QL6500/50取料機(jī)回轉(zhuǎn)軌道開裂原因分析

國投中煤同煤京唐港口有限公司　歐榮年

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QL6500/50取料機(jī)回轉(zhuǎn)軌道開裂原因分析

國投中煤同煤京唐港口有限公司歐榮年

摘要：堆取料機(jī)回轉(zhuǎn)軌道不斷受到各種交變載荷作用，一旦出現(xiàn)壓潰或者斷裂，將嚴(yán)重影響整機(jī)安全使用。安裝時除了要嚴(yán)格控制整機(jī)重心，保證回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)及軌道安裝質(zhì)量外，還要做好日常維護(hù)檢查以及必要的數(shù)據(jù)檢測工作。

關(guān)鍵詞：回轉(zhuǎn)臺車； 軌道開裂； 應(yīng)力集中； 軌道受力

斗輪取料機(jī)目前在專業(yè)化煤炭港口使用較多，特別是大型取料機(jī)在北方專業(yè)化煤炭港口廣泛使用，但在使用中暴露出不少故障及設(shè)計(jì)缺陷，其中回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的故障問題較為突出油缸型號(陶瓷型)為力士樂?400/?250-2420。

表1　取料機(jī)俯仰油缸測量壓力值/MPa

注：所有數(shù)據(jù)分別為俯仰接近高、低位極限時，俯仰速度減速后測的動態(tài)數(shù)值；

某公司目前擁有6臺堆取料機(jī)(堆取合一)和2臺取料機(jī)，其中2臺堆取料機(jī)為新上的回轉(zhuǎn)大軸承式結(jié)構(gòu)，另4臺堆取料機(jī)和2臺取料機(jī)為回轉(zhuǎn)臺車式結(jié)構(gòu)，額定取料能力均為6 500 t/h。2013年8月，R1-2取料機(jī)回轉(zhuǎn)QU120軌道接頭焊縫開裂且有壓潰跡象，隨即更換了約4 m新軌道。新?lián)Q軌道又在1個月點(diǎn)檢中發(fā)現(xiàn)踏面壓潰、腰部上緣剪斷現(xiàn)象，再更換后使用不到半個月又出現(xiàn)了同樣的問題，不得不再換回舊軌道。開始以為這批軌道質(zhì)量存在問題，但更換了新批次軌道后問題仍未得到解決。

1主要問題

在檢查中發(fā)現(xiàn)以下5方面現(xiàn)象：

(1)整個回轉(zhuǎn)軌道高差最大超過20 mm，整體呈現(xiàn)南(懸臂0°位置)低北高現(xiàn)象，尤其是作業(yè)頻繁、回轉(zhuǎn)行走輪頻繁碾壓處的軌道變形最嚴(yán)重。

(2)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)水平輪軌道(側(cè)軌)南側(cè)也存在被擠壓變形，表明作業(yè)時存在過大的水平力。

(3)南側(cè)回轉(zhuǎn)止擋器因干涉而在高度上被切除了至少1 cm，表明整機(jī)在南側(cè)方向明顯下沉，致使回轉(zhuǎn)干涉。

(4)測量雙俯仰油缸壓力并同姊妹機(jī)型R3-2對比，發(fā)現(xiàn)懸臂俯仰至最低角度-11.8°時，單缸壓力比R3-2高約7 MPa。通過計(jì)算，2個油缸承受的壓力比R3-2大1 900 kN左右。

(5)對回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)4個四輪架臺車進(jìn)行無損檢測，發(fā)現(xiàn)一處臺車翼板和腹板連接處開焊，且裂紋較大，延展長度超過70 mm。

2原因分析

結(jié)合QU120回轉(zhuǎn)軌道的特性,經(jīng)過分析試驗(yàn)，得出造成以上現(xiàn)象的原因如下。

(1)對2臺取料機(jī)俯仰油缸壓力值2次測量，并進(jìn)行對比計(jì)算，測量值見表1。

經(jīng)對比計(jì)算，R1-2整機(jī)配重裝置過輕，相比R3-2取料機(jī)少約55 t，與現(xiàn)場校核基本吻合。由于整機(jī)平衡出現(xiàn)問題，致使該機(jī)長期處于偏載作業(yè)狀態(tài)，特別是俯仰在低角度時整機(jī)重心前移，重載作業(yè)懸臂側(cè)過重。長期在振動和沖擊作用下使懸臂側(cè)回轉(zhuǎn)臺車輪壓過大，同時造成水平方向產(chǎn)生偏移趨勢，使水平輪產(chǎn)生巨大靜壓力。南半側(cè)軌道因輪壓過大碾壓發(fā)生塑性變形，同時伴隨劇烈磨損，致使軌道降低而整機(jī)水平面出現(xiàn)偏斜趨勢，回轉(zhuǎn)止擋器也出現(xiàn)干涉現(xiàn)象。

(2)水平輪軌道被擠壓變形，致使調(diào)節(jié)回轉(zhuǎn)臺車與軌道同心的能力降低，導(dǎo)致回轉(zhuǎn)臺車車輪在回轉(zhuǎn)軌道上發(fā)生跑偏，臺車車輪對軌道的正壓力逐步轉(zhuǎn)變?yōu)榧羟辛Γ瑖?yán)重時呈現(xiàn)出懸臂梁趨勢并伴隨著巨大的彎曲應(yīng)力產(chǎn)生，見圖1。

圖1　車輪與軌道的接觸狀態(tài)

當(dāng)車輪和軌道如圖1(a)接觸時，軌道以正壓力Fn為主，屬于正常現(xiàn)象。當(dāng)車輪和軌道以圖1(b)接觸時，軌道本應(yīng)受到車輪正壓力明顯變?yōu)橐约羟辛s為主，且腰部產(chǎn)生彎矩M，軌道整體還受著扭轉(zhuǎn)應(yīng)力，加上軌道腰部上緣還存在應(yīng)力集中，最終沿圖中陰影處左側(cè)剪斷，斷裂面與實(shí)物吻合。

(3)車輪和軌道踏面均為弧形，理論上二者為點(diǎn)接觸，但原軌道與車輪通過長期行走配合逐漸形成固定接觸面，受力較分散。當(dāng)新軌道換上后，車輪與軌道為新的點(diǎn)接觸，受力為集中力，軌道比壓力遠(yuǎn)大于原軌道和車輪配合時，加上車輪存在跑偏，新軌道很快被剪斷，而原軌道卻不存在該問題。

(4)門座架面及軌道基礎(chǔ)面因長期受壓存在一定的疲勞變形，導(dǎo)致軌道基礎(chǔ)不平整，增加軌道作業(yè)過程中的沖擊載荷，瞬時出現(xiàn)壓力過大而加速損壞。

(5)車輪材料為65號鋼，軌道材質(zhì)為71Mn，沖擊韌性均不太好，尤其是軌道一旦受力不好易發(fā)生脆性破壞。目前國內(nèi)某知名港機(jī)生產(chǎn)單位已將回轉(zhuǎn)軌道做成非標(biāo)件，材料改用綜合力學(xué)性能更好的42CrMo。

(6)國內(nèi)QU120軌道腰寬較窄，對受力點(diǎn)較敏感，工況適應(yīng)性較差。同比國外軌道，如德國A120軌道腰寬72，比QU120寬28 mm，對車輪跑偏以及軌道受力的敏感度明顯低于QU120。

3解決方案

回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)在安裝及使用中應(yīng)注意以下事項(xiàng)。

(1)安裝前做好設(shè)備基礎(chǔ)復(fù)測，重點(diǎn)控制軌道直線度、平面度、軌距等關(guān)鍵數(shù)據(jù)。以某公司軌距12 m為例，局部直線度不超過5/10 000，左右局部高低差10 m內(nèi)不超過10 mm，軌距差不超過±5 mm。

(2)安裝過程中做好行走臺車各絞點(diǎn)水平度和相對直線度的控制，特別是靠近門座架的上部各絞點(diǎn)水平度必須符合設(shè)計(jì)要求，以保證門座架的安裝精度。

(3)回轉(zhuǎn)軌道基礎(chǔ)需保證和門座架充分貼合并且水平，軌道半徑誤差不超過±4 mm，水平高差不超過D/2 000，回轉(zhuǎn)中心偏差不超過5 mm。同時做好各回轉(zhuǎn)臺車的水平高度控制，避免三支點(diǎn)出力現(xiàn)象。

(4)整機(jī)配重安裝必須左右對稱安裝，安裝位置和重量需滿足技術(shù)要求。安裝完畢需對斗輪接地壓力測量且滿足要求，再通過俯仰油缸壓力校驗(yàn)并合格。

(5)使用中，需關(guān)注回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)各部件變化情況，特別是加強(qiáng)回轉(zhuǎn)軌道同心度、水平度的定期檢查以及水平輪軌道的檢查。按現(xiàn)場使用經(jīng)驗(yàn)，軌道高差超過D/750則必須更換，另外作業(yè)時軌道不得有跳動發(fā)生，否則需及時緊固扣件或加裝墊片；水平輪軌道(側(cè)軌)僅用來抵消回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的側(cè)向力，不得存在塑性變形。

(6)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)無論是臺車、軌道出現(xiàn)異常，必須從下至上查找問題根源。檢查行走車輪是否啃軌，行走臺車是否變形以及上部是否晃動并影響到回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的穩(wěn)定。若下部不存在問題，則只需從回轉(zhuǎn)及以上部位入手即可。

(7)定期對回轉(zhuǎn)臺車車輪的磨損量進(jìn)行檢測，以確定回轉(zhuǎn)臺車是否存在“三條腿”現(xiàn)象。

(8)定期對大機(jī)的關(guān)鍵承載部位的應(yīng)力檢測、關(guān)鍵焊縫的探傷是有必要的。

(9)必須有一套完整的操作規(guī)程并遵照執(zhí)行，嚴(yán)禁超載作業(yè)、野蠻作業(yè)。

歐榮年： 063611，河北省唐山市海港開發(fā)區(qū)

Cause Analysis of the Cracking on the Rotation Track of QL6500/50 Reclaimer

Sdic Zhongmei Tongmei Jingtang Port Co.,LtdOu Rongnian

Abstract:Because of the alternating load the rotation track of reclaimer is easy to conquassation and cracking and seriously impact the operation of machine.To avoiding that situation the barycenter of machine should be controlled during installation, the installation quality of swing mechanism and track should be guaranteed, and keep doing daily maintenance and necessary data detection.

Key words:rotation trolley; track cracking; stress concentration; stress of track

DOI：10.3963/j.issn.1000-8969.2016.01.005

收稿日期：2015-09-29