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提升机卷筒消除应力案例分析

矿井提升机有两个卷筒,在钢板的卷制和焊接过程中会产生很大的残余应力。如果残余应力不消除,在卷筒的机械加工过程中,加工尺寸就会受到应力的影响随时改变,难以保证加工精度;在装配过程中,由于需要多次对卷筒进行吊装,易使卷筒产生变形,很难保证装配的质量;并且提升机在正常的负荷运行过程中,也会产生应力变形和应力噪音,容易引起卷筒焊缝开裂,严重影响矿井的安全生产。因此,提升机生产厂家都非常重视卷筒的残余应力消除问题。而本文就是阐述了采用振动时效工艺对卷筒进行消除应力,通过试验验证其有效性。

提升机卷筒结构及使用设备介绍

矿井提升机的卷筒属于薄壳钢焊接结构件,卷筒直径达4m,挡绳板直径达4.48m,卷筒宽度1.7m,卷筒皮钢板厚度达38mm,单个卷筒重量达16吨。

本次选用的振动时效设备是聚航科技生产的JH-700A2振动时效装置。最大激振力:35KN;调速范围:0-12000r/min;处理工件重量:0-30t。

振动消除应力工艺分析

提升机的卷筒结构比较复杂,激振频率的选择应根据国家标准的规定;对工件实施振动时效工艺要在亚共振区进行。所谓亚共振区,就是共振峰的前沿。峰值点加速度的三分之一到三分之二这个区域所对应的频率。激振点的选择既要考虑垂直焊缝、环焊缝的拉应力,还要考虑到卷筒及内板存在一定的剪切应力。因此在两法兰(挡绳板)边装卡,角度应垂直120°水平线,这样既能消除环焊缝和立焊缝应力,又能很好的消除焊接手法及工艺中新产生切应力。因此制定出如下的振动时效工艺方案:即将卷筒采用三点水平支撑,360°平分3点。采用多点振动,每个卷筒取三个激振点,激振点选在两支撑点之间中心点,拾振点选在激振点遥对的中心线上。

振动消除应力过程

将卷筒按振动时效工艺的要求用三个专用橡胶垫支撑好,选好激振点和拾振点。振动时效过程将按下列步骤进行:

1. 每个点都采用振前扫描,选择合理的激振频率。

2. 根据扫描结果,选择一阶共振点的亚共振频率作为主振频率,其他峰值点作为辅助频率,在主振频率振动10分钟后,辅助频率各振3-5分钟,此过程即是整体的振动过程。

3振动过程完成后,再依据振后扫描与振前扫描数据、曲线,对照标准JB/T5926-91中的条款,做出时效效果的评定报告。

振动消除应力评定结果

第一峰值点:时效前,频率是3710r/min,时效后,频率3635r/min,峰值点左移75r/min,加速度值由振前的378m/s2升高到振后458m/s2,振后比振前加速度升高80m/s2,振后比振前峰值升高。

第二峰值点:时效前,频率3841r/min,时效后,3820r/min,振后比振前峰值左移21r/min,振前加速度值1334m/s2,振后加速度值是1023m/s2,振后比振前加速度升高689m/s2,振后峰值升高。

第三峰值,振后比振前峰值左移,数据不再重复,峰值升高明显,并且由振前三个峰值到振后多个峰值,说明应力扩散。

a-t曲线分析,后段平直。

根据JB/T5926-91行业标准4.1.2检测方法要求,出现下列情况之一时,即可判断为达到振动时效工艺效果。

1. 振幅时间曲线上升后变平

2. 振幅时间曲线上升后下降,然后变平。

从此卷筒的振动时效后的扫描结果来看,完全符合并达到JB/T5926-91的4.1.2条款中的验收和检测评定的标准要求。

用同样的方法,对另一个卷筒也进行了振动消除应力处理,振后的结果同第一个卷筒的结果特别相近,这说明,振动时效消除应力方法对大型矿井提升机卷筒是可行的。

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