DQ8030型斗轮堆取料机金属结构开裂原因分析及消除

李小宁 李兴学

(焦作电厂，河南 焦作 454100)

1 概述

某火力发电厂斗轮堆取料机为DQ8030型，取料能力：800T/h，堆料能力：1200T/h。长久使用后：回转箱梁驱动机构底座、门座结合部、门腿膝部等部位均出现严重金属结构开裂现象。

2 金属结构断口特征(磁粉探伤)

结构开裂：磁粉探伤共探伤46处，发现19处裂纹，其中最严重的为右前门腿梁，右前门腿梁开裂3处，裂纹长分别为110mm和130mm和70mm;回转箱梁驱动机构底座焊缝及加强肋板全部撕开;回转箱梁结构件变形严重。

3 金属结构开裂主要原因分析

3.1 应力集中

我们利用应力-应变测试软件对斗轮堆取料机金属结构进行了整体应力测试，测试分结构静态应力测试和结构动态应力测试两项，是根据斗轮机结构型式、工况，选择其典型受力构件共布置47片电阻应变片，(具体分布表略)。

3.2 静态应力测试：

根据斗轮堆取料机工作状态，组合选取了13个静态工况：分别表示：

工况一：斗轮臂架处于水平位置，向左垂直轨道，回转角β=90°

工况二：斗轮臂架处于水平位置，轨道左侧，回转角β=45°

工况三：斗轮臂架处于水平位置，轨道右侧，回转角β=-45°

工况四：斗轮臂架处于水平位置，向右垂直轨道，回转角β=-90°

工况五：斗轮臂架处于最低位置，向左垂直轨道，回转角β=90°

工况六：斗轮臂架处于最低位置，轨道左侧，回转角β=45°

工况七：斗轮臂架处于最低位置，轨道右侧，回转角β=-45°

工况八：斗轮臂架处于最低位置，向右垂直轨道，回转角β=-90°

工况九：斗轮臂架处于最高位置，向左垂直轨道，回转角β=90°

工况十：斗轮臂架处于最高位置，轨道左侧，回转角β=45°

工况十一：斗轮臂架处于最高位置，顺轨道，回转角β=0°

工况十二：斗轮臂架处于最高位置，轨道右侧，回转角β=-45°

工况十三：斗轮臂架处于最高位置，向右垂直轨道，回转角β=-90°

3.3 动态应力测试

动态应力测试是在结构静态应力测试的基础上，选取静态应力测试中的若干部位，分别在(工况1：水平位置正常取煤;工况2：高位正常取煤;工况3：斗轮臂架连续空载变幅及回转过程)下进行动态应力测试。

3.4 测试结果

(1)斗轮悬臂在低位位置时，L转柱下部左右两侧的测点应力变化方向相反，受力不均匀。(2)回转支承梁上的测点在臂架处于不同回转角度其受力存在明显变化。(3)斗轮机门座架结构整体应力值偏大，接近和超过Q235B材料的一般设计许用应力140MPa。(4)最大动态应力发生在斗轮机门座架部位，其动态应力值范围为237.5MPa～-69.3MPa。

4 应力消除

4.1 解决方案

4.1.1 金属结构通过焊接加固肋板，增加剪切受力面积，使其应力小于Q235钢材许用应力值(140MPa)，来降低应力值。

4.1.2 焊接方法：零载单面全破口焊接加固。

4.2 方案实施

4.2.1 门腿膝部加固(4台)

设计计算：行走台车平衡梁最大结构动态应力为拉应力235.4MPa，为达到Q235材料的设计许用应力值(140MPa)，因此必须增加1倍的受力面积，即0.5m2的受力面积。

设计方案：加固形状为钝角三棱柱状。在门腿梁两钝角面(即上、下翼面)满贴焊σ30钢板(L=500)，代替原开裂的翼面受力;并在翼面两侧焊接σ30腹板(◥500*500*866)，在腹板之间等距离焊接3块σ30隔板，最后用σ30钢板(■866*1000)焊接覆盖钝角面，每块腹板增加截面积0.11m2，故共增加0.55m2的受力面积，符合受力要求。

4.2.2 门座结合部加固

设计计算：门座架部位的静态应力值已接近或超过Q235材料的设计许用应力值(140Mpa)，其中左后腿内侧的最大应力为246.2 Mpa，为达到Q235材料的设计许用应力值(140MPa)，同样必须增加1倍的受力面积，即0.5 m2的受力面积。

设计方案：和门腿梁钝角面加固相似，亦为直角三棱柱状，即在每台门腿梁两直角角面(即内、外翼面)满贴焊σ30钢板(L=250)，代替原开裂的翼面受力;并在翼面两侧焊接σ30腹板(◥250*250*350)，在腹板之间等距离焊接3块σ30隔板，最后用σ30钢板(■350*1000)焊接覆盖钝角面，每块腹板增加截面积0.055m2，故共增加0.055*10=0.55 m2的受力面积，符合受力要求。

4.2.3 回转箱梁驱动机构底座加固

(1)在与外侧筋板对应的内侧垂直方向，增加30mm厚筋板，两边剖口焊接，焊缝交叉处倒角。

(2)用角向磨光机去除回转上支座与回转架的外侧的开裂焊缝;去除外侧增加的筋板，上支座筋板开裂部位开剖口。对这些部位进行焊补(如图所示)。

5 结束语

诱发斗轮堆取料机钢结构开裂的因素有设计、材料、使用环境和工况等多种，而产生这些诱因的直接因素从根本上又无法改变(因使用年限、投资效益、煤场煤堆状况等限制)。而为了提高斗轮堆取料机使用中的安全运行可靠性，我们从控制消除方面着手，深入分析了斗轮堆取料机钢结构各工况下的应力分部，采取了加固肋板、增加剪切受力面积、零载单面全破口焊接方法有效控制、消除了该斗轮堆取料机钢结构开裂的不安全现象。