斗輪堆取料機(jī)立柱開(kāi)裂檢測(cè)及處理

吳永朋

浙江浙能樂(lè)清發(fā)電有限責(zé)任公司，浙江 樂(lè)清 325609

0 引言

A電廠(chǎng)輸煤系統(tǒng)的DQL1000/1250.30型斗輪堆取料機(jī)，投入生產(chǎn)環(huán)節(jié)已經(jīng)多年，且在機(jī)器的運(yùn)作過(guò)程中未出現(xiàn)明顯問(wèn)題。但是技工人員卻在最近的日常維護(hù)中，發(fā)現(xiàn)斗輪機(jī)出現(xiàn)了裂紋現(xiàn)象。具體表現(xiàn)在立柱兩側(cè)上翼緣變截面的木材以及焊縫出現(xiàn)了裂縫，同時(shí)左右主腹板出現(xiàn)裂紋且呈縱向分布。其中右側(cè)立柱根部主腹板出現(xiàn)的裂紋整條貫穿，右側(cè)立柱上翼緣的母材也出現(xiàn)的母材開(kāi)裂，左側(cè)立柱根部上翼緣母材開(kāi)裂嚴(yán)重。立柱是斗輪機(jī)的重要部分，承載著鋼結(jié)構(gòu)件。當(dāng)前出現(xiàn)裂紋，必須對(duì)其進(jìn)修修復(fù)，才能保證生產(chǎn)的安全。而若要進(jìn)行修復(fù)就必須找到引起裂紋的原因所在，這是設(shè)備是否修復(fù)成功的首要條件。

1 對(duì)立柱結(jié)構(gòu)的應(yīng)力測(cè)試

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)查看立柱結(jié)構(gòu)的實(shí)際開(kāi)裂情況，簡(jiǎn)單修補(bǔ)設(shè)備的開(kāi)裂部位，盡可能使設(shè)備的狀態(tài)恢復(fù)到受損前，同時(shí)委托專(zhuān)業(yè)的設(shè)備質(zhì)量檢驗(yàn)測(cè)試中心對(duì)該設(shè)備的應(yīng)力情況進(jìn)行測(cè)試。通過(guò)這一方式來(lái)確定斗輪堆取料機(jī)立柱根部鋼結(jié)構(gòu)在正常運(yùn)行過(guò)程中的受力狀態(tài)，是否存在應(yīng)力過(guò)高的現(xiàn)象。

在應(yīng)力測(cè)試過(guò)程中，將測(cè)點(diǎn)放置在立柱開(kāi)裂最明顯的部位，布置14個(gè)測(cè)點(diǎn)，4個(gè)截面（見(jiàn)圖2）。檢測(cè)立柱結(jié)構(gòu)在臂架變幅過(guò)程中的受力情況是此次應(yīng)力測(cè)試的主要目的。在輪臂架位于水平位置，變幅鋼絲繩成松弛狀態(tài)時(shí)，把此狀態(tài)擬定為零位，在此基礎(chǔ)上，對(duì)以下工作情況進(jìn)行測(cè)試：

（工況1）：提升臂架，使煤堆和斗輪分離；

（工況2）：斗輪臂架變幅到最高位置；

（工況3）：斗輪臂架變幅到最低位置。

表1 各測(cè)點(diǎn)具體應(yīng)力值，MPa

圖2 具體測(cè)點(diǎn)位置

通過(guò)對(duì)以上三個(gè)工況進(jìn)行測(cè)試，在本次測(cè)試中，當(dāng)斗輪臂架變幅到最低位置，立柱結(jié)構(gòu)最大的應(yīng)力出現(xiàn)，在D截面測(cè)點(diǎn)10，最大應(yīng)力為152.2MPa最大應(yīng)力的測(cè)得是由臂架變幅引起，可以說(shuō)其實(shí)際應(yīng)力不止152.2MPa，且遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于這個(gè)數(shù)據(jù)，而設(shè)備的設(shè)計(jì)可用應(yīng)力為120MPa。從測(cè)試結(jié)果可以分析出，造成立柱根部結(jié)構(gòu)出現(xiàn)嚴(yán)重開(kāi)裂的主要因素之一是結(jié)構(gòu)應(yīng)力過(guò)大，下一步將解決的是找出應(yīng)力過(guò)大的原因。

2 臂架著地力及門(mén)架上部穩(wěn)定性測(cè)試

通過(guò)分析臂架的著地力測(cè)試和斗輪堆取料機(jī)門(mén)架以上部分的穩(wěn)定性，以此來(lái)找出立柱結(jié)構(gòu)應(yīng)力過(guò)大的原因。因?yàn)橹亓椭匦奈恢米兓⒅Y(jié)構(gòu)的受力分布會(huì)直接受到影響。

對(duì)臂架著地力的測(cè)試是在斗輪堆取料機(jī)根據(jù)設(shè)計(jì)值確定配重的狀態(tài)下進(jìn)行的。具體過(guò)程是：斗輪懸臂呈水平狀態(tài)的時(shí)候，放在臨時(shí)鋼結(jié)構(gòu)架上，變幅鋼絲繩為放松狀態(tài)，汽車(chē)起重機(jī)使用拉力傳感器將前臂架斗輪吊起，這樣就從傳感器的輸出值計(jì)算出斗輪著地力。

從檢測(cè)結(jié)果可看出，斗輪堆取料機(jī)臂架在水平位置時(shí)，該機(jī)斗輪體頭部的著地力值為5.9t。相關(guān)設(shè)計(jì)資料顯示，此斗輪機(jī)的著地力在設(shè)計(jì)時(shí)，其著地值應(yīng)在3t左右，因此實(shí)際著地力也大于設(shè)計(jì)值。在查找原因時(shí)，采用了穩(wěn)定性測(cè)試，在測(cè)試中出現(xiàn)重心偏距大于正常值，可以確定臂架著地力過(guò)大的主要因素是重心前傾。

為測(cè)試斗輪堆取料機(jī)門(mén)架上部的穩(wěn)定性，可通過(guò)對(duì)斗輪堆取料機(jī)平臺(tái)回轉(zhuǎn)裝置的四個(gè)支腿的腿壓的測(cè)試來(lái)獲得，并計(jì)算出在目前狀況下斗輪堆取料機(jī)門(mén)架及以上部分的重心位置。此次測(cè)試使用100t荷重傳感器，共2個(gè)進(jìn)行。

測(cè)試結(jié)果為：

表2 斗輪機(jī)斗輪堆取料機(jī)回轉(zhuǎn)裝置的腿壓值，單位：t

用門(mén)腿荷重值來(lái)計(jì)算這種情況下斗輪堆取料機(jī)上部的重心位置，重心位置向前偏離回轉(zhuǎn)中心1.08m，比較相關(guān)聯(lián)的設(shè)計(jì)資料，該重心的偏距還未超過(guò)傾覆偏距，但已經(jīng)大于正常的運(yùn)行偏距。

3 對(duì)立柱結(jié)構(gòu)的修復(fù)處理

通過(guò)上述對(duì)立柱結(jié)構(gòu)的應(yīng)力測(cè)試、著地力以及穩(wěn)定性的測(cè)試分析，我們可以看出該設(shè)備出現(xiàn)問(wèn)題的原因主要是：由于回轉(zhuǎn)上部存在重心前傾，從而引起臂架著地力過(guò)大，并使轉(zhuǎn)柱結(jié)構(gòu)立柱在受力時(shí)分布情況發(fā)生變化，導(dǎo)致斗輪機(jī)在臂架堆、取料變幅的過(guò)程中承擔(dān)了大大超過(guò)設(shè)計(jì)值的交變應(yīng)力，極大的減少了設(shè)備的使用壽命，況且原立柱結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)強(qiáng)度等也存在著一定的問(wèn)題，多方面的原因致使立柱結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了裂紋。因此，在對(duì)立柱進(jìn)行修復(fù)處理時(shí)，還需從立柱的結(jié)構(gòu)形式下手，加固立柱結(jié)構(gòu)的主腹板、翼緣板、內(nèi)部橫隔板。

由于鋼結(jié)構(gòu)不能在承載狀況下進(jìn)行加固，因此在焊接時(shí)卸下配重，斗輪臂架擱在臨時(shí)鋼結(jié)構(gòu)架上，在鋼結(jié)構(gòu)件釋放配重及臂架引起的應(yīng)力狀態(tài)下進(jìn)行焊接。

根據(jù)斗輪機(jī)修復(fù)前結(jié)構(gòu)應(yīng)力測(cè)試結(jié)果，轉(zhuǎn)柱梁開(kāi)裂部位結(jié)構(gòu)應(yīng)力變化達(dá)到152.2MPa，實(shí)際變形及開(kāi)裂情況與動(dòng)應(yīng)力測(cè)試結(jié)果相符合，因此對(duì)該部位結(jié)構(gòu)必須進(jìn)行加固。加固設(shè)計(jì)如下：

1）上翼緣板加固

由于開(kāi)裂處上翼緣板厚為10mm，同前部上翼緣板厚為24mm相比相差較大，開(kāi)裂處正是變截面，為了消除該部位應(yīng)力集中等不利因素，采用增大該部位截面。

圖3 上翼緣板加固前后斷面比較

原斷面：

F=284.4cm2；

Jc=360.1mm；

Jx=394000cm4。

加固后斷面：

F=528cm2；

Jc=602.9mm；

Jx=988000cm4。

加固后斷面面積增加1.67倍；

Jx增加2.5倍。

因此上翼緣板加固后應(yīng)力將大幅度降低，且容易施工。

2）腹板加固

原腹板厚6mm，加上腐蝕作用實(shí)際厚度達(dá)不到6mm。造成應(yīng)力大的部位腹板變形與開(kāi)裂。針對(duì)腹板厚度不夠問(wèn)題，將變形與開(kāi)裂部位腹板除去并更換為厚度10mm腹板。為了確保焊接后腹板的整體強(qiáng)度，新制作腹板與與其相連腹板采用切割坡口拼接。并在最后一塊腹板焊接時(shí)，腹板開(kāi)孔，采用塞焊焊接。

3）橫隔板加固

由于橫隔板數(shù)量不夠也是造成腹板變形與開(kāi)裂一個(gè)因素，為了解決腹板變形與開(kāi)裂問(wèn)題，在腹板變形與開(kāi)裂部位增加橫隔板，板厚采用10mm鋼板。

圖4 主板加固

圖5 立柱根部開(kāi)裂部位和開(kāi)裂情況

4 修復(fù)后應(yīng)力檢測(cè)

修復(fù)處理完成后，對(duì)立柱結(jié)構(gòu)又進(jìn)行了一次應(yīng)力測(cè)試，同樣進(jìn)行了相同的三個(gè)工況，具體測(cè)點(diǎn)見(jiàn)圖6。

具體測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表3。

圖6 加固后測(cè)點(diǎn)位置

表3 加固后各測(cè)點(diǎn)具體應(yīng)力值，MPa

從立柱結(jié)構(gòu)修復(fù)處理后應(yīng)力測(cè)試結(jié)果分析，立柱結(jié)構(gòu)相同截面測(cè)點(diǎn)最大應(yīng)力比修復(fù)前下降了57%，應(yīng)力結(jié)果明顯小于設(shè)計(jì)許用應(yīng)力。

5 結(jié)論

在發(fā)現(xiàn)斗輪機(jī)存在問(wèn)題后，通過(guò)針對(duì)性的測(cè)試分析，查找出了致使立柱結(jié)構(gòu)出現(xiàn)嚴(yán)重開(kāi)裂的根本原因，同時(shí)以根本原因?yàn)橹贮c(diǎn)，加固了立柱結(jié)構(gòu)，以使該設(shè)備能保持長(zhǎng)期安全運(yùn)行的要求得到最終實(shí)現(xiàn)。

[1]熊新海.斗輪堆取料機(jī)著地力分析及其測(cè)試[J].裝備維修技術(shù)，2001，4.