂部有很严重的“切”痕,损伤的深度如果大于链环直径的10%,就要考虑切掉这个环,用机械接链环来代替。很明显,如果在一个不长的链条上有许多环受损,就要考虑更换整个链条。在任何情况下,都要对预拉伸进行监测,这可以在输送机负荷比较轻的时候,观察主驱动链轮链条的松弛度,如果大于两个环,就表明需要增加预拉伸。

突然出现冒顶,大量的岩石落到链条上也会出现类似的损坏,但是这种情况仅仅随机的出现在某个段上,这里突出来的链环都与作业面垂直。

要对水平环的肩部进行链轮磨损的检查,正常的磨损或打磨是可以接受的,但是严重的戳伤或洞槽不能接受,这可能是由于链条与链轮匹配不好,有一个过度磨损造成的。链轮对链条的磨损是产生疲劳裂纹的主要原因,这会引起早期链环失效。

其他链条组件也要检查,刮板和接链环也会损坏,也需要更换,同样链轮也是这样。机械紧固件也要检查。要检查对刮板上的螺栓或接链环的紧固力矩,是否需要重新紧固。要检查接链环的定位销,有可能在安装的时候忘记装了,或在使用中松动了。没有它们接链环在一段时间内也能工作,但是会早期失效,特别是输送机暂时反方向动作时更会如此。

腐蚀

在采煤工作面检查腐蚀问题是困难的,由于矿井光线暗,有很多的煤尘,但是要注意在可见面上的链条、刮板或接链环腐蚀征兆,这也许说明工作面的腐蚀条件已经发生了改变。轻轻抛光后的表面也许能看到腐蚀坑,可能很严重,会发展成为腐蚀疲劳裂纹。也许能看到在立环磨损直臂部表面与链条行进方向呈90度角的平行裂纹,这是在运转中严重的摩擦力产生的局部热点和马氏体状裂纹。很多情况下这些裂纹都很浅、无害,但是腐蚀是加速剂,它们会成为腐蚀疲劳裂纹的核心点。

尺寸

只要有机会就要进行静态测量。一条链条在最初的嵌入磨合之后会磨损一点,我们经常称为“伸长”,即便如此链条自身并没有真正伸长,除非预拉伸过大,这个过程会使得链条磨损率缓慢的趋于一致。当多环测量的长度比新产品长度磨损掉约2%的时候,它与链轮的配合就会开始出现问题,链轮磨损开始累计,最终会导致失效。通过在刮板之间测量3 或5个环的长度,就可以监测到这个累计过程。只要链轮的磨损和链条的磨损匹配,运转很慢和负荷很轻的输送链可以容许较多一点的磨损。

但是要正确测量内长需要链条在松弛状态,通常替代的办法是测量外长,但是这需要有实际使用材料尺寸的专门知识(而不是指标称直径),以及了解在制造过程中链环产生了多少变形。下面的表是ZCC链条典型的外尺寸表。在张紧的情况下可以使用专门的量规检查多个环的外尺寸,在整个工作面每隔一段就进行检查,并把测量结果结果记录下来。在没有量规的情况下也可以采取最简单的方式,用卷尺进行测量。当多环测量的长度比新产品长度磨损掉约2%的时候,它与链轮的配合就会开始出现问题,链轮磨损的累计,最终导致失效。如果在链条工作寿命期内始终坚持定期监测,就可以预判哪个链环需要更换。

新的和旧的链条外长尺寸对比表

链条规格

3个环( 焊接环,或2个焊环,1个锻环) 

标称直径

标称间距

2% 磨损

4% 磨损

6% 磨损

22

86

301

306

311

316

26

92

325

330

336

341

30

108

382

388

395

401

34

126

445

452

460

467

38

126

451

459

466

474

38

137

484

492

501

509

38

146

511

520

529

537

42

146

518

527

536

545

48

152

547

556

565

574

 

机械性能测试

从矿井取回的样品中做机械性能测试也有可能监测剩余链条的工作寿命,这种方法还一直在完善发展。在链条使用的过程中链条的性能会逐渐下降。拉伸测试显示链条表面磨损后破断负荷下降的很厉害,但是似乎稳定。破断延伸率也下降的很厉害,似乎在整个使用寿命中持续下降,同样,在链条长期使用后其疲劳寿命也在下降。现在的问题是怎样说明这些测试结果,现在还不能精确的确定出链条还有多长时间的使用寿命,只是在测试的样品在整个链条中很有代表性才有意义。

调换链条方向

如果一条圆环链看起来工作正常,但是出现了均匀、显著的磨损,变换链条的方向也许能延长链条的寿命,拆掉刮板和接链环,把链条变换一个方向,平环变成立环,重新安装,这在一定的区域在一定的位置能够停止磨损的发展,又象新环一样工作,这样延长了链条总的使用寿命,当然也要做一些其它工作。也有可能把整个链条头尾调换,以减少链轮对链条的磨损。链条调换方向最多可能的次数大约是四次,但是人们认为调换带来的回报在减少,只是在一些特殊的场合,例如在工作面接近结束,要稍微延长一下链条的使用寿命时才这样做。紧凑链或特殊形状的链条通常不能旋转90度,因为这样会把立环变为平环,平环变为立环位置,但是有可能头尾调换。

寿命终了

当链条接近它的有效使用寿命的时候,大量单环失效开始增加,说明累计的机械损伤和自然疲劳寿命开始影响到大量的环,而且迅速增加。但是要与特殊事件区别开来,例如冒顶,它会损伤大量的环,随后的日子这些环纷纷失效,但是这些仅仅是局部的,其见证了突发事件。
当取下这些环的时候,ZCC有兴趣接受一些样品环,进行全方位金相分析,进行拉伸、疲劳、冲击和其他测试。这些结果有助于改进将来的产品质量,也会对用户在新的工作面使用的链条提出合理建议。

 

GEOFF博士