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焊接滚轮架胶轮撕裂磨损分析及改造.pdf焊接滚轮架胶轮撕裂磨损分析及改造.pdf -- 1 元

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焊接滚轮架胶轮撕裂磨损分析及改造刘峰李希臣天津港航安装工程有限公司天津300459摘要对焊接滚轮架进行受力建模,分析了胶轮撕裂磨损的原因,并提出改造方案,明显提高了滚轮架的使用寿命,消除了影响生产进度的因素。关键词焊接滚轮架胶轮撕裂磨损中图分类号TG431文献标识码A文章编号10010785201102008403AbstractThispaperperformsstressmodelingfortheweldingrollerflame,analyzesthecauseoftearandwearoftherubberrollers,andprovidestheimprovedschemeSOthattheservicelifeoftherollerframecanbeimprovedclearlyandthefactorsaffectingtheworkingschedulecanbeeliminated.Keywordsweldingrollerflamerubberrollertearwear焊接滚轮架是利用主动滚轮与焊件之间的摩擦力带动焊件原地旋转的装置。它主要用于圆筒形焊件的装配和焊接,若对滚轮接口做适当调整,也可用于锥体、分段不等径回转体的装配和焊接。它的主要特点是结构简单,使用方便灵活,可以很好地适应各种筒锥形焊件,满足焊接的变位要求。我公司使用的焊接滚轮架,吨位从10t到150t不等,出于电绝缘的考虑,滚轮外圈都挂着1层胶轮,实际使用吨位只有设计吨位的1/3~1/2,可是胶轮用不了多长时间就被撕裂,有的从胶轮和滚轮的粘合面处撕裂,有的从胶轮内部撕裂,这种情况在大吨位滚轮架中尤为突出。作业人员需要经常为滚轮挂胶,费时、费力、费钱,给生产带来诸多不便。本文从滚轮架的设计人手,逐项分析、排查原因,反馈到现场,指导解决问题。1建模图1所示为焊接管静止在滚轮架上时焊接管的受力图。焊接管在圆周力F的作用下逆时针转动。由图1可知,当焊接管在滚轮架上静止时,滚轮受到的正压力和圆周力分别为...84...G【】nF2Gbsintcosa一134式中为偏心系数,占百eb为与滚轮几何尺寸和材料有关的系数,6T.d为滚轮轴径厂为滚轮与滚轮轴的摩擦因数为滚轮与焊件表面之间的滚动摩擦因数。1.焊接管2.主动滚轮3.被动滚轮图1焊接管受力模型起重运输机械20112舞1●●,●●●●J一2一一怕一2占一∞一旦2一.。.....。....,..............L一旦2G一{宝一Ⅳ2原因分析根据以上对焊接管的受力建模,初步认为胶轮的撕裂主要是由于受到了过大的拉力和正压力,磨损则是由胶轮的材质表面不耐磨造成的,而脱胶则是粘合胶受到的实际强度大于剥离强度所致。为此,从胶轮和胶的受力和胶轮的材质2个方面进行分析。2.1胶轮及粘合胶的受力分析胶轮与焊接管为弹性变形接触,接触面可近似认为是方形截面,建立胶轮接触面处的局部受力图如图2所示。图2胶轮局部受力分析由图可知,胶轮受到2个方向的外力垂直接触面方向,受到由Ⅳ、形成的挤压力平行接触面方向,受到由F、形成的拉力,要维持胶轮的稳定,这4个力必须平衡,因此,NN,F,.F。由此计算胶轮的压应力和拉应力分别为Ⅳ1cFl丽56粘合胶的剥离强度为局部受弯矩因素最大,正应力为Fib7/式中l为滚轮的长度,为抗弯截面系数。由上式可知,在正压力和圆周力大小一定的起重运输机械20112前提下,挂胶层的厚度h增大,可以减小胶轮的拉应力,但粘合胶的剥离强度会增加,如果超出粘合胶的许用剥离强度,必然会产生脱胶现象,这种现象可以通过增加滚轮与胶轮的接触面积来适当改善,如改变接触面的形状、增加滚轮长度等同时,o越大,胶轮和粘合胶所承受的强度越小,但意味着胶轮的弹性变形越大,说明胶轮的许用强度越小,口的大小与胶轮的弹性和外径密切相关,必须综合考虑这些因素,从中选取最优的数值。现场用的是天然胶轮,与天然胶相比,聚氨酯机械强度更高为天然橡胶的2~3倍,耐磨性更加卓越为天然橡胶的5~1O倍,抗压缩性更突出,在高硬度下仍具有高弹性,表面光洁度高,机械加工性能优越,与金属粘合性也比天然胶高得多,适合在一定的线速度和压力下使用。从理论上分析,聚氨酯比天然胶有更好的使用性能。2.2焊件定位角度从式1~4中可以看出,正压力、圆周力的大小与滚轮、焊件中心线形成的角有关,也可按图3所示的平行四边形法来粗略计算正压力的大小,基本走势见参考文献1中第2章第2节,当角为20。~70。时,正压力和圆周力变化较平稳,但焊接管稳定性较差当角为70。~130。时,正压力和圆周力变化平稳,焊接管稳定性较好当OL角为130。以上时,正压力和圆周力急剧增大。正压力和圆周力越大,对胶轮的挤压也越大,就越容易造成胶轮撕裂。一般来说,设计都按3个点形成的角度在70。~120。之间来考虑,但由于现场采用的都是可调式滚轮架,在使用时不一定能保证这个角度范围,经过核查,发现部分小吨位滚轮架存在角度过大的现象,这些胶轮撕裂程度更严重,焊接管的磨损也更厉害,有的焊接管在接触周边已经出现整圈的压痕。2.3主动滚轮架和从动滚轮架的数量对于滚轮架而言,正压力的计算承载力为焊接管重力在各支承点的分力,圆周力要驱动焊接管旋转,计算承载力为焊接管的总重,因此正压力与圆周力形成的附着系数根据支承点的数量而变化,支承点数量越多,分担到主动滚轮上的正压力就会越小,圆周力不变,附着系数越小,焊一8S一..O//~/\~\/|/G图3滚轮正压力估算接管在滚轮上越容易打滑相反,支承点数量越少,附着系数越大,分担到主动滚轮上的正压力越大,对胶轮的挤压越大。选择合适的数量对保证正常的驱动和减少胶轮的撕裂有很重要的影响。经过计算,现场使用的主、从动滚轮架的数量比较合理,这一影响因素基本可以排除。2.4焊件的偏心距式1~4还反映出1个重要因素偏心距。偏心距对于主动滚轮的驱动圆周力的影响非常大,以某100t滚轮架为例,焊接管直径为1.8m,滚轮直径、滚动轴承内径等均取常规尺寸,滚轮座数量为1主1从,当焊接管的偏心距从0到40mm变化时,主动滚轮驱动圆周力、正压力等参数的变化如表1所示。表1100t主动滚轮架偏心距偏心距偏心正压力驱动圆周电机功附着/mm系数/kN力/kN影kW系数00624.121.41.811.7100.O111620.532.9l2.47.54200.022261744.4335.55300.03336l3.455.953.74.39400.O4446o9.867.474.33.62从表1可以看出,偏心距对于滚轮的正压力影响较小,对驱动圆周力的影响较大。实际上现场钢管由于自重及本身精度的问题,偏心距往往~86一较大,当偏心距从0变为40mm时,圆周力增加到3倍,根据式5~7,胶轮和粘合胶要承受3倍的撕裂强度,出现脱胶、撕裂等现象就不足为奇了。3改造方案及效果按照以上理论分析,结合JB/T91871999焊接滚轮架中的技术要求,对现场滚轮架进行了如下调整1将原有的天然胶轮改为邵氏硬度95。的浇注型聚氨酯胶轮CPU,与金属的粘合面由原来的方形槽改为锯齿形,粘合胶由聚氨酯厂家自行根据使用工况来选择配方,以增加剥离强度。尺寸方面,因为基本参数和连接尺寸已定,滚轮外径无法改变,厚度则根据不同吨位的滚轮架做出适当调整。2对现场滚轮架拉线找正,重新安装,保证滚轮中心线的直线度。3对于长度超过55m的焊接管,增加1组从动滚轮架,减少了焊接管自身的下挠,偏心距也随之减小,从而更好地改善了滚轮的受力情况。4根据实际需要对部分滚轮架焊接定位角度做出一定改动,保证焊接定位角度为80。一110。。改造前1套100t的滚轮架胶轮只能工作3~5根30t钢管,改造后到目前已工作400多根,还未出现任何问题。滚轮的使用寿命延长,既降低了劳动强度,也保证了生产的安全性和连续性,取得了非常好的效果。参考文献1王政.焊接工装夹具及变位机械M.北京机械工业出版社,2001.作者刘峰地址天津市塘沽区新北路5793号天津港航安装工程有限公司邮编300459收稿日期20100823起重运输机械20112
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