矿用车轮裂纹成因分析及改进措施.pdf

第 3 1 卷第 0 2期 2 0 1 0年O 2月 煤 矿 机 械 C o a l Mi n e Ma c h i n e r y V0 l _ 3 l No ．O2 F e b ． 2 0 1 0 矿用车轮裂纹成 因分析及改进措施 黄昶 春 ．沈 光 烈 广西工学院汽车工程研究所，广西 柳州 5 4 5 0 0 6 摘 要 某 5 7英寸 车轮轮 辋使 用过程 中， 在 其锁 圈环沟槽 的 圆角表 面 出现 了早期 裂纹 。通过 材 料化 学成分 分析 、 力 学性 能测试 、 结 构设计 特 点分析 等对 裂纹 的成 因进 行 了研 究 ， 并提 出了改进 措 施 改进 后的 车轮 使 用 良好 。 关键词 钢 圈 ；裂纹 ；失效分析 中图分 类号 T H1 3 7 ． 9 文献 标志码 A文 章编号 1 0 0 30 7 9 4 2 0 1 0 0 20 1 3 70 2 Fa i l u r e An a l y s i s a n d Ha n d l i n g M e a s u r e o n Cr a c k o f M i n e W h e e l s I m HUANG Ch a n g - c h u n，S HE N Gu a n g - l i e Gu a n g x i Un i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y，L i u z h o u 5 4 5 0 0 6，C h i n a Ab a s t r a c t T h e l o c k e d l o o p g r o o v e Of a 5 7 i n c h wh e e l r i m h a d s u f f e r e d e a r l y c r a c k i n g d u r i n g u s e d ． Th e c a u s e s o f c r a c k s h a v e b e e n s t ud i e d t h r o u g h t h e ma t e ria l c he mi c a l c o mp o s i t i o n a n a l y s i s ，me c h a n i c a l p e rf o r ma n c e t e s t i n g ，s t r u c t u r a l d e s i g n f e a t u r e s a n a l y s i s ， i l mp r o v e me n t me a s u r e s h a v e p r o p o s e d a n d p r o v e d t o b e v a l i d b y t h e a c t u a l u s a g e ． Ke y wor d swhe e l ；f r a c t ur e；f a i l u r e a na l y s i s 0引言 矿 用车 轮 的使用 条件 恶 劣 ． 其 可靠 性 与生 产 安 全 直接 相 关 某 5 7英 寸 矿 用 车 轮在 使 用 5 0 0 0 h 后 在多 个 车 轮 的锁 圈 止环 槽 区 域发 现 了早 期 裂纹 见图 1 ， 带来 了安全隐患 ， 本文对 裂纹 的成 因进 行 了分析并 提 出 了相 应 的改进 措施 车轮 钢圈 结构 如 图 2 ／_ - 图 1 钢 圈 上 的 裂纹 图 2车 轮 钢 圈结 构 示意 图 1 裂纹成 因的 分析 1 ． 1 材料化 学成分 分析 车轮使用的材料为 l 6 Mn ． 按照 G B ／ T 2 2 3 钢铁 及合金化学分析方法 进行化学成分分析 ． 主要化 学 成 分结 果 如表 1 ．钢 圈化 学 成 分 应 符合 J B ／ T 7 1 5 4 9 3 轮式 工 程机 械车轮 用型 钢技 术 条件 规 定 表 1 化学成分试验结果 ％ 兰 旦 量 竺 O ． 1 5 0 ． 3 8 1 ．4 6 0 ． 0 2 0．01 5 0 ． 0 6 0．0 9 0 ． 1 2 1 - 2力学性 能测 试 按照 G B ／ T 2 2 8 2 0 0 2 金属材料室温拉伸试验 方法 测定强度与伸长率 ， 在裂纹源附近取拉伸试 样 试 验结果 如表 2所 示 表 2力学性能试验结果 由力 学性 能 、 化 学成 分 检 验 结果 可 知 ． 该 钢 圈 所用材料符合技术要求 ， 可排除因选材不当而造成 钢圈断裂的因素 1 ． 3局部 结构对 车轮 可 靠性 的影 响 由于裂纹是在使用 5 0 0 0 h后出现的，主要集 中在 锁 圈环 槽 区 域 ． 可 以初 步判 断 ． 原设 计 车 轮不 存在整体 强度不足且该车轮结构形式采用的是应 用广泛的成熟设计 ． 因此 ， 主要从局部结构细节对 裂纹 的成 因进 行分 析 车轮工作 的特殊性使其除在承受一般 的应力 引起 的疲劳 外 ， 还 存 在接触 疲 劳 、 微 动磨 损疲 劳 、 腐 蚀疲劳． 因此 ， 若存在结构设计缺 陷会加速车轮 的 疲劳破 坏 1 接触应力对裂纹形成的影响分析 在原 设计 结 构 中 ． 钢 圈 的锁 圈止环 槽 区域 由 于 倒角 R 4 ． 8和 尺 9 ． 5的存在 见图 3 ． 使其侧壁垂直 接触面积减少 ． 造成接触应力升高 锁圈和锁圈止 环槽 之 问若形 成 线接触 。 会 使局 部应 力 陡增 接触 第 3 1 卷第 0 2期 2 0 1 0年 O 2月 煤 矿 机 械 Co a l Mi ne Ma c h i n e r y Vo I ． 3 l NO ．0 2 F e b ． 2 01 0 内浮顶罐的适用性分析及改造设计 叶菁 t ． 王莺 1 ． 浙江省天正设计工程有 限公 司， 杭州 3 1 0 0 1 2 ； 2 ． 浙江水利水电专科学校 ， 杭州 3 1 0 0 1 8 摘 要通过分析， 内浮顶罐的浮顶结构不适用于需频繁更换物料的操作 ． 可将其改造 为固定 顶储 罐 ， 并利 用 氮 气保 护 来减 少罐 内介 质 的 蒸发 损耗 ， 以达到 使 用 内浮盘 的效果 。 同时 ． 提 出 了典 型的内浮顶罐改造为固定顶氮封罐的设计方案 关键 词 内浮顶罐 ； 频繁 更换 改造 氮封 中图分类号T K 4 1 3 ． 8 文献标志码 A文章编号1 0 0 30 7 9 4 2 0 1 0 0 20 、1 3 80 3 S e r v i c e a b l e An a l y s i s a n d Tr a n s f o r ma t i o n De s i g n o f P o n t o o n Ro o f Po t YE J i n g ， W ANG ri n g 1 ． Z h e j i a n g T i a n z h e n g D e s i g nE n g i n e e r i n g C o ． ， L t d ． ， H a n g z h o u 3 1 0 0 1 2 ， C h i n a ； 2 ． Z h o i a n g Wa t e r C o n s e r v a n c y a n d H y d r o p o w e r C o l l e g e ， Ha n g z h o u 3 1 0 0 1 8 ， C h i n a Abs t r a c t Th r o u g h a n a l y s i s ，a u t h o r t hi n k t ha t p o n t o o n r o o f s t r u c t u r e i s n o t s u i t a b l e f o r t h e o p e r a t i o n i n n e e d s t h e f r e q u e n t r e p l a c e me n t ma t e ri a 1 ． P o n t o o n r o o f p o t ma y b e t r a n s f o r me d i n t o f i x e d r o o f p o t u s i n g n i t r o g e n p r o t e c t i o n ， i t r e d u c e s t h e me d i u m o f p o t l o s s t h r o u g h b r e a t h i n g ， t o a c h i e v e u s i n g fl o a t p l a t e s e f f e c t ． T y p i c al d e s i g n p r o p o s a l als o b e p r o p o s e d ，i s a b o u t p o n t o o n r o o f p o t t r a n s f o rm t o fi x e d r o o f p o t us i n g n i t r o g e n p r o t e c t i o n ． Ke y wo r d s p o n t o o n r o o f p o t ； f r e q u e nt r e p l a c e me n t ；t r a n s f o rm a t i o n ；n i t r o g e n p r o t e c t i o n 力与水平方向夹角为 4 5 左右 ， 在这种情况下 ， 平衡 应力 ， 不仅是降低应力数值而且明显提高材料疲劳 同样大小的水平力所需要的接触反力增大 接触反 极限． 是非常重要的抗疲劳措施 。 力方向为接触面的法向方向 。同时 ， 该接触力作用 2 提高零件表面光洁度 、 减小微动摩擦范 围 在锁圈上后 ． 使其有向上撬动 的可能 ， 从而在轮辋 以减少微动磨损疲劳 基座和锁圈产生附加应力。该接触力还会使钢圈所 目前零件的最后工序为粗车． 因此在钢圈锁止环 受弯矩增大。 槽的圆角过渡区域分布有较明显的刀痕． 形成应力集 图 3锁 圈环 槽 结 构 2 微动磨损疲劳对裂纹形成的影响分析 当车轮 各构 件 之 间处在 工作 状 态 时 ， 因其 不 是 一 个整体 ．它们之间会发生相对的微小移动摩擦 ， 称之为微动磨损疲劳 微动磨损疲劳会使材料的疲 劳极 限大大 降低 。 锁 圈 的断 开式 结 构 设计 增 加 了结 构 间 的 微 动 摩擦 2改进 措施 1 增大接触面积 ， 消除线接触 ， 减小表面正压 力 对于锁止环槽区域 ． 应按如下原则进行结构设 计 保证锁圈与锁止槽仅在二者 的垂直面发生接 触 ． 锁止环槽的圆弧过渡只是起减少应力集中程度 的作用 ， 应保证其不与锁圈发生接触。合理设计过 渡曲线 ， 使应力集 中系数降低 。降低应力集 中处 的 中 在应力集中处材料的疲劳极限与非应力集中区域 相 比下降． 下降程度与应力集中系数成正相关。 在粗车工序后 ．用成形砂轮对零件进行磨削， 零件表面光洁度提高。该措施对于减小应力集中疲 劳同样有明显作用。 为降低接触体表面摩擦系数 ． 可在构件表面增 加 固体润 滑涂层 3 总结 锁 止环 槽 出现 裂纹 是矿 用 车 轮常 见 的故 障 ， 必 须对结构的细节进行精心的设计 ， 对各种不利因素 采取针对性的措施才能增加产 品的可靠性 ， 经过上 述改进后的车轮使用 良好。 参 考 文献 [ 1 ] 中国标准出版社第五编辑室钢铁及合金化学分析方法标准汇编 ， 第 2版[ M] ． 北京 中国标准 出版社 ， 2 0 0 9 ． [ 2 ] 沃特豪斯． 微动磨损与微动疲劳[ M] ． 成都 西南交通大学出版社 ， 1 9 9 9 ． [ 3 ] 周仲荣． 关于微动磨损与微动疲 劳的研究[ J ] ． 中国机械工程 ， 2 0 0 0 1 1 作者简 介黄昶 春 1 9 7 4 一 ， 广西桂平 人 ， 副研究 员 ， 2 0 0 1 年毕 业于吉林大学车辆 工程专业 ． 现从事车辆结构设计研 究， 电话 0 7 7 2 2 6 8 6 2 0 5 ， 电子信箱 h o e 1 9 9 9 s i n a ．c 0 n 1 ． 责任编辑 侯淑华 收稿 日期 2 0 0 9 0 9 一 l l