混凝土搅拌车导轨的改进和修复.pdf

豳姚 黧 警 ，蠢 蘸 瓢 蕊 囊 混凝土搅拌车导轨 的改进和修复 新乡市新飞专用汽车有限公司 ( 河南4 5 3 7 0 0 ) 李清华 河南机电高等专科学校 ( 新乡4 5 3 0 0 2 ) 崔纪超 一 、概述 搅拌罐前端封头处焊接有法兰盘，后部后锥处焊接 有导轨 ( 见图 1 ) 。搅拌罐通过与法兰盘螺接的减速机 带动，并通过与导轨滚动接触的滚轮支撑而转动，从而 实现罐内混凝土的进出和搅拌功能。 4 图1 搅拌罐及其受力 1 减速机2 法兰盘3 封头4 后锥5 导轨6 滚轮 为了降低成本，充分利用成熟的铸造技术和资源， 原导轨采用 Z G 3 1 O 5 7 0 ， 宽度为 8 0 ra m，最薄处厚度为 5 0 m m。罐体后锥简体采用的是 Q 3 4 5 B钢板，厚度为 6 m m ( 见图 1 ) 。因为导轨与后锥两种材料的含碳量和厚 度相差都很大，在组焊时极容易出现焊接裂纹，或者在 搅拌车营运一年左右，由于罐内混凝土的重量，以及车 辆在复杂路面上行走引起的颠簸而出现的复杂应力，经 常出现导轨与罐体焊缝的开裂现象。本文通过改变导轨 材料和结构，配之合理的焊接工艺对搅拌车导轨进行改 进。并对导轨进行受力分析，找出与滚轮配合表面出现 的沟槽现象，提出控制措施。对已经出现的导轨与简体 的焊缝开裂现象，提出简单可行的修复方法。 二、导轨改进 1 材料改进 改进前采用 Z G 3 1 0 -5 7 0铸件，改进后采用 Q 3 4 5 B 锻件。现从制造工艺、化学成分、力学性能等方面介绍 可行性和优越性。 龃2 0 T o 年第 T 6 期焊接与切割 WWW met a t wo r k i n gI 95 0 com 参磊 工, Jjn -r ( 1 )制造工艺分析铸件是液态金属在型腔里凝固 成形的零件， 不可避免存在偏析、缩孔、疏松等缺陷。 搅拌车导轨属重要部件， 一旦焊接在简体上 ， 对于铸造 缺陷引起的质量问题就很不容易维修，更换导轨也会因 为没有工装控制而出现与法兰盘的不同轴现象。所以本 文将导轨的制造工艺由铸件改为锻件。锻件是把钢铁加 热到奥氏体状态下，利用模具使其锻打成形的零件， 不 仅杜绝了气孔、疏松等缺陷，而且锻造的塑性变形过 程，能够改变金属材料的内部组织，显著提高其塑性、 韧性等综合性能。 ( 2 )化学成分对比查机械设计手册得出z G 3 l 0 5 7 0和 Q 3 4 5 B材质的化学成分见表 1 。 表 1 化学成分 ( 质量分数 ) ( ) 材质 C S i Mn S P N i Z G31 0 5 7 0 0 5 0 O 6 0 0 9 O 0 0 4 0 0 4 0 3 O 1 0 0 Q 3 4 5 B 0 2 O O 5 5 0 0 4 O 0 4 1 6 O 材质 C r C u MO V N b T i 标准 GBl l 3 5 2 Z G31 O _ 5 7 0 O 3 5 O 3 O O 2 O 0 0 5 1 9 8 9 0 0 2 l0 0 l 5 l0 O 2 GB T1 5 9 l Q 3 4 5 B 0 1 5 0 0 6 0 0 2 0 一 1 9 9 4 由表 1含碳量可知，Z G 3 l 0 5 7 0为铸造 中碳钢。 此种材料虽然具有较高的强度、塑性和韧性，但随着含 碳量的增加，其淬硬倾向随之增大，也就是在热影响区 容易产生低塑性的马氏体组织，尤其当焊接件刚度较大 或焊接材料、工艺参数选择不当时，很容易产生冷裂 纹。即使焊接当时不出现裂纹，在以后的使用中，也极 有可能出现延迟裂纹。而将 Z C 3 1 0 5 7 0改为Q 3 4 5 B时， 两种焊接材料均属低碳钢，焊接性明显提高。 ( 3 )力学性能对比查机械设计手册得出z G 3 l 0 5 7 0和 Q 3 4 5 B材质的力学性能见表 2 。 表 2力学性能 抗拉 强度 屈服强度 伸长率 冲击 材质 O - I( r ， 0 2 ) 吸收功 标准 1 MP a 6 ( ) MP a K v J CB l l 3 5 2 Z G3 l O_ 5 7 O 5 70 3 1 O l 5 1 5 1 9 8 9 GB T 1 5 91 Q 3 4 5 B 4 7 0 6 3 0 2 9 5 2 1 3 4 1 9 9 4 注 ：温度为 2 O ( 时的 Q 3 4 5 B力学性能。 由表2对比可知，Q 3 4 5 B的伸长率和冲击吸收功比 Z G 3 1 0 5 7 O高些，抗拉强度和屈服强度与 Z G 3 l 0 5 7 0 相差不大。 2 结构改进 搅拌车导轨内锥面是和后锥简体外圆面配合焊接在 一 起的。原设计导轨的内锥面是一个平面，虽然机加工 简单，但因为后锥简体是厚度薄、直径大的钣金件 ，在 卷圆过程中，不可避免会出现不圆现象。这样在组对导 轨时，就经常出现导轨内面与后锥外圆不配合的现象。 新结构导轨在内锥面上车出了与内锥平行的空刀，见图 2 ，这种结构减少了与后锥简体的接触面积，从而使导 轨内锥面与后锥外表面贴合更紧密，避免接触面缝隙过 大，影响焊接质量。 I 放大 1 ： 8 图2 导轨 3 工艺措施 ( 1 )焊接设备及焊条 一般采用手工电弧焊机 ( 有条件的可以采用埋弧焊) ，尽可能地使用直流焊机， 并辅助以焊条电烤箱、焊条保温筒等设备，以减少焊缝 缺陷的形成。选择焊条强度相近并略大于母材较好， 此处因 Q 3 4 5 B材质 ，故选用型号 E 5 0 1 6( 牌号J 5 0 6 )或 型号 E 5 0 1 5 ( 牌 号 J 5 0 7 )焊 条，6 4 m m 。 将 J 5 0 6 、 J 5 O 7焊条在电烤箱内加热到 3 5 04 0 0 ，保温1 2 h ， 使用焊条保温简进行现场保温，施焊时随用随取 ，以消 l 壅 堑 堡 塞 除药皮的水分。 ( 2 )焊前处理焊前对坡lZ l 及其附近约2 0 i 1 1 m内的 表面彻底清除油、锈 、水等污物 ，否则极易产生气孔和 延迟裂纹。焊前处理可以有效提高焊缝质量，同时减少 有害气体对施焊人员的损害。 ( 3 )焊接工艺因为简体和导轨厚度相差很大， 在截面突变处会产生相当大的应力集 中，故考虑在导轨 双侧加工 U形坡口。焊接前使用氧乙炔火焰 ( 火焰为 中性焰) ，对焊缝的热影响区进行预热，预热范围为焊 缝两侧 1 5 0 ra m，预热温度 1 5 02 5 0 C，并避免局部过 热。焊接电流 1 6 0 2 5 0 A，电压由电弧长度确定，使 用短弧操作。最好用细焊条进行底层焊接，焊接应慢 速，避免产生夹渣、未熔合和热裂纹等缺陷。为了提 高生产率，焊接中间层时，可选用较大焊条直径、较大 电流焊接。中间层焊接后要用扁圆头锤沿焊缝依次锤 击，来减少残余内应力。注意力量要适中。覆盖层焊 接时坡口要全部焊满，焊缝尺寸要平或高于简体尺寸。 每一层焊后都必须将药皮清除干净。焊后要缓慢冷 却，防止出现冷裂纹。在较大的厂房内进行焊接，还应 注意防止风冷影响，要进行必要的遮挡，气温过低时， 焊后最好立即用加热的岩棉或干灰进行覆盖保温。 三、导轨受力分析与沟槽控制措施 在车辆营运过程中，导轨和与之配合的滚轮外圆面 偶然会出现沟槽现象，润滑条件未得到保证时尤为严 重。现以搅拌罐为例进行导轨的受力分析。 1 受力分析 满载时混凝土加搅拌罐自重约为2 7 t ，搅拌简倾斜角 度为 1 3 。 ，依据搅拌罐受力分布 ( 见图 1 ) ，经计算得出 导轨处的作用力约为 1 3 t ，则两个滚轮总受力为 1 2 7 k N， 即搅拌罐垂直滚轮作用力 9： 1 2 7 k N ，导轨钋径 1 7 5 m ， 半径 0 8 7 5 m，宽 度 0 0 8 m，材料 为锻 钢；滚 轮外 径 0 2 5 m，半径 0 1 2 5 m，材料为4 5钢。导轨中心 O 和滚轮 中心 O 连线与垂直中心线的夹角 = 3 4 。 ，如图3所示。 由图3可得作用于滚轮的力为7 7 k N。根据牛顿第三 定律 ，作用在导轨上的力在数值上等于作用在滚轮上的 力。因导轨和滚轮均为钢件，其弹性模量 E= 2 0 61 0 k N m 。则导轨最大接触应力 可按下式进行计算： 一o - 4 丝 s 参磊 工热 加 工 焊 接 与 切 割2 0 1 o 年 第1 6 期誓 WWW m e t al wo r ki ng1 9 50 c orn 圜燃： ， 图3 滚轮受力 查机械设计手册，干湿摩擦的钢件许用接触应力 f ， = 5 7 0 MP a 。 2 沟槽控制措施 通过计算可以看出，干式摩擦时导轨的最大接触应 力与许用接触应力相差很小。那么搅拌车导轨在满负荷 工况下加上径向压力、轴向推力以及冲击载荷的共同作 用下难免产生应力腐蚀， 使相互接触并作相对运动的导 轨和滚轮由于相互机械作用而造成表面破坏。尤其在受 到水泥腐蚀，砂砾和表面微突体等硬颗粒的研磨破坏 时，沟槽的产生就在所难免了。故本文强调在导轨和滚 轮配合面始终保持润滑脂以避免干式摩擦 ( 用户有时会 忽略这一点) ，并通过提高外圆面加工粗糙度以及增加 滚轮护罩来减少硬颗粒的入侵，一系列看似简单的措施 却可以有效地控制表面沟槽的出现。 四、焊缝开焊修补 当导轨与简体出现裂缝时，根据不同的开焊程度， 可选择相应的修复方法。 1 导轨和筒体正反两面焊缝全部开裂的修复 出现此现象，一般都是有近一年或更长的的使用时 间了，考虑到施工场地的限制，没法实现焊前预热焊后 保温，所以采用不锈钢焊条补焊，即在焊前不预热的情 况下，也不易产生近缝区冷裂纹。此法简单可行，操作 手法也便于掌握。具体操作是先用砂轮机将裂缝处的原 焊缝、油污、水泥等清除干净，并修磨成 u形坡口。然 后选用奥 3 0 7焊条，电流 8 0 9 0 A 。分三层进行焊接， 第一层选用焊条 3 2 m m ，要求焊接速度快，熔深浅。 第二层和最后一层可选用焊条 O m m，焊接时速度稍 慢，焊条摆动以达到填充坡 E l 的目的。最后余高要不低 于简体厚度6 m m。 2 导轨与简体局部焊缝开裂的修复 因是局部开焊，要控制焊缝裂纹的继续开裂。具体 方案是，先将裂缝处打磨干净，打磨的长度向裂纹两方 呈 ! 堡笙! 曼 塑 堡堡 塑型 WWW m et al wor ki ng 7 9 50 co m 参曷 工热 加 工 向延伸至少 1 5 0 ra m。采用 J 5 0 6 或 J 5 0 7焊条焊接后再用 加强角 ( 见图4 )在导轨前后两面补强 ( 见图5 ) 。加强 角最好每隔3 0 m m焊接一个，并与对面的加强角错开焊 接。因为加强角焊接距离短，相当于进行了焊前预热， 此种方法可以防止焊接裂纹的再产生。 L目 目 图4 加强角 五、结语 图5 加强角焊接图 体 ( 1 )改进材质和结构并采用新的焊接工艺后，新导 轨没有出现过焊缝开裂现象。 ( 2 )而采用焊接和补强方法进行的修复，也能解决 出现的质量问题。当然， 局部补强后其余部位仍可能出 现开裂现象，但是可以暂时不影响用户的营运。 ( 3 )关于配合表面的沟槽现象，可能还有其他方面 的原因，还有待于行业内的设计和工艺人员去分析、解 决 。MW ( 2 0 1 0 0 5 1 0 ) 船舶行业保持良好增长势头 2 0 1 0年 1 5月份 ，全 国造 船 完工 量 2 3 7 0万载 重 吨 ，同比增长 9 4 9 ，其 中 5月份 完工 5 0 5万载重吨 ， 环比增长 2 5 ；承接船舶订单 量 1 9 6 4万载 重吨 ，同比 增长 1 6 7倍 ，其 中5月份 新承接船 舶订 单量 6 8 7万载 重吨 ，环比增长5 2 1 ，截至5月底 ，手持船舶订单量 1 8 6 4 0 7 )- 载重吨，比2 0 0 9年底手持订单下降0 9 。 1 5月，全 国规模 以上船舶 工业企 业 2 0 2 6家 ，完 成工业总产值 2 5 4 4亿元，同比增长2 4 2 ，其中船舶 制造业 1 9 5 0亿元 ，同比增长 2 3 7 ，船舶 配 套业 2 7 8 亿元 ，同比增长 2 6 8 ；船舶修 理及拆船 业 2 9 6亿元 ， 同比增长 2 4 4 ，增幅增加 1 5 7个百分点。 2 0 1 0年以来 ，我 国骨 干船舶 企 业抓住 市场 回暖 的 时机 ，加大了接单力度，统计数据显示，1 5月份 中 国船舶 工业集 团公 司和船舶重工集 团公司新承接船舶 订 单 1 2 2艘 、7 8 6 万 载 重 吨 ， 占 全 国 新 承 接 总 量 的 4 0 1 。受益于4月、5月当月新承接船舶订单均超过 当月造船 完工量 ，我国船舶 企业 的手持 订单量在 4月企 稳回升的基础上 5月份 继续回升 ，为应对市场低迷 和保 持 企业经 营稳定打下 良好基础。