QL6500/50取料机回转轨道开裂原因分析

国投中煤同煤京唐港口有限公司　欧荣年



QL6500/50取料机回转轨道开裂原因分析

国投中煤同煤京唐港口有限公司欧荣年

摘要：堆取料机回转轨道不断受到各种交变载荷作用，一旦出现压溃或者断裂，将严重影响整机安全使用。安装时除了要严格控制整机重心，保证回转机构及轨道安装质量外，还要做好日常维护检查以及必要的数据检测工作。

关键词：回转台车； 轨道开裂； 应力集中； 轨道受力

斗轮取料机目前在专业化煤炭港口使用较多，特别是大型取料机在北方专业化煤炭港口广泛使用，但在使用中暴露出不少故障及设计缺陷，其中回转机构的故障问题较为突出油缸型号(陶瓷型)为力士乐∅400/∅250-2420。

表1　取料机俯仰油缸测量压力值/MPa

注：所有数据分别为俯仰接近高、低位极限时，俯仰速度减速后测的动态数值；

某公司目前拥有6台堆取料机(堆取合一)和2台取料机，其中2台堆取料机为新上的回转大轴承式结构，另4台堆取料机和2台取料机为回转台车式结构，额定取料能力均为6 500 t/h。2013年8月，R1-2取料机回转QU120轨道接头焊缝开裂且有压溃迹象，随即更换了约4 m新轨道。新换轨道又在1个月点检中发现踏面压溃、腰部上缘剪断现象，再更换后使用不到半个月又出现了同样的问题，不得不再换回旧轨道。开始以为这批轨道质量存在问题，但更换了新批次轨道后问题仍未得到解决。

1主要问题

在检查中发现以下5方面现象：

(1)整个回转轨道高差最大超过20 mm，整体呈现南(悬臂0°位置)低北高现象，尤其是作业频繁、回转行走轮频繁碾压处的轨道变形最严重。

(2)回转机构水平轮轨道(侧轨)南侧也存在被挤压变形，表明作业时存在过大的水平力。

(3)南侧回转止挡器因干涉而在高度上被切除了至少1 cm，表明整机在南侧方向明显下沉，致使回转干涉。

(4)测量双俯仰油缸压力并同姊妹机型R3-2对比，发现悬臂俯仰至最低角度-11.8°时，单缸压力比R3-2高约7 MPa。通过计算，2个油缸承受的压力比R3-2大1 900 kN左右。

(5)对回转机构4个四轮架台车进行无损检测，发现一处台车翼板和腹板连接处开焊，且裂纹较大，延展长度超过70 mm。

2原因分析

结合QU120回转轨道的特性,经过分析试验，得出造成以上现象的原因如下。

(1)对2台取料机俯仰油缸压力值2次测量，并进行对比计算，测量值见表1。

经对比计算，R1-2整机配重装置过轻，相比R3-2取料机少约55 t，与现场校核基本吻合。由于整机平衡出现问题，致使该机长期处于偏载作业状态，特别是俯仰在低角度时整机重心前移，重载作业悬臂侧过重。长期在振动和冲击作用下使悬臂侧回转台车轮压过大，同时造成水平方向产生偏移趋势，使水平轮产生巨大静压力。南半侧轨道因轮压过大碾压发生塑性变形，同时伴随剧烈磨损，致使轨道降低而整机水平面出现偏斜趋势，回转止挡器也出现干涉现象。

(2)水平轮轨道被挤压变形，致使调节回转台车与轨道同心的能力降低，导致回转台车车轮在回转轨道上发生跑偏，台车车轮对轨道的正压力逐步转变为剪切力，严重时呈现出悬臂梁趋势并伴随着巨大的弯曲应力产生，见图1。

图1　车轮与轨道的接触状态

当车轮和轨道如图1(a)接触时，轨道以正压力Fn为主，属于正常现象。当车轮和轨道以图1(b)接触时，轨道本应受到车轮正压力明显变为以剪切力Fs为主，且腰部产生弯矩M，轨道整体还受着扭转应力，加上轨道腰部上缘还存在应力集中，最终沿图中阴影处左侧剪断，断裂面与实物吻合。

(3)车轮和轨道踏面均为弧形，理论上二者为点接触，但原轨道与车轮通过长期行走配合逐渐形成固定接触面，受力较分散。当新轨道换上后，车轮与轨道为新的点接触，受力为集中力，轨道比压力远大于原轨道和车轮配合时，加上车轮存在跑偏，新轨道很快被剪断，而原轨道却不存在该问题。

(4)门座架面及轨道基础面因长期受压存在一定的疲劳变形，导致轨道基础不平整，增加轨道作业过程中的冲击载荷，瞬时出现压力过大而加速损坏。

(5)车轮材料为65号钢，轨道材质为71Mn，冲击韧性均不太好，尤其是轨道一旦受力不好易发生脆性破坏。目前国内某知名港机生产单位已将回转轨道做成非标件，材料改用综合力学性能更好的42CrMo。

(6)国内QU120轨道腰宽较窄，对受力点较敏感，工况适应性较差。同比国外轨道，如德国A120轨道腰宽72，比QU120宽28 mm，对车轮跑偏以及轨道受力的敏感度明显低于QU120。

3解决方案

回转机构在安装及使用中应注意以下事项。

(1)安装前做好设备基础复测，重点控制轨道直线度、平面度、轨距等关键数据。以某公司轨距12 m为例，局部直线度不超过5/10 000，左右局部高低差10 m内不超过10 mm，轨距差不超过±5 mm。

(2)安装过程中做好行走台车各绞点水平度和相对直线度的控制，特别是靠近门座架的上部各绞点水平度必须符合设计要求，以保证门座架的安装精度。

(3)回转轨道基础需保证和门座架充分贴合并且水平，轨道半径误差不超过±4 mm，水平高差不超过D/2 000，回转中心偏差不超过5 mm。同时做好各回转台车的水平高度控制，避免三支点出力现象。

(4)整机配重安装必须左右对称安装，安装位置和重量需满足技术要求。安装完毕需对斗轮接地压力测量且满足要求，再通过俯仰油缸压力校验并合格。

(5)使用中，需关注回转机构各部件变化情况，特别是加强回转轨道同心度、水平度的定期检查以及水平轮轨道的检查。按现场使用经验，轨道高差超过D/750则必须更换，另外作业时轨道不得有跳动发生，否则需及时紧固扣件或加装垫片；水平轮轨道(侧轨)仅用来抵消回转机构的侧向力，不得存在塑性变形。

(6)回转机构无论是台车、轨道出现异常，必须从下至上查找问题根源。检查行走车轮是否啃轨，行走台车是否变形以及上部是否晃动并影响到回转机构的稳定。若下部不存在问题，则只需从回转及以上部位入手即可。

(7)定期对回转台车车轮的磨损量进行检测，以确定回转台车是否存在“三条腿”现象。

(8)定期对大机的关键承载部位的应力检测、关键焊缝的探伤是有必要的。

(9)必须有一套完整的操作规程并遵照执行，严禁超载作业、野蛮作业。

欧荣年： 063611，河北省唐山市海港开发区

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