關于ZY8820/22/45液壓支架推移桿斷裂故障分析與解決

【摘 要】分析查找ZY8820/22/45液壓支架推移桿尾部斷裂原因，通過更換推移桿尾部材料，提高其塑性，韌性，以此提高推移桿抵抗沖擊載荷的安全系數，避免了推移桿尾部發生斷裂。

【關鍵詞】推移桿；Q690；硬度

【Abstract】Analyse and detect causes for the tail''s rupture of process-oriented bar in hydraulic support.Increase the toughness by changing the material of preocess-oriented bar''s tail.Increase the safety factor of the whole process-oriented bar and prevent preocess-oriented bar''s tail from rupturing again.

【Key words】Preocess-oriented bar;Q690;Hardness

0.引言

液壓支架推移機構主要作用是推移前部運輸機和拉移液壓支架，受力主要包括推移千斤頂的拉壓力、抬底千斤頂的抬底力和刮板輸送機下滑所引起的側向力，以上3種外力作用于不同方向。推移機構的主要受力部件是推移桿，推移桿在井下復雜地質條件下很難與工作面底板平面接觸，大部分工況是受到前、后約束而中部懸空，受力工況非常復雜。

我公司交付金烽公司的181臺ZY8820/22/45D 4.5米支架于2008年8月份下井，在2008年9月中旬，采煤推進距離為75米時， 04號支架推移桿出現斷裂。截止2009年4月17日，該批支架已有44臺發生推移桿出現斷裂現象。其中推移桿尾部斷裂23臺，其余均為頭部斷裂。

1.故障分析

根據故障現象，我們采用排除法分析故障原因，發生問題的原因可能為：設計有誤；設計結構不合理；材料有缺陷。分析驗證如下：

1.1設計計算有誤

對推移桿等重要部件，我公司采用設計員對危險截面進行安全系數驗算與COSMOS有限元計算結果相互驗證的方式，以此避免設計計算中出現失誤。通過再次對推移桿的設計進行復核復算，確定設計計算正確，安全系數為1.7，超過國家標煤安標準1.5，排除設計計算有誤。

1.2設計結構不合理或工藝規程不合理

本批ZY8820/22/45液壓支架推移桿采用的是傳統的二箱型結構，沒有結構上的創新，排除推移桿結構不合理。本批支架采用傳統焊接工藝，并且對于推移桿等重要受力部件，制造部門均抽調最好的員工進行生產制造，排除工藝不合理或工人焊接水平不夠等問題。

1.3材料使用不當

通過對斷裂部位的觀察，發現推移桿斷截面光滑，無毛刺，無塑性變形，因此初步判定為脆斷現象

為確定推移桿頭部（或尾部）斷裂原因，我們將斷裂的推移桿頭部尾進行取樣分析，發現推移桿頭部材料27SiMnδ80（推移桿尾部材料為27SiMnδ120）表面及芯部塑性與韌性偏低（具體數值見下表），當推移桿在工作中，承受較大沖擊載荷而發生脆斷。

27SiMnδ80、27SiMnδ120板材試驗結果數據表

從設計手冊中可查到:在標準毛坯（25mm）下，27SiMn抗拉強度大于980 MPa、屈服強度大于835 MPa、斷后延伸率大于12%，沖擊吸收功大于39J。但是，27SiMn非結構鋼，在水中臨界淬透直徑為8～22mm。因此，27SiMnδ120板材芯部的機械性能遠低于標準試樣機械性能，特別是韌性。沖擊功由39J下降為14J以下，當推移桿尾部受到拉架沖擊力時，由于推移桿尾部韌性低從而造成脆斷。

在一般的機械設計工作中，校核零件的安全系數通常采用屈服強度作為主要技術指標，材料的韌性作為一參考值而被忽略，因此，造成推桿頭尾斷裂的主要原因為選材不當。

2.解決措施

更改推移桿頭部尾部材料，將推移桿尾部材料由27SiMn厚板更改為Q690厚板，因為Q690厚板各項綜合機械性能均優于27SiMn厚板(具體試驗數據見表二)。

由于Q690板材厚度最大為80mm，因此將推桿尾更改為Q690δ80和兩塊Q690δ20拼焊而成，并對斷裂的金烽4.5米按此狀態進行了維修，更改后的推桿頭和推桿尾如上圖。

3.結束語

按上述方案，我公司將ZY8820/22/45液壓支架181架推移桿進行返修，目前返修推桿在井下使用良好，未發生斷裂現象，證明更改措施有效。為了規避此類風險，我單位對所有材料的入廠檢測更改為實體取樣檢測。并且對承受沖擊載荷的部件均考慮韌性對部件的影響。 [科]

【參考文獻】

［１］孫紅發，于得潤，劉福營，曹必德.ZY10800/28/63型液壓支架推移桿可靠性分析與研究[J].煤礦機械.Vol.29.No.6 2008.6.

［２］李瑞杰，劉武增，楊元凱.液壓支架推移桿的力學分析與優化設計[J].煤礦開采.Vol.15.No.3 2010.6.

［３］聞邦椿.材料力學性能[M].機械工業出版社.2010.