冶金铸造起重机卷筒轴裂纹分析

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莱钢科技 2013年 2月1)对卷筒模型进行简化，假设卷筒是圆柱薄壳，材料均质且各向同性，同-绳圈中的张力为常数，压力均匀分布在卷筒容绳宽度上，忽略卷筒所受的扭转和弯曲应力，只在卷筒表面施加径向外压。 . ·2)卷筒 的基 本参数：钢丝绳 直径 d8 mm，绳槽节距 t22 mm，卷筒总长 1 890 mm，卷筒直径 01 018 mm，卷筒材料 16Mn，屈服应力350 MPa，钢丝绳拉力71 200 N。

卷筒外压力 P2S/dt71200×2/(1.018×0.022)6.36(MPa)采用 COSMOSXpress对卷筒进行静载荷分析，选取材料为普碳钢，在卷筒端部加约束，通过分析发现，加筋板前安全系数为2.16971，加筋板后安全系数为2.17401，未有明显变化。

2 卷筒结构优化设计支座转轴与腹板采用加强筋进行联接，不能够有效提高卷筒轴安全系数，同时该卷筒主要联接部位 轴与腹板”通过焊接结构成形，焊接工艺为不加垫板单面焊，由于焊接工艺中间隙过大，内部焊缝根部存在咬边缺陷，且该设计不利于该缺陷的检测，焊后焊脚根部，为应力严重集中部位，当卷筒轴主要受到拉应力、剪切力，同时在扭矩的综合作用下，裂纹首先从焊脚根部起始，经过长时间的疲劳扩展，最后在工作状态的载荷下，由于轴的联接部位塑性失稳造成轴强度不够而发生断裂失效。

因此取消加强筋设计，将支座转轴材质设计为合金钢，普通碳钢屈服强度为355 MPa，采用合金钢热处理后最小屈服强度可达700 MPa，通过提高材料屈服强度，采用相同约束及静载荷加载分析，安全系数由2.1提高到6.54，有效提高了设备运行安全性。

3 结语综上所述，卷筒轴与腹板之间的焊接型式、金属结构的刚度设计及卷筒轴加工材料等方面都存在着-定缺陷，造成了冶金起重机的先天不足，是在用冶金起重机卷廷生断轴事故的主要原因。因此，只有通过优化设计，提高质量检验手段及检查措施，才能有效避免设备事故发生。