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TH500链环钩低周疲劳失效分析

点击数:6时间:2015-10-28 09:18:16 来源:百盛机械

摘要:某水泥厂从德国进口的GTH500-4384高效环链斗式提升机,运行半个月就开始出现链环钩脆性断裂,半个月后每天断裂的个数逐渐增多,1个月后几乎每天断6个左右。反复更换国产TH500链环钩后,问题仍未解决。

某水泥厂从德国进口的GTH500-4384高效环链斗式提升机,运行半个月就开始出现链环钩脆性断裂,半个月后每天断裂的个数逐渐增多,1个月后几乎每天断6个左右。反复更换国产TH500链环钩后,问题仍未解决,严重影响该厂的正常生产,造成很大经济损失。该设备上原装链环钩为中碳钢制造,硬度(42~45) HRC,性能符合要求。国产的TH500链环钩,多从选材及热处理方面进行调整,使用效果无明显改善。新乡市百盛机械有限公司通过实地考察发生断裂的链环钩和链环钩与料斗之间的装配关系,认为链环钩螺栓外沿与料斗上2安装孔外沿之间存在间隙,可能是引起链环钩产生低周疲劳失效的主要原因。

1 链环钩失效形式和受力分析

链环钩断裂的部位几乎相同,如图1a所示。

从断口的宏观形貌看,存在明显的疲劳源、裂纹扩展区、脆性断裂区,如图1b所示,呈典型疲劳失效特征。

链环钩是提升链与料斗的连接件,同时是提升链的一个承载环,工作时承受循环载荷。以GTH500-43384高效提升机为例,当料斗处在图2中B位置时,该料斗上的链环钩承受的载荷最小,接近于零;处在A位置时承受的载荷最大,其最大静载荷为

链环钩失效

图1 链环钩失效

(a)断裂位置 (b)断口形貌

1.断裂处 2.危险口

提升机结构示意图

图2 提升机结构示意图

1.去条链轮 2.链环钩 3.料斗

Fmax=np/(2x2)=2337kg

式中n—系统料斗数

P—单个料斗与所装物料及本段链条的总重量

由于直链条与光滑圆滚轮接触时产生冲击,以及双侧链条受力不平衡等因素,料斗在A位置时,链环钩实际承受的最大载荷约为12x104N。载荷循环周期为

T=nL/V=76.7s

式中n—系统料斗数

L—相邻料斗间距,mV一料斗运行速度,m/s

2 链环钩与料斗装配关系及拉力试验

链环钩与料斗装配关系如图3所示。链环钩螺栓外沿与料斗上2安装孔外沿之间最大间隙δsmax=(amax+2R)-(bmm+D)

=(80+0.8+21.50)一(80一0.8+19.70)

=3.40mm

最小间隙

δmin=(amin +2R)一(bmax+D)

=(80一0.8+21.50)一(80+0.8+19.70)

=0.20mm

链环钩与料斗装配关系

图3 链环钩与料斗装配关系

对TH500链环钩模拟装配,进行拉力试验,试验用链环钩材料45钢,硬度(42~45) HRC,螺栓中心距为80.00mm,螺栓安装部位直径19.70mm;模拟料斗材料Q235钢,厚度8.0mm,宽80.0mm,长200.0mm,安装孔直径21.50mm。安装孔中心距分别为a=80.00mm和b=77.00mm。在链环钩危险点处粘贴PZ纸基电阻应变片,加载在WE-30液压万能材料试验机上进行,通过YJD-1型电阻应变仪检测应变。测得危险点处总应变与载荷之间关系如图4所示。

链环钩总应变与载荷间关系

图4 链环钩总应变与载荷间关系

试验证明,同一个链环钩,在相同载荷下,装配状态不同,应变不同。链环钩螺栓外沿与料斗上2安装孔外沿之间存在间隙,则应变大。

根据钢制结构铁件总应变与载荷循环次数的关系可知,应变大则疲劳寿命短,当应变达到7x10-3,链环钩便发生低周疲劳失效,如图5所示。

总应变与循环次数关系

图5 总应变与循环次数关系

3 链环钩结构改进措施

新设计的YTH500链环钩。适当增大链环钩螺栓中心距,加大螺栓安装部位直径。不仅消除了装配间隙,而且使链环钩装配后,在其危险点处产生1个安装压应力,抵消部分工作应力,减小了应变,有利于延长疲劳寿命。YTH500链环钩选用38CrSi钢热弯成形;860℃油淬,400℃回火,硬度(42一45) HRC。1套共374链环钩,安装在辽西渤海建材水泥集团公司原料车间GTH500-43384高效提升机上,系统无故障运行时间达10个月以上。解决了链环钩低周疲劳失效问题。此设计已获国家实用新型专利(专利号CN94247937.8)。

4 结论

(1)TH500链环钩在工作时承受循环载荷,其失效形式为疲劳断裂。

(2)TH500链环钩与料斗之间的装配间隙是决定其疲劳寿命的主要因素,装配间隙越大,链环钩危险点总应变越大,疲劳寿命越低。

(3)改进后的TH500链环钩,适当增大螺栓中心距,加大螺栓安装部位直径不仅消除了装配间隙,而巨产生1个安装压应力,实用效果良好。

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