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变幅液压缸底座撕裂焊接修复及改进 蒋 日章 ， 吴正平 ， 程祥 江铜集团德兴铜矿运输部 同辟 1 故障原因分析 回臂杆时 ，当臂杆将要落到臂杆支承架时 ， 突然听到 一 一 ～ ～ ⋯ 很大的一声异响。通过检查发现连接变幅液压缸底 1 ． 1 焊接材料与焊接结构分析 座支架的支架底板与回转平台之间的焊缝发生整体 该台起重机变幅液压缸改进后底座支架和支架 撕裂破坏， 破损位于焊缝的中后 间部分 行驶方向为 底板结构如图 1 。 前 。现将这次事故分析如下 ， 提供同行参考。 回转平 拉j 劳 焊缝 ＼ ／ ． I ● 、、、、、、、、、、、 t、、 L 、、 、、、、、、 、、、J r ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ 一 IO 图 1 底座支架示意图 焊接在 回转平 台上 的支架底板 原结构 为 6 0 0 架底板的化学成分进行化验 ， 其结果如表 1 。 mm X 2 4 5 m n l X 2 0 m m的钢板 ， 对回转平台钢板和支 表 1 样品化学成分化验结果 样 品名称 C ／ ％ s ／ ％ S i ／ ％ Mn ／ ％ C r ／ ％ T i ／ ％ v ／ ％ 支架底板 0 - 2 5 0 ． 0 4 5 0 ． 3 8 1 ．5 ≤0 ． 0 5 0 ． 0 0 0 ． 0 o 回转平台 0 ． 2 0 0 ． 0 2 l 0 ． 4 0 1 ． 4 7 ≤0 ． 0 2 0 ． 0 0 O ． o 0 由表 1可见 回转平 台 的材质 符合 国家G B 1 5 9 l l 9 9 4 Q 3 4 5的标准， 是优质 Q 3 4 5钢。支架底 板的材质既不是 Q 3 4 5钢 ， 也不是 2 5 Mn钢 ， 其 c 、 s 含量严重超标 优质钢的 P ， S含量 ≤0 ． 0 3 5 ％。G B 1 5 9 1 1 9 9 4规定 Q 3 4 5钢的化学成分 c≤0 ． 2 0 ％， s i ≤0 ． 5 5 ％， Mn为 1 ． 0 ％ ～1 ． 6 0 ％， P≤0 ． 0 3 5％， S≤ 0 ． 0 3 5 ％； G B 6 9 9 - - - 1 9 9 9规定 2 5 Mn钢的化学成 分 C为 0 ． 2 2 ％ ～ 0 ． 0 2 9 ％， S i 为 0 ． 1 7 ％ ～0 ． 3 7 ％， Mn为 0 ． 7 0 ％～ 1 ． 0 0 ％， P ≤ O． 03 5 ％， S ≤ 0 ． 0 3 5 ％， Cr ≤ 0 ． 2 5 ％ 。 从失效现象分析 ， 该底板的成分存在严重偏 析 ， 有较多的硫化物塑性夹杂 ， 在轧制成板材时 ， 形 成严重的带状组织缺陷， 在长期的使用中带状组织 缺陷区应力集中疲劳开裂。裂纹伸展到一定长度 时， 在极 限位置受到很大的应力作用下 ， 整个底 板 被撕开 。 底板的含 c 量较高， 焊接性能变差， 易在焊缝的 热影响区， 产生应力集中或微裂纹。 可能是该底板被 撕开的裂源。 焊接在回转平台上的底板 ，其焊缝高度不及整 个底板厚度的一半 ， 从撕裂的情况来看 ， 裂纹从焊缝 的边缘 ， 平行于焊缝撕裂成两层 ， 完全撕开后 ， 端头 有 明显的老的断痕 印迹 ， 其断痕印迹长约 1 0 a m。 1 ．2受力分析 该机 1 9 8 5年开始使用 ，在 2 0多年长期的使用 过程中， 底座受交变 的拉伸和压缩载荷作用 ， 焊缝呈 现疲劳损伤。 在改造其它 2台同类型的起重机时， 焊 接底座支架与支架底板的后焊缝部位也有明显的断 痕印迹。 1 举升工况 底座支架受力情况为支架底板前端受拉 ，后端 受压 如图 2 。起重机在 自由状态无负荷举升时， 其 变幅液压缸工作压力一般在 4 ．9 M P a 左右。该变幅 作者简介 蒋 日章 1 9 6 4 一 ， 男， 江西广丰人， 工程师， 研究方向 工程机械与汽车维修。 一 66 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 液压缸活塞直径 2 2 0 mm， 变幅液压缸工作时对底座 支架产生推力 尸 S 1 式中 F为底座支架所受推力 ， k N； P为变幅液压缸工 作液压油压 ， k P a ； S为变幅液压缸内活塞底部横截面 积 ， m 。 图 2 举升状态底座受力示意图 由 1 式可 以计算 出变幅液压缸 自由状 态无 负 荷 举 升 时 ，会 产 生 推力 F 4 ． 91 0 百 x 0 ． 1 1 2 1 8 6． 2 7 k N。 根据图 2 得知水平推力 F x F c o s ， 其 且随 o ／ 角增大而减小 。 起重机在吊装物件状态举升时 ， 起重 机在较大负载的状况下工作 ，变幅液压缸倾斜角度 很大 其倾斜角度工作时一般在 3 0 。 ～7 5 。 ， 通常在 起吊重物时大多数倾斜角度保持在 6 O 。 左右。 承受额 定负荷时 ，变幅油压根据实际经验不会大 于 1 5 ． 6 8 M P a ，其 水平 推 力 F , F c o s a 1 5 ．6 8 X 1 0 订 0 ． 1 1 C O S 6 0 。一2 9 8 ． 0 2 k N 。 所以由于变幅液压缸倾 斜角度大 ， 其前端受到的水平推力 不会很大。 2 下降工况 底座支架受力情况为支架底板前端受压 ，后端 受拉 如 图 3 ， 其变幅液压缸倾斜角度 越小 ， 其底 座后端受的水平拉力越大 ，当臂杆落到臂杆支承架 和变幅液压缸活塞杆下到最底端时 ，此时其变幅液 压缸倾斜角度 最小 在 1 0 。 左右 。由于操作人员 没有及时将操纵杆 回到中位或来不及 回到中位时 ， 图3 下降状态底座受力示意图 F 其系统压力瞬间将达到额定的 1 9 ．6 M P a ， 液压缸的活 塞杆直径 1 6 0 m m。 变幅液压缸工作时对底座支架产 生拉力为； P S 2 式中 为底座支架所受拉力 ， k N； P为变 幅液压缸 工作油压 ， k P a ； S为变幅液压缸 内活塞横截面积和活 塞杆横截面积之差 ， m 。 可以计算出变幅液压缸工作时对底座支架产生 的 拉 力 1 9 ． 61 0 叮 T 0 ． 1 1 2 - 0 ． 0 8 3 5 0 ． 9 8 k N，其水平拉力 F x F c o s l 0 。 一3 4 5 ． 6 5 k N ， 而且这 个拉力是瞬间达到的， 是最危险工况。 可见 当变幅液 压缸下降到底时 ，其支架底板后端受到的拉力产生 的弯矩是很可观。 从断痕印迹来看 ， 刚好符合底座的 受力特点。 综上所述 ， 在交变载荷的作用下 ， 受拉力较大的 支架底板后端焊缝疲劳损伤产生细小的裂纹 ，日积 月累裂纹不断伸展 ， 再加上起重机长期停在露天， 回 转平台积水 酸性水 渗入裂纹中， 腐蚀焊缝， 加剧裂 纹伸展 ， 最后导致底板后部从中间整体撕裂。 2 改进措施 根据表 1 所示回转平台和支架底板样品化验成 分分析， 我们采用具有高强度韧性和 良好焊接 陛能的 H G 6 0 钢板制作新底板。根据国家标准， H G 6 0 材料 的主要成 分 C0 ． 1 8 ％， S i 为 0 ． 1 5 ％ ～0 ．4 0 ％， Mn为 1 ． 0 0 ％ 一1 ． 7 0 ％，基本上和回转平 台的材料相似 ， 具 有 良好可焊接性。焊接工艺过程如下。 1 割掉回转平台上撕裂的剩余底板 ，用角向 磨光机磨平剩余的焊渣。由于支座底板长度受到空 间的限制 ，适当加宽底板 的宽度。原底板的宽度为 2 4 5 mm， 现加宽至 3 0 0 m m； 厚度 2 0 mm。 支架底板下 周边制作 8 X 4 5 。 的内倒角，便于和回转平台之间的 焊接； 焊缝高度为整个钢板厚度 如图 1 。焊条选用 低氢型焊接材料 J 5 0 7 ， 直径为 4 mm。 2 焊前焊条经 2 5 0 C 烘焙 1 h ； 堆焊时焊件预热 4 0 0～ 5 0 0 o C； 焊后缓冷 ； 焊接电流选用 1 6 0 ～2 2 0 A 。 3 修整变幅液压缸底座支架 ，用角向磨光机 磨平剩余的焊渣 ，确保底座支架下平面和焊接在回 转平台上底板贴合 良好且有一定的倒角， 便于焊接。 4 对变幅液压缸底座支架进行定位 ，使变幅 液压缸上 、下支承座销轴 中心线平行度和中心距偏 差控制在允许的范围之内，是本次修复成功关健所 一 6 7 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 在。 具体的办法是 将臂杆落到臂杆支承架正中位置 上 ，再将臂杆上变幅液压缸上支承销和变幅液压缸 总成装配好 ， 然后将下液压缸底座支架 、 销和变幅液 压缸总成装配好 。把下液压缸底座支架放在 已焊好 的回转平台上底板上 ，在 自然状态下找出变幅液压 缸底座支架在回转平台中心位置 。在变幅液压缸底 座支架焊上 四点固定在支架底板上 ，拆下变幅液压 缸总成。同样按照上述焊接工艺把液压缸底座支架 牢固焊接在支架底板上。 由于变幅液压缸总成上、 下 各支承孔和销轴磨损量少， 配合精度高， 用这种方法 对变幅液压缸底座支架进行定位， 既简单又方便 。 3 实施效果 按上述方法实施改造 3台同型号的起重机 ， 经 过近一年多的使用 ， 效果显著。 解决了企业重大安全 隐患。取得了良好社会效益和经济效益。 参考文献 [ 1 】G B ／ T 1 5 9 1 1 9 9 4 低合金高强度结构钢 [ S ] ． [ 2 ] G B r F 6 9 9 - - 1 9 9 9 优质碳素结构钢 s 1 ． 通信地址 江西省德兴市泗洲镇德兴铜矿运输部 3 3 4 2 2 4 l 收稿 日期 2 0 0 9 0 9 2 5 液压捣固机夹实液压缸漏油的原因分析及改进 胡礼广 ， 沈建国 1 ． 浙江师范大学机 电技术研究中心 ； 2 ． 金华工务段 摘要 针对液压捣固机使用过程中经常出现夹实液压缸一快一慢的现象， 分析其原因是由于强烈振动 引起活塞与活塞杆之间的圆螺母松动， 液压油外泄， 系统压力降低所致。 在不影响活塞强度的情况下， 在活塞内 圈上车出一定宽度的沟槽， 加 O形密封圈密封， 可有效解决液压油外泄的问题， 提高捣固机的作业效率。 1 h -1h- -1 P■ ， dp ●●1N -0 H ● ， ● 1、 _1 t ， t ‘1n ●1、h ， 1h hm 1 0 1n 、 ， _ ■ 1N ● 1h _1 t ， t _1 、h r 1 n f d ●●1 h-● 1 关键词 捣固机； 泄漏； 密封圈 捣固路基是铁路工务段的主要工作之一 ，液压 捣固机是铁路工务部 门对线 路进行 整修 的常用 机 械。 近年来 ， 随着铁路运输向高速 、 重载的方向发展 ， 路基的捣固工作面临着更高的要求。X Y D 一 2型液压 捣固机是铁路线路养护工作的主要设备之一 ，该设 备具有上下轨道容易 ， 走行轻便 ， 操作简单和捣固碎 石密实等特点， 施工作业效率高。 但在实际使用过程 中， 该设备的夹实液压缸经常出现漏油现象 ， 甚至导 致两侧夹实液压缸一快一慢 ，使液压捣 固机无法正 常工作 ， 不仅影响了捣 固机的使用效率 ， 影响了线路 路基维护的正常进度 ， 给铁路行车带来了安全隐患 ， 增加了工人保养工作的劳动强度 ，而且 由于液压油 的外泄 ， 造成了很大的浪费。 根据液压捣固机的实际 工作情况 ，对该型号的捣 固机夹实液压缸的密封进 行了改进 ， 大大降低了此类故障发生的机率 ， 提高了 液压捣固机的工作可靠性。 1 夹实液压缸液压油泄漏原因分析 液压捣 固机两侧夹实液压缸结构如图 1 所示 。 主要 由活塞 4 、 活塞杆 7 、 缸盖 9 、 缸体 6等部 件组 成 。夹实工作过程为 在 A口注入液压油 ， 由于 内腔 密闭， 活塞 4在液压油的压力作用下 ， 推动活塞杆 7 往右移动， 完成夹实工作 ， 缸体右腔的液压油从 B口 流出。当从 B口注入液压油时， A口流出液压油 ， 则 完成松开动作。 1 ．圆螺母2 ．止退垫 圈3 ， 8 ， 1 0 ． O形 密封圈 4 ． 活塞5 ． 垫片6 ． 缸体7 ． 活塞杆 9 ． 缸盖 图 1 夹实液压缸结构图 液压捣 固机两侧夹实液压缸中 3个位置有密封 要求 一是活塞 4 与缸体 6 之间； 二是活塞杆 7与右 缸盖 9 之间； 三是活塞杆 7 与活塞4 之间。 现场使用 作者简介 胡礼广 1 9 7 3 一 ， 男， 浙江永康人， 讲师， 硕士， 研究方向 机械结构设计与热处理加工 。 一 68 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m