翻车机端环铰点结构优化改造

朱洺赤

河北港口集团有限公司 河北秦皇岛 066000

秦皇岛港煤五期翻车机为转子式“O”型三翻式翻车机，每次同时翻卸3辆车。翻车机采用了“单梁铰点”式结构，最突出的问题就是自2009-2012年3台翻车机端环铰点同一部位先后发生两次开裂故障，虽然在2012年进行的第二次修复中焊接了加强筋板，但插入板下部焊缝由于空间狭小，无法维修处理，依然存在极大的安全隐患。但该设计不能保证已经彻底解决铰点开裂问题，依然存在故障隐患。而依据国家相关行业标准规定同一位置焊缝返修次数不宜超过两次，所以端环铰点处钢结构已接近使用寿命极限[1]。

1 技术方案

（1）分析前两次开裂，主要原因是由于应力集中造成疲劳开裂。我们对此进行了优化：将饺点插入板结构由长条形改为扇形，采用圆弧平滑过渡，避免应力集中[2]。如图1：

图1 改造前后插入板

（2）对优化后端环结构进行有限元分析。

①基本属性：

材料：Q345-D

②材料基本许用应力：

a.材料屈强比：

b.安全系数：根据GB/T3811-2008起重机设计规范选取。GB/T3811-2008起重机设计规范中强度安全系数n和钢材的基本许用应力如表1所示。

表1 强度安全系数n和钢材的基本许用应力

③材料/焊缝的许用疲劳强度：

i.构件疲劳许用应力：

④改造前后端环及铰耳插入板有限元模型如图2和图3[3]。

图2 改造前后端环有限元模型

图3 改造前后端环铰耳插入板有限元模型

⑤计算工况施加的载荷表。加载位置为端环与平台连接的两个铰点处，工况与载荷见表2。

表2 工况与载荷

⑥改造前应力与变形量云图。

a.工况1翻车机翻卸重车工况1翻转0°插入板处变形云图如图4。

图4 改造前（左）后（右）工况1铰耳插入板处应力云图

b.工况2翻车机翻卸重车工况2翻转45°插入板变形云图如图5。

图5 改造前（左）后（右）工况2铰耳插入板处应力云图

（3）工况3翻车机翻卸重车工况3翻转90°插入板变形云图如图6。

图6 改造前（左）后（右）工况3铰耳插入板处应力云图

（4）工况4翻车机翻卸重车工况4翻转165°插入板变形云图如图7。

图7 改造前（左）后（右）工况4铰耳插入板处应力云图

（5）工况3翻车机翻卸重车工况3翻转90°。针对90°工况，考虑到可能出现的最不利情况，对加载方式进行改变，即在靠板近处铰点施加X向作用力，在靠板远处铰点处施加X向作用力和Y向作用力，改造前后应力分析结果如图8、9所示。

图8 改造前与铰耳插入板连接的圆弧板的应力分布云图

（6）ANSYS有限元计算结果汇总（见表3）。

表3 改造前与改造后的应力、位移对比表

（7）强度、疲劳判定。在ANSYS有限元计算结果中，所查看的应力均为力学第四强度理论的冯氏应力，即VonMisesstress。

①强度。通过计算的4个工况，即翻车机在翻卸重车作业时翻转0°、翻转45°、翻转90°及翻转165°。从应力云图看出，改造前后端环钢结构在0°、45°、90°、165°工况时的最大应力没有超过板材的许用应力，因此，端环钢结构满足强度要求。

图9 靠车板近处（左）及远处（右）铰耳插入板的应力分布云图

②疲劳。参考GB/T3811-2008《起重机设计规范》，端环钢结构属于焊接构件，工作级别为E8，焊缝应力集中情况等级为，在端环钢结构强度计算中，在45°、90°与165°工况时在焊接处的最大应力超过了疲劳许用应力，即：

结构不满足要求，改造后其最大应力值均小于疲劳许用应力，即：

因此，端环钢结构满足300万次重载有效翻卸周期技术要求。

（8）结论。综上所述，改造后的端环钢结构在强度以及使用寿命上满足300万次重载有效翻卸周期技术要求。

2 实施效果

九公司于2015年对翻车机端环进行优化改造后，使用至今，端环铰点处钢结构未出现开裂及其他结构性问题。

3 结语

此次针对翻车机端环铰点钢结构焊缝开裂问题，确定的端环优化方案，从根本上解决了应力集中带来的问题，修复后设备运转正常，达到了预期目标。