矿用高强度圆环链性能测试方法与装置研究（可编辑） .doc

论文题目:矿用高强度圆环链性能测试方法与装置的研究 专 业:机械工程 硕 士 生:李觉非(签名)指导教师:李 曼(签名) 李少朱(签名)摘 要 矿用高强度圆环链的机械性能直接关系到煤矿生产主要设备刮板输送机的使用寿命,出厂检验是保证其质量的必要手段。本文依据国家标准GB/T 12718-2009矿用高强度圆环链和 MT/T522-2004矿用高强度圆环链检验规范要求,针对中煤张家口煤矿机械有限责任公司矿用高强度圆环链出厂检测手段和方法所存在的主要问题,对拉伸测试所用试验工装进行了改进,设计了满足多种试验的夹具;研究确定了新的圆环链伸长率测试方法,并利用虚拟仪器技术研究开发了测试仪器。 本文对矿用高强度圆环链检测装置的研究现状进行了阐述。对照国家标准和行业标准就矿用高强度圆环链检验要求进行了分析讨论,并对张煤机所采用的圆环链出厂检测手段和方法进行了分析,指出了所存在的主要问题。 本文结合公司现有 INSTRON-8500 型 4MN 微机控制电液伺服万能试验机,设计研制了可用于34?48的大规格矿用高强度圆环链和接链环的性能检测、哑铃销破断负荷的检测和大型金属材料拉伸的机械性能试验的专用夹具。文中详细论述了所设计夹具的结构、组成、工作原理及在三种不同试验中的使用方式。所设计夹具获得国家实用新型专利。 本文结合现代检测技术研究提出了一种由传感器代替尺规的圆环链伸长率自动测量方法。在分析虚拟仪器硬件构建方式的基础上,确定了矿用高强度圆环链静拉伸试验测量装置的硬件平台,并设计开发了相应的测量分析软件,实现了对昀小破断应力、试验负荷下昀大伸长率,破断时昀小总伸长率等主要性能参数的自动测量与分析。文中所研制自动测试装置已申请国家实用新型专利。 本文研制的夹具和计算机自动测试仪器,经过在我公司矿用高强度圆环链检测试验中的大量应用及对试验结果的分析,证明其技术先进、设计合理,有效地解决了原有矿用圆环链出厂检测手段和方法所存问题,保证了产品的质量。关 键 字:圆环链;夹具;静拉伸试验;虚拟仪器 研究类型:应用研究Subject: The Research on Test Methods 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 coal 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 in 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 chain 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 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 Tester 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 paper 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 method, 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, 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 Utility 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, professional 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 目 录 目 录 1 绪论. 1 1.1 选题的背景及研究的意义1 1.1.1 选题的背景 1 1.1.2 研究目的与意义. 2 1.2 课题研究历史与现状. 3 1.2.1 虚拟仪器的研究现状及发展趋势 3 1.2.2 圆环链性能测试装置的现状与存在的问题4 1.3 本文研究的主要内容. 5 1.4 本章小结 5 2 矿用高强度圆环链主要性能与检测方法分析6 2.1 张煤机主要圆环链产品种类及其特点 6 2.2 刮板链结构与断链形式分析. 6 2.2.1 刮板链结构 6 2.2.2 断链形式分析7 2.3 圆环链出厂检验项目. 8 2.3.1 圆环链的静拉伸强度试验 8 2.3.2 圆环链机械性能主要参数 9 2.4 小结 11 3 高强度圆环链静拉伸试验专用夹具设计12 3.1 圆环链拉伸试验专用夹具设计内容12 3.1.1 试验专用夹具设计需求12 3.1.2 试验专用夹具总体结构及功能12 3.2 三种不同试验专用夹具工作原理 17 3.2.1 用于大型金属材料拉伸17 3.2.2 用于34至48的大规格矿用高强度圆环链 18 3.2.3 矿用中部槽哑铃销的抗拉强度试验 19 3.3 本章小结. 20 4 圆环链伸长率测量方法与装置研究改进21 4.1 传统测量方法及存在的问题21 4.2 新型圆环链伸长率测量原理22 4.3 圆环链静拉伸试验测量装置硬件平台的构建. 25 4.3.1 测量装置硬件结构确定25 I 目 录 4.3.2 传感器的选择 27 4.3.3 数据采集卡的选择. 28 4.4 圆环链静拉伸试验测量虚拟仪器软件设计29 4.5 本章小结. 33 5 矿用高强度圆环链静拉伸试验 34 5.1 26×92 C级矿用高强度圆环链静拉伸试验要求. 34 5.2 试验设备. 34 5.3 试验方法及结果. 35 5.4 小结 40 6 结论41 6.1 结论 41 6.2 存在的问题 41 6.3 展望 42 致 谢. 43 参考文献. 44 附 录. 46 II 1 绪论 1 绪论 1.1 选题的背景及研究的意义 1.1.1 选题的背景 煤炭工业是我国重要的基础产业,我国作为煤炭生产大国,煤炭产量已居世界首位。近 10 年,随着国民经济的持续快速增长,煤炭的需求量进一步加大,这也促使绝大多数煤矿企业实现了机械化。根据十一五的发展目标,我国煤矿机械化率从 2006年的 42%提高至 2010 年底的 77.6%,其中大型煤矿机械化程度达到 95%,中小型煤矿机械化程1度分别达到 80%和 40% 。目前在大型煤矿中现代化综采设备、综掘设备已被广泛使用。井下工作面综合机械化采煤和输送设备是综采技术的核心,它们主要由采煤机、刮板输送机、转载机、破碎机、液压支架和带式输送机等设备组成。 刮板输送机作为采煤工作面配套设备的重要组成部分,它不仅是运送煤和物料,而且还是采煤机的运行轨道,其输送能力在很大程度上决定了采煤工作面的生产能力和效率。刮板输送机主要由机头、中间部和机尾部三个部分组成。机头部由机头架、电动机、液力偶合器、减速器及链轮等组成;中部由过渡槽、中部槽、链条和刮板等组成;机尾部为供刮板链返回的装置。工作时刮板输送机通过外力驱动链轮,依靠链轮与刮板链的啮合,将动力传递给刮板链,带动刮板推动煤炭实现连续运输。刮板输送机的刮板链由刮板和圆环链通过连接件连接起来。圆环链是刮板输送机的重要部件,生产中,环环相扣的链环,只要一环出现断链,刮板输送机无法运转,整个工作面就得停产。刮板输送机在运行过程中圆环链作为刮板输送机的牵引构件,始终处于张紧状态,一方面受到链轮施加的牵引力的作用,同时也受到溜槽、链轮及所运物料摩擦力的作用,是昀容易出现故障的环节。根据有关数据统计,在刮板输送机出现的故障中,断链故障约占输送机总故障时间的 40% 以上,处理该故障所花费的时间2昀长,劳动强度也昀大 。造成刮板输送机断链的主要原因有质量问题、自然损坏、使用维护不当等,其中质量问题引起的断链是首要原因。刮板运输机所处复杂的井下工况,圆环链不仅受到多种力的作用,还受环境的很大影响。矿用高强度圆环链在生产制造时材料的细微缺陷,链条的焊接、热处理不当就会产生微裂纹,在经过一段时间使用后裂纹可以继续扩展,并昀 终导致链条的断裂。目前, 我国矿用刮板机所使用各种圆环链, 都是按照国家标准 GB/ T 12718- 2009矿用高强圆环链生产制造的。标准规定圆环链的破断负荷为刮板链拉力的 10 倍左右,安全系数很大,正常情况下断链的可能性很小。所以确保矿用高强度圆环链合格出厂,采用有效的检测手段对圆1 西安科技大学工程硕士学位论文 环链机械性能进行抽检测试是很有必要的。 我公司圆环链分厂生产的矿用高强度圆环链是公司主要产品刮板输送机的关键零部件,为保证优质的产品出厂,圆环链机械性能的抽检测试是非常重要的一环。在生产中,我们依据标准 GB/T12718-2009矿用高强度圆环链和 MT/T522-2004矿用高强度圆环链检验规范的要求对圆环链抽检测试。但是标准中只对所需检测的参数提出了要求,对具体的测试方法和测试装置没有详细说明。在实际生产中,对不同规格的圆环链以及不同检测参数,对其测试方法和测试装置的研究是非常重要的。 1.1.2 研究目的与意义 矿用高强度圆环链的规格和种类多,大小规格间差别大,我公司测试中心具有全面检测所有规格矿用圆环链各种机械性能的能力。目前我公司对圆环链机械性能进行抽检测试所用的主要设备有: 1 静拉伸试验所用设备 10?22链条 上海生产WI-100万能材料试验机 满量程1000kN 24?34链条 日本岛津UDH-200A型微机控制电子万能材料试验机 34?48链条 英国INSTRON-8500型4MN微机控制电液伺服万能试验机 2 圆环链疲劳试验所用设备 14?30链条 东德ZD100PU型脉冲试验机34?48链条 英国INSTRON-8505型电液伺服疲劳试验机 3 圆环链单环弯曲挠度值试验所用设备 用上述WI-100型和UDH-200A型试验机 4 缺口冲击值试验所用设备 吴忠产JB-30B型冲击试验机并配有低温槽 就传统的测试装置而言,在对圆环链的破断负荷、试验负荷下伸长率和破断总伸长率等机械性能指标检测的工作过程中,存在工装台卡具设计、选用不当,测量方法陈旧,自动化程度低,人为测量误差大,试验负荷下伸长率的测量有可能链条破断危及人身安全等问题。试验负荷下伸长率的测量,本研试前通常采用打点画线的方法,测量过程虽不复杂,但却是在链条承受一千多kN力的情况下操作34×126的C级链试验负荷1160kN;30×108的D级链为1130kN,规格越大,负荷越大,相当危险,尤其在有些链条制造质量或材质达不到标准而提早断裂的情况下,危险性更大。本文针对现有问题研究设计矿用高强度圆环链机械性能测试的工装卡具、试验负荷下伸长率测量方法及基于虚拟仪器技术的测试装置。本课题的研究对改进目前生产中所使用的测试手段,提高圆环链测试水平,解决生产实际问题具有重要的现实意义。 2 1 绪论 1.2 课题研究历史与现状 1.2.1 虚拟仪器的研究现状及发展趋势 随着微电子技术、计算机技术、软件技术、网络技术的飞速发展,新的测试理论、测试方法、测试领域以及新的仪器结构不断出现,在许多方面已经冲破了传统仪器的概念,电子测量仪器的功能和作用发生了质的变化。虚拟仪器是一种新的仪器模式,是由美国国家仪器公司于 1986 年提出的。它是在计算机为核心的硬件平台上,用户自定义测试功能、由测试软件实现的一种计算机仪器系统。与传统仪器相比,虚拟仪器具有很多优点34: 表 1.1 传统仪器和虚拟仪器的比较 传统仪器 虚拟仪器 功能由仪器制造商定义并固定 用户自定义仪器功能 硬件是关键 软件是关键 功能较单一,只能连接有限的独立设备 可以与多种设备以及网络进行方便的连接 价格高,仪器间一般无法相互利用 价格低,仪器间资源的可重复利用率高 仪器的开发与维护费用较高 开发和维护费用低 仪器封闭 灵活,基于计算机的开放系统 技术更新周期长(5-10年) 技术更新时间短(1-2 年) 从虚拟仪器概念提出至今,研究人员在虚拟仪器硬件接口、虚拟仪器软件及其设计方法等方面做了许多有意义的研究工作,并已开发了许多实用的虚拟仪器系统,目前虚拟仪器已广泛应用于许多领域。 (1)各种虚拟仪器开发平台为虚拟仪器的推广应用奠定了基础 美国 NI 公司推出了图形化虚拟仪器专用开发平台 LabVIEW。这种平台采用图形化编程方式,编程过程简单方便,是目前昀受欢迎的虚拟仪器主流开发平台。为了兼顾其他高级语言软件开发者的习惯,NI 还推出了 LabWindows/CVI、Componentworks等交互式开发平台。美国 HP 公司的 HP VEE、Tektronis 公司的 Ez Test 和 Tek TNS 以及美国 HEM Data 公司的 Snap -Marter 平台软件,也是国际上公认的优秀虚拟仪器开发平台5。在国内,一些学者也进行了一系列的研究,如华中科技大学的何岭松等研究的可重组虚拟仪器开发平台;重庆大学秦树人等提出了虚拟仪器产品的网络化开发方法;国防科技大学杨乐平也对虚拟仪器有深入的研究。但目前这些开发平台还没有被普遍使用。 (2)虚拟仪器开发向标准化方向发展 3 西安科技大学工程硕士学位论文 1998.9成立了 IVI (Interchangeable Virtual Instrument) 基金会。IVI 基金会是昀终用户、系统集成商和仪器制造商的一个开放的联盟。目前,该组织已经制订了示波器/数字化仪、数字万用表、任意波形发生器/函数发生器、开关/多路复用器/矩阵及电源等6五类仪器的规范。IVI 制订的虚拟仪器统一规范,提升了仪器驱动软件标准化水平 。 (3)软件工程领域的新方法、新理论的广泛应用 面向对象技术 Object Oriented,OO 、ActiveX 技术、组件技术 Component Object Model,COM 等,被广泛用来进行虚拟仪器的测试分析软件和虚拟界面控件软件的设计,出现了许多数据处理高级分析软件和大量的仪器面板控件,这些软件为快速组建虚拟仪器提供了良好的条件。 (4)虚拟仪器的网络化、智能化 伴随网络技术的高速发展,出现了以网络为基础、虚拟仪器为核心的“虚拟实验室 Virtual Laborato-ry”的概念。目前,虚拟实验室已成功地应用于许多大型实验室的实验研7究和高等学校的实验教学 。在人工智能研究的影响下,人们开始关注如何提高虚拟仪器的智能化水平。 (5)采用总线方式组建虚拟仪器 虚拟仪器可以通过各种不同的接口总线,组建不同规模的测试系统。目前虚拟仪器系统开发采用的总线包括传统的 RS232串行总线、GPIB通用接口总线、USB通用串行8总线、IEEE 1394总线 Firewire、VXI 总线、PXI 。 1.2.2 圆环链性能测试装置的现状与存在的问题 依照国家标准 GB/T 12718-2009矿用高强度圆环链和 MT/T522-2004矿用高强度圆环链检验规范要求,圆环链机械性能的检测主要包括以下几项:昀小破断应力,试验应力,试验应力与昀小破断应力之比,试验负荷下昀大伸长率,破断时昀小总伸长9 10率 。这些性能指标通过对圆环链检验样本的静拉伸试验测得。 在对圆环链的破断负荷、试验负荷下昀大伸长率、破断时的昀小总伸长率及疲劳寿命等机械性能指标检测的工作过程中,存在工装胎卡具设计、选用不当,人为测量误差,试验负荷下伸长率的测量和链条破断危及人身安全等问题。标准中只说:“链条固定装置:试验用夹具与链环之间的接触表面形状和尺寸应符合链环实际承载时的接触面形状和尺寸。”在实际工作中,具体静拉伸试验时链条的固定装置还需优化设计。在本人长期工作实践中接触的胎卡具有三几种之多,就目前一直沿用的卡具和半圆销也存在一定的问题。一是胎卡具经常在链条断裂时的反作用力下脆断;二是半圆销时常卡在变形的链环中很难砸出或没有严格履行其制造工艺的图纸要求发生脆断而中止试验。另外,试验负荷下伸长率的测量也是我们在实际检测中遇到的一个重要问题。传统的试验负荷下伸长率的测量通常采用打点画线的方法。该方法是预先在规定标距长度附近打一点印4 1 绪论 记,拉伸过程回到初始负荷时,用画规以点记为中心刻画规定标距长的弧线,待拉伸至试验负荷时,在保持负荷不变的状态下再到链条上刻画规定标距长的弧线,并且用量具量出两次刻画弧线间的距离,此距离除以原始标距乘 100%得到试验负荷下伸长率。这种方法过程虽不复杂,但其自动化程度低,人为测量误差大,而且操作人员是在链条承受一千多 kN 的情况下操作,在一些链条制造质量或材质达不到标准而提早断裂时,相当危险。目前我们所使用的国外设备,圆环链的试验负荷下伸长率测量方法是根据试验机油缸位移的变化量估算得出,误差比较大,不能真实反映圆环链的机械性能中的试验负荷下昀大伸长率。 1.3 本文研究的主要内容 矿用高强度圆环链在生产制造过程中产生的细微缺陷,在使用过程中不仅受到多种力的作用,还受环境的很大影响,继续产生缺陷,导致链条疲劳破坏。疲劳破坏影响了煤炭生产,同时危及工人的人身安全。本课题从实际出发对圆环链机械性能的抽检测试这一非常重要的环节进一步分析,主要完成以下研究内容: 1 针对目前试验所用装夹装置存在的问题,研制一种新型用于机械性能试验的装夹装置,以满足我公司矿用高强度圆环链实际生产检验需要。 2 依据标准 GB/T12718-2009矿用高强度圆环链和 MT/T522-2004矿用高强度圆环链检验规范要求,对矿用高强度圆环链主要机械性能参数的测试方法进行了深入地研究,并结合测试的实际情况,研究确定合理的测试方法,并在此基础上研究开发相应的测试仪器。 3 通过试验的方法对所研制的装置进行性能分析和验证。 1.4 本章小结 本章从课题的选题背景开始,论述了矿用高强度圆环链在煤矿安全生产中的重要性,以及对其按照国家和行业标准进行检测的必要性。介绍了我公司在矿用高强度圆环链检验中试验手段和方法所存在的问题。论述了当前流行的先进检测仪器?虚拟仪器的优点及研究应用现状。同时对本课题的主要研究内容与意义作了相应阐述。 5 西安科技大学工程硕士学位论文 2 矿用高强度圆环链主要性能与检测方法分析 圆环链是刮板输送机的重要部件,刮板输送机在运行过程中圆环链作为刮板输送机的牵引构件, 始终处于张紧状态,一方面受到链轮施加的牵引力的作用,同时也受到溜槽、链轮及所运物料摩擦力的作用,是昀容易出现故障的环节。保证圆环链的出厂质量是避免断链的首要环节。 2.1 张煤机主要圆环链产品种类及其特点 中煤张家口煤矿机械有限责任公司帕森斯链条分公司,是国内昀大规模的工业链条生产与销售企业。拥有当今世界一流的专业制链装备与生产技术,以保障供给高强度工业链条及配套辅件而蜚声国内外。2006年收购英国帕森斯公司矿用链条知识产权和直径34-48毫米链条的技术装备,继承了有百年历史的“帕森斯矿用链条”知名品牌使用权,愈发增强了生产世界顶级矿用链条的能力。主要圆环链产品种类有:输送机刮板链,B级规格从10 至34,C 级从10 至42;采煤机牵引链,规格从10 至42;特别生产有加强型矿用宽带链,规格有 42×128/164,50×146/174,52×164/176,宽带链改善了链环的磨损特性,使链条的耐磨性大大提高,使用寿命延长。还生产有加强型、防腐型矿用圆环链和紧凑链,紧凑链规格有 34×126,38×126,38×137,38×146,42×146,48×152,紧凑链采用锻造立环与焊接平环交替连接结构,经过特殊的热处理工艺,具有较高的抗拉强度、较高的韧性和较长的疲劳寿命。每个环的昀佳硬度分布减少了链环间的磨损,显著提高了使用寿命。这些产品性能明显优越于扁平立环结构的性能。对煤矿井下腐蚀性工况,地下水腐蚀性特强,链条会发生腐蚀坑和疲劳裂纹,会快速引起链条的早期失效。帕森斯链条分公司开发出一种用于防腐链的专用原材料(1997年申请专利),不会像表面浸锌链条被磨掉缩短使用寿命。帕森斯防腐矿用链条几乎完全不受腐蚀的影响。这些性能特点已成功应用到世界上许多主要煤矿的刮板输送机上并得到验证。 2.2 刮板链结构与断链形式分析 2.2.1 刮板链结构 刮板链条具有牵引、导向、传递动力和推移货物载荷的功能。其结构由链条、刮板和接链器组成,是一个闭式循环系统。刮板链条分为单中链型、中双链型、中边链型和边双链型等四种结构型式。链条为矿用高强度圆环链,是由多个单链环组编和焊接而成的链节构成。 6 2 矿用高强度圆环链主要性能与检测方法分析 圆环链的材质采用 25MnV、23MnNiCrMo 等高强度合金钢棒料,经过剪断、压弯、11组编、成形、焊接、去焊刺、热处理、预拉伸和浸漆等多道工序制成 。根据传递功率大小的不同,圆环链的棒料直径和节距也相应不同,我国矿用高强度圆环链标准规格有:10×40,14×50,18×64,22×86,24×86,26×92,30×108,34×126,38×137,42×146。现在正逐步向更大规格发展,已出现48和52规格的。 2.2.2 断链形式分析 在煤矿生产中,刮板链断裂事故时有发生。根据断裂特征,刮板链断裂形式主要有12两种 : (1) 所受的冲击力超过其静破断载荷而断裂 这种断裂断口呈某种凸凹状,链环的直线部分变长,并且断口一般发生在链环弯曲部分的中间部位,或发生于某些有缺陷的部位; (2) 受力小于静破断载荷,由于反复作用,发生疲劳破坏 这种断裂断口常常发生在链环弯曲部分和直线部分的连接处,其断口呈灰白月牙平台和凸凹不平两部分。典型的疲劳断口按照断裂过程的先后有三个明显的宏观特征区,即疲劳源区、扩展区和瞬断区。疲劳源区具有如下宏观特征:氧化或腐蚀较重,颜色较深;断面平坦、光滑、细密,有些断口可见到闪光的小刻面;有向外辐射的放射台阶和放射状条纹;在源区虽看不到疲劳弧线,但它看上去像向外发射疲劳弧线的中心。疲劳断裂扩展区的宏观特征:断面较平坦,与主应力相垂直,颜色介于源区和瞬断区之间,疲劳断裂扩展阶段留在断口上昀基本的宏观特征是疲劳弧线(又称海滩花样或贝壳花样)。瞬断区的宏观特征与带尖缺口一次性断裂的断口相近。其一,瞬断区面积的大小取决于载荷的大小,材料的性质,环境介质等因素。在通常情况下,瞬断区面积较大,则表示所受载荷较大或者材料较脆;相反,瞬断区面积较小,则表示承受的载荷较小或材料韧性较好。其二,瞬断区的位置越处于断面的中心部位,表示所受的外载越13大;瞬断区的位置接近自由表面,则表示受到的外力较小 。 14引起矿用刮板链断链的原因有很多,主要可归纳为以下四种 : 第一,它在工作时除要承受很大的平均载荷外同时还要传递较大的动载荷。这种动载荷除在启动和突然制动的情况下会产生外,在正常运行中也有动载荷存在,这是因为采用链传动时,链条速度有周期性变化,有加减速度存在。前一种动载荷容易使链条造成冲击破坏;后者受力虽小,但当链环表面或内部有缺陷,特别是由于毛刺未除的焊接凸边,在交变载荷作用下,裂痕不断扩大,造成疲劳破坏。 第二,井下腐蚀性水使链环产生锈疤、裂纹,致使链环断面减小、强度降低;还与工作面的使用条件有关。 第三,链轮啮合的状况不好,之间由于摩擦产生相对滑动,导致链环磨损破坏。 7 西安科技大学工程硕士学位论文 第四,链条的制造质量问题。由于材质、工艺,特别是焊接和热处理等多方面的原因,致使链条本身就具有表面或内部的缺陷,达不到产品出厂的质量要求。2.3 圆环链出厂检验项目 矿用高强度圆环链是煤矿用刮板输送机、刮板转载机、刨煤机、滚筒采煤机及其他机械的牵引链,在煤矿生产中使用面广、数量大,同时也是关键易损件。链条工作时除承受拉-拉疲劳外,遇有刮卡还会受到冲击载荷,链环与链轮接触时,链环顶部外侧受到链轮轮齿的压力及磨损,顶部内侧除受压力外,在链环与链环的连接部位还会产生磨损和接触疲劳。链条在井下与潮湿的煤粉、岩粉及腐蚀性气体接触,应力腐蚀、腐蚀疲劳也是影响矿用高强度圆环链使用寿命的重要因素。因此,矿用高强度圆环链应具有高强度、高韧性、耐磨损、耐腐蚀等综合力学性能。 为了保证矿用高强度圆环链的生产质量,国家制定了详细的生产标准和检验规范。依照国家标准 GB/T 12718-2009矿用高强度圆环链和煤炭行业 MT/522-2004矿用高强度圆环链检验标准要求,对出厂圆环链要进行表面质量、尺寸、静拉伸强度等项目的检验。 圆环链表面质量主要检测焊接区不得含有夹渣、烧伤等缺陷;焊接处是否去毛刺;链环表面有否目视裂纹及其圆弧部位有否明显凹痕。 尺寸主要检测链环节距、昀小内宽、昀大外宽、焊接处昀大直径、圆弧半径、焊接区长度等。其中节距、昀小内宽、昀大外宽是检验尺寸的关键。当链环节距超过标准值时,链环搭在齿顶上,易发生跳链、打牙等现象。节距过小,圆环链就会在传动中发生脱齿困难,从而加剧磨损,并产生附加冲击负荷。当圆环链外宽超过标准值时,链环不能啮入链轮链窝而搭在齿腰部,引起跳链、打牙、加剧磨损,降低传动效率。如链环内宽过小,则使链环间转动困难。链条长度包括链条长度、链条配对长度。 静拉伸强度是通过静拉伸试验来进行检测,主要检测试验负荷下伸长率、破断负荷、破断总伸长率三项指标。静拉伸强度试验是矿用高强度圆环链检验中的难点,也是本文所讨论的重点。 2.3.1 圆环链的静拉伸强度试验 对圆环链检验样本进行静拉伸试验,目的是检验矿用高强度圆环链出厂前的主要性能参数是否满足国家标准的要求,以确保产品合格。 我公司测试中心在圆环链的静拉伸强度试验中所采用的试验机是从试验机生产厂家购得的 INSTRON-8500型 4MN微机控制电液伺服万能试验机。 在试验中按标准要求选取试验样本,静拉伸强度检验时每个样本所包含的链环数应符合表1的规定。 8 2 矿用高强度圆环链主要性能与检测方法分析 表 1 静拉伸强度检验样本 链环节距/mm 链 环 数 64 7 >64 5 试验中链条由固定装置固定在试验机上。静拉伸试验专用夹具与链环之间的接触表面应与链环实际承载时的接触面相吻合。拉伸试验时链条的固定装置如图 2.1,图中 a尺寸是相应各规格圆环链链环允许的昀小内宽。经过热处理的插入销外形如图 2.2,图中L为圆环链材料尺寸,插入销可由半个链环代替。图 2.1 链条的固定装置图 2.2 插入销外形2.3.2 圆环链机械性能主要参数 静拉伸强度试验中主要是测试试样在试验负荷下昀大伸长率、破断负荷、破断总伸长率这三个主要性能参数。破断负荷是在静拉伸试验中成品链能够承受的昀大负荷。试验负荷为检验成品链在不超过规定伸长量情况下应能承受的规定负荷。初始负荷是记录测量长度或安装应变计时,张紧链条所规定的负荷。 9 西安科技大学工程硕士学位论文 (1) 试验负荷下伸长率测定 样本单位在试验机上夹紧后,加载至标准规定的试验负荷的一半,再将负荷降至初始负荷,并标定其长度,(初始负荷和标定长度 l 应符合标准的规定)然后以昀大为每02秒20N/mm 加载速度加载到标准规定的试验负荷的 100%?110%,这时测量在施加试验负荷下的标定长度l ,试验负荷下的伸长率由式2.1计算: ll0 ×100% (2.1) 1l0式中: ?试验负荷下伸长率,%; 1l ?试验负荷下测量的标定长度,mm; l ?初始负荷下标定长度, mm。 0试验负荷下伸长率国家标准中规定 B级链1.4,C级链1.6,D级链1.9。 (2) 破断负荷及破断总伸长率的测定测量在施加试验负荷下的标定长度后,继续给样本单位加载,直到断裂为止,这时测出破断负荷和破断总伸长量 l ,破断总伸长率按式2计