板式给料机链条跑偏调整与控制方法

1、综述

重型板式给料机（以下简称重板）是链轮驱动链条，链板（输送槽）安装在两条链条上运输材料的机构。其日运量可达1万吨以上，适应材料粒度大、湿、热、硬等工况，也可大角度（倾斜25°）运输。与胶带机相比，它不容易偏离，但一旦偏离，就不容易调整。此外，由于材料载体不是粘弹性胶带，一旦偏离，链板和裙板相互磨损。

本文结合国外某工程重板链条跑偏实例，结合力学原理分析跑偏问题现场调整的具体方法，并系统提出厂内制造时控制重板跑偏的指标和手段。

2、链条跑偏的原因和调整方法

国外某工程6台重板（见图1）在厂内空载试车均未出现跑偏现象。2015年2月开始现场重载试车，2015年4月发现给料机链轮和链条在输送槽运行方向的左侧出现间隙过小或磨损。链轮齿形附近表面硬度HRC50~55，链条轨面硬度HRC50~58，表面硬度HB331~375。从图2可以看出，由于链条轨面和链轮齿形附近表面硬度相近，最严重的4号机链条轨面和链轮互相磨损的光滑如镜；同样由于链轨表面里侧硬度相对轮齿较软，链轮轮齿将链条里侧研磨出现沟痕。

图1 国外某工程重板布置

链条跑偏磨损状况

按照先易后难，逐步排除的原则，分析本工程链条跑偏可能原因及调整方法如下。

2.1 驱动轴2个大轴承座的螺栓松动，造成驱动轴带动链轮窜位

在出厂前，驱动轴2个大轴承座的位置已经调整完毕，但是，仍然不能排除由于运输磕碰和重载调试时应力释放造成M36的固定螺栓松动，进而发生硬度较小链条内侧被硬度很高链轮轮齿磨损掉块现象。现场解决的办法是：首先，生产厂都是在重板组装前进行底漆及中间漆的喷涂，在重板组装调试后再进行面漆的喷涂。仔细观察大轴承座和承载大梁的结合面，如果出现轴承座窜动的情况，必然会在某结合面处出现漏出中间漆（一般为灰色）的现象。处理方法是先松开后面张紧尾轴的两侧张紧大锁母，然后松开驱动轴大轴承座螺栓，在轴承座底座端部垫好橡胶垫，用大锤轻轻磕动，让轴承座归位，紧好头尾轴的螺栓，试车。如果跑偏依然存在，那就是重载试车以后链条内部磨合、应力释放等产生尺寸微小变化。可以接着按上述步骤调整驱动大轴承座的前后位置，具体调整方向见图3。当链条向右跑偏时，将左侧大轴承座向后调，右侧大轴承座向前调。当链条向左跑偏时，大轴承座调整方向相反。

图3 链条跑偏时驱动轴和尾轴轴承座调整方向

图4a表示链条在驱动链轮处向右跑偏，驱动轴承座调整的原理是，驱动链轮轮齿拨动链条销轴沿分度圆轨迹向前方、前下方、下方、下后方运动。以最上方轮齿为例，轮齿施加给销轴一个垂直于轮齿齿面的切向力F驱，它分解成一个平行于链条运动方向的作用力F驱1和一个平行于齿面向左下方的作用力F驱2，F驱2迫使链条向左侧运动，见图4b，这样链条就能逐渐回归正位。但是，在通过链轮中心的水平线以下的轮齿施加给销轴一个垂直于轮齿齿面的切向力f驱，它分解成一个平行于链条运动方向的作用力f驱1和一个平行于齿面向右下方的作用力f驱2，f驱2迫使链条向右侧运动，该作用力加重了链条的跑偏，见图4c。

图4 链条在驱动链轮处受力分析

从图5中可看出，链条在驱动链轮轮齿分度圆方向的受力是阶梯状变化的，每隔一个驱动齿，链条所受的切向驱动力就下降一档。这样，在水平线上部左侧1/4圆处链条所受驱动力总和远大于水平线下部左侧1/4圆处链条所受驱动力总和，那么，∑F驱2也远大于∑f驱2。链条回调方向是向左，和链条跑偏方向相反，链条能逐渐归位。整体上看，由于轮轴倾斜，驱动链轮处调偏适合“跑后不跑前”的原则。

图5 链条在驱动轮齿分度圆方向受力趋势

2.2 大轴承座内轴承锁紧套松动，造成驱动轴带动链轮窜位

如果驱动轴2个大轴承座的位置没有变化，第二步检查大轴承座内大轴承的锁紧套是否松动。因为驱动轴就是靠锁紧套锁在轴承座上的，驱动单元悬挂在轴端部，为了减少安装难度，设计反力矩臂在轴向可以有40mm的窜动，所以锁紧套松动必然造成驱动轴带动链轮窜位。

判断轴承锁紧套松动的方法有2个，一是检查密封迷宫的位置，迷宫是锁在轴上的，大轴承也是锁在轴上的，大轴承锁紧套松动了，迷宫的位置应该有所变化。链条向哪个方向跑偏，轴承座对应方向的迷宫透盖离开原位随轴向外移动。二是拆开轴承座迷宫和透盖端盖等等，直接检查轴承内圈锁紧套是否松动。因为迷宫是靠黄油防尘的，它相对轴承座透盖的移动从黄油的痕迹上就能分辨出来。解决办法先彻底松开锁紧套，用手拉葫芦将驱动轴拉回原位（注意观察链条和链轮的间隙），然后将松动的锁紧套锁紧，再安装好闷盖、透盖和迷宫等等。

2.3 尾轴和重板顺向中心线垂直度偏差过大，造成链条跑偏

在理想情况下，驱动轴和尾轴都是垂直于重板中心线的，但实际运行过程中，尾轴轴线随着设备使用情况变化，轴线位置是不断变化的，跑偏时最容易调整的就是尾轴的轴线，跑偏调整方向见图3。力学原理见图6、图7。图6a表示在转向轮圆周方向转向轮踏面给链条反向压力N尾的变化趋势。右上1/4圆处反向压力沿顺时针由小变大，右下1/4圆处反向压力沿顺时针由大变小。由于链板上物料及链板本身重量的问题，右上1/4圆处反向压力普遍比右下1/4圆处反向压力要大。这就造成图6b所示尾轴转向轮踏面给链条的反向摩擦力f尾右上1/4圆处比右下1/4圆处要大，简化成图6c所示的尾轴转向轮踏面给链条的反向摩擦力合力Σf尾是在右上1/4圆处，方向斜向下。这个合力是和链条给转向轮的正向摩擦力大小相等，方向相反的，所以必然是和链条轴向一致的，见图7。这个反向摩擦合力Σf尾可以分解成垂直于转向轮踏面的分力Σf尾1和平行于转向轮踏面的分力Σf尾2，Σf尾2方向指向（相对链条运动方向）靠后的转向轮一侧。Σf尾2迫使链条向靠后转向轮运动，实现了调偏的目的。如果从链条运动方向反向观察，转向轮处调偏适合“跑前不跑后”的原则。

图6 链条在尾轴转向轮踏面处受力

图7 尾轴转向轮踏面给链条摩擦力

尾轴调整方法极其简单，将两侧张紧大螺母外侧的防松背母松开，直接调整里侧的螺母到适当位置，启动机器，重载运行15min，不合适则继续调整，合适后将两侧背母锁紧即可。

2.4 托辊上母线和重板顺向中心线垂直度偏差过大，造成链条跑偏

由于重载和回程托辊都在头尾轴的中部，所以容易造成链条中段跑偏。托辊在出厂前都固定好了位置，但也有可能由于链条误差或落料点不正的原因，需要调整托辊母线。见图8，这和胶带输送机托辊调偏原理一样，链条向哪边偏，就将托辊向哪个方向倾斜。力学原理是，链条给托辊一个平行于链条轴线方向的摩擦力f，该力带动托辊旋转。相应的，托辊就给链条一个大小相等、方向相反的摩擦力f'，f'分解成一个垂直于托辊的分力f'1和平行于托辊的分力f'2，f'1是链条运行的阻力，f'2迫使链条向托辊后部运动，实现调偏的目标。也可以解释为，链条给托辊一个平行于链条轴线方向的摩擦力f，f分解成一个垂直于托辊的分力f1和平行于托辊的分力f2。f1是托辊旋转的动力，f2迫使托辊向前部运动。但托辊是固定在机架上的，它无法运动，而链条是悬浮的，f2的反作用力迫使链条向托辊的后部运动。链条在托辊处也适用于“跑后不跑前”的原则。

图8　链条在托辊处受力分析

2.5 安装时重板垂直纵向中心线方向的水平度（左右高低）偏差过大，造成链条跑偏

现场安装板式给料机时没有控制好左右水泥基础墩水平高度，左右高低超差。造成重板长时间重载运行时链条和链板微微向左侧或右侧滑动，链条和链轮在外侧接触，造成磨损。

重新用水平尺或经纬仪等检查板式给料机是否有倾斜现象，最简单的办法是从观察孔进入板式给料机内部，在靠近驱动轴附近的链板上、尾部链板上、中部链板上放置水平仪，观察水珠是否在中间。如果水珠在中间，则否定这个原因。如果水珠不在中间，在水泥墩和设备支腿之间加调整垫片，使水平仪的水珠保持在中间位置。

2.6 落料点远离中心，造成链条跑偏

物料偏载所形成的链板跑偏，需改装入料口位置，使卸料点保持在链板的中间位置。另外，尽量使所卸物料在垂直于重量方向上的速度分量与链板的运转方向一致。当改动入料口位置比较困难时，在入料口和链板之间加装可以调节的料流挡板，在使用过程中可以针对不同的物料调整料流使之对链板跑偏的影响减至最小。

3、链条跑偏在设计安装环节的控制方法

无论是驱动轴、尾轴还是托辊等，在制造环节位置都是调整好的，但是还可以在使用过程中根据具体情况加以调节。有的影响链板跑偏的项目是不可调节的，更应该在制造环节把控准确，防止出现先天性跑偏。

3.1 两个驱动链轮同相位的控制

所谓驱动链轮不同相位，指的是本来需要同时拨动链条的两个链轮对应轮齿相对驱动轴不在同一个角度上。超前一侧的链轮轮齿先接触到链条销轴，带着链板向前运动。由于链板是一个超过链轮间距很长的部件，在一侧先行被拨动势必造成链板倾斜，见图9。左侧链轮轮齿比右侧链轮轮齿相位靠前，带动左侧链板先行，出现左侧链板向前倾斜的现象。左侧链轮给予链条销轴一个垂直于轮齿接触面的合力ΣF驱1，ΣF驱1分解成一个垂直于链板向前方向的分力ΣF驱11和平行于链板向左侧方向的分力ΣF驱12，ΣF驱11是带动链板前行的拉力，ΣF驱12是造成链板向左侧跑偏的作用力，这是典型的“跑前不跑后”。同理，右侧链轮轮齿给予链条合力ΣF驱2，ΣF驱2分解成一个拉动链板向运动的分力ΣF驱21和造成链板向左侧跑偏的分力ΣF驱22，ΣF驱2<ΣF驱1。

图9 链轮轮齿不同相位时链条受力

驱动轴系生产过程是先保证驱动轴两侧的键槽在同一圆柱母线上（称同线），再保证两个轮毂的键槽和某一个剪切螺栓孔中心线一致，最后保证数控成齿的两个链轮成齿起始点必须和某一个剪切螺栓孔中心线一致。满足上述3个条件后组装好驱动轴系以后必能保证链轮同相位。

为了减少加工量和安装难度，加大设计制造标准化程度和保证质量的稳定性，逐渐采用工程机械上符合国标的分段驱动链轮，和轮毂用螺栓连接，轮毂再和驱动轴通过胀套固定。这样用肉眼无法保证两侧链轮同相位。可以制作一个专用工装，见图10，将大梁用螺栓固定在两个加宽底座上，大梁的长度等于图纸上两个链轮外边界的距离，用线切割的方法制作两个模拟链轮齿形的齿块座焊接在大梁两端，焊接之前用经纬仪将两个齿块精确保持同线。将链轮轮毂没有锁紧的驱动轴系吊到工装上部，把两个链轮轮齿放进两端的齿块内，锁紧胀套即可。

图10 使用胀套安装链轮时标准工装

3.2 驱动轴和尾轴中心线与重板纵向中心线垂直度的控制

JB/T4040—1999规定，驱动链轮轴心线对机架纵向中心线的垂直度为轴承跨距的1/1000；尾轴轴心线对驱动链轮轴心线平行度为轴承跨距的1/1000。在制造过程中要严格控制该指标。为了制造时便于测量，我们将控制指标落实到图11上。图11a是重板驱动和尾轴4个轴承座中心连线形成的理想理论矩形，设重板前后轮中心距为L，驱动轴承座中心距为B，矩形理论对角线相等，长度为；图11b表示的图形虽然驱动轴垂直度未超标，但尾轴对驱动轴的平行度达到了B/500，属于不合格尺寸；图11c是驱动或尾轴单向偏离理论线的合格图形；图11d是驱动和尾轴同向偏离理论线的合格图形。需要说明的是，如果图11b相向偏离和重板纵向中心线垂直度总和不超过B/1000也是合格的。

对矩形边长来说，误差不能超过L±B/1000，且每个轴和重板纵向中心线垂直度误差都不超过B/1000的情况下，该图形就是合格的。图11c和图11d分别给出了2个工况条件下每个中心线的长度范围。

图11 重板机架的平面尺寸误差控制

3.3 驱动轴和尾轴中心线、托辊上母线的水平度的控制

JB/T4040—1999规定，驱动链轮轴心线水平度为0.15/1000；尾轴轴心线水平度为0.5/1000；各托辊上母线横向水平度和纵向水平度为1/1000；例如驱动轴和尾轴轴承座之间距离是2800mm，托辊上母线长度为200mm，驱动轴允许的水平度为0.42mm，尾轴允许的水平度为1.4mm，托辊允许的水平度仅为0.2mm。在制造时应用水平仪加以精确控制。

如果制造时重板关于水平度方面的指标得到有效控制，现场安装时由于基础标高不一致仍然会出现两轴和托辊水平度超差的情况，而且通常误差会很大。常用的办法是安装前将水平仪架在基础的侧面，用测量标尺逐个测量基础的标高，超差时将基础低的一侧垫上相应厚度的钢板。但是，由于水平度控制要求达到1mm上下，薄钢板极易变形和腐蚀，实际操作性差。

为了解决这个问题，将预埋件设计成如图12所示的结构，埋入混凝土内的预埋螺栓螺纹部分设计稍长，在预埋钢板下部预先拧入高度调整螺栓，重板安装时混凝土是预先做好的，但二次灌浆区的位置是空的，将重板所有支腿落到预埋钢板上以后，将水平仪架高，测量两轴的水平度，调节高度调整螺栓使两轴的水平度完全符合图纸要求，拧好锁紧螺栓，再将空着的位置进行二次灌浆，二次灌浆养护期过后拧紧防松螺栓，安装完毕。

图12 重板安装高度可调埋件原理

3.4 防止两个驱动链轮空载相位相同，重载仍然超差的驱动轴扭转刚度控制

驱动轴刚度不足造成不同步是个隐性原因，往往被忽略。轻中型板式给料机负载较小、牵引力不大，一般不需要计算主轴刚度。重板特点是低速大扭矩，扭矩一般达到几十到几百kN·m，在巨大扭矩的作用下，远离驱动一侧的链轮会因主轴扭转而其轮齿滞后，链板势必向驱动一侧的链轮方向跑偏（跑前不跑后）。

相关标准和专业手册中没有对重板驱动轴扭转刚度做出规定，参照文献[1]对起重机传动轴扭转刚度的要求，扭转角控制在Φ=0.25°/m。两个驱动链轮外侧的扭转角不影响同步性，例如两个链轮之间距离2m，到远离驱动侧链轮处允许转角0.5°，按0.8m链轮分度圆直径计算，允许两轮之间相位差（800×π/360）×0.5＝3.5mm。设驱动站驱动扭矩为120kN·m，两个链轮之间轴径为d，该段扭矩为T=60kN·m，按文献，Φ=7350T/d4，d=206mm。扭转刚度要求轴径设计时最低要达到该值。

4、结束语

重板链条跑偏是十分严重的问题，轻则影响链条使用寿命，增加噪音；重则损坏链轮，甚至将链条卡住。在设计制造时必须重视控制精度的4个问题。使用时掌握正确的调偏知识，首先分析造成跑偏的原因，根据不同原因采用“跑后不跑前”或“跑前不跑后”的原则对其进行调整，注意调整不要过度，以链条和链轮托辊等不剐蹭为原则。