盧坤寧 張 展

（西安重裝澄合煤礦機(jī)械有限公司，渭南715300）

1 緊湊鏈立環(huán)概述

傳統(tǒng)圓環(huán)鏈原材料為圓棒料，截面為圓形，且面積相等，兩個(gè)環(huán)“十字”連接，兩環(huán)接觸點(diǎn)為線接觸，接觸面小，抗磨損能力差，在重型刮板輸送機(jī)上應(yīng)用壽命短。為適應(yīng)刮板輸送機(jī)高功率要求，提升圓環(huán)鏈破斷負(fù)荷能力及壽命時(shí)間成為當(dāng)前鏈環(huán)研究的主要趨勢(shì)。在特定條件下，要想有效提高礦用圓環(huán)鏈力學(xué)性能、增加輸送能力以及提高使用壽命，可以對(duì)鏈條尺寸和幾何形狀進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，緊湊鏈應(yīng)運(yùn)而生。緊湊鏈?zhǔn)且粋€(gè)以焊接圓環(huán)鏈為平環(huán)，鍛造鏈環(huán)為立環(huán)，兩環(huán)交錯(cuò)相接形成的鏈條。立環(huán)相對(duì)于圓環(huán)來(lái)說(shuō)，外寬較小，直臂部位截面具有4個(gè)圓角矩形，頂部圓弧部截面積為圓形，按照相關(guān)規(guī)定，緊湊鏈立環(huán)零件如圖1所示。

圖1 緊湊鏈立環(huán)結(jié)構(gòu)

圓環(huán)鏈相對(duì)立環(huán)具有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）外寬小，可降低中部槽高低的尺寸，在同規(guī)格的中部槽上可使用大一個(gè)規(guī)格的緊湊鏈，能有效提高刮板輸送機(jī)的運(yùn)輸能力；

（2）直臂部與中部槽接觸面為面接觸，耐磨性提高，如圖2所示

（3）采用熱擠壓工藝，平環(huán)與立環(huán)采用同一個(gè)牌號(hào)材料，金屬纖維走向相同，機(jī)械性能相同，整條緊湊鏈相對(duì)于鍛造立環(huán)壽命更長(zhǎng)。

目前多數(shù)廠家開始鍛造成形立環(huán)，本文所研究的立環(huán)熱擠壓成形工藝，是將兩種工藝進(jìn)行對(duì)比、結(jié)合的最終設(shè)計(jì)工藝。

2 緊湊鏈機(jī)械性能及立環(huán)的幾何尺寸

2.1 緊湊鏈機(jī)械性能

根據(jù)《礦用高強(qiáng)度圓環(huán)鏈》（GB/T12718-2009）、《礦用高強(qiáng)度緊湊鏈》（MT/T929-2004）規(guī)定，緊湊鏈機(jī)械性能應(yīng)符合《礦用高強(qiáng)度圓環(huán)鏈》（GB/T12718-2009）中5.7的規(guī)定，如表1所示。

圖2 緊湊鏈立環(huán)連接形式

表1 緊湊鏈機(jī)械性能

2.2 緊湊鏈立環(huán)幾何尺寸

根據(jù)《礦用高強(qiáng)度緊湊鏈》（MT/T929-2004）規(guī)定，緊湊鏈立環(huán)幾何尺寸如表2所示。

以Φ34mm×126mm為例進(jìn)行幾何尺寸相較，相關(guān)參數(shù)如表3所示。

兩種鏈條的外寬相比，緊湊鏈立環(huán)的外寬為97mm，圓環(huán)鏈外寬為109mm。

3 緊湊鏈的工況分析

3.1 緊湊鏈（圓環(huán)鏈）服役基本條件

（1）承受傳動(dòng)拉力；

（2）由脈動(dòng)負(fù)荷產(chǎn)生的疲勞；

（3）鏈條磨損，主要有鏈環(huán)與鏈環(huán)之間、鏈環(huán)與鏈輪之間、鏈環(huán)與中板和槽幫之間產(chǎn)生摩擦和磨損；

（4）鏈條腐蝕，由井下煤粉、巖粉及潮濕和酸性介質(zhì)產(chǎn)生的腐蝕。

表2 緊湊鏈立環(huán)幾何尺寸

表3 Φ34mm×126mm鏈環(huán)參數(shù)

3.2 緊湊鏈斷鏈主要形式

（1）鏈條動(dòng)負(fù)荷超過鏈條最小破斷負(fù)荷，造成斷鏈；

（2）動(dòng)載荷產(chǎn)生的疲勞斷鏈。

3.3 緊湊鏈防失效要求

（1）在相同材料和截面下，要有較高的承載力；

（2）在具有較大的破斷負(fù)荷時(shí)，有較高的延伸率；

（3）一定的負(fù)荷下，塑性變形要小，保證良好的嚙合；

（4）具有較高的韌性和抗沖擊能力；

（5）有較高的疲勞強(qiáng)度。

3.4 立環(huán)鍛造工藝簡(jiǎn)述

立環(huán)鍛造現(xiàn)多采用鍾上模鍛工藝方法，制坯材料長(zhǎng)度大于其直徑。一般的材料利用率不大于60%。

3.4.1 立環(huán)鍛造工藝流程

立環(huán)鍛造工藝流程如下：下料→加熱→制坯→鍛造→沖內(nèi)刺→沖外刺→修磨→去氧化皮，這只是立環(huán)單環(huán)工藝，制成半成品立環(huán)的幾何尺寸與編制后平環(huán)尺寸相同，半成品立環(huán)與棒料在緊湊鏈編鏈機(jī)上進(jìn)行編制→拋丸→圓環(huán)焊接→一次拉伸→熱處理 二次拉伸→拋丸→浸柒可完成緊湊鏈的生產(chǎn)。

作為平環(huán)的圓環(huán)鏈?zhǔn)褂貌牧蠟?3MnNiMoCr54，這種材料最早為德國(guó)生產(chǎn)，近幾年國(guó)內(nèi)也開始生產(chǎn)出這種型號(hào)材料，最具代表性的生產(chǎn)廠家是江蘇江陰興澄特種鋼鐵有限公司，雖然材料牌號(hào)相同，但由于冶金技術(shù)不同，國(guó)產(chǎn)材料與進(jìn)口材料綜合性能還有一定的差距。特別是鍛造立環(huán)所有的制坯材料，多采用Φ60mm以上規(guī)格材料，這個(gè)規(guī)格多數(shù)廠家鑄造技術(shù)還不穩(wěn)定，材料價(jià)格相對(duì)較高，現(xiàn)在很多廠家采用35CrMo或30CrMnTi這兩種型號(hào)材料。平環(huán)所用的材料為23MnNiMoCr54，將30CrMnTi與23MnNiMoCr54材料化學(xué)成分進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果如表4所示。

與30CrMnTi相比，23MnNiMoCr54鏈條鋼是增加了Ni元素、Mo元素含量，因此23MnNiMoCr54鏈條鋼奧氏體溫度提高至860℃，熱處理回火溫度為400～450℃。由于鋼材中的Mo、Mn、Cr三種元素含量提高，鏈條回火穩(wěn)定性好。

3.4.2 立環(huán)鍛造工藝

同樣以Φ34mm×126mm緊湊鏈為例，鍛造立環(huán)各工序作用、設(shè)備和操作人員如表5所示。

主要的工藝過程如表6所示。

3.4.3 鍛造工藝總結(jié)

該工藝使用毛坯材料重量4.79kg，成品重量2.864kg，材料利用率為59.8%。整個(gè)工藝分為6個(gè)步驟，設(shè)備6臺(tái)，所使用的專用工裝胎為4套。

4 熱擠壓工藝方案

緊湊鏈立環(huán)熱擠壓工藝主要是將焊接成形的單環(huán)，利用液壓作用力在工裝模具內(nèi)一次擠壓成形，具備工藝方法簡(jiǎn)單、工效高和成形好等優(yōu)點(diǎn)。下面以Φ34mm×126mm緊湊鏈立環(huán)為例,進(jìn)行工藝設(shè)計(jì).各工序作用如表7所示。

表4 30CrMnTi、23MnNiMoCr54化學(xué)成分對(duì)比表

表5 Φ34mm×126mm緊湊鏈工藝表

表6 Φ34mm×126mm緊湊鏈工藝流程

表7 Φ34mm×126mm緊湊鏈立環(huán)各工序作用表

主要工藝過程如下：

（1）下料。材質(zhì)為23MnNiMoCr54，Φ34mm×402.5mm重量為2.88kg，與鍛造環(huán)相比，節(jié)省材料1.91kg。設(shè)備選擇GZ4228

（2）編鏈。設(shè)備選擇全自動(dòng)熱編鏈機(jī)，型號(hào)為FBL40/FJR250，加熱部分為中頻加熱，加熱的溫度為850－950℃，加熱器功率為250Kw。便后尺寸如圖3所示。

圖3 緊湊鏈立環(huán)編后尺寸

（3）焊接。采用閃光對(duì)焊方式，設(shè)備選取FCS-500全自動(dòng)金屬圓環(huán)鏈閃光對(duì)焊機(jī)，焊后尺寸如圖4所示。

圖4 緊湊鏈立環(huán)焊接后尺寸

其中節(jié)距P為121mm±0.4；內(nèi)寬a為43mm±0.5；焊口直徑d1為Φ34mm～36.5mm。焊后要求焊接處不能出現(xiàn)夾渣、燒傷、目測(cè)裂紋、凹痕、虛焊以及錯(cuò)口等缺陷。

（4）拋丸。除去表面的氧化層，設(shè)備選取鏈條拋丸清理機(jī)。

（5）擠壓成形.將單環(huán)加熱放入擠環(huán)機(jī)內(nèi)，利用液壓缸將熱的單環(huán)擠壓成形。

液壓成形工藝過程如下：上缸壓緊工件→前缸頂住工件→左右兩側(cè)缸將工件擠壓成形，模具三維圖如圖5所示。

圖5 液壓成形工藝模具三維圖

圖中上心模與上缸相連，左右頂模與左右兩缸相連，前頂模與前缸相連，連接方式為螺紋連接。各油缸動(dòng)作時(shí)間順序采用PLC程序控制。檢驗(yàn)合格后，可進(jìn)入下道工序。

5 立環(huán)擠壓工藝優(yōu)點(diǎn)

5.1 材料利用率高

擠壓工藝立環(huán)材料利用率為100%，鍛造工藝為59.8%。

5.2 工序簡(jiǎn)單

擠壓工藝與鍛造工藝相比，工序少，一次性投資設(shè)備少，且編鏈、焊接設(shè)備為圓環(huán)鏈的專用設(shè)備，只需要一臺(tái)擠壓設(shè)備；而鍛造工藝需要四臺(tái)專用設(shè)備，整個(gè)過程擠壓工藝操作人員少，人工成本小。

5.3 工藝能耗低

擠壓工藝過程中，只有一次鏈環(huán)加熱，鍛造工藝過程中需要三次加熱，能耗大。

5.4 操作簡(jiǎn)單

擠壓工藝使用設(shè)備少，操作人員少，容易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化操作。

6 結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)緊湊鏈立環(huán)采用兩種不同加工工藝，擠壓工藝立環(huán)從機(jī)械性及力學(xué)性能上都高于鍛造工藝立環(huán)；在機(jī)械性能檢測(cè)上，均可達(dá)到《礦用高強(qiáng)度圓環(huán)鏈》（GB/T12718-2009）標(biāo)準(zhǔn)要求，可進(jìn)行大力推廣。