傾動(dòng)裝置T形連接座損壞的分析及設(shè)計(jì)優(yōu)化

劉炎

（太原重工股份有限公司， 山西 太原 030024）

傾動(dòng)裝置T形連接座損壞的分析及設(shè)計(jì)優(yōu)化

劉炎

（太原重工股份有限公司， 山西 太原 030024）

根據(jù)工作經(jīng)驗(yàn)，從有限元分析模型和計(jì)算結(jié)果兩方面對(duì)傾動(dòng)裝置T形連接座損壞的原因進(jìn)行了分析，并從設(shè)計(jì)、制造等方面提出了解決傾動(dòng)裝置T形連接座損壞的措施以及優(yōu)化方案。經(jīng)多年實(shí)踐證明，優(yōu)化方案滿足現(xiàn)場(chǎng)使用要求。

傾動(dòng)裝置 T形連接座 有限元分析模型

作為煉鋼轉(zhuǎn)爐的驅(qū)動(dòng)裝置，轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)裝置是實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)爐煉鋼生產(chǎn)的關(guān)鍵設(shè)備之一，傾動(dòng)裝置T形連接座是連接減速機(jī)構(gòu)和扭力桿裝置的重要連接件，把力傳給扭力桿裝置實(shí)現(xiàn)力矩平衡和減輕沖擊，一旦T形連接座損壞整個(gè)傾動(dòng)裝置將不能工作，因此應(yīng)對(duì)T形連接座的損壞進(jìn)行原因分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)。

1 T形連接座受力分析及其常見損壞形式

如圖1、圖2所示，傾動(dòng)裝置工作時(shí)T形連接座一個(gè)受拉，一個(gè)受壓，T形連接座上所受力為［1-2］

式中：T代表傾動(dòng)力矩；L代表扭力桿兩側(cè)T形連接座之間的距離。

T形連接座常見損壞形式為T形連接座焊縫開裂。

圖1 T形連接座受力示意圖

圖2 T形連接座連接圖

2 T形連接座損壞原因分析

在設(shè)計(jì)T形連接座時(shí)，一般把上下部結(jié)合部位視為整體，但大型傾動(dòng)裝置上下部連接螺栓很大，一般在M100 mm左右，因此很難保證連接座螺栓擰緊力矩一致，長(zhǎng)期使用后上下部結(jié)合部位可能會(huì)有微小的間隙，因此在設(shè)計(jì)中將結(jié)合面部位按整體考慮不切合實(shí)際。另外需要優(yōu)化T形連接座的焊縫形式。以下對(duì)一個(gè)斷裂的T形連接座進(jìn)行有限元分析。2.1 有限元分析模型（見圖3—圖5）

圖3 T形連接座焊縫及結(jié)構(gòu)形式

圖4 仿真分析模型（整體）

圖5 仿真分析模型（1/4）

2.2 計(jì)算結(jié)果及分析

根據(jù)下頁(yè)圖6、圖7及表1所示，進(jìn)行分析：

1）T形連接座高應(yīng)力位置為縱－橫板交匯位置焊縫區(qū)，與破損位置吻合。

2）高應(yīng)力區(qū)的應(yīng)力狀態(tài)在T形連接座受拉時(shí)以拉應(yīng)力（第一主應(yīng)力）為主。

3）在沖擊載荷條件下，實(shí)測(cè)轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)裝置峰值力矩為14 489 kN·m，這時(shí)T形連接座最高等效應(yīng)力為401 MPa、最高第一主應(yīng)力為496 MPa；如果按T形連接座材質(zhì)為Q345考慮，則σs=345 MPa，顯然，不管是按屈服極限還是按疲勞極限考慮，當(dāng)傾動(dòng)裝置峰值力矩為14 489 kN·m時(shí)，T形連接座應(yīng)力水平均超過(guò)了許用值。

圖6 等效應(yīng)力

圖7 第一主應(yīng)力

3 設(shè)計(jì)優(yōu)化

實(shí)際使用和分析表明，由于在現(xiàn)場(chǎng)安裝大型傾動(dòng)裝置上、下部連接座結(jié)合面螺栓的情況下，結(jié)合面厚度只能按一個(gè)連接座的厚度來(lái)考慮承載能力，同時(shí)考慮到現(xiàn)場(chǎng)安裝的不確定性，在上下部結(jié)合面應(yīng)加銷定位同時(shí)防止螺栓受剪力斷裂［3］。焊縫優(yōu)化方案如圖8所示。

表1 某傾動(dòng)裝置不同載荷條件下的T形連接座應(yīng)力

圖8 T形連接座優(yōu)化方案

4 結(jié)語(yǔ)

焊后進(jìn)行切削加工（削平焊縫余高）能進(jìn)一步改善焊縫強(qiáng)度，使疲勞強(qiáng)度系數(shù)增至0.9～1.0，這是因?yàn)榍邢骷庸とサ袅撕缚p外表的缺口效應(yīng)，焊縫中只有熔合區(qū)被稀釋金屬材料（母材）中的微觀缺陷，能降低其強(qiáng)度。

經(jīng)多年實(shí)踐證明，上述優(yōu)化方案滿足使用要求。

［1］ 濮良貴，紀(jì)名剛.機(jī)械設(shè)計(jì)：第8版［M］.北京：高等教育出版社，2006.

［2］ 成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002.

［3］ D.拉達(dá)伊.焊接結(jié)構(gòu)疲勞強(qiáng)度［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1994.

（編輯：胡玉香）

Analysis and Design Optimization of Tilting Device of T-Shaped Connecting Seat Damage

LIU Yan
（Taiyuan Heavy Industries Co.，Ltd.，Taiyuan Shanxi 030024）

According to the work experience，from finite element analysis model and calculation results，the damage reasons of tilting device of T-shaped connection seat are analyzed，and the measures and optimization scheme for tilting device of T shaped connection seat damage are puts forward from design and manufacturing etc.After many years of practice the optimization program is proved to meet the requirements of field use.

tilting device，T-shaped connecting seat，F(xiàn)EA model

TF748.2

A

1672-1152（2016）05-0102-02

10.16525/j.cnki.cn14-1167/tf.2016.05.36

2016-09-12

劉炎（1983—），男，在太原重工股份有限公司齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)研究所從事機(jī)械設(shè)計(jì)工作，工程師。