大规格矿用紧凑链条制链工艺的研究

大规格矿用紧凑链条制链工艺的研究 学 位 论 文 独 创 性 说 明 本人郑重声明:所呈 交的学位 论文 政研论文下载论文大学下载论文大学下载关于长拳的论文浙大论文封面下载 是我个人在 导师指导下进行的研 究工作及其取 得研究成果。尽我所知,除了文中加 以标注和 致谢的地方外,论文中不包含其他人或 集体已经公开发表或撰写过的研究成 果,也不 包含为获得西安科技大学或其他教育机 构的学位或证书所使用过的材料。与 我一同工 作的同志对本研究所做的任何贡献均已 在论文中做了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名: 日期:学位论文知识产权声明书 本人完全了解学校有 关知识产权的 规定,即: 研究生在校攻读学位 期间论文 工作 的知识产权单位属于西安科技大学。 学校有权 保留并向国家有关部门或机构送交论文 的复印件和电子版。本人允许论文被 查阅和借 阅。学校可以将本学位论文的全部或部 分内容编入有关数据库进行检索,可 以采用影 印、缩印或扫描等复制手段 保存和汇编 本学位论文。同时本人保证,毕业后 结合学位 论文研究课 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 再撰写的文章一律注明作 者单位为西安科技大学。 保密论文待解密后适用本声明。 学位论文作者签名:指导教师签名: 年月 日 论文题目:大规格矿用紧凑链条制链工艺的研究 专 业:机械工程 硕 士 生:武兴旺签名 指导教师:郭 卫签名 摘 要 矿用紧凑链条是煤矿 井下机械化采 煤的主要设 备?? 刮板运输机和 转载机上的传 动链, 是设备的关键件和易损件。 它需要具有高强度、 高韧性、 耐磨损、 耐腐蚀等即复 杂又矛盾的综合机械性能。 随着重型、 超重型 刮板运输机的深入研究, 对大规格矿用紧 凑链条研制越来越迫切, 替代矿用圆环链已成 必然, 它的设计开发易于三机配套, 增加 过煤量, 延长使用寿命, 降低制造成本。 矿用 紧凑链条制链工艺流程复杂, 经过至少十 几道工序, 要求设备和技术非常专一, 各工序 工艺要求严格, 控制精细, 来保证链条的 外在质量和内在质量。 本文针对国内一些制链生产厂家设备、 原材料、 工艺流程、 技术 等方面进行了分析, 通过研究制定出了生产矿用紧凑链的最优工艺 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 , 同时解决了制 造工艺过程中的技术难题,达到提高链条综合机械性能的目标。 本论文主要通过对矿用链条所使用原材料及机械性能的分析, 紧凑链结构及工况使 用条件的分析, 制链工艺方案的制定, 制链工 艺的研究, 链条编结技术的研究, 中频热 处理技术的研究, 来研制出高强度、 高寿命的 紧凑链条。 制链工艺的研究主要通过对制 链各工序的作用, 闪光对焊的焊接机理, 中频 热处理加热机理的研究分析, 找出制链工 艺流程中的关键点, 找出提高链条机械性能的 突破口。 编结技术的研究包括: 编结工艺 方法的更新, 设计制造液压式单环编结机。 中 频热处理技术研究包括: 中频淬火、 回火 工艺的研试, 单环淬火工艺研试与机床的设计制造, 回火工艺研试与感应线圈的设计制 造。为了提高链条机械性能进行了原材料的优选、编结工艺的更新、焊接工 艺的更新、 中频热处理工艺更新。 针对新工艺方案进行 42x146mm 紧凑链条(本课题以 42×146mm 紧凑链为例进行研 究) 的工艺试验, 确定了最佳工艺参数 ; 试验 链条的三项性能、 冲击值、 疲劳寿命都远 远超过德国 DIN22255-2001 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 的技术要求。同时经过煤矿井下试验,质量稳定可靠, 极大地满足了用户的需求,完全可以替代进口链条,具有良好的市场前景和推广价值。 该课题研究的成功,将加快我国重型、超重刮板输送机向国际化迈进的步伐。 关 键 词:矿用紧凑链条;工艺方案;编结;闪光对焊;中频热处理;机械性能 研究类型:应用研究 Subject: The research on manufacture process of big size compact chain for mining Specialty:Mechanical Engineering Name: Wu XingwangSignature ____________ Instructor:GuoWei Signature____________ ABSTRACT The compact chains for mining were transmission chains of the armoured face conveyors - the main equipments for synthesized mechanized coal mining in coal mine underground , were key parts and ease wasting parts. The compact chains need with complex and incompatible integrated mechanical properties of high tensile strength,high toughness,wear resistance,corrosion resistance and so onWith thorough research on heavy-duty and super heavy-duty armoured face conveyors, development on the big compact chains for mining becomes more and more urgent,to ,replace the round link chain for mining has become inevitable,its design and development easy to match of three machines, to increase coal output quantity, to extend the their service life,to decrease manufacturing costThe manufacture process of compact chains for mining was complex , it has more than 10 process, requisite equipment and technology are very specific,technical requirements and control on process were very strict in order to ensure the external and internal quality of chainChain making equipments ,raw materials ,technological process and technique and so on for a part of chain factories in China were analysed in this paper. The technical difficult problems were solved ,the best technical process were designed by research, the higher comprehensive mechanical properties of the chain were obtained In this paper, mainly through analysis of raw materials and mechanical properties of chain for mining; analysis of structure and working condition of compact chains for mining, chain making craft plan formulation ,research of chain making process, research of chain forming technology, research of medium frequency heat treatment technology,developed the compact chains in high strength and high life.The research on chain making process mainly through functions of every chain making process,fundamentals of welding for flash butt welding,the research on mechanism of medium frequency heat treatment,find out the key point in chain making process and the breach of improve the mechanical properties of the chain.The technology research for chain forming include: The update process, design of hydraulic type single link forming machine.The technology research for medium frequency heat treatment include: process research on chain medium frequency hardening and tempering, process research on single link hardening and tempering, the design and manufacture of hardening machine and induction coils In order to improve the mechanical properties of the chain , selection of raw materials , process update on forming ,welding and medium frequency heat treatment were doneAccording to the new process program ,performed the process test of compact chains 42×146mm this topic in compact chain 42×146mm for case study.,determined the best process parameters .The results show that the 3 main mechanical properties ,impact value and fatigue life of the chain over the requirements of Germany standard DIN22255-2001.In the same time through test in coal mine ,the quality of chain stable and reliable ,great to meet customer requirements,it can completely replace the imported chains,has a good market prospect and promotion valueThe research of success to the subject, will accelerate our country heavy-duty,super heavy-duty the armoured face conveyors the pace that strides to internationalizationKey words: compact chain for mining; process program ; forming ; flash butt welding; medium frequency heat treatment;mechanical properties Thesis: process design 目录 目 录 1 绪论1 1.1 国内外的研究动态与发展趋势1 1.2 矿用紧凑链与圆环链的区别.3 1.3 矿业链条对材料及机械性能的要求.4 1.4 研究的主要内容..7 1.5 本章小结.7 2 矿用紧凑链的结构工艺分析研究..8 2.1 矿用紧凑链的结构特征..8 2.2 矿用紧凑链的工况使用分析10 2.3 矿用紧凑链对几何尺寸的要求. 11 2.4 矿用紧凑链对机械性能的要求. 11 2.5 本章小结12 3 矿用紧凑链制造工艺方案的确定 13 3.1 制定 42×146mm 紧凑链工艺方案的依据 13 3.2 42×146mm 紧凑链工艺方案的确定 13 3.3 42×146mm 紧凑链制链工序的作用及工艺特 点14 3.4 本章小结26 4 对矿用紧凑链制链关键技术的研究27 4.1 对矿用紧凑链条编结技术的研究 27 4.1.1 矿用圆环链编结技术的发展进程. 27 4.1.2 矿用紧凑链编结难题的产生27 4.1.3 矿用紧凑链编结技术的研究28 4.2 矿用紧凑链条中频热处理技术和单环热处 理技术的研究 30 4.2.1 矿用链条中频热处理技术的发展及优缺点 分析. 30 4.2.2 矿用紧凑链条中频热处理工艺的改进30 4.2.3 对矿用链条单环回火技术的研究. 32 4.2.4 对矿用链条单环淬火技术的研究. 34 4.3 本章小结36 I 西安科技大学工程硕士学位论文 5 φ42mm紧凑链条机械性能的试验 37 5.1 φ42mm 紧凑链条的加工试验. 37 5.2 φ42mm 紧凑链条的三项性能试验37 5.3 φ42mm 紧凑链条的挠度试验. 40 5.4 φ42mm 紧凑链条的冲击试验. 41 5.5 φ42mm 紧凑链条的疲劳试验. 43 5.6 本章小结 45 6总结与展望 46 致谢47 参考文献 48 II 1 绪论 1 绪论 煤炭是我国的主要能源, 提高煤炭生产能力是 保障国民经济发展和能源安全的战略 选择, 根据国民经济发展对煤炭需求以及我国煤炭生产企业对重型、 超重型刮板输送机、 转载机的巨大需求, 矿用紧凑链条作为刮板输 送机、 转载机上的传动链, 是设备的关键 [1-4] 件和易损件 。它需要具有高强度、高韧性、耐磨损、耐腐蚀等既复杂又矛盾的综合 [30-31][36-38] 机械性能 。 它的设计制造将解决国内不能生产的难题, 矿用紧凑链替代矿用圆 环链的目的就是增加煤矿的煤炭产量, 提高刮板运输机的使用寿命, 降低整机的制造成 本。 矿用链条制造专业性很强, 国内有些制链企业 生产设备落后, 工艺简单, 产品质量 不稳定; 特别是制链核心技术和工艺的欠缺, 使得很多煤机制造企业在高端产品市场望 而却步。 例如: 国内一些制链企业还是使用原苏 联 50 年代的凸轮马达式 UN-150 对焊机, 用冲床手工编结链条, 这种编结、 焊接方式和 技术根本无法保证大规格矿用紧凑链条的 2 质量,更谈不上生产 1000N/mm 的加强型 链 条。因此,要加快设备的更新换 代,在专 用设备上发明创造,提高制造工艺水平。 另外, 多向国外知名制链公司 (如英国 PARSONS 公司, 德国 J.D.T 公司, 德国蒂勒 [48-51] 公司)学习,提高新材料、新工艺的研发能力,掌握制链的核心技术 。 为了满足对矿用紧凑链条工艺研试的需要, 对 紧凑链条结构型式及工况特点进行分 析,对原有设备进行设计改进,对现行工艺进行了调整,对两大关键技术进行了研究, 并对样件进行了机械性能测试, 链条的综合机械性能有了显著提高, 使我国的制链水平、 制造能力达到了国际领先水平。 促进了矿用重型、 超重型综采成套输送设备的研发步伐, 为成套设备的国产化创造了条件,推进了煤机装备制造行业的技术进步。据专家预期, 到 7>2014 年仅国内对大规格矿用链条的需求量 将达到 12 亿元人民币以上, 实际意义和推 广价值巨大。 1.1 国内外的研究动态与发展趋势 近年来, 随着世界经济的快速发展, 各国对煤 炭的需求量越来越大, 煤炭作为我国 的主要能源,在经济和社会发展中占有重要的战略地位。我国是世界上第一产煤大国, 1 西安科技大学工程硕士学位论文图1.1 煤矿 井下采 煤工作情 况图 图 1.2 煤矿 井下采煤工 作情况图 煤炭占我国一次能源生产和消费总量的 76.9% 和 69.3% 。随着国民经济的持续发展 和人民生活水平的不断提高, 能源消费将维持较高增长速度。 虽然我国能源结构将调整 变化, 但煤炭在能源生产和供应体系中的主导地位不会改变, 煤炭需求总量仍有较大幅 度增长。 国民经济和社会发展规划提出要振兴装备制造业, 要求努力突破核心技术, 提高重 大装备设计研发、 核心元器件加工制造和配套集成的整体水平。 研制一批 对国家经济安 全、技 术进 步、 产业 升级 有重大 影响 和带 动作 用的重 大技 术装 备, 并明 确将“ 煤 矿综合 采掘设备” 列为装备制造业振兴的重点工程。 我国厚煤层可采储量占全国总可采储量的 45% 。 每年井下开采的厚煤层煤炭约占全 国煤炭产量的 40~50% , 因此, 煤矿采煤设备向大功率、 长运距、 超重型、 高可靠性发 展已成必然趋势, 但是, 作为综采工作面主要 装备之一的刮板输送机, 其关键传动部件 ??矿用圆环链越来越不能满足高强度、 高耐 磨、 高寿命的要求, 急需对矿用圆环链的 结构型式、 机械性能进行重新设计, 来提高输 送机的配套性; 降低中部槽高度, 减小对 中板的磨损, 提高使用寿命; 增大链条的强度 , 增加过煤量。 正是在这种需求下诞生了 矿用紧凑链。 张家口煤矿机械有限 责任 安全质量包保责任状安全管理目标责任状8安全事故责任追究制幼儿园安全责任状占有损害赔偿请求权 公司 1958 年建立国 内第一家圆环链生产车间,开始生产 14×50、18×64B 级矿用圆环链,给 SGB420/22、SGB620/40T 输送机配套。生产使用的 主要设备以冲床、LM-150 对焊机、气动拉伸机、箱式炉、井式炉为主。后 来才有了西 北煤机厂、 湖北煤机厂、 山西煤机厂、 营城煤 机厂等煤机厂的链条车间。 这些企业 2005 年以前主要生产 φ34mm 以下的矿用链条, 生 产设备落后, 工艺简单, 产品质量不稳定, [41] 只能生产符合国标 GB/T12718 标准中的 B 、C 级链条 ,不能满足高端用户的需求。 2005 年以前国内大规格矿用紧凑链条大部分都是国外进口, 神华矿务局一年进口大 规格链条配件就达 1.5 亿元人民币。进口链条 价格高,交货周期长,受制约因素很多。 国内链条生产厂家没有能力生产大规格矿用紧凑链, 而且制链技术也较落后, 属于低端 产品制造者,对高附加值产品望而却步。 2005 年以后随着煤炭形势的好转和大煤矿基地建设的投产, 对大规格矿用紧凑链条 2 1 绪论 的需求愈来愈旺盛, 国内各大机厂才陆续引进国外的编链机、 闪光对焊机、 拉伸机、 中 频热处理机床等全自动化制链设备, 生产大规 格、 高质量的矿用紧凑链条。 大规格矿用 [45] 紧凑链条主要使用进口 23MnNiMoCr54 钢制造 ,机械性能能达到国标 GB/T12718 标 准中的 C 级链条水平,但产品质量与国外相比 还有一定的差距。 国外知名链条公司有英国 PARSONS 链条公司、 德国 J 、 D 、 T 链条公司、 德国 HTETER 链条公司、德国 RUD 链条公司等,技术实力很强,处于国际领先地位。其中英国帕森 斯链条公司于 1903 年建厂,历史悠久,产品 研发能力强,一直引领国际矿用链条的潮 流,链条规格齐全,产品质量稳定,深受各国用户的好评。 2005 年以前这些国外知名链条公司已完成 φ42mm 、 φ50mm 宽带链的研试, 强度级 2 [46] 别接近 1000N/mm , 并开始了井下试验和推广 。 现在德国 J 、D 、T 链条公司、德国 HTETER 链条公司正在加紧 φ56mm 、φ60mm 紧凑链条的研试,试验样品已在 2009 年国际 煤炭设备展览会上展出。 目前, 国际上矿用链条的发展趋势是: 超大规格 (φ60mm) 、高级别(100级)、高 [46] 可靠性 。 1.2 矿用紧凑链与圆环链的区别 [43] [47] 矿用链条分为矿用圆环链 和矿用紧凑链 两 种, 适用于煤矿井下刮板输送机、 转 载机和刨煤机等。 矿用圆环链由每个焊接环连接而成, 几何尺寸完全一致。 圆环链的型式和尺寸见图 1.3、图 1.4。 图 1.3 园环 链型式和 尺寸图 3 西安科技大学工程硕士学位论文 图 1.4 链环 尺寸图 矿用紧凑链由焊接平环和锻造立环组成, 平环 的尺寸、 型式与矿用圆环链一致, 立 环的两侧扁平,外宽尺寸小于矿用圆环链。紧凑链的型式和尺寸见图 1.5、图 1.6。 图 1.5 紧凑 链型式和 尺寸图图 1.6 锻 造立环尺寸 图 1.3 矿业链条对材料及机械性能的要求 矿用链条的力学性能除与制链工艺有关外, 还与其用钢质量有着密切的关系。 为了 满足矿用高强度链条的性能 (包括工艺性能) 要求, 所用钢必须是镇静钢, 且有较高的 纯净度。交货状态下钢的组织应均匀,磁化物颗料应细小均匀,奥氏体晶粒度 不小于 5 级, 钢应具有好的弯曲成形性、 焊接性、 淬透 性和回火稳定性, 所制链条在热处理后应 具有较高的强韧性。 [42] 长期以来, 我国矿用高强度圆环链用钢比较成熟、 生产使用较多的是 25MnV 钢 , 化学成份、力学性能指标见表 1.1、1.2。25MnV 钢主要用于制造 φ18mm 及其以下规格 的矿用圆环链产品, 而大规格矿用高强度圆环链则使用高级优质链条钢 23MnNiMoCr54 (简称 54 钢)制造。54 钢是德 国 DIN17115-1987 链条钢标准规定的高级优质链条钢, 经使用效果良好,较好的满足了矿用高强度圆环链标准中各种规格 C 级链的性能要求; 同时也能满足加强型矿用紧凑链条的性能要求。 为了更大限度地提高大规格链条的综合 4 1 绪论 [44] 机械性能, 还可以对 54 钢中的 S 、P 等元素进 行加严控制, 也可以收到较好的效果 。 54 钢的化学成份、力学性能见表 1.3、表 1.4。 表 1.1 25MnV 化学成份 C Mn Si S P V 0.21~0.28 1.20~1.60 0.17~0.37 ?0.035 ?0.035 0.10~0.20 注:S 、P 含量:总和为?0.035。 表 1.2 25MnV 钢机械性能要求 热处理制度 力学性能 试样毛 淬火 回火 Rm Rel A Z Akv坯尺寸 加热温度 冷却剂 加热温度 冷 却剂 MPa MP % % J mm ? ? a 不小于 Φ15 880?20 水 370?30 水 1130 930 9 / / 表 1.3 54 钢化学成份内控标准 化学成份(wt% ) 钢牌号 C Si Mn S P Ni Cr Mo Cu Al N 23MnNi 0.20 ?0.2 1.10 ?0.015 ?0.015 0.90 0.40 0.50 ?0.2 0.02 ? 0.014 MoCr54 ~ 5 ~ ~ ~ ~ 5 ~ 0.26 1.40 1.10 0.60 0.60 0.05 注:钢中含 C 量目标值:0.20~0.24。S 、P 含量目 标 值:?0.010, 总和为 ?0.025。 表 1.4 54 钢机械性能要求 热处理制度 力学性能 试样毛 淬火 回火 Rm Rel A Z Akv坯尺寸 加热温度 冷却剂 加热温度 冷却剂 MPa MP % % J mm ? ? a 不小于 φ25 880?20 水 400?20 水 1180 980 10 50 40 从 25MnV 和 54 钢的化学成份中可以看出,25MnV 中合金元素较少,力学性能较 低,规格越大 淬透性越差 ,无法满 足大规格 (φ18mm 以上 )高强度矿 用链条的 性能要 求。54 钢中镍、 铜、 铬合金元素的合理配合使 用可大大地提高过冷奥氏体的稳定性, 从 而显著提高钢的淬透性。 同时由于碳、 锰、 镍、 钼、 铬在钢中的合理配合, 经正确的淬、 [33-35][55] 回火后可使钢具有显著的强韧化特性和优良的综合性能 。 5 西安科技大学工程硕士学位论文 表 1.5 德国 DIN22255-2001 标准中的机械性能 额定尺寸 检验力 检验延伸率 破断力 破断延伸率 A% 挠度 工作力 WF d×t TFkN % BFkN Min. f kN. Min 26×92 637 850 26 531 30×108 848 1130 30 707 34×126 1090 1450 34 907 38×126 1360 1820 38 1130 1.6 11 38×137 1360 1820 38 1130 38×146 1360 1820 38 1130 42×137 1660 2220 42 1380 42×146 1660 2220 42 1380 2 2 2 注:检验应 力:600N/mm ;破断应力:800 N/mm ;工作应力 500 N/mm 。 [55] 54 钢中合金元素所起的作用 : 1 碳?对提高钢的强度起主要作用。 但含碳量 不宜过高或过低, 过高将影响钢的焊 接性能并增加脆性, 过低又会使钢的强度下降。 实践证明 54 钢的含碳量范围是适当的, 它既保证了钢的强度又保证了钢的焊接性能。 2 锰?强烈提高钢的淬透性, 对回火稳定性影 响较小。 锰含量较高时, 有使钢晶粒 粗化的倾向,并增加钢的回火脆敏感性,54 钢中锰的上限含量为 1.4% 。 3 镍?增加钢的韧性, 并能改善抗低温缺口冲 击性能, 有好的抗疲劳性。 对提高淬 透性和回火稳定性影响较小。 4 铬? 显著提高钢的淬透性并提高钢的回火稳定性,提高钢的耐磨性和钢的抗氧 化、 抗腐蚀能力。 铬是促进回火脆性的元素 , 在给定的处理条件下回火脆性随铬含量的 增多而更显著。 5 钼?对提高淬透性和回火稳定性有显著影响 。 6 铜?对焊接性有不利影响,对韧性有害。 7 铝?铝被用作细化晶粒和除氧的净化剂。 铝 能显著降低应变时效脆性, 过量的铝 将降低钢的韧性。 8 硫?为有害元素, 它使钢的塑性和韧性降低 , 特别对韧性作用更为明显, 对焊接 性有不良影响。 9 磷?为有害元素, 剧烈降低钢的塑性和冲击 韧性, 提高钢的脆化温度, 增大钢的 [45] 焊裂敏感性。 硫和磷的含量在 DIN17115-1987 标准 中被严格控制, 即对硫、 磷在钢中 各自的最大含量进行了限制又对两者之和进行了限制。 10 氮?作为钢中的残留元素 存在,可使钢 产 生应变时效和蓝脆 等现象。当钢 中的 6 1 绪论 残留氮含量较高时, 会导致钢宏观组织的疏松, 甚至形成气泡, 在热和冷变形时, 也会 遇到较多困难。 矿用紧凑链条作为刮板运输机、 转载机上的传 动链, 是设备的关键件和易损件。 它 需要具有高强度、高韧性、耐磨损、耐腐蚀等既复杂又矛盾的综合机械性能。 [47] 本课题对矿用紧凑链条的机 械性能要求远远高 于于德国 DIN22255-2001 标准 中 的机械性能指标。德国 DIN22255-2001 标准中的机械性能指标见表 1.5 所示。 1.4 研究的主要内容 本课题主要进行了矿用紧凑链条工艺的研究, 关键技术的研究, 以及提高产品的机 械性能的工艺试验工作。具体内容如下: 对现有生产设备和工艺流程进行分析和评估。 工艺方案的确定。 对新产品制造工艺的研究。 对制链过程中的技术关键进行研究。 对关键工序和技术进行工艺研试,来保证链条的机械性能。 1.5 本章小结 本章主要介绍本课题 的研究目的和 意义,相关 技术在国内外的研究 动态与发展趋 势, 然后对矿用紧凑链与矿用圆环链的区别, 矿用紧凑链替代矿用圆环链的目的, 矿用 紧凑链对材料和机械性能的要求等相 关内容进 行概述,最后介绍本课题的主要研究内 容。 7 西安科技大学工程硕士学位论文 2 矿用紧凑链的结构工艺分析研究 2.1 矿用紧凑链的结构特征 根据刮板输送机的总体设计确定传动部件紧凑链的结构型式,模型图 如图 2.1 所示。 紧凑链由焊接平环和锻造立环组成, 平环的尺 寸、 型式与矿用圆环链一致, 立环的两个 直臂为具有 4 个圆角的矩形截面,顶部圆弧部 位为圆截面,外宽尺寸小于矿用圆环链。 图 2.1 紧凑 链条模型 图 以 42×146 矿用紧凑链(图 2.2、2.3)为例,可 以看出锻造立环各截面是顺畅过渡, 与中部槽中板的接触部位为一个平面, 其增加了链条的耐磨性, 同时也增加了链条在运 动中的稳定性和可靠性,这就说明紧凑链条同圆环链相比结构更合理可靠。 8 2矿用紧凑链的结构工艺分析研究 图 2.2 42×146 紧凑 链立环图 图 2.3 42×146 圆环 链立环图 紧凑链结构是否合理对链条运行的平稳、 可靠至关重要。 根据需要对紧凑 链的锻造 立环进行了实体模型、干涉检测、连接运动、配合间隙等分析。有关分析见下图。 9 西安科技大学工程硕士学位论文 图 2.4 42×146 紧凑 链传动模 拟图 图 2.5 42×146 锻造立环 模型图 图 2.6 42×146 锻造立环 间隙图 图 2.7 42×146 锻 造立环 60 度干涉 图 2.2 矿用紧凑链的工况使用分析 矿用紧凑链条作为刮板运输机、 转载机上的传 动链, 是设备的关键件和易损件。 它 在动态循环的高应力作用下工作, 额定工况下, 链条的工作应力可达到屈服极限应力的 50% , 且应力幅值变动范围较大, 具有低周、 高载、 多冲 (带载启动、 放顶煤) 的特点。 它的运行环境是富含矿物质的含水物料, 极易 遭受浸蚀, 因此, 对于矿用紧凑链条的研 制除了需要选择合适的原材料和严密的设计外, 还要进行严格的工艺试验研究, 制定合 [39-40] 理的工艺,以确保制造过程稳定,产品质量稳定 。 有些矿井地下水含有较多的化学物质, 链条腐 蚀很快, 特别是大规格 C 级以上级别 的普通高强度链条, 由于热处理回火温度低, 又经过热处理后的拉伸处理, 存在较高应 力, 使用中极易形成腐蚀疲劳断裂 (多则几个月, 少则几天即发生频繁低负荷脆性断裂) , [58-59] 使链条早期失效 。为了防止腐蚀疲劳失效 , 可以采用涂层、 热浸锌的方法进行表面 防腐, 对链条的防腐起到一定的作用, 但链条 表面涂层或链条受热都将导致链条力学性 能的降低, 当防腐层磨掉后, 防腐功能随之消 失。 采用防腐链条钢制造的矿用高强度圆 环链在保持高强度的条件下, 可以有效地防止煤矿井下产生的链条应力腐蚀断裂, 它不 因磨损而降低对应力腐蚀的抗力,但对链条表面的防锈作用并不明显。 10 2矿用紧凑链的结构工艺分析研究 煤矿井下环境的恶劣程度对链条的使用寿命有直接的影响, 但是能否正确地使用和 维护也至关重要。 比如链条在使用时必须配对 使用, 更换时亦然; 经常检查链条的松紧 度,刮板螺母的松紧,链轮的磨损情况,以免造成链条过早损坏。 矿用紧凑链条的工况使用条件决定其需要具有高强度、 高韧性、 耐磨损 、 耐腐蚀等 既复杂又矛盾的综合机械性能。 2.3 矿用紧凑链对几何尺寸的要求 根据刮板输送机的总体设计确定传动部件紧凑链的几何尺寸要求。设计紧凑 链的模型 图如 图 2.1 所示,紧凑链的几何尺寸见表 2.1 。圆环链的几何尺寸见表 2.2 。 表 2.1 矿用紧凑链条几何尺寸一 览表 宽度 规格 d×t 直径 厚度 节距 内宽 外宽 内宽 外宽 mm d e t 公差 公差 b1 最小 b2 最大 b3 最小 b4 最大 3 ? 1.0 38 126 ? 1.3 38 109 38 9734 × 126 4 3 ? 1.1 42 137 ? 1.4 42 121 42 110 38 × 137 8 4 ? 1.1 48.5 146 ? 1.5 46 133 46 11542 × 146 2 4 ? 1.5 56 152 ? 1.5 62 163 53 127 48 × 152 8 表 2.2 矿用圆环链条几何尺寸一 览表 宽度 规格 d×t 直径 厚度 节距 内宽 外宽 mm d e t 公差 公差 b1 最小 b2 最大 34 ? 1.0 38 126 ? 1.3 38 109 34 × 126 38 ? 1.1 42 137 ? 1.4 42 121 38 × 137 42 ? 1.1 48.5 146 ? 1.5 46 133 42 × 146 通过对表 2.1 和 2.2 链条几何尺寸对比可以看出,圆环链的外宽尺寸较大,而紧凑链 的外宽尺寸小,圆环链最大规格为 42×146,紧 凑链可以达到 φ60×135×181/197,这说明 大规格矿用圆环链将被紧凑链所取代。 2.4 矿用紧凑链对机械性能的要求 根据刮板输送机的总体设计确定传动部件紧凑链的机械性能参数要求, 该机械性能 参数要求远远高于德国 DIN22255-2001 标准( 表 2.4)中的机械性能指标。矿用加强型 紧凑链机械性能参数见表 2.3。矿用圆环链机械性能参数见表 2.5。11 西 安科技大学工程硕士学位论文 表 2.3 矿用加强型紧凑链机械性 能参数一览表 规格 d×t 参考编号 检验力 TF 破断力 BF 工作力 WF 最小试验 疲劳测试 mm KN KN KN 挠度mm 最少次数 34×126 34126CXRW/F 1250 1810 1090 34 100,000 38×137 38137CXRW/F 1560 2270 1360 38 100,000 42×146 42146CXRW/F 1910 2770 1660 42 100,000 48×152 48152CXRW/F 2500 3620 2170 48 100,000 注:试验负荷下延伸最大 1.6% ,破断总伸长最 小 11% ,KV 冲击试验最小 70J 。 表 2.4 DIN?22255 矿用紧凑链机械性能参数一览表 规格 d×t 检验力 TF 破断力 BF 工作力 WF 最小试验挠 度 疲劳测试 mm KN KN KN mm 最少次数 34×126 1090 1420 907 34 70,000 38×137 1360 1820 1330 38 70,000 42×146 1660 2220 1380 42 70,000 注:试验负荷下延伸最大 1.6% ,破断总伸长最 小 11% ,KV 冲击试验最小 50J 。 表 2.5 DIN?22252 矿用圆环链机械性能参数一览表 规格 d×t 检验力 TF 破断力 BF 工作力 WF 最小试验挠 度 疲劳测试 mm KN KN KN mm 最少次数 34×126 1090 1450 907 34 70,000 38×137 1360 1820 1130 38 70,000 42×146 1660 2220 1380 42 70,000 注:试验负荷下延伸最大 1.6% ,破断总伸长最 小 14% ,KV 冲击试验最小 50J 。 通过表 2.4 和表 2.5 链条机 械性 能的 比较 可 以看出 ,紧 凑链 的破断 延伸 率最 小为 11% , 而矿用圆环链的延伸率最小为 14% 。 这 说明紧凑链在满载工作中强硬性更好,使 用寿命更长,过煤量更多。 2.5 本章小结 通过对矿用紧凑链结构型式、 机械性能要求、 井下工况使用条件的分析研究, 提出制 链过程中各项几何尺寸的要求和公差范围,以及各项机械性能参数要求。这些预期指标能 否实现决定于制链工艺水平的高低及技术实力的强弱。 12 3矿用紧凑链制造工艺方案的确定 3 矿用紧凑链制造工艺方案的确定 矿用链条制造专业化程度较高, 制造工艺比较 复杂, 大约有十几道工序, 各道工序 环环紧扣缺一不可。 有些工序设备选型不同就造成工艺要求不同, 也有可能造成工艺流 程的改变。 各工序都有自己独特的作用, 不可 替代, 这也是制定工艺方案时必须考虑的 地方。矿用紧凑链的规格较多,主要从 26×92mm 到 48×152mm 约 9 个品种,在本课题中 以 42×146mm 紧凑链为例进行研究。 3.1 制定 42×146mm紧凑链工艺方案的依据 首先,根据新产品类型对现有设备能力进行评估,从评估表(见下 3.1 表)可以看 出现有生产设备基本能满足 42×146mm 紧 凑链的 工艺需求。 但是还需要研制一台紧凑链 条的编结设备。 其次, 凭借多年生产 φ14~38mm 矿用圆环链的 经验, 从技术和工艺上能保证该产品 的制造质量。 表 3.1 设备能力评估表 序号 设备名称 设备型号 电机功率 加工范围mm 评估结果 1 棒料剪切机 CADDY63 18.5KW φ34~48 满足工艺要 求 2 冷 热态 编链 机 KBA40/WED 18.5 KW φ18~48 满足工艺要 求 3 单环补接机 (DB52) 11.0 KW φ30~52 待研制 4 连续抛丸机 SPE 86.0 KW φ26~50 满足工艺要 求 5 闪光对焊机 KSH601D 39.8 KW φ34~50 满足工艺要 求 6 拉伸机 KPH600 66.0 KW φ34~52 满足工艺要 求 7 热处理3 号线 NOFURNACE 30.0 KW φ34~48 满足工艺要 求 8 单环淬火机床 (DN52 ) 5.0 KW φ34~52 待研制 9 单环回火线圈 (DH52 ) φ34~52 待研制 10 侧 长机 CZL 7.5 KW φ34~52 满足工艺要 求 11 1000KN 液压式万能试验机 WE1000A 10.0 KW φ18~48 满足工艺要 求 12 1000KN 脉动疲劳试验机 Instron8505 18.5 KW φ30~48 满足工艺要 求 13 摆锤冲击试验机 JB-30B 10.0KW ?φ18 满足工艺要 求 3.2 42×146mm紧凑链工艺方案的确定 依据现有的设备能力和技术水平制定了以下制链工艺方案图: 13 西安科技大学工程硕士学位论文 图 3.1 制链 工艺方案 图 3.3 42×146mm紧凑链制链工序的作用及工艺特点 1 备料工序 [42] [45] 国内矿用链条制造用钢一般使用25MnV 和23MnNiMoCr54 钢 以下简称54 钢 。 25MnV 钢用于生产 φ22mm 以 下链条,54 钢用 于生产大规格、 高级别链 条。 国外矿用链 [45] 条制造用钢一般使用 23MnNiCrMo52 以下简称 52 钢 和 23MnNiMoCr54 钢。对购进 的 25MnV 、23MnNiMoCr54 钢进行入库检验 很严格。根据技术协议或随机取样,检查 钢材化学成份、 机械性能、 金相组织、 冷弯、 冲击是否符合技术要求, 合格后方可允许 投入下道工序进行生产。25MnV 化学成份见 表 3.2 所示,机械性能要求见表 3.3 所示。 54 钢化学成份见表 3.4 所示,机械性能要求见 表 3.5 所示。 表 3.2 25MnV 化学成份 C Mn Si S P V 0.21~0.28 1.20~1.60 0.17~0.37 ?0.035 ?0.035 0.10~0.20 注:S 、P 含量:总和 ?0.035 。 14 3矿用紧凑链制造工艺方案的确定 表 3.3 25MnV 钢机械性能要求 热处理制度 力学性能 试样毛 淬火 回火 Rm Rel A Z Akv坯尺寸 加热温度 冷却剂 加热温度 冷却剂 MPa MPa % % J mm ? ? 不小于 Φ15 880?20 水 370?20 水 1130 930 9 无此 无此 项 项 表 3.4 23MnNiMoCr54 化学成份 C Mn Ni Cr Mo S P Cu Al N 0.20~0.26 1.10~1.40 0.90~1.10 0.4~0.6 0.5~0.6 ? ? ? 0.02~0.05 ? 0.02 0.02 0.25 0.012 注:钢中 S 、P 含量 :总和?0.035。 表 3.5 54 钢机械性能要求 热处理制度 力学性能 试样毛 淬火 回火 Rm Rel A Z Akv 坯尺寸 加热温度 冷却剂 加热温度 冷却剂 MPa MPa % % J mm ? ? 不小于 φ25 880?20 水 400?20 水 1180 980 10 50 40 2 下料工序 制链过程的下料工序在国内主要使用冲床和锯床下料 (如图 3.2 所示) , 在国外主要 使用棒料剪切机 (如图 3.3 所示) , 相比较而言 , 棒料剪切机下料的断 面质量较好, 生产 效率较高,安全性好,噪音小,适合于制链行业推广。图3.2 冲床 下料图 图 3.3 PH1 棒 料剪切机 下 料图 下料端面工艺要求: ?料段长度公差:?0.50mm ; ?料段端面斜度小于 1? ; 15 西安科技大学工程硕士学位论文 ?料段端面平面度小于 0.5mm ; ?距料段端面 3mm 处压扁小于 1mm ; ?料段端面不允许有毛刺; 根据紧凑链条的设计图纸,计算焊接平环的下料长度,计算公式: L2t+3.14d+1.142a 3.1 式中:L?下料长度,mm ; t?链环节距,mm ; w?链环外宽,mm ; d?棒料直径,mm ; a?链环内宽,mm 。 如果在编结过程中发现棒料长度不合适, 可进 行适当调整, 直至合适为 止。 经试验 42×146 紧凑链焊接平环的下料长度是:390?0.50mm 。 3 编结工序 编结工序所使用的链条编结机分为冷编结机和热编结机两大类。 冷编结机 又分为手 工编结(见图 3.4)和全自动编结两种形式,主要编结 φ20mm 以下(含 20mm )链条, 生产效