斜井提升钩头断裂原因分析.pdf

1 9 9 8年第 6期 煤矿机械 3 5 一 斜 井 提 升 钩 头 断 裂 原因 分 析 1 5 0 0 0 1 黑龙 江省地方煤 炭工业 集 团 总公 司 孙伟昌 张书屏 文 摘要 通过对斜井提升钩 头的材质、 加工工 艺、 结构强度和损坏形式等方面 跑车 是煤 矿 中 的 恶 性 事 故 之 一 ， 严重 威 胁矿井安全生产。 1 9 9 5年黑龙江省矿井曾发 生跑 车事 故 ， 经 调 查 ， 是 钢 丝绳 牵引 绞车 的钩 头 断 裂所 致 。 此 钩 头 是该 矿 自己仿造 的 ， 材料 为 低 碳 圆钢 ， 经 过 锻 造 加 粗 、 钻孔 、 车 内腔 及 外圆 ． 鸭 嘴 口是 铁 锯 锯成 的 ， 钩 头与 钢丝 绳 连 接 处 采 用钨 金 浇 灌 ， 从 使 用 到 断 裂 不 到 8 0 0 d ， 断 裂 时外 界 温度 为 一 3 2℃ 。 2 钩头的断裂原因分析 2 ， 1 观察钩 头 断 口 用 肉眼 能观 察到 钩 头 靠近 鸭嘴 口的 内侧 有裂 纹 痕迹 ， 裂 纹长 达 2 0 r f L r 。 裂源 处于 内侧 尖角 处 见 图 1 ， 断 口呈蓝 色 。 此处 微 见车 削 留下的刀痕 ， 锯 出鸭嘴后形成尖角， 浇灌钨金 时此 处冷 却快 ， 应 力 集 中 引起 微裂纹 。 出现微 裂 纹后， 在换绳浇灌钨金时产生高温而使裂 纹表 面 氧化发 蓝 。 扩 展 区表 面 有红褐 色锈 斑 ， 的 浸 蚀 而 强 裂 氧 化所 致 。 最终 断 裂 区呈 新 鲜 明亮 的 金属脆 性 断 口， 晶粒粗 大 ， 断 口平 齐且 与 钩 头 轴 向垂直 ， 在 厚 度 方 向几 乎看 不 到 收 缩 变 形 。 圜 1 l 裂罅 2 ．扩展区 3 ．最 鲣断裂区 使 用 A S M S型 扫描 电镜 对 宏观 断 口各 区域进行了详细观察， 裂纹属脆性断裂。 2 ． 2 材料的化 学成分 钩头所用材料的化学成分分析结果见表 l。 3 ， 2经济性要 求 近 年来 ， 随着 表 面 工程 的发 展 ， 矿用金 属 设备越来越多地采用高性能的涂层材料代替 昂 贵 的台 金 材料 ， 降 低 生产 成 本 同时 又极 大 地降低了加工成本 。 因此 ， 先进的表面处理技 术一 定会 为煤矿 生产 带来 很 大 的经济 效益 。 3 ． 3 先进表面处理技术 已应用于矿 井设备 目前 ， 先 进 的激 光 涂覆 技 术 已成 功应 用 于矿 用排 浆泵 的平 衡 板生 产 中 。 实 践证 明 ， 激 光涂 覆 涂层 具 有 较 好 的抗 腐 蚀抗 磨 损 性 能 。 较 以往 的火 焰 喷涂 和 熔 覆 涂 层 ， 其 使 用 寿命 增 加 了 5 0 。 4结 语 I P HS表面处理技术是 目前最为先进的 涂层技术之一， 而且加工设备简单 ， 对环境也 无 特别要求 。 该涂层材料较 I P P S及激光熔 覆 涂层 材料具有更为优良的抗腐抗磨性能 ， 如 应用于矿用设备 ， 不但能减少机械环境对 金属设备 的破坏作用， 延长设备的使用寿命， 降低 报废 率 ， 而 且具有 极大 的经 济效 益 。 作者筒介 苑寅歌 ， 女， 1 9 7 2年生， 毕生 于淮南矿业学 院机械制 造工艺与设 备 々业 理 在中国矿业 大学矿 山机挂 专生攻读硬 士学位 瞧稿 日期 _ ．1 998 一 O3 - - 11 维普资讯 3 6 煤矿机械 1 9 9 8年第 6期 表 1 从 材料 成分 来看 ， 钩 头 用料 属 0 8钢 。 2 ． 3 钩 头的空 相 组 织 钩头的金相组织为铁索体加极少量珠光 体 。 铁素体晶粒粗大， 少数晶界交点处有过烧 局 部熔 化 痕 迹 ， 是 锻 造 时加 热 温 度 过 高所 致。 铁索体晶界上有三次渗碳体析出， 晶粒内 部有 点状 析 出相 。 2 4 钩 头的机 械性 能 钩头材料机械性能测试取样位置如图 2 所示 ， 沿 钩头 轴 向取试 样 5个 ， 测试 结 果见 表 2。 图 2 机械性 能试样取 样部位图 表 2 从机 械性 能 测 试 结果 来 看 ， 钩 头 所 用材 料 的强 度不 高 ， 塑性 也不 是很 低 。 2 ． 5蛄 构 强度 因钩头主要承受轴向拉 力， 对其抗 拉强 度进 行 校桉 。 根据 材 料 力 学 理 论 ， 危 险 截 面取 在 通 过 鸭 嘴 上 轴 孔 中 心的 截 面上 。 因 截 面是 圆 环的 一 部分 ， 固简化 为矩形 计算 见 图 3 。 图 3 其面 积 S 4 0 。一 2 7 一 2 1 3 3 0 3 2 一1 1 24 ．3 3 mm0 材料 的许 用 应力 r ]一 3 2 0MPa 许用 拉力 [ 尸 ] [ ]S 3 3 X 1 1 2 4 ． 3 3 ≈ 3 7 1 k N 以绞 车最 大 静张 力 2 5 k N 作 为最 大静 拉力 来计算 ， 钩 头的安 全 系数 一 一 1 4 ． 8 1 3 钩头 的安全 系数 符合 煤 矿安全规程 的规定， 强度 是够 的。 由于鸭嘴根部 出现裂 纹 ， 低碳钢在低温下又趋向于脆性 ， 在冲击载 荷 作 用下 ， 使鸭 嘴 根部 强度 达到极 限 。 3结论 钩 头 断 裂 的 主 要 原 因 是 钩 头 热 加 工 不 当 ， 在锻 造 加热 时温 度 过 高 ， 造 成 过热 晶 粒 粗 大 ． 甚 至 局 部 过 烧 晶 界 局 部 熔 化 及 晶 界 的三伏渗碳 体的析 出， 致使材料脆化。 另 外 ． 由于机械 加工 的缺陷 ， 钩头内侧形成尖 角 ， 应 力集 中引起 裂 纹 ， 在交 变载 荷作用 下 逐 步 扩展 ， 最终 导致 完 全 断裂 。 4改进意见 钩 头属 于 提 升 系 统 的 重 要零 件 ． 对 这类 零 件 材料 的 金 相组 织 、 加 工 工艺 都 有一 定 要 求 ， 必须进 行理 论 计算 。 此 钓 头的 材料强 度偏 取样部位 固 维普资讯 杆 1 9 9 8年 第 6期 煤 笈 3 7 7 一 活塞杆损坏修复方法的研 究 4 6 7 0 { 1 平嘎 山煤矿机 槭厂 张 明伟 同改 华 1 前言 随着 井 下 采煤 机 械 化程 度 的 日益 提 高 ， 液压传动在综采设备 中得到 了广泛的应用 ， 液 压 千斤 顶 的 应用 量 也越 来 越 大 。 由于 井 下 工作环境 比较恶劣 ， 液压缸特别是活塞杆 也 称活 柱 损 坏 比较 严 重 ， 在 采 取 措 施 尽 可 能 减少损坏的同时 ， 对损坏的活塞杆修复利用 ， 是降 低成 本 的一 条有 效途 径 。 2 活塞杆的损坏形式 2 ． 1 损 坏原 因 活塞 杆 的损 坏 主要 与井 下地 质条 件 、 矿 井地下水古酸量、 使用维护有关。 井下地质条 件恶 劣 ， 矿井地 下 水 古酸量 高 ， 使 用 维护不 当 就 易 损 坏 。 由于支 架 千 斤顶 是 在 井下 这 个 特 殊 的条 件 下 作 用 ， 据 词 查 分 析 ， 一个 采 面 下 来， 其损坏程度是 比较严重 的， 一般 为 2 O ～ 3 O ， 高 的达到 5 O 以上。 2 ． 2损 坏形 式 1 磕 碰 致 伤 一 般为 矸 石 或 其 他物 件 掉 落 打在 活 塞杆 上所 致 ， 形 成 表 面擦 伤 或 凹 窝状缺陷。 2 拉 伤导 向套 内进 异 物 ， 活塞 杆 在 运 动 时拉伤 表面 ， 形 成 沟槽 状 缺 陷 。 3 磨 损 由 于 活 塞 杆 频 繁 地 往 复 运 动 ， 产生磨损使活塞杆径向尺寸减小 。 4 镀铬层脱落 磕碰、 拉伤严重时都 将 导致镀铬层脱落。 矿井下古酸水溶藏 的腐 蚀 使镀 铬 层 起 泡 、 脱 落 ， 或 产 生 密集 的麻 点 ， 严 重 时 ， 在活塞 杆基 体上 腐蚀 出凹坑 。 5 弯 曲 工 作 时 ， 由 于 蹩 卡或 受 力 过 大而使活塞杆弯曲。 6 断 裂 话 塞 杆 受 力 过 大 产 生 断 裂 ， 一 般 为 拉断 。 断 裂部 位 大部 分 在 与话 塞 和 负 载 连 接处 。 3 修 复 与否 的判定 根据 有关 标 准 和 实 际经 验 认 为 ， 有 下 列 轻 微缺陷可不进行修复允许继续使 用， 基本 上 不影 响使 用性 能 。 1 轴 向划痕 深度 小于 0 ． 2 h i m， 长度 小 于 5 0mm。 径向 划痕小 于 0 ． 2t ri m， 长 度小 于 圆周 的 1 ／ 3。 低 ， 建议选择 2 O碳紊结构钢。 在设计上应保 证鸭嘴 口底部离开 喇叭口边缘 1 5 h i m 左右 的 距 离 ， 防 止浇 灌 钨 金 时尖 角处 冷 却 快 产 生 应 力 。 在 工 艺 上 ， 严 格 控 制 锻 造 时的 加 热 温 度， 保证材质的组织、 机械性 能的稳定性 。 车 内 腔 时 内腔 与喇 叭 口要 圆滑 过渡 ， 尽 量 增 大 过渡 固半 径 ， 降低 其袭 面粗糙 度 ， 以免应 力 集 中 。 鸭嘴 口应改 用圆柱铣 刀 加工 ， 保 证鸭 嘴 口 底部圆滑过渡 。 在 使用 期 间 应按 煤 矿 安 全 规 程 的规 定认真仔细检查， 及时发现隐患 以便处理 ， 防 止发 生事 故 。 作鲁篱开 孙伟昌 高级工程师， 1 9 8 3年毕生于黑龙 江矿 生学院． 现在黑龙江 省地方攥善 } 工业 集 团总蛰司占 L 事煤善 } 生产技术管理工作 - 理担任 生产技 术扯扯长 ． 已发丧 数篇 皓文。 收稿 日期 1 9 9 8 0 3 3 l | 维普资讯