Keevitusdeformatsiooni mõju analüüs rullketi väsimuse elueale

Keevitusdeformatsiooni mõju analüüs rullketi väsimuse elueale

Sissejuhatus
Olulise põhikomponendina, mida laialdaselt kasutatakse erinevates mehaanilistes ülekande- ja transpordisüsteemides, on selle jõudlus ja eluigarullkettavaldavad olulist mõju kogu seadme töökindlusele ja tööefektiivsusele. Rullketi väsimuskesta eluiga mõjutavate paljude tegurite hulgas on keevitusdeformatsioon oluline aspekt, mida ei saa ignoreerida. See artikkel uurib põhjalikult keevitusdeformatsiooni mõju mehhanismi, mõju astet ja vastavaid kontrollmeetmeid rullketi väsimuskesta elueale, eesmärgiga aidata seotud tööstusharude praktikutel seda probleemi paremini mõista, et võtta tõhusaid meetmeid rullketi kvaliteedi ja töökindluse parandamiseks, selle kasutusea pikendamiseks ja mehaanilise süsteemi stabiilse töö tagamiseks.

1. Rullketi struktuur ja tööpõhimõte
Rullkett koosneb tavaliselt põhikomponentidest, nagu sisemine ketiplaat, välimine ketiplaat, tihvtivõll, hülss ja rull. Selle tööpõhimõte on jõu ja liikumise edastamine rulli ja ketiratta hammaste hambumise kaudu. Ülekandeprotsessi käigus allutatakse rullketi erinevad komponendid keerukatele pingetele, sealhulgas tõmbepingele, paindepingele, kontaktpingele ja löögikoormusele. Nende pingete korduv toime põhjustab rullketi väsimuskahjustusi ja mõjutab lõpuks selle väsimuse eluiga.

2. Keevitusdeformatsiooni põhjused
Rullketi tootmisprotsessis on keevitamine peamine protsess, mida kasutatakse keti välimise plaadi ühendamiseks tihvtivõlli ja muude komponentidega. Keevitusdeformatsioon on keevitusprotsessis aga vältimatu. Peamised põhjused on järgmised:
Keevitussoojuse sisend: Keevitamise ajal põhjustab kaare tekitatud kõrge temperatuur keevisliite lokaalset ja kiiret kuumenemist, mis omakorda põhjustab materjali paisumist. Pärast keevitamist jahutamisel keevisliit kahaneb. Keevitusala ja ümbritsevate materjalide ebaühtlase kuumenemis- ja jahutuskiiruse tõttu tekivad keevituspinged ja deformatsioonid.
Keevitusliite jäikuse piirang: Kui keevitusliite keevitusprotsessi ajal jäigalt ei kinnitata, on keevituspinge mõjul tõenäolisem deformeeruda. Näiteks õhukeste ketiplaatide keevitamisel võib ketiplaat pärast keevitamist painduda või väänduda, kui nende kinnitamiseks pole sobivat klambrit.
Ebamõistlik keevitusjärjestus: ebamõistlik keevitusjärjestus põhjustab keevituspinge ebaühtlast jaotumist, mis omakorda suurendab keevituse deformatsiooni. Näiteks mitmekordse keevituse korral, kui keevitust ei tehta õiges järjekorras, võivad mõned keevisõmbluse osad sattuda liigse keevituspinge alla ja deformeeruda.
Valed keevitusparameetrid: Keevitusvoolu, pinge ja keevituskiiruse vale seadistamine võib samuti põhjustada keevitusdeformatsiooni. Näiteks kui keevitusvool on liiga suur, kuumeneb keevisliite üle, mis suurendab soojuskoormust ja põhjustab suuremat keevitusdeformatsiooni; kui keevituskiirus on liiga aeglane, jääb keevitusala liiga pikaks, mis suurendab samuti soojuskoormust ja põhjustab deformatsiooni.

3. Keevitusdeformatsiooni mõju mehhanism rullketi väsimuskesta elueale

Pingekontsentratsiooni mõju: Keevitusdeformatsioon põhjustab lokaalset pingekontsentratsiooni sellistes komponentides nagu rullketi välimine ketiplaat. Pingekontsentratsiooni piirkonnas on pingetase palju kõrgem kui teistes osades. Vahelduva pinge mõjul on nendes piirkondades suurem tõenäosus tekitada väsimuspragusid. Kui väsimuspragu tekib, laieneb see pinge mõjul edasi, põhjustades lõpuks välimise ketiplaadi purunemise, mis omakorda põhjustab rullketi purunemise ja väsimuse eluea lühenemise. Näiteks keevitusdefektid, nagu süvendid ja sisselõiked välimisel ketiplaadil pärast keevitamist, moodustavad pingekontsentratsiooni allika, kiirendades väsimuspragude teket ja laienemist.

Geomeetrilise kuju hälve ja sobitusprobleemid: Keevitusdeformatsioon võib põhjustada rullketi geomeetrias kõrvalekaldeid, mistõttu see ei sobi kokku teiste komponentidega, näiteks ketiratastega. Näiteks võib välimise lüliplaadi paindedeformatsioon mõjutada rullketi üldist sammu täpsust, põhjustades rulli ja ketiratta hammaste vahel halba haardumist. Ülekandeprotsessi ajal tekitab see halb haardumine täiendavaid löökkoormusi ja painutuspingeid, mis süvendab rullketi erinevate komponentide väsimuskahjustusi ja vähendab seeläbi väsimuskindlust.
Materjali omaduste muutused: Keevitamise ajal tekkiv kõrge temperatuur ja sellele järgnev jahutusprotsess põhjustavad keevitusala materjali omaduste muutusi. Ühelt poolt võib keevituse kuummõjutsoonis olev materjal jämeneda ja kõveneda, mis vähendab materjali sitkust ja plastilisust ning suurendab väsimuskoormuse all hapruse tekkimise riski. Teisest küljest lisandub keevitusdeformatsioonist tekkiv jääkpinge tööpingele, mis süvendab veelgi materjali pingeseisundit, kiirendab väsimuskahjustuste teket ja mõjutab seega rullketi väsimuskesta eluiga.

4. Keevitusdeformatsiooni mõju analüüs rullkettide väsimuse elueale
Eksperimentaalsed uuringud: Suure hulga eksperimentaalsete uuringute abil saab kvantitatiivselt analüüsida keevitusdeformatsiooni mõju rullkettide väsimuskestale. Näiteks viisid teadlased läbi väsimuskesta katseid erineva keevitusdeformatsiooni astmega rullkettidega ja leidsid, et kui välimise lüliplaadi keevitusdeformatsioon ületab teatud piiri, väheneb rullketi väsimuskest märkimisväärselt. Eksperimentaalsed tulemused näitavad, et sellised tegurid nagu pingekontsentratsioon ja keevitusdeformatsioonist tingitud materjali omaduste muutused lühendavad rullketi väsimuskest 20–50%. Mõju määr sõltub keevitusdeformatsiooni raskusastmest ja rullketi töötingimustest.
Numbriline simulatsioonianalüüs: Numbriliste simulatsioonimeetodite, näiteks lõplike elementide meetodi abil saab keevitusdeformatsiooni mõju rullketi väsimuse elueale põhjalikumalt uurida. Rullketi lõplike elementide mudeli loomisega, võttes arvesse selliseid tegureid nagu geomeetrilise kuju muutused, jääkpingete jaotus ja keevitusdeformatsioonist tingitud materjali omaduste muutused, simuleeritakse ja analüüsitakse rullketi pingete jaotust ja väsimuspragude levikut väsimuskoormuse all. Numbrilise simulatsiooni tulemusi kontrollitakse vastastikku eksperimentaalse uuringuga, selgitades täpsemalt keevitusdeformatsiooni mõju mehhanismi ja ulatust rullketi väsimuse elueale ning pakkudes teoreetilise aluse rullketi keevitusprotsessi ja konstruktsiooni optimeerimiseks.

5. Meetmed keevitusdeformatsiooni kontrollimiseks ja rullketi väsimuse eluea parandamiseks
Optimeeri keevitusprotsessi:
Valige sobiv keevitusmeetod: erinevatel keevitusmeetoditel on erinev soojuskoormus ja soojusmõju omadused. Näiteks on gaasiga varjestatud keevitusel võrreldes kaarkeevitusega eelised madal soojuskoormus, suur keevituskiirus ja väike keevitusdeformatsioon. Seetõttu tuleks rullkettide keevitamisel eelistada täiustatud keevitusmeetodeid, näiteks gaasiga varjestatud keevitust, et vähendada keevitusdeformatsiooni.
Keevitusparameetrite mõistlik reguleerimine: rullketi materjali, suuruse ja muude tegurite põhjal saab keevitusvoolu, pinget, keevituskiirust ja muid parameetreid täpselt reguleerida, et vältida keevitusdeformatsiooni, mis on põhjustatud liiga suurtest või liiga väikestest keevitusparameetritest. Näiteks keevituskvaliteedi tagamise eelduseks on keevitusvoolu ja -pinge sobiva vähendamine, et vähendada keevitussoojuse sisendit ja seega keevitusdeformatsiooni.
Kasutage sobivat keevitusjärjestust: Mitme keevituskäiguga rullkettkonstruktsioonide puhul tuleks keevitusjärjestus mõistlikult korraldada nii, et keevituspinge jaotuks ühtlaselt ja lokaalne pingekontsentratsioon väheneks. Näiteks sümmeetrilise keevituse ja segmenteeritud tagasikeevituse keevitusjärjestus aitab keevitusdeformatsiooni tõhusalt kontrollida.
Kinnitusvahendite kasutamine: Sobivate kinnitusvahendite projekteerimine ja kasutamine on rullkettide keevitusdeformatsiooni kontrollimiseks ülioluline. Enne keevitamist kinnitatakse keevisdetail kinnitusvahenditega kindlalt õigesse asendisse, et piirata selle liikumist ja deformatsiooni keevitamise ajal. Näiteks jäiga fikseerimismeetodi ja sobiva kinnitusjõu rakendamisega keti välimise plaadi mõlemas otsas saab tõhusalt vältida paindedeformatsiooni keevitamise ajal. Samal ajal saab kinnitusvahendit pärast keevitamist kasutada ka keevisdetaili korrigeerimiseks, et keevitusdeformatsiooni veelgi vähendada.
Keevitusjärgne kuumtöötlus ja korrigeerimine: Keevitusjärgne kuumtöötlus aitab kõrvaldada keevitusjärgseid jääkpingeid ja parandada keevituspiirkonna materjali omadusi. Näiteks rullketi korralik lõõmutamine võib viimistleda keevituspiirkonna materjalitera, vähendada materjali kõvadust ja jääkpingeid ning parandada selle sitkust ja väsimuskindlust. Lisaks saab juba keevitusdeformatsiooni tekitanud rullkettide puhul kasutada mehaanilist korrigeerimist või leegikorrektsiooni, et taastada nende kuju konstruktsioonilähedaseks ja vähendada geomeetrilise kuju kõrvalekalde mõju väsimuskindlusele.

6. Kokkuvõte
Keevitusdeformatsioonil on oluline mõju rullkettide väsimuskindlusele. Selle tekitatud pingekontsentratsioon, geomeetrilise kuju hälve ja sobitusprobleemid ning materjali omaduste muutused kiirendavad rullkettide väsimuskahjustusi ja lühendavad nende kasutusiga. Seetõttu tuleb rullkettide tootmisprotsessis võtta tõhusaid meetmeid keevitusdeformatsiooni kontrollimiseks, näiteks keevitustehnoloogia optimeerimine, kinnitusdetailide kasutamine, keevitusjärgne kuumtöötlus ja korrigeerimine jne. Nende meetmete rakendamisega saab oluliselt parandada rullkettide kvaliteeti ja töökindlust ning pikendada nende väsimuskindlust, tagades seeläbi mehaaniliste ülekande- ja konveiersüsteemide stabiilse töö ning pakkudes tugevat tuge seotud tööstusharude tootmisele ja arengule.