0 前言

中国长城铝业公司是以氧化铝生产为主的大型综合企业，在原料输送、氧化铝、水泥的生产中，都安装有环链斗式提升机。

环链斗式提升机因其结构和制造比较简单，与料斗的连接也很牢固。在高速状态下离心惯性小，所以经常用于离心卸料式的垂直斗提机中。但是，这种天然的优势，随着其中间某些薄弱环节，设计结构的不完善，制造质量的降低，致使其故障多发，寿命显著降低。因此，如何分析这种设备的失效情况，怎样改进，是工程技术界研究的一个重要课题，笔者就一般情况做如下介绍和分析。

1 环链斗式提升机的一般介绍

环链斗式提升机，简称为斗式提升机，它是把装有煤、矿石、水泥或其它一些散状物料的料斗，用链条连接起来进行垂直输送的输送机，如图1所示。链斗式提升机在底部自动装料，料斗绕过顶部链轮后又自动卸料。

对于圆环链斗式提升机，机械部标准JB3926.1-85规定圆环链斗式提升机为TH型，适用于输送物料比重小于1.5t/m³的粉状、粒状、小块状的无磨琢性、半磨琢性物料，输送温度不超过250℃。

我公司主要用TH315、TH400、TH500、TH8004种规格，环链式斗式提升机，主要输送粉状物料。

2 对于离心力引起附加张力可做如下分析:　　

       
      离心力引起的张力Fu。

由于，所有位于链轮上的链节均受离心力的作用，因而会使整个链条产生附加张力。回转物体所产生的离心力为

C=mk²p

式中　m——物体质量，kg

k——回转角速度，s^-1

p——回转中心至物体重心间的距离，m可求得单个链节的离心力C为

C=(9.8q⁰/g)k²r·cos(U/2)=9.8pg/g×V^2/r·cosU/2=qv²2·sinU/2·cosU/2=qv²·sinU

式中　q⁰——单个链节重量，kg

q——每米链条重量，kg/m

r——链轮分度圆半径，m

v——链轮圆周速度，m/s

U——单个链节节距对准的中心角度

g——重力加速度，g=9.8m/s²

对全部围在链轮上的链节所产生的离心力进行分析后，可得它们所引起的链条附加张力Fc为:

F_c=qv²Y

式中　Y——链条的节距系数

当链条节距较小时用下式计算已足够准确。即　F_c≈qv²　(N)

由上式可知，离心张力与速度平方成正比。高速时，Fc会大大加重链条的负荷。

3 环链组的失效分析与改进

3.1 环链组的受力状况环链组在工作中，随驱动轮的转动，而呈现周期性的受力状态，如图2所示。

从图2中可看出，链条受力的周期为L/πD，图线上的小锯齿状为振动及啮合冲击力的数值。即环境承受着大谐波及高频周波力的作用，特别是料斗较密、单重较大，速度又较高时，则高频周波在低频线上的波动会加大。根据MiNir疲劳累积损伤理论，会使环链在周期载荷C作用下产生疲劳破坏。作为工程设计，可将此时的外力状态，看成是使零件静载能力降低到1/10。

 

另一方面，从环链组的组成看，其中的串连环节——链环钩是其中的薄弱环节。这主要是因为料斗要用链环钩与之连接，因此，链钩设计多为图3形式。

在图3中可以看出，斗环钩与料斗连接以后，料斗孔径与斗环钩的尺寸，在设计上，就有精度差。按正常情况链钩直径小，料斗孔径大;在加工制作时，还会出现偏差，差值为1mm以上。链环钩受到拉力后，将使尺寸d张开，量出d的大小(受限于料斗连接孔)。链环钩除受正常的拉应力外，在与料斗连接处，还受到因料斗的反复滑动，引起的剪切应力。

这时，由于这大约1mm的间隙变化量，料斗受到较大的离心力作用，带动链环钩。将使链钩产生巨大的附加弯矩。按图3的结构尺寸，可近似得出附加弯矩值，由材料力学可知:

1/(a+b)=M/2EJ即M=2EJ/(a+b)

式中　J——物体形心惯性距，m⁴

E——材料弹性模量，N/m²

a、b——具体尺寸，m

当钢钩直径d=20mm，a=25mm，b=45mm时代入具体a、b、J数值，大约相当于附加弯矩值为32.34kNm，即相当于链条增加了1617kN拉力k₂。于是，当综合作用的结果，即周期的疲劳载荷值k1为附加载荷值之和k₁+k₂，达到静载的标定时，经过一定的循环周期即可破坏。此时，按最大的循环周期计算为6×10⁶。若链束为1.5m/s，链长为45m，冲击影响的大波动按1/3的链斗数计，当0.6m为1斗时，可得冲击次数为45/0.6×1/3=25次，即6×10⁶/25×45/1.5=6×45×10⁶/25×1.5=7.2×10⁶s=2×10³h=80d，这个数字是最不利情况的最长天数，可见寿命很低。

3.2 链环钩现场使用损坏情况及原因分析

(1)在链环钩(1-1)载面处断裂　主要原因为链环钩受料斗离心力作用，螺丝根部受拉应力，而发生破坏。

(2)在链环钩(2-2)、(3-3)截面处断裂　主要原因是受链条拉应力和离心力产生的弯矩，造成的破坏。

(3)在链环钩(4-4)截面处发生断裂　主要原因为料斗与链环钩之间，为动配合(≥1mm间隙)，虽然有螺丝紧固，但在链条拉力作用下，斗环钩与承重料斗之间，产生反复的上、下错动，斗环钩受到剪切应力的破坏。

3.3 改进设想

(1)改造链钩形状　如图4所示，使环钩的直边通过受力中心，即按着吊钩形状及截面设计环钩，会使其受力状态得到最大程度的改善。

(2)改进环钩与斗式的连接　为避免动截加弯矩造成的破坏，可将环钩与料斗的连接，做成用螺栓与二者静配合的结构。此时，造成的不良后果会因制造精度的不高，而带来固定的静截附加截荷。同时，会给安装带来较大的不便。

(3)将环链改板链形式　因为板链结构，可以做到承载铰链比压低，节距精度高，(动截荷小)，可大大地提高链条组的承载能力。更由于此时环钩的开端已不存在，链斗与环钩的连接处，又成为链条上的一个环节，使其产生较大的附加载荷可以忽略。因此，可以更大更安全地承受高速、大载荷工况。

当链速小于1.8m/s时，查链条功率曲线表时，可知p=70.2mm，以下节距值，可满足中速度的需要。

另外，由于板式链可安装导向，承重的滚动体，使输送机可方便地设计、安装与布置。

总之，环链式斗式提升机在现场使用中，应根据不同的物料介质，选用最不易损坏的结构型式，而在设计制作中，根据物料情况，做成不同的设计，让用户选择，以使环链式提升机发挥最大的效能。