CC BY
1
УДК 343.148.63
Б01: 10.24412/2071-6168-2024-4-358-359
ИССЛЕДОВАНИЕ НЕИСПРАВНОСТЕЙ ВАЛА НАСОСА ПОГРУЗЧИКА
Е.А. Тарасов
В данной работе исследован преждевременный выход из строя вала экскаватора. Вал был изготовлен из мартенситной нержавеющей стали. Было проведено детальное исследование для определения основной причины разрушений вала. Также были проведены визуальный осмотр, макроанализ, химический анализ, микроструктурные характеристики и фрактографические исследования для выяснения вероятной причины разрушения вала. Наконец, был сделан вывод, что разрушение вала произошло из-за усталости при кручении, вызванной трещинами на корнях резьбы.
Ключевые слова: экскаватор, сталь, вал, разрушение.
Преждевременный выход из строя различных компонентов может повлиять на надежность, доступность и безопасность строительно-дорожных машин. В конечном итоге это приводит к огромным финансовым потерям, что совсем нежелательно. Поэтому в случае неисправности важно выяснить первопричину неисправности с точки зрения конструкции, качества материала и процедуры изготовления. Были проведены работы по выявлению первопричины выхода из строя различных технических компонентов, чтобы предотвратить повторение подобных сбоев в ближайшем будущем, и в то же время приняты меры по устранению неполадок, чтобы избежать подобных сбоев в будущем.
Вал является важнейшим компонентом различных вращающихся систем, используемых строительно-дорожных машинах. Вал - это металлический стержень, обычно цилиндрической формы (цельный или полый), используемый для поддержки вращающихся компонентов или для передачи мощности или движения посредством вращательного или осевого перемещения. Валы могут подвергаться различным нагрузкам, таким как растяжение, кручение, сжатие, изгиб или их комбинация.
Более ранние исследования показали, что большинство отказов вала происходят из-за усталости или неправильной термообработки при изготовлении. В этой статье была предпринята попытка понять причины преждевременного выхода вала из строя. Фотография вышедшего из строя вала показана на рис. 1. На вышедшем из строя валу были проведены визуальный осмотр, химический анализ, микроструктурный анализ и фрактография, чтобы установить первопричину поломки.
Рис. 1. Визуальная фотография вышедшего из строя вала
История неисправности. Вал был изготовлен из мартенситной нержавеющей стали марки 20Х13. Расчетный срок службы вала составлял примерно 5 лет. Выход из строя вала происходит через 10 месяцев эксплуатации экскаватора.
Визуальный осмотр. Визуальный осмотр показывает, что стержень вышел из строя под углом 45° к продольной оси вала (рис. 2). Кроме того, по-видимому, от корней поврежденной резьбы начинается глубокая трещина (рис. 2). Поперечный разрез поверхности излома показан на рис. 2. 3. Поверхность излома содержит ряд концентрических кругов (рис. 3).
Рис. 2. Разрушение вала под углом 45° к оси вала 358
Машиноведение
к.
Рис. J. Вид в поперечном сечении поверхности излома вала
Макроскопическое исследование поверхности трещины. Макроскопическое исследование поверхности излома проводили с помощью оптического микроскопа Macro Dual—Zoom (Model-MeF3, Make-Reichert Jung, Австрия). Для детального анализа была сделана серия макрофотографий. На рисунке 4 показан участок сломанного вала, связанный с глубокой трещиной в корне резьбы. Трещина, инициируемая корнем резьбы, распространяется внутри корпуса вала. Часть поврежденной резьбы плотно прилегает к материалу оболочки.
Рис 4. Часть поврежденной резьбы плотно прилегает к материалу оболочки
Результаты. Результаты анализа химического состава подтверждают соответствие спецификации 20Х13 для стали данной марки.
Анализ микроструктуры поперечного сечения поврежденного вала показывает, что материал течет под углом 45° к оси вала (рис. 5). Это подтверждает, что поломка произошла из-за крутильной нагрузки. Наличие глубокой трещины от поврежденной резьбы и излома под углом 45° к оси вала (рис. 2) подтверждает, что поломка произошла из-за крутильной нагрузки.
Рис. 5. Микроструктура на поперечном сечении вышедшего из строя вала, показывающая поток материала
под углом 45° к оси вала
Микроструктура вала, прилегающая к месту разрушения, состояла из закаленного мартенсита (рис. 6а). Микроструктура, удаленная от места разрушения, также состояла из закаленного мартенсита (рис. 6б). В обоих местах не наблюдалось никаких отклонений от нормальной микроструктуры. Фрактографический анализ зоны излома показал наличие усталостных бороздок.
\ ¿мчъжж-чиъ ?.-г. /лчгшии» -.у-: ишгт-*'-. . гтпп I - ^дкш1
Рис. 6. Оптическая микроструктура (а) рядом с разрушением и (б) вдали от разрушения
Заключение. Результаты этого исследования свидетельствуют о том, что сломанный вал получил прогрессирующее разрушение по причине усталости при кручении из-за наличия трещин у основания резьбы. Перегрузка при кручении привела к потере прочности на сдвиг. Перегрузка при кручении началась с самого начала эксплуатации из-за наличия трещины в основании резьбы. Таким образом, окончательный отказ вала был вызван сочетанием перегрузки при кручении и усталости.
В качестве меры по исправлению положения основание резьбы не должно иметь таких дефектов, как трещины и другие неровности (механические зазубрины и т.д.), чтобы избежать катастрофического преждевременного выхода вала из строя. Резьба и другие части вала могут быть проверены с помощью различных методов нераз-рушающего контроля для обнаружения любых трещин или других дефектов.
Список литературы
1. Герасимова Я.П., Ежов А.А., Маресев М.И. Изломы конструкционных сталей: Справочник. М.: Металлургия, 1987. 272 с.
2. Дефекты стали. Справочник / Под ред. С.М. Новокщеновой, М.И. Винограда. М.: Металлургия 1984.
199 с.
3. Барахтин Б.К., Немец А.М., Калинкин И.П. Металлы и сплавы. Анализ и исследование. Физико-аналитические методы исследования металлов и сплавов. Неметаллические включения. СПб: Профессионал, 2006. 487 с.
4. Металловедение и термическая обработка стали и чугуна. / Под ред. А. Г. Рахштадта. М.: Интермет Инжиниринг, 2004. Т. 1. 2004. 687 с.
Тарасов Евгений Александрович, канд. техн. наук, доцент, 382652@mail. ru, Россия, Воронеж, Воронежский государственный технический университет
INVESTIGATION OF MALFUNCTIONS OF THE LOADER PUMP SHAFT
E.A. Tarasov
In this paper, the premature failure of the excavator shaft is investigated. The shaft was made of martensitic stainless steel. A detailed study was conducted to determine the main cause of the shaft failure. Visual inspection, macroa-nalysis, chemical analysis, microstructural characteristics and fractographic studies were also carried out to determine the probable cause of the shaft failure. Finally, it was concluded that the shaft failure was due to torsional fatigue caused by cracks in the thread roots.
Key words: excavator, steel, shaft, destruction.
Tarasov Evgeny Alexandrovich, candidate of technical sciences, docent, 382652@mail. ru, Russia, Voronezh, Voronezh State Technical University
