环链斗式提升机牵引件断裂分析及改进措施

1 问题的提出

耀县水泥厂5号窑生料制备系统配备的两台B800环链斗式提升机，斗宽800mm，垂直提升高度35m。从1991年6月试生产以来，经过一段时间的使用，频繁出现牵引件断裂事故。当出现单侧断裂时，若及时发现，可阻止事故的扩大，若两侧同时断裂，则发生全部牵引件从35m高处坠落，砸坏料斗，损坏牵引件的恶性事故。从1991年4季度至1993年3季度，已发生全部牵引件坠落事故5起，单侧牵引件断裂次数也极为频繁。因此，牵引件频繁断裂，是影响生料制备系统正常生产的主要问题。

 

2 牵引件断裂分析

环链斗式提升机的牵引件可分为"U"形环和5节链两部分。断裂部位多发生在"U"形环上，从事故现场得到的"U"形环可看出，断面在曲率最大处，呈垂直结晶断口，断面可见含疲劳源的疲劳扩展区和瞬间断裂区。经分析认为，牵引件频繁断裂原因可归结为如下几个方面。

 

(1)"U"形环的材质采用25Mn2V制作，它有较高的耐磨性，但韧性较低。当头轮镶块安装不平整时，斗式提升机在运转中，因料斗在头轮换向时与头轮镶块撞击发生的冲击载荷和来自传动环节的变力都可能引起"U"形环的随机脆断。

 

(2)斗式提升机在运转过程中，因头轮镶块磨损严重，或因头轮镶块固定螺栓松动，都可造成"U"形环"沉底"，使牵引件中的"U"形环及立链部分直接与轮毅相撞，将拉伸应力变为弯曲应力，导致"U"形环脆断(见图1所示)。

 

(3)"U"形环受脉动载荷产生疲劳断裂。该提升机为Φ3.5 X 10m烘干兼中卸磨机选粉输送而设置的。磨机台时产量75t/h，循环负荷为300%，在35m高的垂直往复输送行程中，装有124个料斗，每运行一周需56s。经初步计算，每个单元的料斗、牵引件及物料重约80kg。我们以运动中的某一节"U"形环为分析对象(见图2)。由图2可看出，一个料斗，由下向上运动，载满物料后随着提升高度的增加，"U"形环承受的拉力在逐渐增大，当料斗升至35m高时，"U"形环受到的拉力约为48608N，此时，料斗换向，卸空物料向下运动，受到的拉力在逐渐减小，直至回到初始状态，如此周而复始。

 

受力曲线图表明，每个"U"形环在运动过程中承受着周期性的脉动载荷，拉力在784~48608N之间变化。周期为56s/周。因斗式提升机长期运行，造成了料斗螺栓孔磨损扩大，有些甚至变成了椭圆孔，"U"形环开口处与斗壁之间出现较大自由度，使之不能与斗壁紧密配合，在这种状态下，"U"形环实际上相当于一个开放的环钩。运行中，拉力增大时，环口张开，拉力减小时，环口自然回弹。若按每56s出现一次峰值计算，运行一天每个"U"形环要承受脉动载荷1543次，照此下去，必定在"U"形环曲率最大处出现疲劳断裂。

 

3 采取的措施

(1)加强岗位巡检，提高巡检质量。机械技术人员定期亲自检查，并适时安排更换头轮镶块及部分牵引件。更换前对配件进行严格选配，提高安装精度，减少累积误差。

 

(2)对头轮镶块进行改造。材质上，提高耐磨性;结构上，以镶块与轮毅结合的稳固性着手(如图3所示)。在镶块内侧增加一凸起的弧形定位块，镶块由原来的两条固定螺栓，增至三条，使之与轮毅牢固地结合，杜绝"U"形环"沉底"。

 

(3)为了克服运行中脉动载荷造成的疲劳断裂，对"U"形环可采取"封闭"的措施。在每个料斗的内侧，"U"形环开口处，增加应力板，并提高应力板孔距的安装精度，使开放的"U"形环封闭成为闭合的整体，将部分拉力作用在应力板上(如图4所示)。