進(jìn)口混凝土泵車(chē)臂架耳板斷裂的原因解析及修理

      全球和國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)快速發(fā)展帶動(dòng)基本建設(shè)快速增加，國(guó)內(nèi)相繼出臺(tái)一系列混凝土條例和法規(guī)，促進(jìn)各地采用商品混凝土的比例不斷提高，為商品混凝土泵送機(jī)械的發(fā)展提供了良好的市場(chǎng)環(huán)境?；炷帘密?chē)移動(dòng)靈活，使用方便，布料臂架具有變幅、曲折和回轉(zhuǎn)三個(gè)功能，輸送管道沿著臂架鋪設(shè)，在臂架活動(dòng)范圍內(nèi)可以任意改變混凝土澆注位置，不需在現(xiàn)場(chǎng)臨時(shí)鋪設(shè)管道；節(jié)省輔助時(shí)間，提高功效，泵送量大，澆注質(zhì)量高，正越來(lái)越受到施工單位和租賃公司的青睞。但由于混凝土泵車(chē)獨(dú)特的結(jié)構(gòu)、追求施工效率等原因，泵車(chē)的零部件時(shí)有損壞。下面針對(duì)我公司為某客戶修理的一臺(tái)從國(guó)外購(gòu)買(mǎi)的37m進(jìn)口混凝土泵車(chē)，對(duì)其損壞原因分析和修復(fù)方案實(shí)施，一是將此臺(tái)泵車(chē)修好繼續(xù)投入使用，二是給我們的設(shè)計(jì)和制造提供一些經(jīng)驗(yàn)和借鑒，避免產(chǎn)生類似損壞，達(dá)到提高產(chǎn)品質(zhì)量、延長(zhǎng)使用壽命、使用安全和可靠性的目的。 

      1　斷裂的具體部位和外貌特征
　　根據(jù)對(duì)整車(chē)和斷裂的部位的現(xiàn)場(chǎng)查看，斷裂（開(kāi)裂）具有以下特點(diǎn)：
　　(1)二節(jié)臂尾部鉸點(diǎn)之一側(cè)耳板完全斷裂，絕大部分的斷裂痕跡顯示為老裂紋（臂節(jié)尾部—各節(jié)臂與上一節(jié)臂頭部的連接端，臂節(jié)頭部—各節(jié)臂與下一節(jié)臂尾部的連接端。下同）；
　　(2)二節(jié)臂尾部的另一側(cè)耳板完全扭曲，大彎連桿、小彎連桿及因二節(jié)臂尾部耳板斷裂而造成的一節(jié)臂頭部耳板局部擠壓變形。除一節(jié)臂頭部變形外，其余均為新裂紋，是由于二節(jié)臂尾部一側(cè)耳板斷裂引起；
　　(3)由于二節(jié)臂根部一側(cè)耳板斷裂引起肉眼難于明顯發(fā)現(xiàn)的、需要測(cè)量的缺陷，如臂架的變形及油缸、連桿的損壞等。

      2　斷裂的形成和擴(kuò)展分析

　　二節(jié)臂尾部一側(cè)耳板斷裂部位和形狀如圖1，（a）、（b）、（c）是斷裂耳板拆下后從各個(gè)不同的側(cè)面拍下的照片。根據(jù)斷裂產(chǎn)生的部位和形狀，斷裂處的裂紋大部分為陳舊性裂紋?？梢酝茢嗍紫葹槲⒘鸭y，微裂紋經(jīng)過(guò)一定時(shí)期交變應(yīng)力的循環(huán)后擴(kuò)散產(chǎn)生宏觀裂紋，最后由于裂紋擴(kuò)展、延伸引起母材突然斷裂。至于裂紋的形成，有以下幾方面原因引起：

　　(1)焊縫與母材未熔合，這種缺陷在焊接缺陷中出現(xiàn)較多，特別是泵車(chē)的板材采用高強(qiáng)鋼板，從斷裂面可以明顯看出有一段焊縫熔合不好；

　　(2)從國(guó)外和國(guó)內(nèi)的設(shè)計(jì)來(lái)看，泵車(chē)臂架，特別是與轉(zhuǎn)臺(tái)相連的前幾節(jié)臂的板材一般采用高強(qiáng)鋼板，高強(qiáng)鋼板在保證屈服強(qiáng)度時(shí)，有些指標(biāo)如塑性、延展性、可焊性有所下降，特別在焊接時(shí)形成的熱應(yīng)力影響區(qū)，引起焊縫及周邊區(qū)域的強(qiáng)度降低；

　　(3)泵車(chē)施工及結(jié)構(gòu)的特殊性引起的?；炷帘密?chē)在施工作用時(shí)，布料臂展開(kāi)，各節(jié)布料臂架、支腿液壓缸鎖死，整個(gè)布料臂系統(tǒng)形成一個(gè)懸臂梁結(jié)構(gòu)。且該混凝土泵車(chē)臂架采用R形結(jié)構(gòu)，二節(jié)臂后還有三、四節(jié)臂，其中三節(jié)臂還采用折彎結(jié)構(gòu)，二節(jié)臂還要承受一定的扭轉(zhuǎn)載荷。同時(shí)混凝土泵車(chē)在工作時(shí)，兩個(gè)泵送液壓油缸交替循環(huán)動(dòng)作，從而不斷地將混凝土壓送至澆注位置。由于兩個(gè)泵送油缸交替動(dòng)作，混凝土泵車(chē)承受一個(gè)具有一定頻率的強(qiáng)迫沖擊。在泵送油缸的沖擊作用下，布料臂的振動(dòng)有放大作用，所以布料臂承受交變載荷作用，引起疲勞破壞。

　　(4)銷(xiāo)軸、銅套磨損引起布料臂尾部的沖擊力，檢測(cè)時(shí)發(fā)現(xiàn)有三根銷(xiāo)軸、六個(gè)銅套已磨損，并且同一組的二個(gè)銷(xiāo)軸、銅套磨損程度不一致；

　　(5)二節(jié)臂根部軸套處有應(yīng)力集中。根據(jù)以往的37米相似泵車(chē)對(duì)此臂的根部作定性分析，其受力圖及I-Deas有限元分析結(jié)果如圖2，可以看出軸套的下側(cè)有明顯的應(yīng)力集中（蘭色顯示部分）。 而作為臂架板材的高強(qiáng)板具有良好的韌性和塑性，初始裂紋尖端在高應(yīng)力集中區(qū)和殘余力的作用下局部小范圍屈服。在這種情況下，交變載荷的作用使微小裂紋逐漸擴(kuò)展；

　　(6)泵車(chē)基本上是在露天的環(huán)境中作業(yè)，由于雨水和空氣中硫化氫等腐蝕介質(zhì)的長(zhǎng)期侵蝕而引起氧化腐蝕，局部強(qiáng)度下降；

　　(7)施工環(huán)境。我們國(guó)家的混凝土施工機(jī)械施工任務(wù)繁重，工作環(huán)境惡劣；不重視設(shè)備保養(yǎng)；機(jī)手培訓(xùn)不足，素質(zhì)不高。如我們國(guó)家的混凝土泵車(chē)租賃公司，一個(gè)月泵送8千至1萬(wàn)多方很正常，1年的泵送方量為10至13萬(wàn)方。相應(yīng)的，國(guó)外8小時(shí)一天,不隨便加班加點(diǎn)，使用人員培訓(xùn)得好，素質(zhì)高，懂得怎樣使用、維護(hù)、保養(yǎng)，國(guó)外一臺(tái)泵車(chē)3至5年泵送10萬(wàn)方。基本上是在我國(guó)使用一年相當(dāng)于國(guó)外使用三年多，在這樣大的施工強(qiáng)度下，機(jī)手和維修保養(yǎng)人員的維護(hù)保養(yǎng)工作就差得很多。該泵車(chē)為歐洲進(jìn)口泵車(chē)，在設(shè)計(jì)時(shí)，按歐美工況考慮在在中國(guó)的施工強(qiáng)度、條件。這樣，這臺(tái)混凝土泵車(chē)出廠3年多（標(biāo)牌顯示為2002年6月出廠交付客戶使用）即相當(dāng)于國(guó)外使用十多年后出現(xiàn)局部疲勞開(kāi)裂也不足為奇了；

　　(8)未能及早發(fā)現(xiàn)并采取措施。由于泵車(chē)這種高度綜合性設(shè)備，局部裂紋和疲勞裂紋是不能完全避免的，歐洲把500小時(shí)要維修保養(yǎng)作為一種制度，而我國(guó)的這方面做得不好，有時(shí)連起碼的保養(yǎng)，如銷(xiāo)軸和銅套之間的注油都未進(jìn)行，更何況整體保養(yǎng)。有時(shí)出一點(diǎn)裂紋并不可怕，經(jīng)過(guò)小小修理或者加強(qiáng)就可了，如未發(fā)現(xiàn)，或者發(fā)現(xiàn)了不及時(shí)采取措施，將會(huì)使裂紋擴(kuò)大，最后有可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞，甚至釀成事故。此泵車(chē)的損壞就說(shuō)明了這個(gè)問(wèn)題。

      3　臂架的修理步驟

　　(1)折分。將臂架的一、二、三、四節(jié)（從上轉(zhuǎn)臺(tái)處往上）吊下；
　　(2)檢查。檢測(cè)各部件，重點(diǎn)檢查一、二節(jié)臂的損壞和二節(jié)臂油缸有無(wú)損壞。經(jīng)檢查，結(jié)果如下：
　　a.轉(zhuǎn)臺(tái)、底架、三、四節(jié)臂、各節(jié)臂油缸完好；
　　b.一、二節(jié)臂連接銷(xiāo)軸、銅套，三、四節(jié)臂連接銷(xiāo)軸、銅套，大臂、上轉(zhuǎn)臺(tái)連接銅套已損壞，需測(cè)量制造；
　　c.一節(jié)臂的頭部除有一小處被二節(jié)臂擠曲變形處，其它變形很小，不影響裝配性能和使用；
　　d.二節(jié)臂根部一側(cè)耳板已完全被拉裂，另一側(cè)也因其對(duì)側(cè)耳板開(kāi)裂而嚴(yán)重扭曲變形；
　　e.連接一、二節(jié)臂的大彎連桿和大直連桿也因二節(jié)臂耳板斷裂而嚴(yán)重扭曲變形。

　　(3) 測(cè)量。由于此泵車(chē)非國(guó)產(chǎn)泵車(chē)，沒(méi)有圖紙和測(cè)量數(shù)據(jù)，所以在修理前，需要進(jìn)行以下測(cè)量：
　　a.一、二節(jié)臂連接銷(xiāo)軸、銅套尺寸，三、四節(jié)臂連接銷(xiāo)軸、銅套尺寸，大臂、上轉(zhuǎn)臺(tái)連接銅套尺寸；
　　b.對(duì)大彎連桿和大直連桿進(jìn)行修割、復(fù)原后測(cè)量部分尺寸，其余尺寸如與一、二節(jié)臂的連接尺寸和鉸點(diǎn)間的尺寸需要從與其連接的部件推算得出；
　　c.一節(jié)臂的頭部尺寸（到二節(jié)臂油缸支座位）；
　　d.二節(jié)臂油缸的收回尺寸、行程和耳環(huán)厚度；
　　e.對(duì)二節(jié)臂根部耳板進(jìn)行修割、焊接復(fù)原后測(cè)量部分尺寸，其余尺寸如與一節(jié)臂的連接尺寸需要從與其連接的一節(jié)臂推算得出；
　　f. 一、三節(jié)臂，二、三節(jié)臂的限位尺寸，用于驗(yàn)算修理后的臂架能否合理限位。

　　(4)連桿機(jī)構(gòu)分析，確定形狀尺寸。由于二節(jié)臂的耳板斷裂后引起二節(jié)臂根部、大彎連桿和大直連桿嚴(yán)重扭曲變形及一節(jié)臂的頭部的輕微變形，測(cè)量尺寸由于部件變形而與原有實(shí)物不一致，所以要用作圖法微調(diào)已測(cè)量的大彎連桿、大直連桿和二節(jié)臂根部的形狀尺寸，以確保張開(kāi)和收回均能到位，不發(fā)生干涉。

　　(5)出圖。繪制以下圖紙：
　　a.大彎連桿、大直連桿及需要更換的銷(xiāo)軸、銅套圖；
　　b.一節(jié)臂頭部加強(qiáng)。校正擠曲變形處后，工程師現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)具體加強(qiáng)方案；
　　c.修理二節(jié)臂尾部，由于二節(jié)臂的尾部已完全破壞，但其余部分保持完好，整個(gè)臂架重新測(cè)繪加工對(duì)客戶來(lái)說(shuō)，一是不經(jīng)濟(jì)；二是重做整個(gè)臂架的設(shè)計(jì)、制造工作量大，會(huì)由于整個(gè)臂架的重做而拉長(zhǎng)修理的時(shí)間；三是不重做整個(gè)臂架而采用對(duì)接拼焊并局部加強(qiáng)也能保證性能要求；況且客戶正處在施工高峰期，所以采用將根部重做與完好部分對(duì)接拼焊后加工的辦法進(jìn)行修理，同時(shí)在原有結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上進(jìn)行局部加強(qiáng)：一是將二耳板處的二塊內(nèi)端腹板由10mm改為12mm，二是在端腹板的外圍包一塊15mm的加強(qiáng)板。

　　(6)工藝規(guī)范。
　　a.在焊接前，應(yīng)將油漆和污漬打磨干凈，焊前預(yù)熱，加熱時(shí)要求火焰前后左右移動(dòng)，使金屬均勻加熱，防止局部過(guò)熱；
　　b.所有焊接均采用高強(qiáng)焊條，或者采用二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊,用高強(qiáng)焊絲，如采用高強(qiáng)焊條，焊前應(yīng)將焊條干燥；
　　c.所有焊縫在焊后均應(yīng)詳細(xì)檢驗(yàn)，應(yīng)無(wú)裂紋、咬邊、氣孔等焊接缺陷；
　　d.焊接工藝由焊接工程師提供；
　　e.建議派有高強(qiáng)板焊接經(jīng)驗(yàn)的焊工施焊。

　　(7)調(diào)試。經(jīng)調(diào)試后滿足客戶要求。

　　(8)交付客戶。

　　參考文獻(xiàn)
　　1. 劉鴻文主編 《材料力學(xué)》 高等教育出版社 1992年9月
　　2. 陳伯蠹 《焊接工程缺欠分析與對(duì)策》機(jī)械工業(yè)出版社 1998年
　　3. 鄧增杰、周敬恩編著 《工程材料的斷裂與疲勞》機(jī)械工業(yè)出版社 1995年6月