机械类文献翻译传动滚筒的疲劳问题Word文件下载.docx

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非线性有限元素分析

1.介绍

一台2.6公里长传动机的一个传动滚筒的壳在采矿站点在4400h以后操作崩溃了。

传动机传送残破的岩石从隧道中通过。

传送带由二圆破裂锋利的边缘因而切开了和部份地受伤了入鼓（图1）的里面。

失败导致了长的生产停工期和高费用为修理。

另外,复发失败的可能性为设施相似的是令人担心的事。

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图1.残破的传动机鼓与被切开的传送带入壳,一壳段被切除。

调查的主要范围是回答是否设计或鼓的制造负责对损伤。

广泛的有限元素模型被建立了为二个设计选择:

为了获得现实装货为鼓,传送带被塑造作为一被加强的亢奋有弹性部份并且传送带力量被传送了在联络定义（几何学和物质非线形性）。

期望的产品使用期限被计算了为皮带传动的不同的组合:

连续的正常运行以张力250kN,纯净的起始的操作以紧张400kN,和混杂的方式操作。

演算执行了根据FKM指南[1]。

传动机鼓和滑轮经常被证明是重要组分在大或沉重被装载的设施。

许多出版物对付疲劳并且/或者生产工艺困难,具体地为被焊接的组分（焊接缝,焊接做法设计）。

重要区域包括轨圆盘、鼓的壳或不同的组分的连接。

琼斯[2]描述了疲劳镇压在不同的鼓底部（轨盘或网）。

金等[3]执行了耐久性分析在滑轮以另外的孔在网,可能减少重音在轨盘。

陈・等。

[4]审查了圆柱形壳僵硬和纵向加强筋的影响。

但焦点是主要在鼓全球性弯曲的装载登上在二对称外在轴承。

为地方弯曲的作用和折的考虑在传送带边际的区域,鼓的详细的模仿以有限元素（FE）方法被认为可靠比一种全球性分析方法。

Ravikumar和Chattopadhyay[5]开发了一个特别FE代码为传动机滑轮的演算。

为本研究,商业有限元素代码[6]选上的归结于可及性和它宽广的功能程度。

非线性物质行为和联络在壳和传送带之间能两个被考虑在模型。

2.情况和假说

设施的概要被显示在图2。

皮带输送机的主要参量是如下:

长度:

2640m。

传动机高度:

342m。

传动能力:

205m3/h。

传送带宽度:

0.8m。

功率:

600千瓦（3×

200千瓦）。

传送带速度:

3.0m/s。

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图2.传动机系统的概要在上部释放的区域。

被塑造的主要部份包括了二张被转动的盘被焊接对圆柱形壳。

二个短的圆环被焊接对盘扩大总鼓宽度。

外壳表面用机器制造了对凹面形状在焊接过程以后。

图画的部分被显示在图3。

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图3.传动机鼓的图画与被转动的轨盘。

在未通过的设施的第一视力检查以后本地,传送带的最初的破裂以鼓的随后失败能被排除（假设）。

因而那里保留了以下假说为失败。

因为会解释超载鼓的征兆不能被发现（被测量的驱动力量和资格压电池完全设施的协议,调查主要集中于部A的损伤假说核实他们的可行性。

3.调查

3.1.失灵的鼓的宏观检查

根据休息地带的宏观出现,疲劳失败在周围焊接缝的区域被认为了可能。

在破裂系统的周边区域,会是一个征兆为疲劳的宏观塑料变形未被发现。

几乎所有破裂表面是平面和垂线对鼓的轴。

只大约10%整个破裂表面能归因于牵强的破裂。

Th是区域能容易地被解释作为疲劳失败的剩余破裂表面。

在鼓的底部,在破裂区域在内在边,几乎方形的横断面更长的毛刺被发现了,看图4。

这毛刺部分仍然被连接了到轨盘。

相似的零件被发现了在鼓里面与传送带一起的橡胶零件。

毛刺的维度是4-5毫米由3-5毫米,几乎匹配肩膀几何在鼓盘里面,图5。

由于这次出现,它被怀疑,轨盘的肩膀未被击穿和适当地未被连接到鼓的壳。

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图4.踪影在鼓（轨盘A）的底部。

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图5.毛刺段的细节;

表面的衡量单位。

被测量的壳厚度在裂缝的区域被证明是在18.9和21.7毫米（功率的大小之间根据图画:

21.2毫米）。

3.2.调查

由于间接损害,破裂表面不能被分析。

横断面的焊接性通过焊接缝表示,裂缝繁殖了通过焊接金属（参见图6）。

这是一个征兆为一个增加的山谷作用在焊接缝的根。

除那之外,会表明沉淀物失败的重大焊接缺点不能被发现（即包括）,只有更小的毛孔在缝的根能被观察。

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图6.焊接的短剖面微写器。

3.3.重音分析

辐形位移在鼓选择1在连续的操作被显示在图9。

二主要变形可能被观察。

一全球性弯曲包括轴和鼓,并且地方折和弯曲壳在轨盘。

看重音的发行,二个潜在的地点以一个高山谷作用（所谓的`热斑点的）可能被观察,图10。

这些热斑点一般并且是依于高地方重音和高重音高度在操作周期,是重要的在产品使用期限的评估。

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图9.辐形位移在完全传动机和定义圆柱形协调（变形被称为形象化;

模型包括轴四分之一;

内部看法）。

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图10.重音在传动机滚筒轴被压制）。

重音组分的一项详细的研究为各个热斑点是必要确定是否产品使用期限证明要求多轴向重音状态的考虑。

在图11,弯曲的重音平行与轴轴被密谋。

它是显然的,热斑点#2由弯曲的重音控制。

最大值和最低值直接地是明显的从边缘剧情,i.e.,高度可能直接地被计算。

如果你看抗剪应力在Z方向（图12）,最大值位于热点1。

这里,重音的尖峰对尖峰的价值无法读直接地从剧情。

如果热斑点看消极抗剪应力在位置F=0.（图9）,标志将变成正面在一半以后鼓的自转到位置180.。

因而,既使由于对称只滚筒一半在方向被塑造了,重音必须被评估在鼓的充分的圆周。

图11.弯曲的重音Z在选择1（轴鼓被压制）。

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图12.抗剪应力Z在鼓（轴被压制）。

为必需提供有些产品使用期限的证明重音的详细的评估,重音被密谋了作为有角位置功能使热斑点被考虑在他们的道路在一个周期期间,i.e.在充分的圆周。

这张图表被显示在图13。

由于两个热斑点说谎近似地在同样圆周,这个评估必须只完成一次为各个几何和装载案件各自。

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图13.重音对有角位置为热斑点1在选择1（连续的义务,F=250kN）。

FKM代码描述不同的演算奔跑为证明以有名无实的重音、结构重音或山谷重音。

为证明以山谷重音,焊接缝和所有内圆角必须准确地被塑造,哪个结果在一fine-mesh以非常小元素。

矩阵系统会得到非常大和演算费用巨大。

在本研究中,证明以结构重音为焊接缝转折是可适用的。

结构重音由外推计算重音价值在山谷的附近在最高的重音梯度的方向往热斑点[1]。

确切的山谷重音不需要为人所知,并且结果非常不强烈取决于滤网提炼。

4.证明为疲劳力量

演算为残破的焊接联接的证明执行了根据FKM指南[1]。

所有半新标志和简称将是依从这个代码。

靶垛焊接在轨盘和鼓壳之间被考虑了。

证明根据FE演算被描述在早先章节。

为两装载案件,起始和连续的义务,一个恒定的高度装载光谱被承担了。

因而,纯净的起动和连续的装货被考虑了。

这简单化的后果以后将被谈论。

calculational跑以地方重音为平面,被焊接的组分被考虑了。

为证明以地方重音,FKM指南规定分开的证明为焊接缝的根和为焊接脚趾（转折从缝到结构）。

在当前案件,两个几何选择有一个山谷在导致更高的重音在转折与焊接根比较的焊接脚趾。

所以证明为缝根可能被忽略为两个选择。

5.讨论

表8表示,唯一纯净的连续的操作装载事例可能是额定的为耐力力量以理想的设计被计算在选择1。

所有其它案件是在疲劳力量领域为有限生活,即,他们的周期的数字对失败是有限的。

操作时间以下数据由操作员估计帮助以革命的故意的数量的解释对表8的失败:

操作小时的数字直到鼓的失败:

4400h。

起始的规程直到鼓的失败:

900（最大的价值）。

一起动（不依赖装货）150s,均等的期间大约。

115次鼓革命每起动。

表9显示估时对失败,根据设施的操作数据。

表8表示,选择1是疲劳忍耐为纯净的连续的操作。

鼓有有限的产品使用期限只由于更高劳损在起动期间。

但它应该经久期望的工作时间。

选择2不是疲劳忍耐为纯净的连续的装货。

所以,一个联合的装载的周期应该是为准确演算的依据。

从表9它可能结束,恶化的率为连续的装货比恶化的率显着高级在一个起始的做法期间,因为周期的数量是大约240次更高为一个操作周期。

失败的以下可承担的原因能是被提供的证据:

破裂在鼓壳发生了由于疲劳在焊接缝的区域,因为制作的鼓与原始的焊接缝的设计关于壳厚度和施行不同。

有毛病的制造据推测根据疑难设计特点为焊接生产（肩膀如同焊接水池备份）。

比较高抗剪应力充分地可能未被考虑在设计。

以下建议提出避免未来失败在相似的设施:

制造业容忍的考虑在设计（在壳厚度上高变化由于转动圆锥形形状）。

鼓的设计应该被修改用这样方式。

焊接缝的形成在根区域应该是易处理的。

肩膀在被转动的盘能,例如,正切地消失入内在壳表面（图14）。

评论:

在当前案件,制造业缺点几乎是`由设计编程'

。

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图14.肩膀的可能的设计在轨盘;

最初的空白（或裂缝）正切对重音。

在重要案件,鼓应该阶段性地被测试为镇压。

References

[1]C.Wegerdt,W.Hanel,B.Haenel,G.Wirthgen,H.ZennerandT.Seeger,FKM-guideline,Analyticalstrengthassessment（5thed.）,VDMA-VerlagGmbH,FrankfurtamMain（2003）.

[2]D.R.H.Jones,Fatiguefailuresofweldedconveyordrums,EngFailureAnal2（1995）

（1）,pp.59–69.SummaryPlus|FullText+Links|PDF（507K）|ViewRecordinScopus|CitedByinScopus

[3]J.K.Kim,H.J.ShimandC.S.Kim,Durabilityanalysisofthepulleyinthepowersteeringsystemconsideringthevariationofthefatiguestrength,inFractureandStrengthofSolidsVi,Pts1