穆允全+林圣平+張京忠

摘 要：ESP連軋機(jī)組卷取機(jī)提升小車液壓馬達(dá)支架法蘭盤自投產(chǎn)后多次出現(xiàn)斷裂，影響正常生產(chǎn)組織，事故發(fā)生后通過材料成分分析、簡化建模有限元分析等手段找出斷裂原因，并制定改進(jìn)方案，保證設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：卷取馬達(dá)支架；斷裂失效；有限元分析

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.04.032

1 斷口形貌分析

此生產(chǎn)線提升小車馬達(dá)自投產(chǎn)后支架法蘭盤多次出現(xiàn)斷裂，斷裂位置為相互對稱的螺栓孔（圖1-1）。

斷裂法蘭盤的斷口如圖1所示，斷口平整且光亮，無明顯的伸長或者彎曲，并且斷裂是由外側(cè)螺紋處即法蘭非接觸面（圖1-3）向內(nèi)側(cè)（圖1-4）擴(kuò)展，裂紋源為螺紋處，圖1-4處為瞬斷區(qū)。

2 成份分析

通過查閱圖紙確認(rèn)原設(shè)計(jì)材料為德標(biāo)S355 J2G3，對應(yīng)的國標(biāo)為Q345-D，對斷裂材質(zhì)化驗(yàn)的結(jié)果如下表1，最新標(biāo)準(zhǔn)下的Q345與Q235成分見表2。

從表1與表2的對比中發(fā)現(xiàn)，法蘭盤的材質(zhì)并不是Q345-D，而是Q235-A，所用材質(zhì)與名義材質(zhì)明顯不符。

3 有限元分析

查閱設(shè)計(jì)圖紙及相關(guān)技術(shù)資料可知，斷裂部位的厚度為25mm，馬達(dá)齒輪的最大扭矩為431.2daNm=4312 N﹒m。齒輪受力點(diǎn)距軸心的距離為112.5mm。通過對比實(shí)際工況，將模型簡化為圖2中結(jié)構(gòu)，其中部件1表示斷裂的馬達(dá)支架，部件2表示行走齒輪及相應(yīng)的法蘭。正常行走狀態(tài)下，依靠馬達(dá)提供的動力，使齒輪沿著齒條轉(zhuǎn)動，帶動小車前后移動。根據(jù)齒輪的扭矩及相應(yīng)的力矩計(jì)算得在齒輪與齒條接觸點(diǎn)處的力為38328.9N，從圖2中可以看到斷裂螺栓孔處出現(xiàn)應(yīng)力集中，應(yīng)力集中位置與實(shí)際斷裂位置相同，其應(yīng)力值為200MPa以上，最大處達(dá)到229 MPa。機(jī)械手冊中Q235板厚為16-40mm時的屈服強(qiáng)度為225MPa，應(yīng)力集中的螺栓孔處的應(yīng)力值與材料的屈服強(qiáng)度相當(dāng)，馬達(dá)在使用過程中處在臨界屈服位置。

若使用Q345，在厚度為16-40mm時，其屈服強(qiáng)度為325MPa，則安全系數(shù)為1.42<1.5。關(guān)于構(gòu)件的安全系數(shù)，在屈服強(qiáng)度下，常規(guī)設(shè)計(jì)一般安全系數(shù)取值1.5，故Q345也不滿足要求，需選用強(qiáng)度更高的材質(zhì)，其中40Cr或42CrMo是滿足要求的材質(zhì)，其安全系數(shù)達(dá)到3.4以上。

4 其他

按照正常生產(chǎn)節(jié)奏計(jì)算平均每臺提升小車一年經(jīng)歷100000次帶負(fù)載狀況下的啟動和停車，馬達(dá)支架的疲勞狀態(tài)是導(dǎo)致馬達(dá)支架斷裂的另一重要的原因。

5 結(jié)束語

液壓馬達(dá)支架材質(zhì)改進(jìn)后安全系數(shù)及抗疲勞強(qiáng)度明顯提升，改進(jìn)后的支架上線后再未發(fā)生支架斷裂事故，此事故隱患徹底消除。

參考文獻(xiàn)：

[1]聞邦椿等.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2010.