Sử dụng phương trỡnh lan truyền vết nứt mỏi (2.36) được đề xuất cú xột tới tần số tải trọng trong Chương 2, để dự bỏotuổi thọ mỏi KGCH đầu mỏyD19Ẹ
( ) ( ) ( ) ( )( ) 0 0 0 0 1 1 E A I i a t b i I C I i a a N N K K a B f f R K K f − = − − − − −
Từ kết quả tớnh được (∆K)Ii trong phần 4.3 khi vận hành đầu mỏy từ ga Kim Liờn lờn Trạm đỉnh đốo nhận thấy ba điểm: P4, A2 và A9 cú (∆K)Ii lớn hơn (∆K)th*, vậy cú thể dự bỏo tuổi thọ mỏi cho KGCH tại điểm P4, A2 và A9 như sau:
Nhận thấy tại ba điểm cú (∆K)Ii lớn hơn (∆K)*th và đó cú vết nứt phỏt triển ở
xà dọc KGCH đầu mỏy, nờn số chu trỡnh ứng suất N thực tế tại ba điểm trờn xà dọc KGCH đó lớn hơn số chu trỡnh ứng suất ứng với ngưỡng phỏt triển vết nứt, vậy cú thể xỏc định chiều dài vết nứt a bắt đầu vết nứt phỏt triển theo cụng thức như sau:
2 1 th m i K a f π σ = ; Xỏc định chiều dài vết nứt ac bắt đầu phỏ huỷ 2 1 IC c m i K a f π σ =
a0- chiều dài vết nứt ban đầu; a0 = 0,0005 + W. Đó xỏc định trong mục 4.3.2.1.
a - chiều dài vết nứt ứng với số chu trỡnh ứng suất N tại điểm P4: a = 0,006223583
tại điểm A2: a = 0,006316697 tại điểm A9: a = 0,005338366
NE - số chu trỡnh ứng suất tới hạn; NE = 6.106
fi - tần số tải trọng thứ i; fi = 1,5 ữ 25
Khi đầu mỏy vận hành từ ga Kim Liờn lờn Trạm đỉnh đốo, nhận thấy đầu mỏy lờn dốc cao kết hợp với đi vào đường cong bỏn kớnh nhỏ, với vận tốc tương đối thấp, khoảng từ 15 đến 30 km/h, tại mặt cắt nguy hiểm đang xột cú đại lượng ứng suất tương đối cao và tần số cỏc xung ứng suất vào khoảng từ 1,5 đến 10 Hz. [1]
f0- tần số tải trọng nhỏ nhất. f0 = 1,5
KIC - giỏ trị tới hạn của HSCĐUS, từ giỏ trị đú trở lờn thỡ sự lan truyền vết nứt dẫn đến phỏ huỷ hoàn toàn. KIC = 20 MPạm1/2
A và B - cỏc hệ số của vật liệu làm KGCH. Được xỏc định theo cụng thức (2.20) của Paris. Logarit hai vế: lg(da/dN) = B.lg( ∆K) + lgA
Phương trỡnh cú dạng: y =ạx + b
Hỡnh 4.32. Đồ thị quan hệ giữa log(da/dN) và log(∆K), xỏc định cỏc hệ số của vật liệu làm KGCH trong phương trỡnh lan truyền vết nứt mỏi
Tại ba điểm P4, A2 và A9 cú (∆K)Ii lớn hơn (∆K)th* nờn vết nứt đó phỏt triển, ta xỏc đinh A và B - cỏc hằng số của vật liệu làm KGCH, tương ứng với tốc
độ lan truyền vết nứt da/dN khoảng 10-4
đến 10-6 với cỏc (∆K)I từ kết quả thử
nghiệm tốc độ lan truyền vết nứt vật liệu làm KGCH cho trong phụ lục 2
Sử dụng phần mềm chuyờn dựng ta cú biểu thức giải tớch của mối quan hệ
giữa log(da/dN) và log(∆K) cho trong hỡnh 4.32
Ta cú a = 0,22114 và b = - 3,8947
Tớnh đượccỏc hằng số B và A trong phương trỡnh lan truyền vết nứt mỏi cú xột tới tần số tải trọng: B = 4,4913 và A = 1,27438.10-4
* Tớnh toỏn số chu trỡnh ứng suất N theo phương trỡnh lan truyền vết nứt mỏi cú xột tới tần số tải trọng
Đưa giỏ trị của cỏc thụng số được xỏc định ở trờn vào phương trỡnh lan truyền vết nứt mỏi cú xột tới tần số tải trọng, để tớnh số chu trỡnh ứng suất N tại ba
điểm P4, A2 và A9 trờn xà dọc KGCH, cú (∆K)Ii lớn hơn (∆K)th* , khi vận hành đầu mỏy từ ga Kim Liờn lờn Trạm đỉnh đốọ Kết quả tớnh toỏn được cho trong bảng 4.24; 4.25 và 4.26 Bảng 4.24. Số chu trỡnh ứng suất N tại điểm P4 KGCH bắt đầu phỏ huỷ TT σσσσmax (MPa) R fi (Hz) Kli-Katb (MPa) KIC-Kli (MPa) N % 1 127,74 0,36214185 1,50007 0,687752171 12,27010894 5969130,167 99,49 2 127,74 0,36214185 1,50008 0,687752171 12,27010894 5958525,833 99,31 3 127,74 0,36214185 1,50009 0,687752171 12,27010894 5946185,865 99,1 4 127,74 0,36214185 1,5001 0,687752171 12,27010894 5932066,424 98,87 5 127,74 0,36214185 1,5002 0,687752171 12,27010894 5685382,984 94,76 6 127,74 0,36214185 1,5003 0,687752171 12,27010894 5228758,452 87,15 7 127,74 0,36214185 1,5004 0,687752171 12,27010894 4542931,598 75,72 8 127,74 0,36214185 1,5005 0,687752171 12,27010894 3613360,947 60,22 9 127,74 0,36214185 1,5006 0,687752171 12,27010894 2428191,633 40,47 10 127,74 0,36214185 1,5007 0,687752171 12,27010894 977334,2111 16,29 Bảng 4.25. Số chu trỡnh ứng suất N tại điểm A2 KGCH bắt đầu phỏ huỷ TT σσσσmax (MPa) R fi (Hz) Kli-Katb (MPa) KIC-Kli (MPa) N % 1 126,795 0,40873063 1,50006 0,47284232 12,3750695 5955978,409 99,27 2 126,795 0,40873063 1,50007 0,47284232 12,3750695 5938096,976 98,97 3 126,795 0,40873063 1,50008 0,47284232 12,3750695 5916832,192 98,61 4 126,795 0,40873063 1,50009 0,47284232 12,3750695 5892086,956 98,2 5 126,795 0,40873063 1,5001 0,47284232 12,3750695 5863773,356 97,73
6 126,795 0,40873063 1,5002 0,47284232 12,3750695 5369101,072 89,49 7 126,795 0,40873063 1,5003 0,47284232 12,3750695 4453435,632 74,22 8 126,795 0,40873063 1,5004 0,47284232 12,3750695 3078152,655 51,3 9 126,795 0,40873063 1,5005 0,47284232 12,3750695 1214092,232 20,23 Bảng 4.26. Số chu trỡnh ứng suất N tại điểm A9 KGCH bắt đầu phỏ huỷ TT σσσσmax (MPa) R fi (Hz) Kli-Katb (MPa) KIC-Kli (MPa) N % 1 137,925 0,39249592 1,5002 1,895874081 10,99845052 5980090,655 99,67 2 137,925 0,39249592 1,5003 1,895874081 10,99845052 5951194,903 99,19 3 137,925 0,39249592 1,5004 1,895874081 10,99845052 5907794,951 98,46 4 137,925 0,39249592 1,5005 1,895874081 10,99845052 5848970,597 97,48 5 137,925 0,39249592 1,5006 1,895874081 10,99845052 5773971,65 96,23 6 137,925 0,39249592 1,5007 1,895874081 10,99845052 5682159,64 94,7 7 137,925 0,39249592 1,5008 1,895874081 10,99845052 5572975,851 92,88 8 137,925 0,39249592 1,5009 1,895874081 10,99845052 5445921,722 90,77 9 137,925 0,39249592 1,501 1,895874081 10,99845052 5300545,87 88,34 10 137,925 0,39249592 1,502 1,895874081 10,99845052 2760656,737 46,01 * Nhận xột: Qua kết quả tớnh số chu trỡnh ứng suất tại ba điểm P4, A2 và A9 trờn KGCH khi Đầu mỏy vận hành lờn dốc cao kết hợp với đi vào đường cong bỏn kớnh nhỏ, với vận tốc tương đối thấp, tại mặt cắt nguy hiểm đang xột cú đại lượng ứng suất tương đối cao khi tần số cỏc xung ứng suất nhỏ và cú giỏ trị càng gần bằng tần số nhỏ nhất f0 thỡ số chu trỡnh ứng suất càng giảm mạnh. Với trạng thỏi ứng suất của điểm P4 số chu trỡnh ứng suất cho đến khi bắt đầu phỏ huỷ chỉ cũn khoảng 16 %, với trạng thỏi ứng suất của điểm A9 số chu trỡnh ứng suất cho đến khi bắt đầu phỏ huỷ giảm it hơn và cũn khoảng 94 %.
4.5 Một số biện pháp nâng cao độ bền mỏi cho KGCH
Kết cấu KGCH đầu mỏy D19E là kết cấu hàn và là kết cấu lớn tương đối phức tạp, cú nhiều thanh, dầm liờn kết giao nhau thẳng gúc và cú nhiều mối hàn giao nhau, do vậy tồn tại ứng suất tập trung cục bộ, tạo nờn sự tập trung ứng suất khối, (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
ứng suất khụng gian rất phức tạp trờn khung giỏ, đó làm ảnh hưởng đến độ bền mỏi tại khu vực nhạy cảm của kết cấụ Trong quỏ trỡnh vận hành ở điều kiện chịu tải trọng động, tải trọng chu kỡ, cỏc vị trớ tập trung ứng suất này trở thành trung tõm cú tần suất xuất hiện vết nứt cao nhất. Đõy cú thể là cỏc vết nứt mỏi, nứt kết tinh, một trong cỏc khuyết tật khụng cho phộp tồn tại đối với khung giỏ. Trờn thực tế sau khi
đưa vào vận hành Đầu mỏy đợt nhập thứ nhất một thời gian, đó cú hiện tượng trờn khung giỏ tại nhiều vị trớ xuất hiện vết nứt. Trong phần tớnh toỏn 4.3 ở trờn, ta nhận thấy hai yếu tốảnh hưởng lớn đến độ bền mỏi của KGCH đú là:
- Kết cấu của KGCH tồn tại ứng suất tập trung cục bộ cú điểm trờn KGCH đó chịu tải lớn hơn GHBM và vượt qua ngưỡng phỏt triển vết nứt.
- Quỏ trỡnh vận hành đầu mỏy ở những điều kiện khú khăn, cú điểm trờn KGCH đó chịu tải lớn với những tần số nhỏ bất lợi, làm giảm tuổi thọ
mỏi đỏng kể.
Bởi vậy, trong thiết kế, chế tạo, vận dụng, bảo dưỡng sửa chữa chi tiết, việc giảm nhỏ ứng suất tập trung khụng đỏng cú và giảm thấp mức độ ứng suất tập trung cục bộ và quỏ trỡnh vận hành đầu mỏy ở những điều kiện khú khăn, trỏnh những tần số phụ tải nhỏ bất lợi đối với KGCH, là rất cần thiết và quan trọng.
4.5.1. Giảm mức độứng suất tập trung cục bộ của kết cấu
4.5.1.1. Liờn kết giữa cỏc kết cấu của kết cấu cần cú khả năng trơn nhón, liờn tục. Trong kết cấu KGCH, sự liờn kết giao nhau giữa cỏc dầm là khụng trỏnh khỏị Với những phương thức giao nhau thẳng gúc của cỏc xà dọc và xà ngang trong kết cấu, để cú thể giảm thấp mức độ ứng suất tập trung cục bộ, cú thể dựng phương phỏp quỏ độ. Khi sửa chữa cần gia cường thờm tại chỗ gúc cỏc tấm cú cung trũn hoặc cạnh vỏt giữa cỏc xà dọc và xà ngang, giữa cỏc tay kộo và xà dọc trong kết cấu KGCH, vị trớ nờn được gia cường cho trong hỡnh 4.33.
Hỡnh 4.33. Vị trớ nờn được gia cường trờn KGCH
4.5.1.2. Chọn kớch thước lỗ nhỏ nhất
Trong kết cấu KGCH, thường gập phải nhu cầu khoan lỗ, tạo ra nơi cú ứng suất tập trung, nơi dể sản sinh vết nứt mỏị Trong Chương 2 ta đó biết cường độ ứng suất đầu vết nứt làKI = σ πa.f ( )g trong hệ số hiệu chỉnh f(g) tăng lờn khi a/r giảm nhỏ. Với điều kiện chiều dài vết nứt như nhau, thỡ KI sẽ tăng khi r tăng. Do đú , lỗ cú kớch thước nhỏ, tớnh năng chống phỏ hủy tốt hơn. Trong quỏ trỡnh sửa chữa cần chỳ ý đến lỗ chốt của cỏc lũ xo bầu dầu và lỗ định vị chuyển
động ngang của hộp dầu đầu trục trờn xà dọc KGCH 4.5.1.3. Biện phỏp kết cấu giảm ứng suất dư
Ứng suất kộo dư trong một số trường hợp đạt đến giới hạn chảy (trong vựng
, núi chung khụng giảm được ứng suất dư do kộo dọc xà gõy ra do co dọc, song cú thể
giảm được một cỏch đỏng kểứng suất gõy ra do co ngang. [12]
Để giảm ứng suất dư thỡ biện phỏp quan trọng đầu tiờn là việc xem xột vật
liệu làm KGCH và lựa chọn dõy, que hàn. Kim loại KGCH khụng được cú tớnh dễ
tụi khi nguội trong khụng khớ, dõy hàn phải cho kim loại chảy cú tớnh dẻo khụng kộm kim loại KGCH. Để làm giảm ứng suất mặt phẳng và ứng suất cơ khối khụng
nờn cú cỏc đường hàn giao nhau hay cỏc đường cong khộp kớn và nhỏ. Số lượng
đường hàn nờn giảm đến mức tối thiểu và tiết diện của nú khụng được lớn hơn kớch thước thiết kế. Gõn tăng cứng phải phõn bố để sao cho khi hàn sẽ nung núng cựng một chỗ ở hai phớa của kim loại KGCH, như vậy sẽ làm giảm độ co ngang của vỏch và vỡ thế mà giảm ứng suất chung của kết cấụ
4.5.1.4. Biện phỏp cụng nghệ hàn
Cụng nghệ hàn là một trong những cụng nghệ chủ yếu trong chế tạo, sửa chữa kết cấu KGCH. Đối với kết cấu hàn khuyết tật thường là: rỗ khớ, kẹt xỉ, khụng thấu, xẹo hàn, cắn mộp và cỏc vết nứt (vết nứt kim loại hàn và vết nứt vật liệu kết cấu)… Ngoài ra tại vựng hàn thường khụng trỏnh khỏi việc tồn tại ứng suất dư ba chiều hiển nhiờn là sự tồn tại ứng suất hàn và ứng suất dư sẽ giảm thấp tớnh năng chống phỏ huỷ của kết cấu hàn; Bởi vậy, khống chế chặt chẽ cụng nghệ hàn để đảm bảo chất lượng kết cấu KGCH là cực kỳ quan trọng.
Đối với cỏc kết cấu hàn, ngoài việc phải tận khả năng làm giảm nhỏ sản sinh cỏc loại vết nứt và khuyết tật ra, do biến dạng hàn mà nảy sinh ứng suất dư và mụmen phụ tại vựng phụ cận đầu mối hàn… đều gõy ảnh hưởng xấu đến tớnh chống phỏ huỷ và tuổi thọ của kết cấu hàn, do đú việc chế định quy trỡnh cụng nghệ hàn tốt nhất, nghiờm khắc tuõn thủ quy trỡnh cụng nghệ hàn, nhằm đảm bảo chất lượng của kết cấu là rất quan trọng.
Để khử hay giảm ứng suất dư sau khi hàn người ta xử lý nhiệt theo hai cỏch: - Ram cao toàn bộ: khụng ỏp dụng được với cỏc kết cấu KGCH.
- Ram cục bộ: Nung núng vựng lõn cận mối hàn đến 6000C bằng điện hay ngọn lửa khớ. Phương phỏp này khụng khửđược hoàn toàn ứng suất dư, giảm được khỏ lớn ứng suất dư, tăng khả năng làm việc của kết cấu KGCH. 4.5.1.5 Giải phỏp ngăn chặn vết nứt mỏi 1) Kiểm tra kết cấu KGCH cú vết nứt: Việc tiến hành tu sửa hợp lý đối với kết cấu KGCH, thanh, dầm, xà trờn KGCH cú vết và những bộ phận bị phỏ hủy là một mặt quan trọng của việc kiểm trạ Giải phỏp tu sửa chủ yếu là hàn. Mục đớch của nú là khụi phục hỡnh dạng và cụng năng vốn cú của kết cấu KGCH
Loại bỏ hoặc thay thế bộ phận cú vết nứt mỏi trờn kết cấu KGCH: như tấm cạnh, tấm đỏy hoặc tấm trờn của xà dọc KGCH
Đối với một số chi tiết thanh, dầm, xà trờn KGCH, thường xuất hiện tỡnh huống là: Sau khi đó dựng một phương phỏp nào đú sửa chữa khụi phục, thỡ một thời gian ngắn sau đú, tại vết nứt cũ hoặc gần đú lại phỏt hiện vết nứt mớị Nguyờn nhõn của hiện tượng này cú khả năng như sau:
- Vấn đề thuộc về bản thõn kết cấụ - Sửa chữa chưa tốt.
- Phụ cận vết nứt cũ tồn tại vết nứt tế vi khi sửa chữa chưa kịp loại trừ nờn sau đú phỏt triển.
2) Biện phỏp sửa chữa kộo dài tuổi thọ kết cấu: (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Trong quỏ trỡnh sửa chữa cỏc chi tiết, khi cú nghi ngờ bề mặt chi tiết cú vết nứt tế vi, người ta cũng dựng phương phỏp phun bi để xử lý. Mục đớch là tạo thành một lớp bề mặt chịu nộn, giống như xử lý lăn ộp, bản chất là đưa vào lớp bề mặt chi nộn ứng suất nộn dư.
4.5.2. Trỏnh vận dụng đầu mỏy khi KGCH chịu tải với tần số nhỏ bất lợi
Trong quỏ trỡnh vận hành Đầu mỏy ở những khu gian cú độ dốc cao và
đường cong bỏn kớnh nhỏ khụng nờn chạy tàu với vận tốc quỏ nhỏ, nhanh chúng
trỏnh vận hành đầu mỏy với tốc độ v ≈ 15 km/h trờn đường đốo dốc cao, cú ứng suất trung bỡnh lớn và cú tần số nhỏ, cần thực hiện tốt cỏc việc sau:
- Sửa lại đường một số khu gian giảm độ dốc, tăng bỏn kớnh đường cong; - Duy tu, bảo dưỡng đường sắt
- Lập biểu đồ chạy tàu tại cỏc khu gian cú độ dốc cao và đường cong bỏn kớnh nhỏ hợp lý
- Lỏi tàu thực hiện chạy tàu đỳng với biểu đồ chạy tàu và cỏc cụng lệnh chạy tàu
4.6. Kết luận chương 4
1. Việc phõn tớch kết cấu thực tế của KGCH đầu mỏy D19E thuộc lụ đầu tiờn gồm 10 đầu mỏy đang vận dụng tại Xớ nghiệp đầu mỏy Hà Nội cho thấy kết cấu của một số phận khụng tương thớch với bản vẽ do nhà chế tạo Trung Quốc cung cấp, cụ thể là:
- Tấm trờn của xà dọc KGCH khụng đủ rộng đểđỡ toàn phần tấm đỡ gối đỡ
cao su giảm chấn liờn kết với giỏ xe (04 vị trớ);
- Tấm dưới của xà dọc KGCH khụng cú tấm đỡ hỡnh thoi tại cỏc vị trớ liờn kết với khối đỡ lũ xo và thanh kộo của bầu dầu đầu trục (06 vị trớ);
- Tất cả cỏc tấm kết cấu hàn thành xà dọc và xà ngang của KGCH đều cú độ
Cỏc phõn tớch núi trờn cũn cho thấy kết cấu KGCH được thiết kế tại những vựng nguy hiểm và nhạy cảm trờn xà dọc là khụng hợp lý: cỏc chõn của thanh kộo khụng cú cạnh vỏt theo phương phỏp quỏ độ liờn kết với tấm dưới của xà dọc để