DQ8030型斗輪堆取料機金屬結構開裂原因分析及消除

李小寧 李興學

(焦作電廠，河南 焦作 454100)

1 概述

某火力發電廠斗輪堆取料機為DQ8030型，取料能力：800T/h，堆料能力：1200T/h。長久使用后：回轉箱梁驅動機構底座、門座結合部、門腿膝部等部位均出現嚴重金屬結構開裂現象。

2 金屬結構斷口特征(磁粉探傷)

結構開裂：磁粉探傷共探傷46處，發現19處裂紋，其中最嚴重的為右前門腿梁，右前門腿梁開裂3處，裂紋長分別為110mm和130mm和70mm;回轉箱梁驅動機構底座焊縫及加強肋板全部撕開;回轉箱梁結構件變形嚴重。

3 金屬結構開裂主要原因分析

3.1 應力集中

我們利用應力-應變測試軟件對斗輪堆取料機金屬結構進行了整體應力測試，測試分結構靜態應力測試和結構動態應力測試兩項，是根據斗輪機結構型式、工況，選擇其典型受力構件共布置47片電阻應變片，(具體分布表略)。

3.2 靜態應力測試：

根據斗輪堆取料機工作狀態，組合選取了13個靜態工況：分別表示：

工況一：斗輪臂架處于水平位置，向左垂直軌道，回轉角β=90°

工況二：斗輪臂架處于水平位置，軌道左側，回轉角β=45°

工況三：斗輪臂架處于水平位置，軌道右側，回轉角β=-45°

工況四：斗輪臂架處于水平位置，向右垂直軌道，回轉角β=-90°

工況五：斗輪臂架處于最低位置，向左垂直軌道，回轉角β=90°

工況六：斗輪臂架處于最低位置，軌道左側，回轉角β=45°

工況七：斗輪臂架處于最低位置，軌道右側，回轉角β=-45°

工況八：斗輪臂架處于最低位置，向右垂直軌道，回轉角β=-90°

工況九：斗輪臂架處于最高位置，向左垂直軌道，回轉角β=90°

工況十：斗輪臂架處于最高位置，軌道左側，回轉角β=45°

工況十一：斗輪臂架處于最高位置，順軌道，回轉角β=0°

工況十二：斗輪臂架處于最高位置，軌道右側，回轉角β=-45°

工況十三：斗輪臂架處于最高位置，向右垂直軌道，回轉角β=-90°

3.3 動態應力測試

動態應力測試是在結構靜態應力測試的基礎上，選取靜態應力測試中的若干部位，分別在(工況1：水平位置正常取煤;工況2：高位正常取煤;工況3：斗輪臂架連續空載變幅及回轉過程)下進行動態應力測試。

3.4 測試結果

(1)斗輪懸臂在低位位置時，L轉柱下部左右兩側的測點應力變化方向相反，受力不均勻。(2)回轉支承梁上的測點在臂架處于不同回轉角度其受力存在明顯變化。(3)斗輪機門座架結構整體應力值偏大，接近和超過Q235B材料的一般設計許用應力140MPa。(4)最大動態應力發生在斗輪機門座架部位，其動態應力值范圍為237.5MPa～-69.3MPa。

4 應力消除

4.1 解決方案

4.1.1 金屬結構通過焊接加固肋板，增加剪切受力面積，使其應力小于Q235鋼材許用應力值(140MPa)，來降低應力值。

4.1.2 焊接方法：零載單面全破口焊接加固。

4.2 方案實施

4.2.1 門腿膝部加固(4臺)

設計計算：行走臺車平衡梁最大結構動態應力為拉應力235.4MPa，為達到Q235材料的設計許用應力值(140MPa)，因此必須增加1倍的受力面積，即0.5m2的受力面積。

設計方案：加固形狀為鈍角三棱柱狀。在門腿梁兩鈍角面(即上、下翼面)滿貼焊σ30鋼板(L=500)，代替原開裂的翼面受力;并在翼面兩側焊接σ30腹板(◥500*500*866)，在腹板之間等距離焊接3塊σ30隔板，最后用σ30鋼板(■866*1000)焊接覆蓋鈍角面，每塊腹板增加截面積0.11m2，故共增加0.55m2的受力面積，符合受力要求。

4.2.2 門座結合部加固

設計計算：門座架部位的靜態應力值已接近或超過Q235材料的設計許用應力值(140Mpa)，其中左后腿內側的最大應力為246.2 Mpa，為達到Q235材料的設計許用應力值(140MPa)，同樣必須增加1倍的受力面積，即0.5 m2的受力面積。

設計方案：和門腿梁鈍角面加固相似，亦為直角三棱柱狀，即在每臺門腿梁兩直角角面(即內、外翼面)滿貼焊σ30鋼板(L=250)，代替原開裂的翼面受力;并在翼面兩側焊接σ30腹板(◥250*250*350)，在腹板之間等距離焊接3塊σ30隔板，最后用σ30鋼板(■350*1000)焊接覆蓋鈍角面，每塊腹板增加截面積0.055m2，故共增加0.055*10=0.55 m2的受力面積，符合受力要求。

4.2.3 回轉箱梁驅動機構底座加固

(1)在與外側筋板對應的內側垂直方向，增加30mm厚筋板，兩邊剖口焊接，焊縫交叉處倒角。

(2)用角向磨光機去除回轉上支座與回轉架的外側的開裂焊縫;去除外側增加的筋板，上支座筋板開裂部位開剖口。對這些部位進行焊補(如圖所示)。

5 結束語

誘發斗輪堆取料機鋼結構開裂的因素有設計、材料、使用環境和工況等多種，而產生這些誘因的直接因素從根本上又無法改變(因使用年限、投資效益、煤場煤堆狀況等限制)。而為了提高斗輪堆取料機使用中的安全運行可靠性，我們從控制消除方面著手，深入分析了斗輪堆取料機鋼結構各工況下的應力分部，采取了加固肋板、增加剪切受力面積、零載單面全破口焊接方法有效控制、消除了該斗輪堆取料機鋼結構開裂的不安全現象。