斗轮挖掘机轴断裂分析

1、 斗轮挖掘机轴断裂分析 抽象一些斗轮挖掘机斗轮驱动机制共同设计（BWE）由变速箱和空心轴，通过空心轴的轴通过支持而斗轮。保养不当和不足，消除空心轴和斗轮轴轴不对挖掘机故障和轴断裂的主要原因。本文考察的斗轮轴骨折的原因。用在论文的第一部分进行电子和光学显微镜的手段，使斗轮轴和斗轮轴断裂面金相检查材料的化学成分和力学性能的实验测试表明，有没有显着的不均匀性和轴的材料中的错误。本文的第二部分介绍了斗轮轴断裂的支持方式上的干扰影响的有限元分析。它表明支持轴的负面影响，通过增加应力集中和初始裂纹的发生是轴断裂的主要原因反映。关键词： 轮斗挖掘机; 斗轮轴; 失效分析; 实验测试1。介绍挖掘和沉积层在露天

2、矿山的材料是最频繁的斗轮挖掘机（BWE）。 BWE的SR的2000.32/5.0+ VR92（图1a）用于露天矿在在“Kolubara” - 塞尔维亚。剥削BWE的SR的2000.32/5.0经过超过40,000+ VR92（图1a）在十年期间，有斗轮轴（图1b和c），而造成的故障发生骨折BWE的。图1。斗轮挖掘机的SR2000.32/5.0+ VR92：（一）（二）斗失败的前轮轴及（c）斗轮轴断裂，BWE的前景。由于在BWE的驱动挖斗轮轴断裂原因BWE的，研究的操作和稳定的可靠性至关重要的一个子系统，是特别重要的意义1。提到BWE的，轴的最大直径为550毫米，长度为4500毫米，重量为593

3、4公斤和旋转的频率是4.394分，1。斗轮轴锻造。大众的变速箱连接到斗轮51,000公斤的空心轴的手段。斗轮轴通过空心轴变速箱的额外的支持是通过滑动衬套（图2）。图2。内斗轮斗轮驱动桥的位置。在2006年年底已超过10年后的BWE的剥削，空心轴和带空心轴的结局，这是最引人注目的斗轮轴之间出现明显错位。未经事先空心轴和斗轮轴，用户之间的错位的原因分析，希望解决的问题出现了，插在带空心轴的结局分裂青铜衬套（图2）。2。考试斗轮轴断裂的原因经过8500多剥削的BWE的，有斗轮轴断裂发生。对于骨折的原因调查的目的，进行了实验过程，它涵盖了考试的化学成分和力学性能的材料2视觉轴断裂表面以及斗轮轴的应力状

4、态分析和金相检验。2.1。实验过程根据制造商的数据，斗轮轴是钢30CrMoV9V。从图中提出的问题采取的化学成分分析和斗轮轴的机械性能检验试件的制备样品。 3B。在断裂点所采取的样本的化学成分的检查结果如表1所示。图3。斗轮轴断裂面：（一）一般的外观和点塑料骨折过渡进入脆性断裂区及（b）检查样本点。审查的断裂点采取样品的化学成分表1的结果。元素（%）C Si S P Mn Cr Mo V规定值30 Cr Mo V9V DIN17200;从1987年0.28 最大 最大 最大 0.40 2.30 0.15 0.10到 0.35 0.40 0.030 0.035 0.70 2.70 0.25 0.

5、20全尺寸表斗轮轴的机械性能测试结果如表2所示。表2斗轮轴的机械性能测试结果。元素（%） RPO,2(N/mm2) Rm(N/mm2) A5(%)规定值30CrMoV9V DIN17201;1987 从 最小 800 最小 到 590 950 14通过测试得到的值 602 801 17.5全尺寸表轴材料的硬度是适当的，在遵守提到类型的钢材，即259-260 HB5/750的要求。在纵向和横向方向的断裂点测量硬度表明，有没有显著的散射，它是在图中标记的点采取所有样品统一。 3B。2.2。视觉和金相检验现实上尽可能斗轮轴断裂面的图片，除了目视检查，获得的目的，立体感。使用Axiovert25，蔡司

6、金相检验。断口检查，用SEM乔尔JSM-5800。BWE的SR的2000.32/5.0斗轮轴疲劳断裂萌生+ VR92是如图。4。如图扩大初始裂纹。 5，该材料在纵向部分与非金属夹杂物的抛光和蚀刻状态，在疲劳破坏的区域，结构，提出了图。 6。图4。斗轮轴疲劳断裂开始的地方。图5。初始裂纹扩大简报 -（框架的细节在图4）。 撤消修改图6。结构材料在纵向部分与非金属夹杂物的抛光和蚀刻状态（详细图4）：（一）列入边缘，（二）中间夹杂及（c）中间列入议程。在材料塑性断裂区扩大裂纹如图。 7，结构材料在骨折在塑料骨折区的抛光和蚀刻状态纵切图所示。 8。图7。在材料塑性断裂区扩大裂缝。图8。结构材料在纵向裂

7、缝，在塑料骨折区的抛光和蚀刻州节：（一）列入边缘，（二）列入中间。2.3。检查结果的讨论斗轮轴断裂点采取样品的检查结果表明，化学成分和机械性能符合钢30CrMoV9V的质量（按标准DIN17200;1987）。断口的外观（图3和图4）表明，断裂是由于材料的疲劳特点撕裂的迹象可以看出345。疲劳性骨折的开始，也可以清楚地看到（图4）。斗轮轴材料的结构状况得到了改善。在横向和纵向部分的斗轮轴材料的微观结构分析表明，有轻微的各向异性，即夹杂物略有拉长。通过检查在样品表面上的横截面的微观力量，它建立了，没有脱碳根据ASTM381标准。实验过程进行测试的化学成分和力学性能的材料，以及轴断裂面的视觉和金相

8、检验，显示骨折，没有发生由于材料中的错误。3。应力状态的计算斗轮轴的应力状态进行了分析，采用有限元方法678。通过分析ANSYS程序9。根据项目文档（例1），轴支持，实现了通过轴承A和乙之间的接触存在轴和空心轴通过滑动衬套（图2和图9）。用户插入分割青铜衬套，新的轴和空心轴之间的额外接触D的形成（图9b）。图9。模型桶轮轴支持：（一）案例1和（b）案例2。由合成的所有结构件的三维模型，三维模型的斗轮轴建成（图10）。10节点四面体单元建立有限元模型（45124节点，25016元素）的目的6离散模型代表一个统一体。图10。斗轮轴支架的三维模型。在符合由德国的代码定义的规范10，斗轮轴分析进行静态

9、（H1A）和变量（H1B）负载。挖掘阻力的变化是变载荷，从而导致发生动态相互作用和影响，在接触点之间的斗轮轴和空心轴通过套管relized的来源。单轴应力场，根据的Huber Hencky冯米塞斯假说1112和13，负载的情况下，图。 11。单轴应力的最大值取得的情况下2，在开发区的支持，图。 12。图11。单轴应力负荷的情况下1轴的分布。图12。单轴应力负荷的情况下2轴的分布。3.1。探讨的有限元分析的结果有限元计算结果的基础上，可以得出结论：2情况下的应力状态是相当不利的。由于额外的支持，有发生在套管轴和空心轴之间的接触区的应力集中。在斗轮轴上的空心轴的额外支持的情况下，车轴断裂区的应力状

10、态的水平是很高的。单轴应力值，是在支持点比为基本负荷的情况下的压力高出3.1倍。在特性支持的情况下1节桥的安全度, while for case 2 .4。结论提出的研究成果的基础上，得出以下结论：从斗轮轴的化学成分和材料的机械性能，是为，钢30CrMoV9V（根据DIN17200，1987）规定的限额之内。金相检验断口显示，骨折未发生由于材料中的任何错误。消除斗轮轴和变速箱的空心轴，实现了通过额外的分割青铜衬套之间的偏差，导致在斗轮轴单轴应力大大增加。这一增长是比压力高出3.1倍，无需任何额外的支持，在这一点上桥的安全程度从5.4下降到1.23，这是斗轮轴断裂的主要原因。斗轮轴断裂是造成不当

11、消除轴不对的斗轮轴和空心轴，这导致：增加一个桶中的轮轴的应力集中， -轴的单轴应力的三重增加， -一个四桥的安全程度下降。参考文献1M. Kowalczyk J. Czmochowski，E.Rusinski国家发展故障诊断模型构建多斗挖掘机工作部件Reliab维修，2（42）（2009），第在波兰17-24SCOPUS记录在SCOPUS引用（2）2E. Rusinski，J. Czmochowski，A. Iluk，研究Kowalczyk一个BWE的配重臂支持断裂的原因分析工程失败分析，17（2010），第179-191文章| PDF（2542 K）|SCOPUS记录在SCOPUS引用（14

12、）3故障分析及预防ASM手册，第一卷。 11ASM国际，金属园区，俄亥俄（2002）4钢筋混凝土布鲁克斯冶金故障分析麦格劳 - 希尔，纽约（1993）5P.R.弗莱载荷和应力 -露天采矿机械故障的真正原因J失败肛门上一页，3（2）（2003年），页7-146E.，P. Harnatkiewicz，M. Kowalczyk，体育Moczko Rusinski在斗轮挖掘机的斗轮断裂的原因检查工程失败分析，1300年至1312年，第17（2010）文章|（4008 K）|SCOPUS记录在SCOPUS引用（11）7E. Rusinski J. Czmochowski，体育Moczko失败的原因倾销输

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