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      冶金鑄造起重機(jī)主梁裂紋產(chǎn)生原因及修補(bǔ)工藝

      2019-10-26 09:20:46
      設(shè)備管理與維修 2019年12期
      關(guān)鍵詞:冶金腹板起重機(jī)

      馬 波

      (山東鋼鐵股份有限公司萊蕪分公司煉鋼廠,山東濟(jì)南 271104)

      0 引言

      在煉鋼工序生產(chǎn)過程中,起重機(jī)在鐵水吊運(yùn)、物料運(yùn)輸、冷料入爐等諸多環(huán)節(jié)中發(fā)揮重要作用,堪稱為煉鋼工序的運(yùn)輸大動脈。其工作特點為負(fù)載臨近設(shè)計上限,作業(yè)頻繁高,對其安全性、穩(wěn)定性及運(yùn)行可靠性要求高。起重機(jī)主梁結(jié)構(gòu)屬于箱型鋼板焊接結(jié)構(gòu),受焊接工藝及母材材料的影響,再加之長期滿負(fù)荷在高溫、高粉塵的惡劣環(huán)境作業(yè),焊縫區(qū)域極易發(fā)生裂紋等缺陷。焊縫裂紋的具有較強(qiáng)的破壞性,一旦發(fā)現(xiàn)初始裂紋,在疲勞載荷作用下,裂紋成不規(guī)則線性情況蔓延,直至發(fā)生結(jié)構(gòu)斷裂,帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失,甚至可能危及到作業(yè)人員的生命安全,故而對起重機(jī)主梁腹板及端部彎板區(qū)域焊縫定期檢查和疲勞壽命研究十分必要。

      單位1 臺冶金鑄造起重機(jī)在專業(yè)點檢過程中,發(fā)現(xiàn)主梁端部彎板處與腹板結(jié)合面出現(xiàn)明顯的開裂現(xiàn)象。加之該部車服役周期較長,作業(yè)頻次較高,其裂紋在交變應(yīng)力的作用下會發(fā)生緩慢擴(kuò)展,直至主梁斷裂破壞。為了排除這一隱患且確保冶金鑄造起重機(jī)的正常運(yùn)行,現(xiàn)利用對該鑄造起重機(jī)進(jìn)行關(guān)鍵技術(shù)現(xiàn)場校核的取得數(shù)據(jù)資料,系統(tǒng)計算裂紋產(chǎn)生的原因進(jìn)行數(shù)據(jù)分級計算,同時利用局部補(bǔ)強(qiáng)應(yīng)力消除法對裂紋部位的結(jié)構(gòu)進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng),確保冶金鑄造起重機(jī)的安全運(yùn)行。

      1 裂紋的產(chǎn)生與分析

      1.1 計算截面確定

      主梁受力情況如圖1 所示,確定1,(1),2,3 點為計算危險點,如圖2 所示。計算點的截面性質(zhì)如圖3~圖6 所示。

      經(jīng)計算,各截面的慣性矩:①1—截面。Ix=8.71×109mm4,Iy=6.39×109mm4;②(1)—截面。Ix=1.61×1010mm4,Iy=7.64×109mm4;③2—截面。Ix=2.21×1010mm4,Iy=8.55×109mm4;④3—截面。Ix=1.58×1010mm4,Iy=3.41×109mm4。

      1.2 載荷計算

      (1)動力效應(yīng)系數(shù)的計算。①起升沖擊系數(shù)φ1,0.9≤φ1≤1.1,對橋式鑄造起重機(jī)φ1=1.1;②起升動載系數(shù)φ2=1.2;③運(yùn)行沖擊系數(shù)φ4=1.1。

      圖1 現(xiàn)場主梁受力情況

      (2)載荷計算。①均布載荷,主梁自重Gm=73 510 N,小車軌道重量 Gg=9200 N,走臺及欄桿重量 G1=15 260 N,走臺上電氣設(shè)備重量Gd=22 000 N;②固定載荷,一組大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)重量Gy=19 260 N,司機(jī)室及其電氣設(shè)備的重量Gc=18 000 N;③活動載荷,起升重量Q=630 000 N,小車重量Gx=302 720 N;④主梁跨端支反力如圖7 和圖8 所示。

      圖2 主梁圖紙危險點分布

      圖3 1—截面計算

      N=Nq+Ng+Ny,其中,Nq=φ1×(Gm+Gg+G1+Gd)/2=1.1×(735 10+9200 +15 260 +22 000)/2=65 983 N,Ng=φ1×Gy×(S-Ly)/S+φ1×Gc×Lc/S=1.1×19 260×(16 000-3050)/16 000+1.1×18 000×2200/160 00=19 869N,Ny=(φ1×Gx+φ2×Q)×(S-1)/2S=(1.1×302 720+1.2×630 000)×(16 000-3050)(/2×16 000)=440 701 N。N=65 983+19 869+440 701=526 553 N。

      1.3 各計算點焊縫應(yīng)力計算

      (1)1 點。σ1=526 553×571×(1063-540)/8.71×109+0.15×526 553×571 318/6.39×109=20.2 MPa。

      (2)(1)點。σ1=526 553×1005×(1265-641)/1.61×1010+0.15×526 553×1005×318/7.64×109=23.8 MPa。

      (3)2 點。σ1=526 553×1359×(1431-723.5)/2.21×1010+0.15×526 553×1359×318/8.55×109=26.9 MPa。

      (4)3 點。σ1=526 553×1502×(1340-756.5)/1.58×1010+0.15×526 553×1502×318/3.41×109=40.2 MPa。

      2 焊縫許用應(yīng)力計算

      加強(qiáng)版與母材材料均為Q345-B,焊條采用E5016,根據(jù)工作級別A7,應(yīng)力集中等級K2及材料Q345,查得[σ-1]=79 MPa,焊縫拉伸疲勞許用應(yīng)力為

      圖4 (1)—截面計算

      3 問題求解

      (1)從計算結(jié)果看,1,(1),2,3 各點的焊縫應(yīng)力均遠(yuǎn)小于焊縫拉伸疲勞許用應(yīng)力[σrt],說明本加固方案是可靠的。

      (2)應(yīng)力集中點為1,(1),2,3。

      4 主梁彎板處腹板及彎板裂紋修理原則

      圖5 2—截面計算

      (1)采用碳弧氣刨清理腹板裂與主梁之間的焊縫直至清理至母材,刨開區(qū)域采用紅白粉PT 探傷進(jìn)行檢測。將以前所有補(bǔ)強(qiáng)焊接的鋼板全部去除,殘留焊縫磨去。采用二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊(焊條采用E5016或E5015)對結(jié)合面清根焊縫為全融透焊縫,焊接時采用多層多道焊。

      (2)在主梁腹板上每處裂紋沿裂紋的端部鉆Φ8~Φ10 止裂孔,并將裂紋用砂輪磨成坡口,然后焊實并磨平,如圖9 所示。

      圖6 3—截面計算

      圖7 主梁跨端支反力分布計算

      圖8 主梁跨端支反力(含小車)分布計算

      圖9 止裂孔分布位置及坡口形式

      (3)補(bǔ)焊加強(qiáng)板一(圖10)。加強(qiáng)板材料Q345-B。以前未加補(bǔ)強(qiáng)板的如圖11 所示。

      圖10 補(bǔ)焊加強(qiáng)板一安裝示意

      圖11 以前未加補(bǔ)強(qiáng)板區(qū)域安裝示意

      (4)補(bǔ)焊加強(qiáng)板二(圖12)。在加強(qiáng)板一焊好后,在其外側(cè)焊加強(qiáng)板二,材料Q345-B。

      (5)所有對接焊縫全部實施滿焊焊接作業(yè),角焊縫焊高為6 mm。焊后對新修復(fù)的焊縫進(jìn)行PT 著色探傷檢驗。檢驗合格后對修復(fù)部位涂刷防銹漆及面漆。

      圖12 補(bǔ)強(qiáng)板二安裝示意

      5 結(jié)束語

      通過整改,經(jīng)過對冶金起重機(jī)幾個月的連續(xù)運(yùn)行觀察,未發(fā)現(xiàn)主梁彎板處腹板及腹板裂紋有延伸現(xiàn)象,并經(jīng)無損檢測,未發(fā)現(xiàn)有裂紋再次發(fā)生。

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