中国链条行业现状及发展方向1

中国链条行业现状及发展方向

何俊达

（河北农业大学机电工程学院，河北保定071000）

摘要：本文介绍了工业链条的分类和性能要求，对工业链条的国内外的现况进行了简述。概述我国工业链条的制造工艺，并对热处理环节做出了改进。

关键词：工业链条制造技术热处理改进

0 前言

我国是最大的发展中国家,经济发展迅速,但科技水平较低,在工业生产(主要是钢铁)单位产量耗煤量大,再加上我国的发电主要还是热电,所以对煤炭的需求量很大。但是我国煤炭工业基础技术十分薄弱,并且主要以井下为主,占总产量的95%以上,井下运输就成了煤矿生产的一个重要环节,但对我国目前的工业技术来说,是个极大的挑战。现在通用的釆煤技术为综釆技术。它是一项整体作业全部机械化的生产技术。它在近半个世纪的发展历程中创造和保持了多项世界纪录,可以称为当今最先进的井下机械化开采技术,近几年在新科技革命影响的引领下,正发生着技术变革性的进步。综采技术的核心是综采设备,其中工作面刮板输送机是关键的综釆设备之一。刮板输送机是一种以烧性体作为牵引机构的连续动作式运输机械,它主要是用于煤矿回采工作面、联络巷及某些地面运输等,它利用烧性牵引机构的连续运输,从而实现装、运、卸自动化。由于刮板输送机的特殊结构和工作环境,具有不可替代的特点,所以迄今为止刮板输送机仍是综采工作面唯一的运输设备。

工业链条是机械化釆煤的重要设备—刮板运输机和刨煤机上的牵引构件,是运输设备的关键件和易损件。近几年,在生产发展的不断需要下,刮板运输机逐步向重型化发展,所需驱动功率也不断增大,这些对工业链条提出了更高的要求,它的加工质量高低和性能的优劣将对设备的工作效率和企业的煤炭产量产生直接影响。对矿用工业链条的要求:在相同的材质和断面下,要有较大的承载能力;在具有较大的破断负荷同时,还需有较好的延伸率;在大承载力的作用下还要有较小的变形,以保证良好的哨合;有较高的耐磨性和靭性;有较高的疲劳强度;有较大的吸收冲击负荷的能力。

一.工业链条的概述和国内外研究现状

1.1工业链条的概述

工业链条用圆环链由每个焊接环连接而成，多用于机械传动和牵引，其几何尺寸完全一致。圆环链的型式和尺寸见图1

图1

1.2工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。

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，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

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。

1.3 国外研究现状

国外对于工业链条的研究开始较早，从二十世纪初英国人首先使用了单链刮板输送机，并将其使用在采煤工作面中开始，刮板输送机经历了历代变化，工业链条由于适应工作面运输条件，一直作为刮板输送机传动装置延续使用。1956年德国工程师莫林的光弹实验表明工业链条承受拉伸负荷时其直边内侧和部分圆弧外侧呈拉应力状态，而直边外侧和部分圆弧内侧呈压应力状态。随后，国外学者逐渐重视对与圆环的研究，研究情况也根据各国的国情有所不一。在60年代便首先提出了工业链条规范，通过研究工业链条使用环境的不同要求，

英国学者开发了适合多种使用环境的工业链条[11]，同期英国学者对矿用工业链条传动性能进行了研究。欧洲传统工业链条制造业发展已久，早期对工业链条在使用中的研究及应用较成熟，并发展逐渐形成理论。而在美洲则出现较晚，对工业链条的研究相对较少，早期主要集中在利用理论力学与材料力学对工业链条受力分析的理论计算，在80年代由于安全问题逐渐出现，美国学者逐渐重视工业链条失效问题，诸多学者对工业链条的材料、受力等影响因素进行了研究。

目前，随着计算机技术的发展，越来越多的学者将计算机模拟技术运用到工业链条研究中，主要应用有限元理论及有限元软件对工业链条使用过程中的应力分配及传递进行分析。这种分析更加直观的得到了分析结果，并可以在分析过程中对链条进行优化设计。时至今日，随着矿用高强度工业链条也在材料、设计、制造等方面技术不断进步，刮板输送机工业链条的安全性和稳定性得到了稳定的发展。

1.4国内研究现状

工业链条在我国广泛应用于各个行业，如冶金、矿山、煤炭、粮食及化工等行业。但是长期以来，工业链条在使用过程中一直存在运转率低而维修率高的现象，严重的甚至经常出现断钩断链事故，研究发现这不仅仅是机械设备系统的问题，工业链条条也存在问题。

我国的矿用工业链条理论研究始于70年代，初期对工业链条制作工艺过程进行的研究，用以增加工业链条强度达到延长设备使用寿命及稳定性的要求。80年代起我国学者在加工工艺达到一定水平之后，开始重视对工业链条的受力分析研究，哈尔滨煤矿机械研究所的李源吉较早的将有限元法计算分析应用于矿用工业链条，他提出通过工业链条的有限元计算更精确地了解链环各部分的应力应变情况，进而确定破坏部位，有可能提出进一步通过改进链环的形状和尺寸，提高承载能力的依据。随后我国学者发表了大量关于矿用工业链条的研究成果，推动了我国高强度工业链条的研究，提高了产品质量。1996年西安科技大学李明、薛河等人对工业链条进行了初步应力分析，为以后学者的研究提供了参考和重要参考。五邑大学刁叔均、西安科技大学薛河、聂文杰等应用有限元对工业链条进行了力学特性分析，并使用了有限元软件分析工业链条分析的方法，这使得对矿用高强度工业链条分析能力进一步提高。在力学分析基础上，煤炭科学研究总院罗庆吉对矿用工业链条的疲劳失效进行了详细的分析。同期对工业链条断裂的分析也产生了很多成果，李福凯、陈龙民在对工业链条拉伸试样作了扫描电镜分析，讨论了不同断裂部位的端口形貌，断裂的起因以及对链环质量的影响。西安交通大学联合张家口煤机厂的研究者对工业链条断裂问题进行了宏观统计分析，微观断裂机制分析、材料状态检验，并找出了断裂原因。而焊接接口作为最容易产生裂纹的部位也引起了研究者的注意，胡庆林、林显仁从焊接过程中产生的裂纹进行了分析，并对这两种裂纹的产生原因以及形成机理进行了综合分析，提出了一些防范措施。郭奇等人运用弹塑性有限元方法，对焊缝区纵向裂纹和横向裂纹做了大量J积分计算，研究了焊缝区中非均质组合结构裂纹的J积分的守恒性，分析了焊缝区硬夹层宽度大小对整个组合体J积分数值的影响，为建立焊缝区中裂纹的J积分失效评定曲线，提供了可靠的依据。我国于90年代初开始对这种矿用高强度工业链条传动以及其他一些问题进行试验性研究，并建成了矿用工业链条传动试验台。2004年2月26~27日，由中国煤炭工业设备管理协会组织，15家大型煤矿高强度链条生产企业参加，煤炭工业设备管理协会矿用工业链条专业委员会成立会议在北京召开，这次会议的召开对我国矿用高强度工业链条有重大意义，规范了国内矿用工业链条的行业标准，加强了产品的质量，提高我国矿用工业链条在国际上的竞争力。

二.工业链条的制造工艺和热处理工艺改进