礦山機械裝備零部件疲勞壽命研究

蘇新元

（銅陵市中等職業(yè)技術(shù)教育中心, 安徽 銅陵 244000）

礦山作業(yè)需要用到多種機械設(shè)備，在工作過程中難免會受到一些沖擊，造成磨損，當沖擊力過大時，礦山機械內(nèi)部結(jié)構(gòu)無法承受，會形成相應(yīng)的改變，使機械裝備在疲勞的情況下進行作業(yè)。通常這種情況在機械裝備制造時是無法預(yù)料的，長此以往，礦山機械裝備將產(chǎn)生裂紋等現(xiàn)象，最終失去作業(yè)能力[1]。礦山作業(yè)中常用到刮板輸送機，這類機械裝備在工作中常受到拉應(yīng)力，承受較大的重量與沖擊力，礦山作業(yè)面較為復(fù)雜、環(huán)境惡劣，存在許多不可預(yù)見的問題，刮板輸送機在進行運輸?shù)倪^程中，如果裝備中部礦產(chǎn)重量過大，超出原有承受能力進行作業(yè)，會對刮板輸送機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大影響，連接處摩擦力變大造成部件磨損，從一定程度上縮短了礦山機械設(shè)備的使用壽命。研究其疲勞壽命，對礦山作業(yè)的成本預(yù)算與安全性保證都有著十分重要的作用。

1 探究礦山機械裝備零部件疲勞壽命

對礦山機械裝備零部件疲勞壽命的研究需要從疲勞設(shè)計入手，隨著科學技術(shù)的不斷發(fā)展，這種設(shè)計方法受到相關(guān)行業(yè)工作者的廣泛關(guān)注。事實上，疲勞設(shè)計在機械裝備的研究中由來已久，最早起源于二十年代初期，當時蒸氣機車應(yīng)用較為廣泛，但在實際應(yīng)用過程中發(fā)現(xiàn)機車的零部件經(jīng)常損壞，引起相關(guān)工作者的重視與研究，通過調(diào)查分析發(fā)現(xiàn)，絕大部分零部件都是因為疲勞作業(yè)最終失效[2]。研究表明，當對零部件單獨進行施加壓力、拉應(yīng)力的情況下，零件并沒有損壞，形態(tài)也沒有發(fā)生改變，因此，對這種疲勞損壞現(xiàn)象的防范工作是很難開展的。無論是蒸氣機車還是礦山機械設(shè)備，一旦失效將造成無法預(yù)計的后果，因此必須要引起注意。隨著礦山不斷向機械化、智能化發(fā)展，機械裝備結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，零部件制作更加精密，許多礦山的作業(yè)環(huán)境非常惡劣，基于這一現(xiàn)狀，需要機械裝備具有較高的承受能力與耐磨損能力[3]。避免因疲勞作業(yè)引起的裝備失效，疲勞設(shè)計中提出的抗疲勞能力就是機械裝備本身對外界損壞的抵御能力，疲勞設(shè)計中最大的難題就是裝備在運行中的疲勞損傷破壞與靜止狀態(tài)下的靜力破壞存在較大差距，兩者之間不同之處如表1所示。

表1 疲勞損傷破壞與靜力破壞對比表

機械裝備在運行過程中，受到的損傷是具有一定壽命的，此種情況下，機械裝備零部件的抗疲勞損傷能力大大下降，當零部件在一定條件下進行疲勞作業(yè)時，材料的脆性也會隨之增加，但外部形態(tài)不會發(fā)生改變，這對礦山機械裝備零部件疲勞壽命研究十分不利。機械裝備的制作過程中難免會出現(xiàn)一些細微的瑕疵，這些瑕疵在機械裝備運行初期是不會出現(xiàn)影響的，可是一旦機械裝備在十分疲勞的情況下進行作業(yè)，這種小缺陷就會被無限放大，在不斷累計的過程中，最終導致裝備失效[4]。為避免此類問題的頻繁出現(xiàn)，需要對裝備的疲勞壽命進行研究，找到疲勞損傷產(chǎn)生的原因以及處理方法，保證礦山機械裝備的穩(wěn)定運行。當機械設(shè)備形成損傷時，會產(chǎn)生裂紋或者縫隙，所謂疲勞壽命就是在這種損傷已經(jīng)出現(xiàn)的情況下，探究其損壞發(fā)展速度與方向，得到最好的零部件更換時機。這類問題可規(guī)劃為檢修工作的范疇中，需要一定的理論知識與實踐經(jīng)驗作為基礎(chǔ)。由于礦山作業(yè)惡劣的環(huán)境，機械裝備是很容易產(chǎn)生輕微損壞的，在這些損壞部位出現(xiàn)后，裝備還能持續(xù)工作的時間，也就是剩余壽命，是我們需要重點關(guān)注的問題。使機械裝備零部件發(fā)揮出最大的作用，并對制造材料進行評價與選擇，讓機械裝備更好的服務(wù)于礦山。

2 實驗結(jié)果與分析

對機械裝備的疲勞壽命研究是一項十分重要的工作，這類實驗通常采用數(shù)據(jù)比對分析的方式，通過實驗達到判斷機械裝備抗疲勞能力以及穩(wěn)定性。

將研究后的機械零部件疲勞壽命與傳統(tǒng)零部件疲勞壽命作比較，并記錄數(shù)據(jù)，實驗結(jié)果如表2所示。

表2 機械零部件疲勞壽命比較

礦山機械裝備與其零部件的疲勞壽命研究，對提高裝備穩(wěn)定性有著重要的作用。得知機械裝備的實際疲勞壽命對其檢修工作也起到了很大幫助，并為礦山機械裝備設(shè)計工作提供實踐基礎(chǔ)，使機械裝備零部件的安裝與設(shè)計更加合理，滿足礦山的實際需求。

3 結(jié)語

隨著社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展，對很多資源的需求量也越來越高，許多礦山都需要進行全天不間斷作業(yè)，這就對機械裝備提出了更高的要求，對于裝備零部件疲勞壽命的研究成為相關(guān)工作者的重點關(guān)注內(nèi)容之一。

機械裝備的安全穩(wěn)定運行對于礦山企業(yè)發(fā)展有著至關(guān)重要的作用[5]。機械裝備中一個小小的零部件因疲勞損傷造成失效都會對裝備的整體運行造成影響，輕則導致裝備損壞，重則造成重大的人身傷亡事故，并伴隨巨大的財產(chǎn)損失。因此相關(guān)檢修人員要對裝備零件的疲勞壽命進行確定，并定期檢查裝備，避免意外事故的發(fā)生。