刮板输送机链轮失效分析及加工工艺改进

在刮板输送机的组成结构中，链轮作为驱动装置，是刮板输送机正常工作的核心部件。由于刮板输送机工作时间长，工作环境恶劣，载荷情况复杂，所以链轮在使用过程中的磨损非常严重，会造成不同的失效，引起工作面停产，造成经济损失。本文以刮板输送机链轮100/06LL-5/6为研究对象，分析其运动原理，探究链轮的失效原因，从链轮加工工艺方面提出改进，设计一种新型链轮铣削夹具，并对链轮铣削方法进行改进，更好的满足链轮高质量、高耐磨性的特点。

 

1 链轮实体模型建立

基于链轮和链条的相互啮合关系，确定出链轮尺寸，在Pro/E中进行链轮实体三维模型的建立，该型刮板输送机使用的链轮由左右链轮组合而成。

 

在刮板输送机运行过程中，链轮体带动链条进行运动，链轮体是由单个分体链轮组成，由于链轮加工质量的缺陷和链条实际工况影响下张紧力的不同，所以分体链轮的受力情况也不相同。当2个分体链轮的磨损情况出现差异时，链轮与链条间的摩擦力将会增大，单齿受力不均匀，受力大的齿磨损快，当一个链轮出现失效时，使链轮的使用寿命缩短，综采工作面效率就会受到影响；因此，应先从一个链轮分体的受力情况进行分析计算。忽略倒角和圆角，简化模型，有利于有限元分析计算，链轮分体三维模型。

 

2 链轮的有限元分析

将模型导入ANSYS软件中，对刮板输送机链轮分体模型进行受力分析。链轮材料为40CrNiMo，弹性模量EX=2.1×105MPa，泊松比PRXY=0.3。选择Solid45网格单元进行自由网格划分。根据电动功率315kW，转速1480r/min，减速器传动比1：24.225，可知作用在链轮上的总拉力为636300N。施加边界条件，在链轮轴孔施加位移约束，然后在链窝施加载荷，进行运算。

 

通过ANSYS解算器，得出链轮在一对齿上的应力云图。

 

3 链轮失效的原因分析

（1）链条对链轮的影响

 

煤矿井下湿度大、粉尘多，刮板输送机工作环境恶劣。在刮板输送机的动力传输过程中，轴与链轮之间用花键联接实现扭矩的传递。在长期的高负荷工作过程中，链轮与链条在啮合点处应力集中并产生高温，从而导致链轮链窝处发生磨损、压溃以及链轮与链条的黏着。此外，受环境影响粉尘会粘在链条上，作为磨粒，使链轮产生表面剥落，加速链轮磨损。

 

（2）材料对链轮的影响

 

链轮是刮板输送机的承载件，在性能上要求有高强度、高韧性。现有链轮材质韧性差，经过整体调制后，硬度有限，因此链窝强度一般在900MPa左右，工作中链轮齿容易断裂。使用过程不能达到高强度、高韧性以及高耐磨性，链轮就容易磨损失效。因此，材料的性能对链轮的磨损有很大的影响。

 

（3）加工工艺对链轮的影响

 

目前，刮板输送机链轮链窝是单齿在铣床上加工而成的，加工质量靠技工的划线精度和技工的手工操作，并且每个链窝都是找正加工，链窝很难达到光滑和平滑过渡，表面粗糙度很低。而且，现有重型双链条刮板输送机是左、右链轮成对使用的，这种加工工艺会使每个链窝也很难达到等分，链窝窝型也难达到一致，加工出来的左、右链轮在成对使用过程中，导致链轮与链条间的摩擦力大，单齿受力不均匀，受力大的齿磨损快。因此，链轮的加工质量对链轮磨损至关重要。链窝加工的误差大、精度低，也会降低耐磨性。

 

刮板输送机链轮耐磨性的提高，对综采工作面的生产能力具有重大意义。通过对链轮失效原因的分析，从链条、材料以及加工现状3方面综合考虑，在节省生产成本的条件下，尽可能地在加工技术上提出改进措施，从根本上延长使用寿命。

 

4 链轮加工工艺改进

通过设计一种新型链轮铣削夹具，并对链轮铣削方法进行改进，保证链轮的质量，从而提高链轮的耐磨性。

 

（1）链轮铣削夹具的设计

 

分析了目前链轮铣削夹具存在的不足，为解决链轮齿形和链窝加工问题，针对加工工艺进行优化，现提出一套新的链轮铣削夹具装置。

 

（2）铣削夹具的结构

 

新型刮板输送机链轮铣削夹具，包括压板、铣齿定位台，以及固定联接压板和铣齿定位台的螺杆和螺母；铣齿定位台通过定位销固定于手动回转工作台上；压板和铣齿定位台之间设置有芯轴和花键套，花键套固定套接在芯轴的外侧面上；螺杆穿过芯轴内侧面将芯轴固定于铣齿定位台上，压板和铣齿定位台之间的距离为右链轮和左链轮叠加放置的高度，花键套的外侧面上设有与右链轮和左链轮上花键孔相配合的花键齿。

 

（3）铣削夹具的使用原理

 

加工时，左链轮上做定位基准孔和定位基准槽，以便与铣齿定位台联接；先将铣齿定位台利用定位销周向定位在手动回转工作台上，将左链轮左端面安装在铣齿定位台上，并将花键套的花键齿装在左链轮的花键孔中，对正基准齿，花键套的内侧装入芯轴，将右链轮的花键孔与花键套的花键齿组装，右链轮的右端面与左链轮右端面扣合，3件基准花键齿必须对正，铣齿落活后分别在左链轮和右链轮右端面做永久配对标记，依次装上压板、垫圈、螺杆，最后上紧螺母。此装置设有多种型号的芯轴和花键套，可加工单链轮，也可加工成对使用的链轮。

 

（4）铣削夹具的操作方法

 

工作时，在铣齿过程中铣刀只做重复的铣削运动；工作台作纵向和横向运动，将齿轮的中心线划准，可以准确定位手动回转台与轮齿的相对位置，加工完一竖列齿后，停止纵向进给，刀具回零，通过手动回转台将链轮轮齿调整到下一个要加工的齿的准确位置上；只要找正一次，就可以加工链轮，而且加工后链轮的每个齿形和齿窝都会一致和等分；尤其是对于成对使用的链轮一次装夹，进行加工，从而提高了链轮的加工质量。

 

5 结语

（1）以刮板输送机链轮100/06LL-5/6为例，对链轮体结构特点、工作原理和受力情况进行分析，得出链窝是链轮失效的关键部位；

 

（2）结合实际情况，从链条、材料和加工现状3方面分析了链轮的失效原因；

 

（3）针对失效原因，从加工工艺方面提出改进措施，设计一种新型链轮铣削夹具，在回转工作台上同时加工成对使用的链轮，既可以保证两链轮的链窝尺寸和精度的一致性，又能保证装配的一致性；为高质量链轮的生产加工提供了重要依据。