傾動裝置T形連接座損壞的分析及設計優(yōu)化

劉炎

（太原重工股份有限公司， 山西 太原 030024）

傾動裝置T形連接座損壞的分析及設計優(yōu)化

劉炎

（太原重工股份有限公司， 山西 太原 030024）

根據(jù)工作經驗，從有限元分析模型和計算結果兩方面對傾動裝置T形連接座損壞的原因進行了分析，并從設計、制造等方面提出了解決傾動裝置T形連接座損壞的措施以及優(yōu)化方案。經多年實踐證明，優(yōu)化方案滿足現(xiàn)場使用要求。

傾動裝置 T形連接座 有限元分析模型

作為煉鋼轉爐的驅動裝置，轉爐傾動裝置是實現(xiàn)轉爐煉鋼生產的關鍵設備之一，傾動裝置T形連接座是連接減速機構和扭力桿裝置的重要連接件，把力傳給扭力桿裝置實現(xiàn)力矩平衡和減輕沖擊，一旦T形連接座損壞整個傾動裝置將不能工作，因此應對T形連接座的損壞進行原因分析和優(yōu)化設計。

1 T形連接座受力分析及其常見損壞形式

如圖1、圖2所示，傾動裝置工作時T形連接座一個受拉，一個受壓，T形連接座上所受力為［1-2］

式中：T代表傾動力矩；L代表扭力桿兩側T形連接座之間的距離。

T形連接座常見損壞形式為T形連接座焊縫開裂。

圖1 T形連接座受力示意圖

圖2 T形連接座連接圖

2 T形連接座損壞原因分析

在設計T形連接座時，一般把上下部結合部位視為整體，但大型傾動裝置上下部連接螺栓很大，一般在M100 mm左右，因此很難保證連接座螺栓擰緊力矩一致，長期使用后上下部結合部位可能會有微小的間隙，因此在設計中將結合面部位按整體考慮不切合實際。另外需要優(yōu)化T形連接座的焊縫形式。以下對一個斷裂的T形連接座進行有限元分析。2.1 有限元分析模型（見圖3—圖5）

圖3 T形連接座焊縫及結構形式

圖4 仿真分析模型（整體）

圖5 仿真分析模型（1/4）

2.2 計算結果及分析

根據(jù)下頁圖6、圖7及表1所示，進行分析：

1）T形連接座高應力位置為縱－橫板交匯位置焊縫區(qū)，與破損位置吻合。

2）高應力區(qū)的應力狀態(tài)在T形連接座受拉時以拉應力（第一主應力）為主。

3）在沖擊載荷條件下，實測轉爐傾動裝置峰值力矩為14 489 kN·m，這時T形連接座最高等效應力為401 MPa、最高第一主應力為496 MPa；如果按T形連接座材質為Q345考慮，則σs=345 MPa，顯然，不管是按屈服極限還是按疲勞極限考慮，當傾動裝置峰值力矩為14 489 kN·m時，T形連接座應力水平均超過了許用值。

圖6 等效應力

圖7 第一主應力

3 設計優(yōu)化

實際使用和分析表明，由于在現(xiàn)場安裝大型傾動裝置上、下部連接座結合面螺栓的情況下，結合面厚度只能按一個連接座的厚度來考慮承載能力，同時考慮到現(xiàn)場安裝的不確定性，在上下部結合面應加銷定位同時防止螺栓受剪力斷裂［3］。焊縫優(yōu)化方案如圖8所示。

表1 某傾動裝置不同載荷條件下的T形連接座應力

圖8 T形連接座優(yōu)化方案

4 結語

焊后進行切削加工（削平焊縫余高）能進一步改善焊縫強度，使疲勞強度系數(shù)增至0.9～1.0，這是因為切削加工去掉了焊縫外表的缺口效應，焊縫中只有熔合區(qū)被稀釋金屬材料（母材）中的微觀缺陷，能降低其強度。

經多年實踐證明，上述優(yōu)化方案滿足使用要求。

［1］ 濮良貴，紀名剛.機械設計：第8版［M］.北京：高等教育出版社，2006.

［2］ 成大先.機械設計手冊［M］.北京：化學工業(yè)出版社，2002.

［3］ D.拉達伊.焊接結構疲勞強度［M］.北京：機械工業(yè)出版社，1994.

（編輯：胡玉香）

Analysis and Design Optimization of Tilting Device of T-Shaped Connecting Seat Damage

LIU Yan
（Taiyuan Heavy Industries Co.，Ltd.，Taiyuan Shanxi 030024）

According to the work experience，from finite element analysis model and calculation results，the damage reasons of tilting device of T-shaped connection seat are analyzed，and the measures and optimization scheme for tilting device of T shaped connection seat damage are puts forward from design and manufacturing etc.After many years of practice the optimization program is proved to meet the requirements of field use.

tilting device，T-shaped connecting seat，F(xiàn)EA model

TF748.2

A

1672-1152（2016）05-0102-02

10.16525/j.cnki.cn14-1167/tf.2016.05.36

2016-09-12

劉炎（1983—），男，在太原重工股份有限公司齒輪傳動設計研究所從事機械設計工作，工程師。