Projeto de vida à fadiga e otimização de adaptação de cargas vibratórias de esteira para clipes elásticos
Quais são os principais impactos da amplitude e frequência da carga de vibração da esteira na vida útil em fadiga dos clipes de mola da esteira?
A amplitude e a frequência da carga de vibração da esteira são os dois fatores principais que afetam a vida útil em fadiga dos clipes de mola da esteira. Seu efeito combinado determina diretamente a taxa de dano por fadiga do clipe; quanto maior a amplitude e maior a frequência, menor será a vida em fadiga. Uma maior amplitude de carga de vibração resulta em maior deformação elástica do clipe durante a operação, levando a uma maior tensão alternada dentro do clipe. Quando a tensão alternada se aproxima do limite de fadiga do clipe, as microfissuras são propensas à formação, e a propagação dessas microfissuras reduz significativamente a vida à fadiga. Uma frequência de carga de vibração mais alta resulta em mais ciclos de deformação por unidade de tempo, causando rápido acúmulo de danos por fadiga. Mesmo que a tensão alternada esteja abaixo do limite de fadiga, o ciclo de-alta frequência-de longo prazo ainda pode levar à falha por fadiga. A amplitude da carga de vibração em linhas de-carga pesada é 30%-40% maior do que em linhas convencionais, e a frequência de vibração em linhas de alta-velocidade é 50%-60% maior. Portanto, os requisitos de projeto de resistência à fadiga para clipes de mola de esteira para cargas pesadas e de alta velocidade são muito maiores do que aqueles para linhas convencionais. O projeto de vida à fadiga dos clipes de mola precisa ser definido com precisão de acordo com a amplitude de carga e a frequência das diferentes linhas para garantir que a taxa de danos por fadiga corresponda à vida útil da linha.
Como combinar com precisão o limite de fadiga do material da tira elástica com a tensão alternada da pista?
A correspondência precisa do limite de fadiga do material da tira elástica com a tensão alternada da pista é o núcleo do projeto de vida à fadiga da tira elástica, que é realizado principalmente através de três etapas:determinação de tensão, seleção de material e processo de ajuste, para garantir que a tensão alternada seja sempre inferior ao limite de fadiga. Primeiro, através do cálculo de simulação mecânica, determine o valor real da tensão alternada da tira elástica sob as condições de trabalho da linha correspondente, considere abrangentemente a amplitude da carga de vibração, frequência, deformação da tira elástica e outros fatores, e obtenha a tensão alternada máxima sob as condições de trabalho mais desfavoráveis. Segundo, selecione o material adaptado de acordo com o valor máximo de tensão alternada. O aço 60Si2MnA comum para tiras elásticas tem um limite de fadiga de cerca de 450MPa, e o aço 60Si2CrVA tem um limite de fadiga de cerca de 550MPa. Linhas de-transporte pesado e de alta-velocidade têm alta tensão alternada, portanto, o aço 60Si2CrVA com alto limite de fadiga é selecionado; linhas de velocidade comuns-têm baixa tensão alternada e o aço 60Si2MnA pode atender à demanda. Terceiro, ajuste o limite real de fadiga do material através do processo de tratamento térmico. Para tiras elásticas de linhas de transporte pesado, o processo de "têmpera + têmpera em temperatura média" é adotado para aumentar o limite de fadiga do material em mais 10%-15%, para que o limite de fadiga e a tensão alternada mantenham uma margem de segurança razoável, que deve ser controlada acima de 20% para evitar que a tensão alternada exceda o limite de fadiga devido à flutuação de carga. Ao mesmo tempo, o material deve ser inspecionado lote por lote na produção para garantir que o desvio entre o limite de fadiga real e o valor do projeto seja menor ou igual a ± 5%, realizando a correspondência precisa do limite de fadiga e da tensão alternada da fonte.
Em que aspectos o projeto de otimização estrutural de tiras elásticas pode reduzir os danos por fadiga causados pela vibração?
O projeto de otimização estrutural das tiras elásticas reduz os danos por fadiga causados pela vibração principalmente em três aspectos principais:controle de deformação, dispersão de tensão e otimização de contato, tornando a tensão da tira elástica mais uniforme sob carga dinâmica e reduzindo a concentração de tensão local. Em termos de controle de deformação, a deformação de trabalho da tira elástica é projetada para ser 60%-70% do limite elástico para evitar um aumento acentuado na tensão alternada causada por deformação excessiva. Ao mesmo tempo, um projeto de seção-transversal gradual é adotado para fazer com que a tensão seja distribuída uniformemente quando a tira elástica se deforma, evitando micro-fissuras causadas por deformação local excessiva. Em termos de dispersão de tensões, os cantos vivos e curvas da tira elástica são tratados com transição de arco com raio não inferior a 5 mm para eliminar pontos de concentração de tensão. Ao mesmo tempo, saliências reforçadas são adicionadas na raiz da tira elástica para melhorar a resistência estrutural da raiz e reduzir o estresse da raiz durante a vibração, porque a raiz é uma área de alta-incidência de danos por fadiga da tira elástica. Em termos de otimização de contato, o ponto de contato entre a tira elástica e o trilho é alterado para contato superficial para aumentar a área de contato e dispersar a tensão de contato. Ao mesmo tempo, uma superfície de ajuste de arco é projetada na parte de contato, que é precisamente combinada com a superfície curva da alma do trilho para evitar tensão adicional causada pelo deslocamento de contato durante a vibração. Além disso, otimize a posição do fulcro de tensão da tira elástica para tornar o braço de força entre o fulcro e o ponto de aplicação de força mais razoável, reduza a flutuação de torque durante o processo de vibração, reduza ainda mais a amplitude da tensão alternada e reduza os danos por fadiga de uma forma geral.
Por que os processos de tratamento térmico de tiras elásticas para linhas de-transporte pesado adotam a combinação de "têmpera + revenido em temperatura média"?
Tiras elásticas para linhas de transporte pesado suportam tensões vibratórias alternadas com grande amplitude e alta frequência. A combinação de "têmpera + têmpera em temperatura média" é adotada para tratamento térmico, que é essencial para fazer com que o material da tira elástica obtenha propriedades abrangentes dealta dureza, alto limite de fadiga, boa elasticidade e resistência ao impacto, adaptando-se com precisão às duras condições de trabalho do transporte pesado. O processo de têmpera pode transformar a estrutura de aço da tira elástica de perlita em martensita, melhorando muito a dureza e a resistência à tração do material, fazendo com que a dureza superficial da tira elástica alcance HRC45-50, o que é suficiente para resistir à deformação plástica e ao desgaste sob carga pesada, e estabelecer uma base estrutural para suportar grandes tensões alternadas. O revenido a média temperatura, com base na têmpera, elimina as tensões internas geradas pela têmpera, evita que a tira elástica rache em vibração devido ao estresse interno excessivo e, ao mesmo tempo, transforma a martensita em troostita temperada. Esta estrutura possui alta elasticidade e boa resistência ao impacto, o que pode manter o desempenho da tira elástica estável durante repetidas deformações elásticas sem fratura frágil. Se apenas o processo de têmpera for usado, a tira elástica terá alta dureza, mas baixa tenacidade, e é fácil de fraturar sob impacto de vibração; se for usado revenido a baixa temperatura, a eliminação da tensão interna será insuficiente e o limite de fadiga será bastante reduzido; o revenido em alta temperatura levará à diminuição da dureza e elasticidade da tira elástica, que não pode suportar cargas pesadas. A combinação de "têmpera + têmpera em temperatura média" pode atingir um equilíbrio de desempenho, fazendo com que a resistência à fadiga, a elasticidade e a resistência da tira elástica atendam aos requisitos de projeto de linhas de transporte pesado.
Como reduzir a tensão dinâmica sob carga vibratória otimizando o modo de contato entre a tira elástica e o trilho?
O núcleo da redução da tensão dinâmica através da otimização do modo de contato entre a tira elástica e o trilho é uniformizar a tensão na parte de contato e evitar deslocamento de contato e tensão adicional, o que é realizado principalmente a partir de três aspectos:formulário de contato, área de contato e posicionamento de contato. Em termos de formulário de contato, o tradicional contato ponto/linha é alterado paracontato da superfície do arco, a curvatura da superfície do arco corresponde precisamente à da alma do trilho e a folga de ajuste é menor ou igual a 0,1 mm. A posição de contato entre a tira elástica e o trilho não se deslocará durante a vibração, evitando o estresse transversal adicional causado pelo deslocamento. Ao mesmo tempo, o contato superficial pode distribuir uniformemente a tensão dinâmica na superfície de contato e reduzir a concentração de tensão local. Em termos de área de contato, aumente adequadamente a área final de contato da tira elástica, de 8-10 mm para 12-15 mm de largura. Com o aumento da área de contato, a tensão de contato dinâmica suportada por unidade de área será reduzida em 20%-30%, reduzindo bastante os danos por fadiga na parte de contato. Em termos de posicionamento de contato, designsaliências-anti-posicionamentona extremidade de contato da tira elástica, que combinam precisamente com as ranhuras da alma do trilho para evitar que a tira elástica se mova lateralmente durante a vibração, garanta a estabilidade da posição de contato e evite a mudança repentina de tensão dinâmica causada pelo movimento. Além disso, o tratamento antiderrapante com jato de areia-é realizado na superfície de contato para controlar o coeficiente de atrito dentro de uma faixa razoável de 0,20-0,25, o que não apenas evita o deslizamento na parte de contato, mas também evita a perda de transmissão de tensão causada por um coeficiente de atrito muito alto, faz com que a tensão dinâmica seja transmitida suavemente e reduz ainda mais a flutuação de tensão causada pela vibração.