ESP熱連軋機組卷取機液壓馬達支架斷裂原因分析

穆允全+林圣平+張京忠

摘 要：ESP連軋機組卷取機提升小車液壓馬達支架法蘭盤自投產后多次出現斷裂，影響正常生產組織，事故發生后通過材料成分分析、簡化建模有限元分析等手段找出斷裂原因，并制定改進方案，保證設備穩定運行。

關鍵詞：卷取馬達支架；斷裂失效；有限元分析

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.04.032

1 斷口形貌分析

此生產線提升小車馬達自投產后支架法蘭盤多次出現斷裂，斷裂位置為相互對稱的螺栓孔（圖1-1）。

斷裂法蘭盤的斷口如圖1所示，斷口平整且光亮，無明顯的伸長或者彎曲，并且斷裂是由外側螺紋處即法蘭非接觸面（圖1-3）向內側（圖1-4）擴展，裂紋源為螺紋處，圖1-4處為瞬斷區。

2 成份分析

通過查閱圖紙確認原設計材料為德標S355 J2G3，對應的國標為Q345-D，對斷裂材質化驗的結果如下表1，最新標準下的Q345與Q235成分見表2。

從表1與表2的對比中發現，法蘭盤的材質并不是Q345-D，而是Q235-A，所用材質與名義材質明顯不符。

3 有限元分析

查閱設計圖紙及相關技術資料可知，斷裂部位的厚度為25mm，馬達齒輪的最大扭矩為431.2daNm=4312 N﹒m。齒輪受力點距軸心的距離為112.5mm。通過對比實際工況，將模型簡化為圖2中結構，其中部件1表示斷裂的馬達支架，部件2表示行走齒輪及相應的法蘭。正常行走狀態下，依靠馬達提供的動力，使齒輪沿著齒條轉動，帶動小車前后移動。根據齒輪的扭矩及相應的力矩計算得在齒輪與齒條接觸點處的力為38328.9N，從圖2中可以看到斷裂螺栓孔處出現應力集中，應力集中位置與實際斷裂位置相同，其應力值為200MPa以上，最大處達到229 MPa。機械手冊中Q235板厚為16-40mm時的屈服強度為225MPa，應力集中的螺栓孔處的應力值與材料的屈服強度相當，馬達在使用過程中處在臨界屈服位置。

若使用Q345，在厚度為16-40mm時，其屈服強度為325MPa，則安全系數為1.42<1.5。關于構件的安全系數，在屈服強度下，常規設計一般安全系數取值1.5，故Q345也不滿足要求，需選用強度更高的材質，其中40Cr或42CrMo是滿足要求的材質，其安全系數達到3.4以上。

4 其他

按照正常生產節奏計算平均每臺提升小車一年經歷100000次帶負載狀況下的啟動和停車，馬達支架的疲勞狀態是導致馬達支架斷裂的另一重要的原因。

5 結束語

液壓馬達支架材質改進后安全系數及抗疲勞強度明顯提升，改進后的支架上線后再未發生支架斷裂事故，此事故隱患徹底消除。

參考文獻：

[1]聞邦椿等.機械設計手冊[M].機械工業出版社，2010.