礦用高強度圓環(huán)鏈性能測試方法與裝置研究（可編輯）

1、 論文題目:礦用高強度圓環(huán)鏈性能測試方法與裝置的研究 專 業(yè):機械工程 碩 士 生:李覺非(簽名)指導教師:李 曼(簽名) 李少朱(簽名)摘 要 礦用高強度圓環(huán)鏈的機械性能直接關系到煤礦生產(chǎn)主要設備刮板輸送機的使用壽命,出廠檢驗是保證其質(zhì)量的必要手段。本文依據(jù)國家標準gb/t 12718-2009礦用高強度圓環(huán)鏈和 mt/t522-2004礦用高強度圓環(huán)鏈檢驗規(guī)范要求,針對中煤張家口煤礦機械有限責任公司礦用高強度圓環(huán)鏈出廠檢測手段和方法所存在的主要問題,對拉伸測試所用試驗工裝進行了改進,設計了滿足多種試驗的夾具;研究確定了新的圓環(huán)鏈伸長率測試方法,并利用虛擬儀器技術研究開發(fā)了測試儀器。 本文對

2、礦用高強度圓環(huán)鏈檢測裝置的研究現(xiàn)狀進行了闡述。對照國家標準和行業(yè)標準就礦用高強度圓環(huán)鏈檢驗要求進行了分析討論,并對張煤機所采用的圓環(huán)鏈出廠檢測手段和方法進行了分析,指出了所存在的主要問題。 本文結合公司現(xiàn)有 instron-8500 型 4mn 微機控制電液伺服萬能試驗機,設計研制了可用于34?48的大規(guī)格礦用高強度圓環(huán)鏈和接鏈環(huán)的性能檢測、啞鈴銷破斷負荷的檢測和大型金屬材料拉伸的機械性能試驗的專用夾具。文中詳細論述了所設計夾具的結構、組成、工作原理及在三種不同試驗中的使用方式。所設計夾具獲得國家實用新型專利。 本文結合現(xiàn)代檢測技術研究提出了一種由傳感器代替尺規(guī)的圓環(huán)鏈伸長率自動測量方法。在分

3、析虛擬儀器硬件構建方式的基礎上,確定了礦用高強度圓環(huán)鏈靜拉伸試驗測量裝置的硬件平臺,并設計開發(fā)了相應的測量分析軟件,實現(xiàn)了對昀小破斷應力、試驗負荷下昀大伸長率,破斷時昀小總伸長率等主要性能參數(shù)的自動測量與分析。文中所研制自動測試裝置已申請國家實用新型專利。 本文研制的夾具和計算機自動測試儀器,經(jīng)過在我公司礦用高強度圓環(huán)鏈檢測試驗中的大量應用及對試驗結果的分析,證明其技術先進、設計合理,有效地解決了原有礦用圓環(huán)鏈出廠檢測手段和方法所存問題,保證了產(chǎn)品的質(zhì)量。關 鍵 字:圓環(huán)鏈;夾具;靜拉伸試驗;虛擬儀器 研究類型:應用研究subject: the research on test methods

4、 and devices of high strength mining round link chain specialty : mechanical engineering name : li jue fei signatureinstructor : li man signatureli shao zhusignatureabstract the mechanical properties of high strength mining round link chain directly related to the lifetime of scraper conveyer, the c

5、oal major production equipments, so factory inspection is the necessary means to ensure its quality. this paper based on gb/t 12718-2009 high strength mining round link chain and mt/t522-2004 the inspection specification of high strength mining round link chain, aiming at the main existing problem i

6、n the high strength mining round link chain factory inspection means and methods of zhangjiakou coal mining machinery limited liability company, then improve the test tooling used for extension test, and design the fixtures satisfy various tests, study and define a new test method for round link cha

7、in elongation, using virtual instrument technology to study and develop the test instruments in the endthis paper has expounded the status quo of high strength mining round link chain detection device. analyze and discuss the high strength mining round link chain survey requirements specified in the

8、 national standards and the industry standard, and analyses its factory inspection means and methods which adopted in zhangjiakou coal mining machinery limited liability company, then point out its main existing problemthis paper based the company existing 4mn electro-hydraulic servo universal teste

9、r of type instron-8500, develop the special fixture which is applicable to the performance testing of high strength mining round link chain which imum specification is 34- 48, the detection for breaking load of dumbbell pin, and the mechanical elongation test of large-scale metallic material. this p

10、aper has detailedly discussed the structure, form, operating principle and the operation mode in three different tests of the designed fixture. this fixture has got a patent for national utility models. this paper combined the modern detection technology to put forward an automatic measurement metho

11、d, which use transducer instead of gauge, for elongation of round link chain. on the basis of analyzing the hardware construction of virtual instruments, determined the hardware construction of mining round link chain tensile test device, and developed the corresponding measurement analysis software

12、, has realized the function of automatically measure and analyze the main performance parameters, such as the minimum fracture stress, the imum elongation under test load and the imum total elongation at break, etc. the automatic test equipment developed in this paper has got a patent for national u

13、tility modelsafter many applications in the high strength mining round link chain test and inspection in zhangjiakou coal mining machinery limited liability company, the fixture and computer automatic test equipment developed in this paper has been proved possess the advanced technology, professiona

14、l design, and could effectively solve the problem existing in the original high strength mining round link chain factory inspection means and methods, and then ensure the quality of productskeywords : round link chainfixturesstatic tensile testvirtual instrument types of study : application research

15、 目 錄 目 錄 1 緒論. 1 1.1 選題的背景及研究的意義1 1.1.1 選題的背景 1 1.1.2 研究目的與意義. 2 1.2 課題研究歷史與現(xiàn)狀. 3 1.2.1 虛擬儀器的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 3 1.2.2 圓環(huán)鏈性能測試裝置的現(xiàn)狀與存在的問題4 1.3 本文研究的主要內(nèi)容. 5 1.4 本章小結 5 2 礦用高強度圓環(huán)鏈主要性能與檢測方法分析6 2.1 張煤機主要圓環(huán)鏈產(chǎn)品種類及其特點 6 2.2 刮板鏈結構與斷鏈形式分析. 6 2.2.1 刮板鏈結構 6 2.2.2 斷鏈形式分析7 2.3 圓環(huán)鏈出廠檢驗項目. 8 2.3.1 圓環(huán)鏈的靜拉伸強度試驗 8 2.3.2 圓環(huán)鏈機

16、械性能主要參數(shù) 9 2.4 小結 11 3 高強度圓環(huán)鏈靜拉伸試驗專用夾具設計12 3.1 圓環(huán)鏈拉伸試驗專用夾具設計內(nèi)容12 3.1.1 試驗專用夾具設計需求12 3.1.2 試驗專用夾具總體結構及功能12 3.2 三種不同試驗專用夾具工作原理 17 3.2.1 用于大型金屬材料拉伸17 3.2.2 用于34至48的大規(guī)格礦用高強度圓環(huán)鏈 18 3.2.3 礦用中部槽啞鈴銷的抗拉強度試驗 19 3.3 本章小結. 20 4 圓環(huán)鏈伸長率測量方法與裝置研究改進21 4.1 傳統(tǒng)測量方法及存在的問題21 4.2 新型圓環(huán)鏈伸長率測量原理22 4.3 圓環(huán)鏈靜拉伸試驗測量裝置硬件平臺的構建. 25

17、 4.3.1 測量裝置硬件結構確定25 i 目 錄 4.3.2 傳感器的選擇 27 4.3.3 數(shù)據(jù)采集卡的選擇. 28 4.4 圓環(huán)鏈靜拉伸試驗測量虛擬儀器軟件設計29 4.5 本章小結. 33 5 礦用高強度圓環(huán)鏈靜拉伸試驗 34 5.1 2692 c級礦用高強度圓環(huán)鏈靜拉伸試驗要求. 34 5.2 試驗設備. 34 5.3 試驗方法及結果. 35 5.4 小結 40 6 結論41 6.1 結論 41 6.2 存在的問題 41 6.3 展望 42 致 謝. 43 參考文獻. 44 附 錄. 46 ii 1 緒論 1 緒論 1.1 選題的背景及研究的意義 1.1.1 選題的背景 煤炭工業(yè)是我

18、國重要的基礎產(chǎn)業(yè),我國作為煤炭生產(chǎn)大國,煤炭產(chǎn)量已居世界首位。近 10 年,隨著國民經(jīng)濟的持續(xù)快速增長,煤炭的需求量進一步加大,這也促使絕大多數(shù)煤礦企業(yè)實現(xiàn)了機械化。根據(jù)十一五的發(fā)展目標,我國煤礦機械化率從 2006年的 42%提高至 2010 年底的 77.6%,其中大型煤礦機械化程度達到 95%,中小型煤礦機械化程1度分別達到 80%和 40% 。目前在大型煤礦中現(xiàn)代化綜采設備、綜掘設備已被廣泛使用。井下工作面綜合機械化采煤和輸送設備是綜采技術的核心,它們主要由采煤機、刮板輸送機、轉載機、破碎機、液壓支架和帶式輸送機等設備組成。 刮板輸送機作為采煤工作面配套設備的重要組成部分,它不僅是運送

19、煤和物料,而且還是采煤機的運行軌道,其輸送能力在很大程度上決定了采煤工作面的生產(chǎn)能力和效率。刮板輸送機主要由機頭、中間部和機尾部三個部分組成。機頭部由機頭架、電動機、液力偶合器、減速器及鏈輪等組成;中部由過渡槽、中部槽、鏈條和刮板等組成;機尾部為供刮板鏈返回的裝置。工作時刮板輸送機通過外力驅動鏈輪,依靠鏈輪與刮板鏈的嚙合,將動力傳遞給刮板鏈,帶動刮板推動煤炭實現(xiàn)連續(xù)運輸。刮板輸送機的刮板鏈由刮板和圓環(huán)鏈通過連接件連接起來。圓環(huán)鏈是刮板輸送機的重要部件,生產(chǎn)中,環(huán)環(huán)相扣的鏈環(huán),只要一環(huán)出現(xiàn)斷鏈,刮板輸送機無法運轉,整個工作面就得停產(chǎn)。刮板輸送機在運行過程中圓環(huán)鏈作為刮板輸送機的牽引構件,始終處于

20、張緊狀態(tài),一方面受到鏈輪施加的牽引力的作用,同時也受到溜槽、鏈輪及所運物料摩擦力的作用,是昀容易出現(xiàn)故障的環(huán)節(jié)。根據(jù)有關數(shù)據(jù)統(tǒng)計,在刮板輸送機出現(xiàn)的故障中,斷鏈故障約占輸送機總故障時間的 40% 以上,處理該故障所花費的時間2昀長,勞動強度也昀大 。造成刮板輸送機斷鏈的主要原因有質(zhì)量問題、自然損壞、使用維護不當?shù)?其中質(zhì)量問題引起的斷鏈是首要原因。刮板運輸機所處復雜的井下工況,圓環(huán)鏈不僅受到多種力的作用,還受環(huán)境的很大影響。礦用高強度圓環(huán)鏈在生產(chǎn)制造時材料的細微缺陷,鏈條的焊接、熱處理不當就會產(chǎn)生微裂紋,在經(jīng)過一段時間使用后裂紋可以繼續(xù)擴展,并昀 終導致鏈條的斷裂。目前, 我國礦用刮板機所使用

21、各種圓環(huán)鏈, 都是按照國家標準 gb/ t 12718- 2009礦用高強圓環(huán)鏈生產(chǎn)制造的。標準規(guī)定圓環(huán)鏈的破斷負荷為刮板鏈拉力的 10 倍左右,安全系數(shù)很大,正常情況下斷鏈的可能性很小。所以確保礦用高強度圓環(huán)鏈合格出廠,采用有效的檢測手段對圓1 西安科技大學工程碩士學位論文 環(huán)鏈機械性能進行抽檢測試是很有必要的。 我公司圓環(huán)鏈分廠生產(chǎn)的礦用高強度圓環(huán)鏈是公司主要產(chǎn)品刮板輸送機的關鍵零部件,為保證優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品出廠,圓環(huán)鏈機械性能的抽檢測試是非常重要的一環(huán)。在生產(chǎn)中,我們依據(jù)標準 gb/t12718-2009礦用高強度圓環(huán)鏈和 mt/t522-2004礦用高強度圓環(huán)鏈檢驗規(guī)范的要求對圓環(huán)鏈抽檢測試

22、。但是標準中只對所需檢測的參數(shù)提出了要求,對具體的測試方法和測試裝置沒有詳細說明。在實際生產(chǎn)中,對不同規(guī)格的圓環(huán)鏈以及不同檢測參數(shù),對其測試方法和測試裝置的研究是非常重要的。 1.1.2 研究目的與意義 礦用高強度圓環(huán)鏈的規(guī)格和種類多,大小規(guī)格間差別大,我公司測試中心具有全面檢測所有規(guī)格礦用圓環(huán)鏈各種機械性能的能力。目前我公司對圓環(huán)鏈機械性能進行抽檢測試所用的主要設備有: 1 靜拉伸試驗所用設備 10?22鏈條 上海生產(chǎn)wi-100萬能材料試驗機 滿量程1000kn 24?34鏈條 日本島津udh-200a型微機控制電子萬能材料試驗機 34?48鏈條 英國instron-8500型4mn微機控

23、制電液伺服萬能試驗機 2 圓環(huán)鏈疲勞試驗所用設備 14?30鏈條 東德zd100pu型脈沖試驗機34?48鏈條 英國instron-8505型電液伺服疲勞試驗機 3 圓環(huán)鏈單環(huán)彎曲撓度值試驗所用設備 用上述wi-100型和udh-200a型試驗機 4 缺口沖擊值試驗所用設備 吳忠產(chǎn)jb-30b型沖擊試驗機并配有低溫槽 就傳統(tǒng)的測試裝置而言,在對圓環(huán)鏈的破斷負荷、試驗負荷下伸長率和破斷總伸長率等機械性能指標檢測的工作過程中,存在工裝臺卡具設計、選用不當,測量方法陳舊,自動化程度低,人為測量誤差大,試驗負荷下伸長率的測量有可能鏈條破斷危及人身安全等問題。試驗負荷下伸長率的測量,本研試前通常采用打點

24、畫線的方法,測量過程雖不復雜,但卻是在鏈條承受一千多kn力的情況下操作34126的c級鏈試驗負荷1160kn;30108的d級鏈為1130kn,規(guī)格越大,負荷越大,相當危險,尤其在有些鏈條制造質(zhì)量或材質(zhì)達不到標準而提早斷裂的情況下,危險性更大。本文針對現(xiàn)有問題研究設計礦用高強度圓環(huán)鏈機械性能測試的工裝卡具、試驗負荷下伸長率測量方法及基于虛擬儀器技術的測試裝置。本課題的研究對改進目前生產(chǎn)中所使用的測試手段,提高圓環(huán)鏈測試水平,解決生產(chǎn)實際問題具有重要的現(xiàn)實意義。 2 1 緒論 1.2 課題研究歷史與現(xiàn)狀 1.2.1 虛擬儀器的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 隨著微電子技術、計算機技術、軟件技術、網(wǎng)絡技術的飛

25、速發(fā)展,新的測試理論、測試方法、測試領域以及新的儀器結構不斷出現(xiàn),在許多方面已經(jīng)沖破了傳統(tǒng)儀器的概念,電子測量儀器的功能和作用發(fā)生了質(zhì)的變化。虛擬儀器是一種新的儀器模式,是由美國國家儀器公司于 1986 年提出的。它是在計算機為核心的硬件平臺上,用戶自定義測試功能、由測試軟件實現(xiàn)的一種計算機儀器系統(tǒng)。與傳統(tǒng)儀器相比,虛擬儀器具有很多優(yōu)點34: 表 1.1 傳統(tǒng)儀器和虛擬儀器的比較 傳統(tǒng)儀器 虛擬儀器 功能由儀器制造商定義并固定 用戶自定義儀器功能 硬件是關鍵 軟件是關鍵 功能較單一,只能連接有限的獨立設備 可以與多種設備以及網(wǎng)絡進行方便的連接 價格高,儀器間一般無法相互利用 價格低,儀器間資源

26、的可重復利用率高 儀器的開發(fā)與維護費用較高 開發(fā)和維護費用低 儀器封閉 靈活,基于計算機的開放系統(tǒng) 技術更新周期長(5-10年) 技術更新時間短(1-2 年) 從虛擬儀器概念提出至今,研究人員在虛擬儀器硬件接口、虛擬儀器軟件及其設計方法等方面做了許多有意義的研究工作,并已開發(fā)了許多實用的虛擬儀器系統(tǒng),目前虛擬儀器已廣泛應用于許多領域。 (1)各種虛擬儀器開發(fā)平臺為虛擬儀器的推廣應用奠定了基礎 美國 ni 公司推出了圖形化虛擬儀器專用開發(fā)平臺 labview。這種平臺采用圖形化編程方式,編程過程簡單方便,是目前昀受歡迎的虛擬儀器主流開發(fā)平臺。為了兼顧其他高級語言軟件開發(fā)者的習慣,ni 還推出了

27、labwindows/cvi、componentworks等交互式開發(fā)平臺。美國 hp 公司的 hp vee、tektronis 公司的 ez test 和 tek tns 以及美國 hem data 公司的 snap -marter 平臺軟件,也是國際上公認的優(yōu)秀虛擬儀器開發(fā)平臺5。在國內(nèi),一些學者也進行了一系列的研究,如華中科技大學的何嶺松等研究的可重組虛擬儀器開發(fā)平臺;重慶大學秦樹人等提出了虛擬儀器產(chǎn)品的網(wǎng)絡化開發(fā)方法;國防科技大學楊樂平也對虛擬儀器有深入的研究。但目前這些開發(fā)平臺還沒有被普遍使用。 (2)虛擬儀器開發(fā)向標準化方向發(fā)展 3 西安科技大學工程碩士學位論文 1998.9成立了

28、 ivi (interchangeable virtual instrument) 基金會。ivi 基金會是昀終用戶、系統(tǒng)集成商和儀器制造商的一個開放的聯(lián)盟。目前,該組織已經(jīng)制訂了示波器/數(shù)字化儀、數(shù)字萬用表、任意波形發(fā)生器/函數(shù)發(fā)生器、開關/多路復用器/矩陣及電源等6五類儀器的規(guī)范。ivi 制訂的虛擬儀器統(tǒng)一規(guī)范,提升了儀器驅動軟件標準化水平 。 (3)軟件工程領域的新方法、新理論的廣泛應用 面向對象技術 object oriented,oo 、activex 技術、組件技術 component object model,com 等,被廣泛用來進行虛擬儀器的測試分析軟件和虛擬界面控件軟件的設

29、計,出現(xiàn)了許多數(shù)據(jù)處理高級分析軟件和大量的儀器面板控件,這些軟件為快速組建虛擬儀器提供了良好的條件。 (4)虛擬儀器的網(wǎng)絡化、智能化 伴隨網(wǎng)絡技術的高速發(fā)展,出現(xiàn)了以網(wǎng)絡為基礎、虛擬儀器為核心的“虛擬實驗室 virtual laborato-ry”的概念。目前,虛擬實驗室已成功地應用于許多大型實驗室的實驗研7究和高等學校的實驗教學 。在人工智能研究的影響下,人們開始關注如何提高虛擬儀器的智能化水平。 (5)采用總線方式組建虛擬儀器 虛擬儀器可以通過各種不同的接口總線,組建不同規(guī)模的測試系統(tǒng)。目前虛擬儀器系統(tǒng)開發(fā)采用的總線包括傳統(tǒng)的 rs232串行總線、gpib通用接口總線、usb通用串行8總線

30、、ieee 1394總線 firewire、vxi 總線、pxi 。 1.2.2 圓環(huán)鏈性能測試裝置的現(xiàn)狀與存在的問題 依照國家標準 gb/t 12718-2009礦用高強度圓環(huán)鏈和 mt/t522-2004礦用高強度圓環(huán)鏈檢驗規(guī)范要求,圓環(huán)鏈機械性能的檢測主要包括以下幾項:昀小破斷應力,試驗應力,試驗應力與昀小破斷應力之比,試驗負荷下昀大伸長率,破斷時昀小總伸長9 10率 。這些性能指標通過對圓環(huán)鏈檢驗樣本的靜拉伸試驗測得。 在對圓環(huán)鏈的破斷負荷、試驗負荷下昀大伸長率、破斷時的昀小總伸長率及疲勞壽命等機械性能指標檢測的工作過程中,存在工裝胎卡具設計、選用不當,人為測量誤差,試驗負荷下伸長率的

31、測量和鏈條破斷危及人身安全等問題。標準中只說:“鏈條固定裝置:試驗用夾具與鏈環(huán)之間的接觸表面形狀和尺寸應符合鏈環(huán)實際承載時的接觸面形狀和尺寸。”在實際工作中,具體靜拉伸試驗時鏈條的固定裝置還需優(yōu)化設計。在本人長期工作實踐中接觸的胎卡具有三幾種之多,就目前一直沿用的卡具和半圓銷也存在一定的問題。一是胎卡具經(jīng)常在鏈條斷裂時的反作用力下脆斷;二是半圓銷時?？ㄔ谧冃蔚逆湱h(huán)中很難砸出或沒有嚴格履行其制造工藝的圖紙要求發(fā)生脆斷而中止試驗。另外,試驗負荷下伸長率的測量也是我們在實際檢測中遇到的一個重要問題。傳統(tǒng)的試驗負荷下伸長率的測量通常采用打點畫線的方法。該方法是預先在規(guī)定標距長度附近打一點印4 1 緒論

32、 記,拉伸過程回到初始負荷時,用畫規(guī)以點記為中心刻畫規(guī)定標距長的弧線,待拉伸至試驗負荷時,在保持負荷不變的狀態(tài)下再到鏈條上刻畫規(guī)定標距長的弧線,并且用量具量出兩次刻畫弧線間的距離,此距離除以原始標距乘 100%得到試驗負荷下伸長率。這種方法過程雖不復雜,但其自動化程度低,人為測量誤差大,而且操作人員是在鏈條承受一千多 kn 的情況下操作,在一些鏈條制造質(zhì)量或材質(zhì)達不到標準而提早斷裂時,相當危險。目前我們所使用的國外設備,圓環(huán)鏈的試驗負荷下伸長率測量方法是根據(jù)試驗機油缸位移的變化量估算得出,誤差比較大,不能真實反映圓環(huán)鏈的機械性能中的試驗負荷下昀大伸長率。 1.3 本文研究的主要內(nèi)容 礦用高強度

33、圓環(huán)鏈在生產(chǎn)制造過程中產(chǎn)生的細微缺陷,在使用過程中不僅受到多種力的作用,還受環(huán)境的很大影響,繼續(xù)產(chǎn)生缺陷,導致鏈條疲勞破壞。疲勞破壞影響了煤炭生產(chǎn),同時危及工人的人身安全。本課題從實際出發(fā)對圓環(huán)鏈機械性能的抽檢測試這一非常重要的環(huán)節(jié)進一步分析,主要完成以下研究內(nèi)容: 1 針對目前試驗所用裝夾裝置存在的問題,研制一種新型用于機械性能試驗的裝夾裝置,以滿足我公司礦用高強度圓環(huán)鏈實際生產(chǎn)檢驗需要。 2 依據(jù)標準 gb/t12718-2009礦用高強度圓環(huán)鏈和 mt/t522-2004礦用高強度圓環(huán)鏈檢驗規(guī)范要求,對礦用高強度圓環(huán)鏈主要機械性能參數(shù)的測試方法進行了深入地研究,并結合測試的實際情況,研究

34、確定合理的測試方法,并在此基礎上研究開發(fā)相應的測試儀器。 3 通過試驗的方法對所研制的裝置進行性能分析和驗證。 1.4 本章小結 本章從課題的選題背景開始,論述了礦用高強度圓環(huán)鏈在煤礦安全生產(chǎn)中的重要性,以及對其按照國家和行業(yè)標準進行檢測的必要性。介紹了我公司在礦用高強度圓環(huán)鏈檢驗中試驗手段和方法所存在的問題。論述了當前流行的先進檢測儀器?虛擬儀器的優(yōu)點及研究應用現(xiàn)狀。同時對本課題的主要研究內(nèi)容與意義作了相應闡述。 5 西安科技大學工程碩士學位論文 2 礦用高強度圓環(huán)鏈主要性能與檢測方法分析 圓環(huán)鏈是刮板輸送機的重要部件,刮板輸送機在運行過程中圓環(huán)鏈作為刮板輸送機的牽引構件, 始終處于張緊狀態(tài)

35、,一方面受到鏈輪施加的牽引力的作用,同時也受到溜槽、鏈輪及所運物料摩擦力的作用,是昀容易出現(xiàn)故障的環(huán)節(jié)。保證圓環(huán)鏈的出廠質(zhì)量是避免斷鏈的首要環(huán)節(jié)。 2.1 張煤機主要圓環(huán)鏈產(chǎn)品種類及其特點 中煤張家口煤礦機械有限責任公司帕森斯鏈條分公司,是國內(nèi)昀大規(guī)模的工業(yè)鏈條生產(chǎn)與銷售企業(yè)。擁有當今世界一流的專業(yè)制鏈裝備與生產(chǎn)技術,以保障供給高強度工業(yè)鏈條及配套輔件而蜚聲國內(nèi)外。2006年收購英國帕森斯公司礦用鏈條知識產(chǎn)權和直徑34-48毫米鏈條的技術裝備,繼承了有百年歷史的“帕森斯礦用鏈條”知名品牌使用權,愈發(fā)增強了生產(chǎn)世界頂級礦用鏈條的能力。主要圓環(huán)鏈產(chǎn)品種類有:輸送機刮板鏈,b級規(guī)格從10 至34,c

36、 級從10 至42;采煤機牽引鏈,規(guī)格從10 至42;特別生產(chǎn)有加強型礦用寬帶鏈,規(guī)格有 42128/164,50146/174,52164/176,寬帶鏈改善了鏈環(huán)的磨損特性,使鏈條的耐磨性大大提高,使用壽命延長。還生產(chǎn)有加強型、防腐型礦用圓環(huán)鏈和緊湊鏈,緊湊鏈規(guī)格有 34126,38126,38137,38146,42146,48152,緊湊鏈采用鍛造立環(huán)與焊接平環(huán)交替連接結構,經(jīng)過特殊的熱處理工藝,具有較高的抗拉強度、較高的韌性和較長的疲勞壽命。每個環(huán)的昀佳硬度分布減少了鏈環(huán)間的磨損,顯著提高了使用壽命。這些產(chǎn)品性能明顯優(yōu)越于扁平立環(huán)結構的性能。對煤礦井下腐蝕性工況,地下水腐蝕性特強,鏈

37、條會發(fā)生腐蝕坑和疲勞裂紋,會快速引起鏈條的早期失效。帕森斯鏈條分公司開發(fā)出一種用于防腐鏈的專用原材料(1997年申請專利),不會像表面浸鋅鏈條被磨掉縮短使用壽命。帕森斯防腐礦用鏈條幾乎完全不受腐蝕的影響。這些性能特點已成功應用到世界上許多主要煤礦的刮板輸送機上并得到驗證。 2.2 刮板鏈結構與斷鏈形式分析 2.2.1 刮板鏈結構 刮板鏈條具有牽引、導向、傳遞動力和推移貨物載荷的功能。其結構由鏈條、刮板和接鏈器組成,是一個閉式循環(huán)系統(tǒng)。刮板鏈條分為單中鏈型、中雙鏈型、中邊鏈型和邊雙鏈型等四種結構型式。鏈條為礦用高強度圓環(huán)鏈,是由多個單鏈環(huán)組編和焊接而成的鏈節(jié)構成。 6 2 礦用高強度圓環(huán)鏈主要性

38、能與檢測方法分析 圓環(huán)鏈的材質(zhì)采用 25mnv、23mnnicrmo 等高強度合金鋼棒料,經(jīng)過剪斷、壓彎、11組編、成形、焊接、去焊刺、熱處理、預拉伸和浸漆等多道工序制成 。根據(jù)傳遞功率大小的不同,圓環(huán)鏈的棒料直徑和節(jié)距也相應不同,我國礦用高強度圓環(huán)鏈標準規(guī)格有:1040,1450,1864,2286,2486,2692,30108,34126,38137,42146?，F(xiàn)在正逐步向更大規(guī)格發(fā)展,已出現(xiàn)48和52規(guī)格的。 2.2.2 斷鏈形式分析 在煤礦生產(chǎn)中,刮板鏈斷裂事故時有發(fā)生。根據(jù)斷裂特征,刮板鏈斷裂形式主要有12兩種 : (1) 所受的沖擊力超過其靜破斷載荷而斷裂 這種斷裂斷口呈某種凸

39、凹狀,鏈環(huán)的直線部分變長,并且斷口一般發(fā)生在鏈環(huán)彎曲部分的中間部位,或發(fā)生于某些有缺陷的部位; (2) 受力小于靜破斷載荷,由于反復作用,發(fā)生疲勞破壞 這種斷裂斷口常常發(fā)生在鏈環(huán)彎曲部分和直線部分的連接處,其斷口呈灰白月牙平臺和凸凹不平兩部分。典型的疲勞斷口按照斷裂過程的先后有三個明顯的宏觀特征區(qū),即疲勞源區(qū)、擴展區(qū)和瞬斷區(qū)。疲勞源區(qū)具有如下宏觀特征:氧化或腐蝕較重,顏色較深;斷面平坦、光滑、細密,有些斷口可見到閃光的小刻面;有向外輻射的放射臺階和放射狀條紋;在源區(qū)雖看不到疲勞弧線,但它看上去像向外發(fā)射疲勞弧線的中心。疲勞斷裂擴展區(qū)的宏觀特征:斷面較平坦,與主應力相垂直,顏色介于源區(qū)和瞬斷區(qū)之

40、間,疲勞斷裂擴展階段留在斷口上昀基本的宏觀特征是疲勞弧線(又稱海灘花樣或貝殼花樣)。瞬斷區(qū)的宏觀特征與帶尖缺口一次性斷裂的斷口相近。其一,瞬斷區(qū)面積的大小取決于載荷的大小,材料的性質(zhì),環(huán)境介質(zhì)等因素。在通常情況下,瞬斷區(qū)面積較大,則表示所受載荷較大或者材料較脆;相反,瞬斷區(qū)面積較小,則表示承受的載荷較小或材料韌性較好。其二,瞬斷區(qū)的位置越處于斷面的中心部位,表示所受的外載越13大;瞬斷區(qū)的位置接近自由表面,則表示受到的外力較小 。 14引起礦用刮板鏈斷鏈的原因有很多,主要可歸納為以下四種 : 第一,它在工作時除要承受很大的平均載荷外同時還要傳遞較大的動載荷。這種動載荷除在啟動和突然制動的情況下

41、會產(chǎn)生外,在正常運行中也有動載荷存在,這是因為采用鏈傳動時,鏈條速度有周期性變化,有加減速度存在。前一種動載荷容易使鏈條造成沖擊破壞;后者受力雖小,但當鏈環(huán)表面或內(nèi)部有缺陷,特別是由于毛刺未除的焊接凸邊,在交變載荷作用下,裂痕不斷擴大,造成疲勞破壞。 第二,井下腐蝕性水使鏈環(huán)產(chǎn)生銹疤、裂紋,致使鏈環(huán)斷面減小、強度降低;還與工作面的使用條件有關。 第三,鏈輪嚙合的狀況不好,之間由于摩擦產(chǎn)生相對滑動,導致鏈環(huán)磨損破壞。 7 西安科技大學工程碩士學位論文 第四,鏈條的制造質(zhì)量問題。由于材質(zhì)、工藝,特別是焊接和熱處理等多方面的原因,致使鏈條本身就具有表面或內(nèi)部的缺陷,達不到產(chǎn)品出廠的質(zhì)量要求。2.3

42、圓環(huán)鏈出廠檢驗項目 礦用高強度圓環(huán)鏈是煤礦用刮板輸送機、刮板轉載機、刨煤機、滾筒采煤機及其他機械的牽引鏈,在煤礦生產(chǎn)中使用面廣、數(shù)量大,同時也是關鍵易損件。鏈條工作時除承受拉-拉疲勞外,遇有刮卡還會受到?jīng)_擊載荷,鏈環(huán)與鏈輪接觸時,鏈環(huán)頂部外側受到鏈輪輪齒的壓力及磨損,頂部內(nèi)側除受壓力外,在鏈環(huán)與鏈環(huán)的連接部位還會產(chǎn)生磨損和接觸疲勞。鏈條在井下與潮濕的煤粉、巖粉及腐蝕性氣體接觸,應力腐蝕、腐蝕疲勞也是影響礦用高強度圓環(huán)鏈使用壽命的重要因素。因此,礦用高強度圓環(huán)鏈應具有高強度、高韌性、耐磨損、耐腐蝕等綜合力學性能。 為了保證礦用高強度圓環(huán)鏈的生產(chǎn)質(zhì)量,國家制定了詳細的生產(chǎn)標準和檢驗規(guī)范。依照國家標

43、準 gb/t 12718-2009礦用高強度圓環(huán)鏈和煤炭行業(yè) mt/522-2004礦用高強度圓環(huán)鏈檢驗標準要求,對出廠圓環(huán)鏈要進行表面質(zhì)量、尺寸、靜拉伸強度等項目的檢驗。 圓環(huán)鏈表面質(zhì)量主要檢測焊接區(qū)不得含有夾渣、燒傷等缺陷;焊接處是否去毛刺;鏈環(huán)表面有否目視裂紋及其圓弧部位有否明顯凹痕。 尺寸主要檢測鏈環(huán)節(jié)距、昀小內(nèi)寬、昀大外寬、焊接處昀大直徑、圓弧半徑、焊接區(qū)長度等。其中節(jié)距、昀小內(nèi)寬、昀大外寬是檢驗尺寸的關鍵。當鏈環(huán)節(jié)距超過標準值時,鏈環(huán)搭在齒頂上,易發(fā)生跳鏈、打牙等現(xiàn)象。節(jié)距過小,圓環(huán)鏈就會在傳動中發(fā)生脫齒困難,從而加劇磨損,并產(chǎn)生附加沖擊負荷。當圓環(huán)鏈外寬超過標準值時,鏈環(huán)不能嚙入

44、鏈輪鏈窩而搭在齒腰部,引起跳鏈、打牙、加劇磨損,降低傳動效率。如鏈環(huán)內(nèi)寬過小,則使鏈環(huán)間轉動困難。鏈條長度包括鏈條長度、鏈條配對長度。 靜拉伸強度是通過靜拉伸試驗來進行檢測,主要檢測試驗負荷下伸長率、破斷負荷、破斷總伸長率三項指標。靜拉伸強度試驗是礦用高強度圓環(huán)鏈檢驗中的難點,也是本文所討論的重點。 2.3.1 圓環(huán)鏈的靜拉伸強度試驗 對圓環(huán)鏈檢驗樣本進行靜拉伸試驗,目的是檢驗礦用高強度圓環(huán)鏈出廠前的主要性能參數(shù)是否滿足國家標準的要求,以確保產(chǎn)品合格。 我公司測試中心在圓環(huán)鏈的靜拉伸強度試驗中所采用的試驗機是從試驗機生產(chǎn)廠家購得的 instron-8500型 4mn微機控制電液伺服萬能試驗機。

45、 在試驗中按標準要求選取試驗樣本,靜拉伸強度檢驗時每個樣本所包含的鏈環(huán)數(shù)應符合表1的規(guī)定。 8 2 礦用高強度圓環(huán)鏈主要性能與檢測方法分析 表 1 靜拉伸強度檢驗樣本 鏈環(huán)節(jié)距/mm 鏈 環(huán) 數(shù) 64 7 64 5 試驗中鏈條由固定裝置固定在試驗機上。靜拉伸試驗專用夾具與鏈環(huán)之間的接觸表面應與鏈環(huán)實際承載時的接觸面相吻合。拉伸試驗時鏈條的固定裝置如圖 2.1,圖中 a尺寸是相應各規(guī)格圓環(huán)鏈鏈環(huán)允許的昀小內(nèi)寬。經(jīng)過熱處理的插入銷外形如圖 2.2,圖中l(wèi)為圓環(huán)鏈材料尺寸,插入銷可由半個鏈環(huán)代替。圖 2.1 鏈條的固定裝置圖 2.2 插入銷外形2.3.2 圓環(huán)鏈機械性能主要參數(shù) 靜拉伸強度試驗中主要

46、是測試試樣在試驗負荷下昀大伸長率、破斷負荷、破斷總伸長率這三個主要性能參數(shù)。破斷負荷是在靜拉伸試驗中成品鏈能夠承受的昀大負荷。試驗負荷為檢驗成品鏈在不超過規(guī)定伸長量情況下應能承受的規(guī)定負荷。初始負荷是記錄測量長度或安裝應變計時,張緊鏈條所規(guī)定的負荷。 9 西安科技大學工程碩士學位論文 (1) 試驗負荷下伸長率測定 樣本單位在試驗機上夾緊后,加載至標準規(guī)定的試驗負荷的一半,再將負荷降至初始負荷,并標定其長度,(初始負荷和標定長度 l 應符合標準的規(guī)定)然后以昀大為每02秒20n/mm 加載速度加載到標準規(guī)定的試驗負荷的 100%?110%,這時測量在施加試驗負荷下的標定長度l ,試驗負荷下的伸長

47、率由式2.1計算: ll0 100% (2.1) 1l0式中: ?試驗負荷下伸長率,%; 1l ?試驗負荷下測量的標定長度,mm; l ?初始負荷下標定長度, mm。 0試驗負荷下伸長率國家標準中規(guī)定 b級鏈1.4,c級鏈1.6,d級鏈1.9。 (2) 破斷負荷及破斷總伸長率的測定測量在施加試驗負荷下的標定長度后,繼續(xù)給樣本單位加載,直到斷裂為止,這時測出破斷負荷和破斷總伸長量 l ,破斷總伸長率按式2計算:l 100%(2.2) 2lp式中: ?破斷總伸長率,%; 2l ?破斷時總伸長量,可以從負荷拉伸曲線上直接測量, mm; l ?樣本單位鏈環(huán)節(jié)距之和,l n p,mm; p pn?樣本單

48、位鏈環(huán)數(shù); p?樣本單位鏈環(huán)節(jié)距, mm。 負荷靜拉伸曲線如圖 2.3 所示。在進行圓環(huán)鏈破斷負荷及破斷總伸長量測量中,當達到標準破斷負荷昀小值的要求時,允許終止試驗,此時以試驗過程的昀大加載負荷作為破斷負荷計,以樣本的總伸長量計算破斷總伸長率,并在檢驗記錄和檢驗報告中進行說明。 2國家標準要求昀小破斷應力 /(n/mm )b級630,c級800,d級1000;試驗應力與昀小破斷應力之比為 80%;破斷時的總伸長率應12.0%。只有達到以上條件,才是滿足礦用高強度圓環(huán)鏈的昀低要求。 10 2 礦用高強度圓環(huán)鏈主要性能與檢測方法分析圖 2.3 靜拉伸曲線 2.4 小結 本章闡述了礦用高強度圓環(huán)鏈

49、的種類、規(guī)格、特點、在刮板輸送機中刮板鏈的重要地位,以及礦用圓環(huán)鏈產(chǎn)品出廠檢驗的必要性。著重介紹了礦用高強度圓環(huán)鏈性能檢測的主要指標和檢測試驗的方法。11 西安科技大學工程碩士學位論文 3 高強度圓環(huán)鏈靜拉伸試驗專用夾具設計 我公司測試中心所用試驗機是從試驗機生產(chǎn)廠家購得的 instron-8500型 4mn微機控制電液伺服萬能試驗機。隨著煤礦井下工作面現(xiàn)代化大型綜采生產(chǎn)能力的不斷提高,其配套的礦用高強度圓環(huán)鏈的規(guī)格也越來越大,大規(guī)格圓環(huán)鏈試驗裝夾裝置要直接承受沖擊力、彎曲及拉力,很容易損壞?，F(xiàn)有的試驗裝夾裝置,不能滿足產(chǎn)品的性能試驗檢測能力,需要增加試驗裝夾裝置的體積來提高試驗裝夾裝置的使用

50、壽命,但卻直接增加了試驗工裝的大量材料和加工費用。在實際工作中,本文作者針對具體試驗樣本設計了專門用于礦用高強度圓環(huán)鏈機械性能試驗的裝夾裝置。本裝置已投入試驗使用,使用結果表明,本裝置完全達到了設計要求和技術指標。我們已于2010年7月15日申報了國家實用新型專利,并且在2011年3月23日批準授權。專利證書號第1733768號。 3.1 圓環(huán)鏈拉伸試驗專用夾具設計內(nèi)容 3.1.1 試驗專用夾具設計需求 我公司從英國引進 instron-8500 型 4mn 微機控制電液伺服萬能試驗機時,考慮試驗樣品的不同,且要節(jié)約外匯、降低成本,沒有購置試驗機的液壓卡具,需要我們自行設計。設計的總體要求是要

51、在此試驗機上能完成以下工作: 1 在圓環(huán)鏈拉伸試驗中,裝夾裝置須能夠滿足34至48的大規(guī)格礦用高強度圓環(huán)鏈和接鏈環(huán)的性能檢測; 2 啞鈴銷破斷負荷的檢測; 3 大型金屬材料拉伸等的機械性能試驗。達到能更好地開發(fā)和利用 4mn 試驗機的多種用途。 為了能更好地開發(fā)和利用 4mn 試驗機的多種用途,要求設計的試驗裝夾裝置具有以上三個方面的性能試驗的多種功能夾具。 3.1.2 試驗專用夾具總體結構及功能 本試驗專用夾具按照 4mn試驗機內(nèi)部有效空間設計。夾具設計有外部動卡頭兩件,結構如圖3.1所示。其中一件頂端有一圈螺紋孔與作動器的油缸活塞桿連接,兩邊與滑軌連接;另一件兩邊分別設計有三個定位銷子孔,在試驗前按照試樣尺寸和預計的試驗行程移動到相應試驗機框架的銷孔處,并插入兩邊六只定位銷子,該卡頭在試驗過程中是固定不動的。 圖3.1中2460.2mm480mm尺寸的70梯形空間是安裝多功能試驗裝夾裝置的。12 3高強度圓環(huán)鏈靜拉伸試驗專用夾具設計 多功能試驗裝夾裝置由總體外框和芯部構件組成,依照三大類產(chǎn)品或試件的檢測試驗,當試件規(guī)格較小時,外框不動,芯部分三種具體結構組成,并且每一種再區(qū)分不同規(guī)格或形狀設計出系列工裝卡具;當試驗大規(guī)格礦用高強度圓環(huán)鏈和接鏈環(huán)的性能檢測時,外框也移除,只留下底墊板,直接放相應大