倾动装置T形连接座损坏的分析及设计优化

刘炎

（太原重工股份有限公司， 山西 太原 030024）

倾动装置T形连接座损坏的分析及设计优化

刘炎

（太原重工股份有限公司， 山西 太原 030024）

根据工作经验，从有限元分析模型和计算结果两方面对倾动装置T形连接座损坏的原因进行了分析，并从设计、制造等方面提出了解决倾动装置T形连接座损坏的措施以及优化方案。经多年实践证明，优化方案满足现场使用要求。

倾动装置 T形连接座 有限元分析模型

作为炼钢转炉的驱动装置，转炉倾动装置是实现转炉炼钢生产的关键设备之一，倾动装置T形连接座是连接减速机构和扭力杆装置的重要连接件，把力传给扭力杆装置实现力矩平衡和减轻冲击，一旦T形连接座损坏整个倾动装置将不能工作，因此应对T形连接座的损坏进行原因分析和优化设计。

1 T形连接座受力分析及其常见损坏形式

如图1、图2所示，倾动装置工作时T形连接座一个受拉，一个受压，T形连接座上所受力为［1-2］

式中：T代表倾动力矩；L代表扭力杆两侧T形连接座之间的距离。

T形连接座常见损坏形式为T形连接座焊缝开裂。

图1 T形连接座受力示意图

图2 T形连接座连接图

2 T形连接座损坏原因分析

在设计T形连接座时，一般把上下部结合部位视为整体，但大型倾动装置上下部连接螺栓很大，一般在M100 mm左右，因此很难保证连接座螺栓拧紧力矩一致，长期使用后上下部结合部位可能会有微小的间隙，因此在设计中将结合面部位按整体考虑不切合实际。另外需要优化T形连接座的焊缝形式。以下对一个断裂的T形连接座进行有限元分析。2.1 有限元分析模型（见图3—图5）

图3 T形连接座焊缝及结构形式

图4 仿真分析模型（整体）

图5 仿真分析模型（1/4）

2.2 计算结果及分析

根据下页图6、图7及表1所示，进行分析：

1）T形连接座高应力位置为纵－横板交汇位置焊缝区，与破损位置吻合。

2）高应力区的应力状态在T形连接座受拉时以拉应力（第一主应力）为主。

3）在冲击载荷条件下，实测转炉倾动装置峰值力矩为14 489 kN·m，这时T形连接座最高等效应力为401 MPa、最高第一主应力为496 MPa；如果按T形连接座材质为Q345考虑，则σs=345 MPa，显然，不管是按屈服极限还是按疲劳极限考虑，当倾动装置峰值力矩为14 489 kN·m时，T形连接座应力水平均超过了许用值。

图6 等效应力

图7 第一主应力

3 设计优化

实际使用和分析表明，由于在现场安装大型倾动装置上、下部连接座结合面螺栓的情况下，结合面厚度只能按一个连接座的厚度来考虑承载能力，同时考虑到现场安装的不确定性，在上下部结合面应加销定位同时防止螺栓受剪力断裂［3］。焊缝优化方案如图8所示。

表1 某倾动装置不同载荷条件下的T形连接座应力

图8 T形连接座优化方案

4 结语

焊后进行切削加工（削平焊缝余高）能进一步改善焊缝强度，使疲劳强度系数增至0.9～1.0，这是因为切削加工去掉了焊缝外表的缺口效应，焊缝中只有熔合区被稀释金属材料（母材）中的微观缺陷，能降低其强度。

经多年实践证明，上述优化方案满足使用要求。

［1］ 濮良贵，纪名刚.机械设计：第8版［M］.北京：高等教育出版社，2006.

［2］ 成大先.机械设计手册［M］.北京：化学工业出版社，2002.

［3］ D.拉达伊.焊接结构疲劳强度［M］.北京：机械工业出版社，1994.

（编辑：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，FEA model

TF748.2

A

1672-1152（2016）05-0102-02

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

2016-09-12

刘炎（1983—），男，在太原重工股份有限公司齿轮传动设计研究所从事机械设计工作，工程师。