Analýza příčin trhlin ve svarech mezi stojinou a hřídelí jeřábového bubnu

Tato analýza trhlin ve svarovém spoji bubnu jeřábu zkoumá případ, kdy u dlouhodobě provozovaného jeřábu došlo ke vzniku trhlin ve svarovém spoji mezi stojinou bubnu a hřídelí bubnu. Ačkoli se viditelné poškození jeví jako lokální problém s únavou kovu, základní příčiny mohou zahrnovat konstrukční návrh, postup svařování, stav materiálu, přenos napětí, kvalitu výroby a montáže a provozní podmínky.

1. Vztah mezi jeřábovým bubnem, stojinou, nábojem a hřídelí

Ve zdvihacích zařízeních je buben klíčovým převodovým prvkem používaným k navíjení ocelového lana a zvedání nebo tahání břemene. Plášť bubnu nese ocelové lano, zatímco na obou koncích pláště jsou obvykle uspořádány stojinové desky, které spojují plášť s nábojem nebo hřídelí.

V běžné konstrukci je náboj přivařen ke středu stojiny. Náboj je poté spojen s hřídelí bubnu pomocí pera a hřídel je podepřena ložisky. V tomto případě je stojina přivařena přímo k hřídeli bubnu a hřídel bubnu je dlouhá hřídel.

Stojinová deska tedy není jen spojovací deskou. Také přenáší krouticí moment a radiální sílu mezi pláštěm bubnu a hřídelí bubnu. Obecné reference o poruchách bubnu často zmiňují únavové trhliny jako podmínku náhrady; tento případ se konkrétněji zabývá tím, proč může praskání vzniknout kolem svaru mezi stojinovou deskou a hřídelí.

2. Proč se trhlina objevuje poblíž strany hřídele bubnu

Z mechanického hlediska je stojina bubnu tenká deska vystavená krutu, ohybu, tahu a stlačení a rovinnému smyku. V blízkosti hřídele bubnu se může vyskytnout několik nepříznivých podmínek současně: náhlá změna průřezu, vliv svaru a cyklické zatížení.

2.1 Koncentrace napětí v důsledku náhlé změny průřezu

V oblasti blízko hřídele bubnu přechází konstrukce z relativně tlusté hřídele na tenčí stojinu. Pro axiální polohování a svařování je v odpovídající poloze stojiny často uspořádáno osazení hřídele. Pokud je poloměr přechodu příliš malý nebo přechod není plynulý, může dojít ke koncentraci napětí.

Vady svaru, jako je podřezání a neúplné provaření, se mohou také stát zdroji iniciace trhlin.

2.2 Cyklické namáhání a rázové zatížení

Když buben pracuje, tahová síla generovaná navíjením ocelového lana se přenáší přes plášť bubnu na stojinu a poté na hřídel bubnu. Každé navíjení a zvedání opakovaně zatěžuje tuto oblast, což může působit jako nízkocyklová únava v kombinaci s lokálním rázovým zatížením.

2.3 Zbytkové napětí při svařování

Když jsou stojinová deska a hřídel bubnu svařeny dohromady, dochází v oblasti svaru k lokálnímu smrštění v důsledku vysoké teploty a ochlazování. Pokud svařovaná konstrukce není po svařování zcela žíhána nebo uvolněna z pnutí, zůstává kolem svaru zbytkové tahové napětí. Pokud se toto zbytkové tahové napětí superponuje k provoznímu zatížení, je pravděpodobnější vznik trhliny.

3. Proces vývoje trhliny v stojině

Vývoj trhliny lze rozdělit do tří fází.

První fází je iniciace. V kořeni svaru nebo v přechodovém poloměru se mikroskopické defekty mohou stát zdroji trhlin v důsledku kombinovaného působení zbytkového napětí při svařování a pracovního napětí.

Druhou fází je šíření. Během každého zvedání se zatížení přenáší po stejné dráze a vrchol napětí se opakuje. Trhlina se postupně šíří podél hranice zrn materiálu. Lomová plocha může vykazovat radiální nebo skořepinové rysy.

Třetí fází je lom. Když zbývající účinný průřez již není dostatečný k únosnosti zatížení, může dojít k náhlému křehkému lomu, který může být doprovázen odtržením stojiny nebo oddělením od hřídele bubnu.

4. Běžné příčiny praskání svarů mezi stojinou a hřídelí jeřábového bubnu

4.1 Faktory konstrukčního návrhu

Pokud přechod mezi stojinou a nábojem nebo hřídelí bubnu nevyužívá přiměřený poloměr, může se napětí náhle změnit. Pokud je tloušťka stojiny nedostatečná, může být také nedostatečná rezerva únavové pevnosti. Špatně zvolené místo svaru může riziko dále zvýšit, zejména pokud se svar nachází v zóně s vysokým napětím, nikoli v oblasti s nižším napětím.

4.2 Faktory kvality svařování

Mezi běžné vady svaru patří neúplné provaření, vměstky strusky, pórovitost, podřezání a jizvy po svaru. Pokud se po svařování neprovede nedestruktivní testování, jako je ultrazvukové testování nebo radiografické testování, mohou skryté vady v konstrukci zůstat po dlouhou dobu.

Neoptimalizované parametry svařování a nedostatečné odlehčení pnutí po svařování mohou také zvýšit riziko. U velkých bubnových konstrukcí může být obtížné provést tepelné zpracování pro odlehčení pnutí. Také může být obtížné plně aplikovat odlehčení vibračního pnutí a přirozené stárnutí nebo jiné ošetření stárnutím může být ovlivněno požadavky harmonogramu projektu.

4.3 Provozní zatížení nad rámec návrhových podmínek

Dlouhodobé přetížení nad rámec jmenovitého zatížení může zvýšit riziko únavy konstrukce. Časté rozjíždění a brzdění během zvedání může vytvářet velká rázová zatížení. Pokud je ocelové lano nesprávně uspořádáno na bubnu, rozložení síly na bubnu se stane nerovnoměrným a lokální napětí může být mnohem vyšší než návrhová hodnota.

4.4 Chyby při výrobě a montáži

Pokud je uložení mezi vnitřním otvorem stojiny a hřídelí příliš těsné nebo příliš volné, může se počáteční lokální napětí stát nerovnoměrným. Napětí při montáži, které nebylo zcela uvolněno, se může později kombinovat s provozním napětím.

4.5 Koroze a faktory prostředí

Pokud je buben dlouhodobě vystaven vlhkému nebo korozivnímu prostředí, je oblast svaru náchylnější ke korozi. Zkorodované oblasti jsou také běžnými místy pro vznik mikrotrhlin.

5. Inspekce, opravy a preventivní opatření

U stávajícího zařízení lze pravidelně provádět magnetoprašné nebo ultrazvukové testování kolem svaru mezi stojinou a hřídelí bubnu. Pokud se zjistí trhliny, je třeba stojinu včas opravit svařením nebo vyměnit a zkontrolovat uspořádání ocelového lana, aby se zabránilo excentrickému zatížení.

Při návrhu nebo výrobě nového jeřábového bubnu by měl být optimalizován přechodový poloměr a poloha svaru by měla být uspořádána tak, aby se co nejvíce zabránilo oblasti maximálního napětí. Postup svařování by měl být přísně kontrolován. Pro snížení zbytkového napětí lze použít vícevrstvé a symetrické svařování a v závislosti na skutečných podmínkách lze použít vibrační stárnutí nebo přirozené stárnutí.

Pro řízení provozu je třeba se vyvarovat dlouhodobého přetížení a častého spouštění a brzdění. Uspořádání ocelových lan by mělo splňovat platné požadavky a opotřebovaná ocelová lana by měla být pravidelně vyměňována.

Praskání svarů jeřábového bubnu obvykle není způsobeno jediným faktorem. Postupná kontrola konstrukce, svařování, zatížení, montáže a prostředí pomáhá objasnit zdroj trhliny a zvolit nápravná opatření, která odpovídají skutečným podmínkám na místě.

Cindy

WhatsApp: +86 191 3738 6654

E-mailem: cindywang@hndfcrane.com

Jsem Cindy, mám 10 let pracovních zkušeností v odvětví jeřábů a nashromáždila jsem bohaté odborné znalosti. Vybral jsem uspokojivé jeřáby pro více než 500 zákazníků. Pokud máte nějaké potřeby nebo dotazy ohledně jeřábů, neváhejte mě kontaktovat, využiji své odborné znalosti a praktické zkušenosti, abych vám pomohl problém vyřešit!