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水泥运输车焊缝开裂

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近几年,国家城市化进程的加快、城市化改造和城市公共基础设施建设、房地产业的高速增长、工业企业的大量投资项目、散装水泥相关政策等导致了对散装水泥运输车的大量需求。各汽车企业先后开发散装水泥运输车,推向市场。但是各厂家开发的车辆结构大同小异,在车辆使用过程中出现的质量问题也基本相同。其中,罐体开焊为散装水泥运输车最易出现的质量问题。下面从工作原理、结构介绍、工况分析、故障分析、解决措施等方面,分析罐体开焊的原因和解决措施。

1工作原理介绍

图1为散装水泥运输车基本结构示意图。发动机动力经过变速箱、取力器、传动轴输入空压机4,空压机开始工作,输出压缩空气,压缩空气经单向阀3、进气管1路进入气室,观察压力表6显示的罐体内压力,当压力达到0.19MPa时,气体穿过流化元件流速到达一定速度,水泥开始悬浮流化,打开卸料蝶阀5,流化状水泥物料经排料管路排出。当压力大于0.22MPa时,安全阀2自动开启,使仓内压力保持低于0.22MPa。

图1散装水泥运输车基本结构图图2罐体内部结构示意图

1、进气管2、安全阀3、单向阀

4、空压机5、蝶阀6、压力表

2普通散装水泥运输车内部结构

如图2所示,散装水泥运输车罐体内部主要由侧滑料板、多孔板、流化元件(气体分布板)组成,并由滑料板、多孔板、流化元件将罐体分为气室和料室两个部分。料室用来存储散装水泥,气室存储压缩空气,多孔板和流化元件是让气室压缩空气能够进入料室,并同时使空气达到一定速度。滑料板一般与水平面成42度角,使水泥能够自然下滑,滑料板一般为5mm钢板,为整体式。

3工况分析

3.1装料

将散装水泥运输车停于水泥存储塔下,并使车辆进料口与存储塔出料口对正,打开车辆进料口进料,随着罐体内水泥量的增加,水泥对罐体滑料板的压力渐渐增大,当罐体装满水泥,压力增加到最大,然后压力保持不变(压强约为0.14MPa)。如图3所示(红线表示侧滑板受到压力,黑线表示侧滑板变形量)。罐体滑料板的变形也随着压力的增大不断增大,当压力达到最大时,变形量也达到最大,并保持不变。

3.2运输过程

水泥运输时,汽车车轮与地面间的相互作用力在不断地变化着,这些变化与路面形状及其不平度的尺寸、汽车零部件的惯性和弹性特征有关,导致了汽车在行使过程中,发生震动,最终使得罐体中水泥对侧滑板的冲击力不断变化,如图4。由于受力变化,引起了侧滑板形变的不断变化,易导致焊缝疲劳失效。

3.3卸料

空压机工作,向气室内加入压缩气体,气室压力不断增大,当压力达到一定值时,侧滑板、流化床因受到气体压力而向上变形。当压力达到0.19MPa时,打开蝶阀,开始卸料,在此过程,气体压力、货物重力不断变化,侧滑板、流化床变形方向、变形量也不断发生变化(如图5),导致侧滑板、流化床振动和异响。

图3压力、变形随时间变化图4压力、变形随时间变化图5压力随时间变化

4故障分析

散装水泥运输车总是在上述工况中使用,侧滑板、流化床变形和抖动会导致滑料板与罐体连接焊缝、滑料板与多孔板连接焊缝发生疲劳失效,焊缝开裂。焊缝材料的疲劳寿命特性曲线(S-N曲线)如图6所示。

利用UG软件对该结构进行分析。先对散装水泥运输车罐体建模,然后进入UG分析模块,对罐体及内部各部分材料进行设置,再对罐体及内部各部分进行网格划分,设置约束及载荷相关参数,最后进行计算分析。图7为计算分析报告的一部分(滑料板强度分析),可以看出,滑料板与罐体焊接部位,为危险区域,焊缝或滑料板的母材易发生开裂现象。

图6S-N曲线图7滑料板强度分析

焊缝开裂会导致气体不通过多孔板、流化元件而直接进入料室,不能使水泥悬浮流化,水泥输送困难,出料速度减慢,剩余率增大,情况严重的会使车辆失去输送功能。在散装水泥运输车实际使用过程中,罐体内部焊缝开裂也是该类车主要易发生故障之一。

4解决措施

为有效解决焊缝开裂问题,必须消除侧滑板、流化床的变形和抖动。从结构设计的角度考虑,侧滑板、流化床的变形和抖动是因为在同等压力情况下,整体式侧滑板受力面积过大,易发生变形。要消除变形和抖动,必须减小受力面积。故而,将滑料板设计为分体式,由滑料板1、滑料板2、滑料板3组成,如图8、图9所示,滑料板2是“[”形折弯件,先将它定位于罐体内,并焊接,滑料板3是“﹂”形折弯件,将短边与多孔板配合焊接,另一边搭焊于滑料板2上,滑料板1是平板,搭焊于滑料板2、罐体之间。这样,虽然滑料板总受力面积没有变化,但是单个滑料板零件受力面积减小了,不再发生变形,抖动也就消除了,进而解决了罐体内部焊缝开裂的问题。

同样利用UG软件对该结构进行分析。步骤同上。图10为计算分析报告的一部分,可以看出,整个罐体内部结构是安全的,焊缝或滑料板的母材不会发生开裂。

摘要:针对散装水泥运输车罐体内部焊缝开裂的质量问题,从结构原理、工况等角度进行分析,找出出现焊缝开裂根源,提出解决措施。

关键词:散装水泥运输车结构焊接

水泥运输车焊缝开裂责任编辑:刘老师    阅读:人次
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