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推土機松土器齒套開裂原因 及改進措施
松土器懸掛在推土機或平地機尾部，推土機或平地機可根據(jù)施工需要，在行進過程中，將松土器的松土齒下壓插入作業(yè)面，進行松土作業(yè)，耙裂凍土、巖層或堅硬的路面。松土器工作條件惡劣，作業(yè)過程中其松土齒和齒套承受巨大的拉力。
1.存在問題 1 臺某型號推土機在松土作業(yè)過程中，其松土器齒套發(fā)生開裂故障，開裂部位在齒套底部后側(cè)，如圖1 所示。齒套開裂后，維修人員采用焊接方法進行加固，仍然未能遏制裂紋的擴展，最終導(dǎo)致松土器無法使用。 2.原因分析 該推土機松土器松土齒與齒套之間具有較大的間隙，造成松土齒齒桿在齒套內(nèi)出現(xiàn)擺動，擺動角度為β，如圖2a 所示。松土器松土?xí)r，齒桿與齒套分別在區(qū)域1 和區(qū)域2 接觸。松土器處于工作狀態(tài)時，其底座距離接觸區(qū)域2 較遠，依力矩平衡原理，使區(qū)域2 承受的載荷較大，而區(qū)域2 僅有5mm的接觸面，可視為為線接觸，具有明顯的應(yīng)力集中問題。
為了解決區(qū)域2 容易產(chǎn)生開裂故障，我們對其應(yīng)力進行分析。該應(yīng)力計算方法有2 種，一種是用赫茲接觸公式計算，另一種是用有限元軟件模擬分析。我們觀察齒套裂紋較長，說明齒套損壞主要是深層應(yīng)力，該裂紋形狀不適合使用赫茲接觸公式計算接觸應(yīng)力，只能使用有限元軟件模擬分析。 模擬分析時采用松土器位于最大入土深度工況，且作業(yè)中突然撞擊石塊，為此選取沖擊系數(shù)為2，在該工況下模擬分析齒套的應(yīng)力分布。分析結(jié)果如圖2b 所示，從分析結(jié)果可以看出，齒套接觸區(qū)域2 附近的局部應(yīng)力達到1063.7MPa，已超過材料 的強度極限，該分析結(jié)果與實際開裂位置（見圖1）相符合，說明有限元軟件模擬分析基本符合實際工況。 3.改進措施 依據(jù)現(xiàn)場觀察及原因分析結(jié)果，我們決定對齒套采取2 項改進措施，如下所述。 （1）上移接觸區(qū)域 在距離齒套底部增設(shè)1 個角度為δ 的斜面，該角度δ 大于松土齒齒桿在齒套內(nèi)的斜角β ，使齒套底部與松土齒齒桿脫離接觸。這樣松土齒齒桿與齒套接觸區(qū)域就會上移至距離底面h處。接觸區(qū)域上移后，可避免松土齒齒桿與齒套底部的線接觸，從而避免出現(xiàn)應(yīng)力集中。如圖3a所示。 （2）增加接觸面積 在距離齒套底面h 處，再增加1 個角度為a 的斜面，角度a 需小于松土齒齒桿在齒套內(nèi)的擺動角度，當松土齒齒桿與齒套發(fā)生接觸時，首先在h' 處接觸。當推土機拉動松土齒齒桿松土?xí)r，松土齒齒桿與齒套發(fā)生彈性變形，角度a 隨即減小。角度a 的斜面上，松土齒齒桿與齒套全部接觸，即從h 點至h' 點之間的區(qū)域全部接觸，使其接觸面積增大。這樣可以減小松土齒齒桿與齒套接觸位置的應(yīng)力，以進一步減小應(yīng)力集中。
齒套改進部位后的角度尺寸應(yīng)滿足a＜β ＜δ 。我們對改進后的結(jié)構(gòu)進行了有限元軟件模擬分析，分析結(jié)果如圖3b 所示，最大應(yīng)力達到只有440.43MPa，分析結(jié)果表明應(yīng)力較原結(jié)構(gòu)降低了近3 倍。 3.改進效果 松土器齒套經(jīng)結(jié)構(gòu)改進后，解決了應(yīng)力集中問題。改進后的推土機松土器已經(jīng)工作2000 h 以上，其齒套再未出現(xiàn)任何變形、開裂現(xiàn)象，大大提高該松土器工作的可靠性及使用壽命。
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