DQ8030型斗輪堆取料機(jī)金屬結(jié)構(gòu)開裂原因分析及消除

李小寧 李興學(xué)

(焦作電廠，河南 焦作 454100)

1 概述

某火力發(fā)電廠斗輪堆取料機(jī)為DQ8030型，取料能力：800T/h，堆料能力：1200T/h。長久使用后：回轉(zhuǎn)箱梁驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)底座、門座結(jié)合部、門腿膝部等部位均出現(xiàn)嚴(yán)重金屬結(jié)構(gòu)開裂現(xiàn)象。

2 金屬結(jié)構(gòu)斷口特征(磁粉探傷)

結(jié)構(gòu)開裂：磁粉探傷共探傷46處，發(fā)現(xiàn)19處裂紋，其中最嚴(yán)重的為右前門腿梁，右前門腿梁開裂3處，裂紋長分別為110mm和130mm和70mm;回轉(zhuǎn)箱梁驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)底座焊縫及加強(qiáng)肋板全部撕開;回轉(zhuǎn)箱梁結(jié)構(gòu)件變形嚴(yán)重。

3 金屬結(jié)構(gòu)開裂主要原因分析

3.1 應(yīng)力集中

我們利用應(yīng)力-應(yīng)變測試軟件對斗輪堆取料機(jī)金屬結(jié)構(gòu)進(jìn)行了整體應(yīng)力測試，測試分結(jié)構(gòu)靜態(tài)應(yīng)力測試和結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)應(yīng)力測試兩項(xiàng)，是根據(jù)斗輪機(jī)結(jié)構(gòu)型式、工況，選擇其典型受力構(gòu)件共布置47片電阻應(yīng)變片，(具體分布表略)。

3.2 靜態(tài)應(yīng)力測試：

根據(jù)斗輪堆取料機(jī)工作狀態(tài)，組合選取了13個(gè)靜態(tài)工況：分別表示：

工況一：斗輪臂架處于水平位置，向左垂直軌道，回轉(zhuǎn)角β=90°

工況二：斗輪臂架處于水平位置，軌道左側(cè)，回轉(zhuǎn)角β=45°

工況三：斗輪臂架處于水平位置，軌道右側(cè)，回轉(zhuǎn)角β=-45°

工況四：斗輪臂架處于水平位置，向右垂直軌道，回轉(zhuǎn)角β=-90°

工況五：斗輪臂架處于最低位置，向左垂直軌道，回轉(zhuǎn)角β=90°

工況六：斗輪臂架處于最低位置，軌道左側(cè)，回轉(zhuǎn)角β=45°

工況七：斗輪臂架處于最低位置，軌道右側(cè)，回轉(zhuǎn)角β=-45°

工況八：斗輪臂架處于最低位置，向右垂直軌道，回轉(zhuǎn)角β=-90°

工況九：斗輪臂架處于最高位置，向左垂直軌道，回轉(zhuǎn)角β=90°

工況十：斗輪臂架處于最高位置，軌道左側(cè)，回轉(zhuǎn)角β=45°

工況十一：斗輪臂架處于最高位置，順軌道，回轉(zhuǎn)角β=0°

工況十二：斗輪臂架處于最高位置，軌道右側(cè)，回轉(zhuǎn)角β=-45°

工況十三：斗輪臂架處于最高位置，向右垂直軌道，回轉(zhuǎn)角β=-90°

3.3 動(dòng)態(tài)應(yīng)力測試

動(dòng)態(tài)應(yīng)力測試是在結(jié)構(gòu)靜態(tài)應(yīng)力測試的基礎(chǔ)上，選取靜態(tài)應(yīng)力測試中的若干部位，分別在(工況1：水平位置正常取煤;工況2：高位正常取煤;工況3：斗輪臂架連續(xù)空載變幅及回轉(zhuǎn)過程)下進(jìn)行動(dòng)態(tài)應(yīng)力測試。

3.4 測試結(jié)果

(1)斗輪懸臂在低位位置時(shí)，L轉(zhuǎn)柱下部左右兩側(cè)的測點(diǎn)應(yīng)力變化方向相反，受力不均勻。(2)回轉(zhuǎn)支承梁上的測點(diǎn)在臂架處于不同回轉(zhuǎn)角度其受力存在明顯變化。(3)斗輪機(jī)門座架結(jié)構(gòu)整體應(yīng)力值偏大，接近和超過Q235B材料的一般設(shè)計(jì)許用應(yīng)力140MPa。(4)最大動(dòng)態(tài)應(yīng)力發(fā)生在斗輪機(jī)門座架部位，其動(dòng)態(tài)應(yīng)力值范圍為237.5MPa～-69.3MPa。

4 應(yīng)力消除

4.1 解決方案

4.1.1 金屬結(jié)構(gòu)通過焊接加固肋板，增加剪切受力面積，使其應(yīng)力小于Q235鋼材許用應(yīng)力值(140MPa)，來降低應(yīng)力值。

4.1.2 焊接方法：零載單面全破口焊接加固。

4.2 方案實(shí)施

4.2.1 門腿膝部加固(4臺)

設(shè)計(jì)計(jì)算：行走臺車平衡梁最大結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)應(yīng)力為拉應(yīng)力235.4MPa，為達(dá)到Q235材料的設(shè)計(jì)許用應(yīng)力值(140MPa)，因此必須增加1倍的受力面積，即0.5m2的受力面積。

設(shè)計(jì)方案：加固形狀為鈍角三棱柱狀。在門腿梁兩鈍角面(即上、下翼面)滿貼焊σ30鋼板(L=500)，代替原開裂的翼面受力;并在翼面兩側(cè)焊接σ30腹板(◥500*500*866)，在腹板之間等距離焊接3塊σ30隔板，最后用σ30鋼板(■866*1000)焊接覆蓋鈍角面，每塊腹板增加截面積0.11m2，故共增加0.55m2的受力面積，符合受力要求。

4.2.2 門座結(jié)合部加固

設(shè)計(jì)計(jì)算：門座架部位的靜態(tài)應(yīng)力值已接近或超過Q235材料的設(shè)計(jì)許用應(yīng)力值(140Mpa)，其中左后腿內(nèi)側(cè)的最大應(yīng)力為246.2 Mpa，為達(dá)到Q235材料的設(shè)計(jì)許用應(yīng)力值(140MPa)，同樣必須增加1倍的受力面積，即0.5 m2的受力面積。

設(shè)計(jì)方案：和門腿梁鈍角面加固相似，亦為直角三棱柱狀，即在每臺門腿梁兩直角角面(即內(nèi)、外翼面)滿貼焊σ30鋼板(L=250)，代替原開裂的翼面受力;并在翼面兩側(cè)焊接σ30腹板(◥250*250*350)，在腹板之間等距離焊接3塊σ30隔板，最后用σ30鋼板(■350*1000)焊接覆蓋鈍角面，每塊腹板增加截面積0.055m2，故共增加0.055*10=0.55 m2的受力面積，符合受力要求。

4.2.3 回轉(zhuǎn)箱梁驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)底座加固

(1)在與外側(cè)筋板對應(yīng)的內(nèi)側(cè)垂直方向，增加30mm厚筋板，兩邊剖口焊接，焊縫交叉處倒角。

(2)用角向磨光機(jī)去除回轉(zhuǎn)上支座與回轉(zhuǎn)架的外側(cè)的開裂焊縫;去除外側(cè)增加的筋板，上支座筋板開裂部位開剖口。對這些部位進(jìn)行焊補(bǔ)(如圖所示)。

5 結(jié)束語

誘發(fā)斗輪堆取料機(jī)鋼結(jié)構(gòu)開裂的因素有設(shè)計(jì)、材料、使用環(huán)境和工況等多種，而產(chǎn)生這些誘因的直接因素從根本上又無法改變(因使用年限、投資效益、煤場煤堆狀況等限制)。而為了提高斗輪堆取料機(jī)使用中的安全運(yùn)行可靠性，我們從控制消除方面著手，深入分析了斗輪堆取料機(jī)鋼結(jié)構(gòu)各工況下的應(yīng)力分部，采取了加固肋板、增加剪切受力面積、零載單面全破口焊接方法有效控制、消除了該斗輪堆取料機(jī)鋼結(jié)構(gòu)開裂的不安全現(xiàn)象。