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防爆切管机的金属疲劳现象对管道切割作业的影响

防爆切管机是利用机械冷切割原理对管道进行低速、低温、无火花切割作业。主要应用领域为天然气、石油、煤气、矿井等管道抢维修的管道运行维护工作。可以对管道切割作业的同时进行管道坡口作业。防爆切管机具有很宽的管道切割范围 DN200-DN3000mm,而切割不同管径的管道只需更换链条即可,几乎没有成本压力。

防爆切管机在切割管道时,防爆切管机的液压马达从液压泵站的压力油获得动能开始旋转,带动切管机内部齿轮做爬行和驱动铣刀转动并切割管道。在切管机空载过程中,机内齿轮、同轴伞齿轮组及蜗杆蜗轮的运动的碰撞及磨损可忽略不计。在防爆切管机开始进行管道切割作业时,由于铣刀对管道纵向剖切引起的震动,以及齿轮在传递力矩时的周期性变化会造成切管机内部齿轮、齿轮组以及蜗轮、蜗杆的金属疲劳现象。

所谓的金属疲劳(英文词条名:fatigue of metal)是指一种在交变应力作用下,金属材料发生破坏的现象。机械零件在交变压力作用下,经过一段时间后,在局部高应力区形成微小裂纹,再由微小裂纹逐渐扩展以致断裂。

疲劳破坏具有在时间上的突发性,在位置上的局部性及对环境和缺陷的敏感性等特点,故疲劳破坏常不易被及时发现且易于造成事故。应力幅值、平均应力大小和循环次数是影响金属疲劳的三个主要因素。

防爆切管机的变动载荷和循环应力主要体现在管道切割过程中铣刀切割管道引起的周期性或非周期性震动、液压泵站动力源周期性脉冲冲击、齿轮及齿轮组间不均衡受力等。

变动载荷是指载荷的大小、方向随时间变化的载荷,其单位面积上的平均值为变动应力。变动应力可分为周期变动应力(也称循环应力)和无规则随机变动应力。在防爆切管机进行管道切割正常作业时,其变动应力多为循环应力。

循环应力的波形的正弦波、矩形波和三角波等。表征应力循环特征的参量如下:

1.最大循环应力δmax,最小循环应力δmin

2.平均应力:δm=(δmax+δmin)/2

3.应力幅或应力范围:δa=(δmax-δmin)/2

4.应力比:r=δmin/δmax

防爆切管机的齿轮及齿轮组等部件在变动应力和应变长期作用下由于积累损伤而引起的断裂现象称为疲劳。切管机疲劳的破坏过程是切管机零件内部薄弱区域的组织在变动应力作用下,逐渐发生变化和损伤累积、开裂,当裂纹扩展达到一定程度后发生突然断裂的过程,是一个从局部区域开始的损伤累积,最终引起整体破坏的过程。

因此,防爆切管机在进行管道切割和管道坡口作业一段时间后,要进行设备的日常检查和日常维护保养工作。保养工作不仅要包括防爆切管机的润滑油加注、刀片换装、除锈防尘以及清理切屑等工作,还要以一年为周期定期对切管机的机箱进行检查以及定期对齿轮组拆卸、观察零部件的磨损及是否有裂纹产生现象。

定期的检查制度对预防切管机内部齿轮疲劳现象有明显的遏制作用。对出现裂纹和磨损严重的部件进行更换,可以有效地避免由于其中一个部件损坏而造成其它正常部件的非正常更换,用以减少损失,降低人工成本和增加企业效益。