斗輪堆取料機立柱開裂檢測及處理

吳永朋

浙江浙能樂清發電有限責任公司，浙江 樂清 325609

0 引言

A電廠輸煤系統的DQL1000/1250.30型斗輪堆取料機，投入生產環節已經多年，且在機器的運作過程中未出現明顯問題。但是技工人員卻在最近的日常維護中，發現斗輪機出現了裂紋現象。具體表現在立柱兩側上翼緣變截面的木材以及焊縫出現了裂縫，同時左右主腹板出現裂紋且呈縱向分布。其中右側立柱根部主腹板出現的裂紋整條貫穿，右側立柱上翼緣的母材也出現的母材開裂，左側立柱根部上翼緣母材開裂嚴重。立柱是斗輪機的重要部分，承載著鋼結構件。當前出現裂紋，必須對其進修修復，才能保證生產的安全。而若要進行修復就必須找到引起裂紋的原因所在，這是設備是否修復成功的首要條件。

1 對立柱結構的應力測試

通過現場查看立柱結構的實際開裂情況，簡單修補設備的開裂部位，盡可能使設備的狀態恢復到受損前，同時委托專業的設備質量檢驗測試中心對該設備的應力情況進行測試。通過這一方式來確定斗輪堆取料機立柱根部鋼結構在正常運行過程中的受力狀態，是否存在應力過高的現象。

在應力測試過程中，將測點放置在立柱開裂最明顯的部位，布置14個測點，4個截面（見圖2）。檢測立柱結構在臂架變幅過程中的受力情況是此次應力測試的主要目的。在輪臂架位于水平位置，變幅鋼絲繩成松弛狀態時，把此狀態擬定為零位，在此基礎上，對以下工作情況進行測試：

（工況1）：提升臂架，使煤堆和斗輪分離；

（工況2）：斗輪臂架變幅到最高位置；

（工況3）：斗輪臂架變幅到最低位置。

表1 各測點具體應力值，MPa

圖2 具體測點位置

通過對以上三個工況進行測試，在本次測試中，當斗輪臂架變幅到最低位置，立柱結構最大的應力出現，在D截面測點10，最大應力為152.2MPa最大應力的測得是由臂架變幅引起，可以說其實際應力不止152.2MPa，且遠遠大于這個數據，而設備的設計可用應力為120MPa。從測試結果可以分析出，造成立柱根部結構出現嚴重開裂的主要因素之一是結構應力過大，下一步將解決的是找出應力過大的原因。

2 臂架著地力及門架上部穩定性測試

通過分析臂架的著地力測試和斗輪堆取料機門架以上部分的穩定性，以此來找出立柱結構應力過大的原因。因為著地力和重心位置變化，立柱結構的受力分布會直接受到影響。

對臂架著地力的測試是在斗輪堆取料機根據設計值確定配重的狀態下進行的。具體過程是：斗輪懸臂呈水平狀態的時候，放在臨時鋼結構架上，變幅鋼絲繩為放松狀態，汽車起重機使用拉力傳感器將前臂架斗輪吊起，這樣就從傳感器的輸出值計算出斗輪著地力。

從檢測結果可看出，斗輪堆取料機臂架在水平位置時，該機斗輪體頭部的著地力值為5.9t。相關設計資料顯示，此斗輪機的著地力在設計時，其著地值應在3t左右，因此實際著地力也大于設計值。在查找原因時，采用了穩定性測試，在測試中出現重心偏距大于正常值，可以確定臂架著地力過大的主要因素是重心前傾。

為測試斗輪堆取料機門架上部的穩定性，可通過對斗輪堆取料機平臺回轉裝置的四個支腿的腿壓的測試來獲得，并計算出在目前狀況下斗輪堆取料機門架及以上部分的重心位置。此次測試使用100t荷重傳感器，共2個進行。

測試結果為：

表2 斗輪機斗輪堆取料機回轉裝置的腿壓值，單位：t

用門腿荷重值來計算這種情況下斗輪堆取料機上部的重心位置，重心位置向前偏離回轉中心1.08m，比較相關聯的設計資料，該重心的偏距還未超過傾覆偏距，但已經大于正常的運行偏距。

3 對立柱結構的修復處理

通過上述對立柱結構的應力測試、著地力以及穩定性的測試分析，我們可以看出該設備出現問題的原因主要是：由于回轉上部存在重心前傾，從而引起臂架著地力過大，并使轉柱結構立柱在受力時分布情況發生變化，導致斗輪機在臂架堆、取料變幅的過程中承擔了大大超過設計值的交變應力，極大的減少了設備的使用壽命，況且原立柱結構的設計強度等也存在著一定的問題，多方面的原因致使立柱結構出現了裂紋。因此，在對立柱進行修復處理時，還需從立柱的結構形式下手，加固立柱結構的主腹板、翼緣板、內部橫隔板。

由于鋼結構不能在承載狀況下進行加固，因此在焊接時卸下配重，斗輪臂架擱在臨時鋼結構架上，在鋼結構件釋放配重及臂架引起的應力狀態下進行焊接。

根據斗輪機修復前結構應力測試結果，轉柱梁開裂部位結構應力變化達到152.2MPa，實際變形及開裂情況與動應力測試結果相符合，因此對該部位結構必須進行加固。加固設計如下：

1）上翼緣板加固

由于開裂處上翼緣板厚為10mm，同前部上翼緣板厚為24mm相比相差較大，開裂處正是變截面，為了消除該部位應力集中等不利因素，采用增大該部位截面。

圖3 上翼緣板加固前后斷面比較

原斷面：

F=284.4cm2；

Jc=360.1mm；

Jx=394000cm4。

加固后斷面：

F=528cm2；

Jc=602.9mm；

Jx=988000cm4。

加固后斷面面積增加1.67倍；

Jx增加2.5倍。

因此上翼緣板加固后應力將大幅度降低，且容易施工。

2）腹板加固

原腹板厚6mm，加上腐蝕作用實際厚度達不到6mm。造成應力大的部位腹板變形與開裂。針對腹板厚度不夠問題，將變形與開裂部位腹板除去并更換為厚度10mm腹板。為了確保焊接后腹板的整體強度，新制作腹板與與其相連腹板采用切割坡口拼接。并在最后一塊腹板焊接時，腹板開孔，采用塞焊焊接。

3）橫隔板加固

由于橫隔板數量不夠也是造成腹板變形與開裂一個因素，為了解決腹板變形與開裂問題，在腹板變形與開裂部位增加橫隔板，板厚采用10mm鋼板。

圖4 主板加固

圖5 立柱根部開裂部位和開裂情況

4 修復后應力檢測

修復處理完成后，對立柱結構又進行了一次應力測試，同樣進行了相同的三個工況，具體測點見圖6。

具體測試結果見表3。

圖6 加固后測點位置

表3 加固后各測點具體應力值，MPa

從立柱結構修復處理后應力測試結果分析，立柱結構相同截面測點最大應力比修復前下降了57%，應力結果明顯小于設計許用應力。

5 結論

在發現斗輪機存在問題后，通過針對性的測試分析，查找出了致使立柱結構出現嚴重開裂的根本原因，同時以根本原因為著手點，加固了立柱結構，以使該設備能保持長期安全運行的要求得到最終實現。

[1]熊新海.斗輪堆取料機著地力分析及其測試[J].裝備維修技術，2001，4.