進(jìn)口混凝土泵車臂架斷裂的特征分析及修復(fù)
混凝土泵車是一種在當(dāng)前現(xiàn)代化建設(shè)中越來越被廣泛使用的專業(yè)車輛，用于建筑施工中將混凝土攪拌運輸車送來的混凝土，連續(xù)均勻地泵送到混凝土澆灌地點，確?；炷恋臐补噘|(zhì)量，并提高施工效率，減輕勞動強(qiáng)度。但是泵車一旦出現(xiàn)問題將會給施工帶來很多不方便。根據(jù)我們在參加維修一臺從意大利購買的37m進(jìn)口混凝土泵車為例，觀察臂架斷裂的部位特征并分析損壞原因，在分析的基礎(chǔ)上實施修復(fù)方案。
1臂架斷裂的具體部位和外貌特征
根據(jù)對整車(如圖1)和斷裂部位的現(xiàn)場查看，不難發(fā)現(xiàn)斷裂(開裂)的部位具有以下特征：
兩節(jié)臂尾部的鉸點處的側(cè)耳完全斷裂，絕大部分的斷裂痕跡顯示為老裂紋(節(jié)臂尾部：各節(jié)臂與上一節(jié)臂頭部的連接端；臂節(jié)頭部：各節(jié)臂與下一節(jié)臂尾部的連接端。下同)
二節(jié)臂尾部的另一側(cè)耳板完全扭曲，大彎連桿、小彎連桿及因二節(jié)臂尾部耳扳斷裂而造成的一節(jié)臂頭部耳板局部擠壓變形。除一節(jié)臂頭部分變形外，其余均為新裂紋，是由于二節(jié)臂尾部一側(cè)耳板斷裂引起。
由于二節(jié)臂根部一側(cè)耳板斷裂引起肉眼難于明顯發(fā)現(xiàn)的、需要測量的缺陷，如臂架的變形及油缸、連桿的損壞等。
2斷裂的形成和擴(kuò)展分析
根據(jù)斷裂產(chǎn)生的部位和形狀，斷裂的裂紋大部分為陳舊性裂紋?？梢酝茢喑?，首先為微裂紋，微裂紋經(jīng)過一定時期交變應(yīng)力的循環(huán)后擴(kuò)散產(chǎn)生宏觀裂紋，最后由于裂紋擴(kuò)展、延伸引起母材突然斷裂。至于裂紋的形成，有以下幾方面原因引起：
(1)焊縫與母材未熔合，這種缺陷在焊接缺陷中比較常見，特別是泵車的板材采用高強(qiáng)鋼板，從斷裂面可以明顯看出有一段焊縫熔合不好；
(2)從國外和國內(nèi)的設(shè)計來看，泵車臂架，特別是與轉(zhuǎn)臺相連的前幾節(jié)臂的板材一般采用高強(qiáng)鋼板，高強(qiáng)鋼板在保證屈服強(qiáng)度時，有些指標(biāo)如塑性、延展性、可焊性有所下降，特別在焊接時形成的熱應(yīng)力影響區(qū)，引起焊縫及周邊區(qū)域的強(qiáng)度降低；
(3)混凝土泵車在施工作用時，布料臂展開，各節(jié)布料臂架、支腿液壓缸鎖死，整個布料臂系統(tǒng)形成一個懸臂梁結(jié)構(gòu)。且該混凝土泵車臂架采用R形結(jié)構(gòu)，兩節(jié)臂后還有三、四節(jié)臂，其中三節(jié)臂還采用折彎結(jié)構(gòu)，兩節(jié)臂還要承受一定的扭轉(zhuǎn)載荷。同時混凝土泵車在工作時，兩個泵送液壓油缸交替循環(huán)動作，從而不斷地將混凝土壓送至澆注位置。由于兩個泵送油缸交替動作，混凝土泵車承受一個具有一定頻率的強(qiáng)迫沖擊。在泵送油缸的沖擊作用下，布料臂的振動有放大作用，所以布料臂承受交變載荷作用，引起疲勞破壞；
(4)銷軸、銅套磨損引起布料臂尾部的沖擊力，檢測時發(fā)現(xiàn)有三根銷軸、六個銅套已磨損，并且同一組的二個銷軸、銅套磨損程度不一致；
(5)兩節(jié)臂根部軸套處有應(yīng)力集中。
根據(jù)以往的37m相似泵車對此臂的根部作定性分析，軸套的下側(cè)有明顯的應(yīng)力集中。而作為臂架板材的高強(qiáng)板具有良好的韌性和塑性，初始裂紋尖端在高應(yīng)力集中區(qū)和殘余力的作用下局部小范圍屈服。在這種情況下，交變載荷的作用使微小裂紋逐漸擴(kuò)展；
(6)泵車基本上是在露天的環(huán)境中作業(yè)，由于雨水和空氣中硫化氫等腐蝕介質(zhì)的長期侵蝕而引起氧化腐蝕，局部強(qiáng)度下降；
(7)我們國家的混凝土施工機(jī)械施工任務(wù)繁重，工作環(huán)境惡劣；不重視設(shè)備保養(yǎng)；機(jī)手培訓(xùn)不足，素質(zhì)不高。如我們國家的混凝土泵車租賃公司，一個月泵送8千至1萬多方都是很正常的，1年的泵送方量至少為10至13萬方。相應(yīng)的，國外8小時一天,不隨便加班加點，使用人員培訓(xùn)得好，素質(zhì)高，懂得怎樣使用、維護(hù)、保養(yǎng)，國外一臺泵車3至5年泵送才10萬方。基本上是在我國使用一年相當(dāng)于國外使用三年多，在這樣大的施工強(qiáng)度下，機(jī)手和維修保養(yǎng)人員的維護(hù)保養(yǎng)工作就差得很多。該泵車為歐洲進(jìn)口泵車，在設(shè)計時，按歐美工況考慮在在中國的施工強(qiáng)度、條件。這樣，這臺混凝土泵車出廠將近4年(標(biāo)牌顯示為2002年6月出廠交付客戶使用)即相當(dāng)于國外使用十多年后出現(xiàn)局部疲勞開裂也不足為奇了； [Page]
(8)由于泵車這種高度綜合性設(shè)備，局部裂紋和疲勞裂紋是不能完全避免的，歐洲把500小時要維修保養(yǎng)作為一種制度，而我國的這方面做得不好，有時連起碼的保養(yǎng)，如銷軸和銅套之間的注油都未進(jìn)行，更何況整體保養(yǎng)。有時出一點裂紋并不可怕，經(jīng)過小小修理或者加強(qiáng)就可了，如未發(fā)現(xiàn)，或者發(fā)現(xiàn)了不及時采取措施，將會使裂紋擴(kuò)大，最后有可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞，甚至釀成事故。此泵車的損壞就說明了這個問題。
3臂架的故障修復(fù)方法
根據(jù)事故的分析，總結(jié)出臂架修復(fù)的方法首先將臂架的一、二、三、四節(jié)(從上轉(zhuǎn)臺處往上)吊下。檢測各部件，重點檢查一、二節(jié)臂的損壞和二節(jié)臂油缸有無損壞。經(jīng)過檢查，結(jié)果如下：轉(zhuǎn)臺、底架、三、四節(jié)臂、各節(jié)臂油缸完好；一、二節(jié)臂連接銷軸、銅套，三、四節(jié)臂連接銷軸、銅套，大臂、上轉(zhuǎn)臺連接銅套已損壞，需測量制造；一節(jié)臂的頭部除有一小處被二節(jié)臂擠曲變形處，其它變形很小，不影響裝配性能和使用；二節(jié)臂根部一側(cè)耳板已完全被拉裂，另一側(cè)也因其對側(cè)耳板開裂而嚴(yán)重扭曲變形；連接一、二節(jié)臂的大彎連桿和大直連桿也因二節(jié)臂耳板斷裂。
由于此泵車非國產(chǎn)泵車，沒有圖紙和測量數(shù)據(jù)，所以在修理前，需要進(jìn)行以下測量：
(1)一、二節(jié)臂連接銷軸、銅套尺寸，三、四節(jié)臂連接銷軸、銅套尺寸，大臂、上轉(zhuǎn)臺連接銅套尺寸；
(2)對大彎連桿和大直連桿進(jìn)行修割、復(fù)原后測量部分尺寸，其余尺寸如與一、二節(jié)臂的連接尺寸和鉸點間的尺寸需要從與其連接的部件推算得出；
(3)一節(jié)臂的頭部尺寸(到二節(jié)臂油缸支座位)；
(4)二節(jié)臂油缸的收回尺寸、行程和耳環(huán)厚度；
(5)對二節(jié)臂根部耳板進(jìn)行修割、焊接復(fù)原后測量部分尺寸，其余尺寸如與一節(jié)臂的連接尺寸需要從與其連接的一節(jié)臂推算得出；
(6)一、三節(jié)臂，二、三節(jié)臂的限位尺寸，用于驗算修理后的臂架是否能夠合理限位。
得出測量結(jié)果后，還需要對連桿機(jī)構(gòu)分析，確定形狀尺寸。由于二節(jié)臂的耳板斷裂而引起二節(jié)臂根部、大彎連桿和大直連桿嚴(yán)重扭曲變形及一節(jié)臂的頭部的輕微變形，測量尺寸由于部件變形而與原有實物不一致，所以要用作圖法微調(diào)已測量的大彎連桿、大直連桿和二節(jié)臂根部的形狀尺寸，以確保張開和收回均能到位，不發(fā)生干涉。
進(jìn)行完以上的工作以后，就要進(jìn)行工藝規(guī)范。在焊接前，應(yīng)將油漆和污漬打磨干凈，焊前預(yù)熱，加熱時要求火焰前后左右移動，使金屬均勻加熱，防止局部過熱；所有焊接均采用高強(qiáng)焊條，或者采用二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊,用高強(qiáng)焊絲，如采用高強(qiáng)焊條，焊前應(yīng)將焊條干燥；所有焊縫在焊后均應(yīng)詳細(xì)檢驗，應(yīng)無裂紋、咬邊、氣孔等焊接缺陷；以上的操作一般由具有高強(qiáng)板焊接經(jīng)驗的焊工施焊。
4結(jié)束語
經(jīng)過此修復(fù)方法修復(fù)的泵車，經(jīng)過調(diào)試后滿足各項要求，并經(jīng)過一年多的施工現(xiàn)場作業(yè)，未出現(xiàn)開裂、斷裂、變形等異常情況。實踐證明此修復(fù)方法合理易行，既能確保臂架的性能，又延長臂架的使用壽命。
（中國混凝土與水泥制品網(wǎng) 轉(zhuǎn)載請注明出處）
1臂架斷裂的具體部位和外貌特征
根據(jù)對整車(如圖1)和斷裂部位的現(xiàn)場查看，不難發(fā)現(xiàn)斷裂(開裂)的部位具有以下特征：
兩節(jié)臂尾部的鉸點處的側(cè)耳完全斷裂，絕大部分的斷裂痕跡顯示為老裂紋(節(jié)臂尾部：各節(jié)臂與上一節(jié)臂頭部的連接端；臂節(jié)頭部：各節(jié)臂與下一節(jié)臂尾部的連接端。下同)
二節(jié)臂尾部的另一側(cè)耳板完全扭曲，大彎連桿、小彎連桿及因二節(jié)臂尾部耳扳斷裂而造成的一節(jié)臂頭部耳板局部擠壓變形。除一節(jié)臂頭部分變形外，其余均為新裂紋，是由于二節(jié)臂尾部一側(cè)耳板斷裂引起。
由于二節(jié)臂根部一側(cè)耳板斷裂引起肉眼難于明顯發(fā)現(xiàn)的、需要測量的缺陷，如臂架的變形及油缸、連桿的損壞等。
2斷裂的形成和擴(kuò)展分析
根據(jù)斷裂產(chǎn)生的部位和形狀，斷裂的裂紋大部分為陳舊性裂紋?？梢酝茢喑?，首先為微裂紋，微裂紋經(jīng)過一定時期交變應(yīng)力的循環(huán)后擴(kuò)散產(chǎn)生宏觀裂紋，最后由于裂紋擴(kuò)展、延伸引起母材突然斷裂。至于裂紋的形成，有以下幾方面原因引起：
(1)焊縫與母材未熔合，這種缺陷在焊接缺陷中比較常見，特別是泵車的板材采用高強(qiáng)鋼板，從斷裂面可以明顯看出有一段焊縫熔合不好；
(2)從國外和國內(nèi)的設(shè)計來看，泵車臂架，特別是與轉(zhuǎn)臺相連的前幾節(jié)臂的板材一般采用高強(qiáng)鋼板，高強(qiáng)鋼板在保證屈服強(qiáng)度時，有些指標(biāo)如塑性、延展性、可焊性有所下降，特別在焊接時形成的熱應(yīng)力影響區(qū)，引起焊縫及周邊區(qū)域的強(qiáng)度降低；
(3)混凝土泵車在施工作用時，布料臂展開，各節(jié)布料臂架、支腿液壓缸鎖死，整個布料臂系統(tǒng)形成一個懸臂梁結(jié)構(gòu)。且該混凝土泵車臂架采用R形結(jié)構(gòu)，兩節(jié)臂后還有三、四節(jié)臂，其中三節(jié)臂還采用折彎結(jié)構(gòu)，兩節(jié)臂還要承受一定的扭轉(zhuǎn)載荷。同時混凝土泵車在工作時，兩個泵送液壓油缸交替循環(huán)動作，從而不斷地將混凝土壓送至澆注位置。由于兩個泵送油缸交替動作，混凝土泵車承受一個具有一定頻率的強(qiáng)迫沖擊。在泵送油缸的沖擊作用下，布料臂的振動有放大作用，所以布料臂承受交變載荷作用，引起疲勞破壞；
(4)銷軸、銅套磨損引起布料臂尾部的沖擊力，檢測時發(fā)現(xiàn)有三根銷軸、六個銅套已磨損，并且同一組的二個銷軸、銅套磨損程度不一致；
(5)兩節(jié)臂根部軸套處有應(yīng)力集中。
根據(jù)以往的37m相似泵車對此臂的根部作定性分析，軸套的下側(cè)有明顯的應(yīng)力集中。而作為臂架板材的高強(qiáng)板具有良好的韌性和塑性，初始裂紋尖端在高應(yīng)力集中區(qū)和殘余力的作用下局部小范圍屈服。在這種情況下，交變載荷的作用使微小裂紋逐漸擴(kuò)展；
(6)泵車基本上是在露天的環(huán)境中作業(yè)，由于雨水和空氣中硫化氫等腐蝕介質(zhì)的長期侵蝕而引起氧化腐蝕，局部強(qiáng)度下降；
(7)我們國家的混凝土施工機(jī)械施工任務(wù)繁重，工作環(huán)境惡劣；不重視設(shè)備保養(yǎng)；機(jī)手培訓(xùn)不足，素質(zhì)不高。如我們國家的混凝土泵車租賃公司，一個月泵送8千至1萬多方都是很正常的，1年的泵送方量至少為10至13萬方。相應(yīng)的，國外8小時一天,不隨便加班加點，使用人員培訓(xùn)得好，素質(zhì)高，懂得怎樣使用、維護(hù)、保養(yǎng)，國外一臺泵車3至5年泵送才10萬方。基本上是在我國使用一年相當(dāng)于國外使用三年多，在這樣大的施工強(qiáng)度下，機(jī)手和維修保養(yǎng)人員的維護(hù)保養(yǎng)工作就差得很多。該泵車為歐洲進(jìn)口泵車，在設(shè)計時，按歐美工況考慮在在中國的施工強(qiáng)度、條件。這樣，這臺混凝土泵車出廠將近4年(標(biāo)牌顯示為2002年6月出廠交付客戶使用)即相當(dāng)于國外使用十多年后出現(xiàn)局部疲勞開裂也不足為奇了； [Page]
(8)由于泵車這種高度綜合性設(shè)備，局部裂紋和疲勞裂紋是不能完全避免的，歐洲把500小時要維修保養(yǎng)作為一種制度，而我國的這方面做得不好，有時連起碼的保養(yǎng)，如銷軸和銅套之間的注油都未進(jìn)行，更何況整體保養(yǎng)。有時出一點裂紋并不可怕，經(jīng)過小小修理或者加強(qiáng)就可了，如未發(fā)現(xiàn)，或者發(fā)現(xiàn)了不及時采取措施，將會使裂紋擴(kuò)大，最后有可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞，甚至釀成事故。此泵車的損壞就說明了這個問題。
3臂架的故障修復(fù)方法
根據(jù)事故的分析，總結(jié)出臂架修復(fù)的方法首先將臂架的一、二、三、四節(jié)(從上轉(zhuǎn)臺處往上)吊下。檢測各部件，重點檢查一、二節(jié)臂的損壞和二節(jié)臂油缸有無損壞。經(jīng)過檢查，結(jié)果如下：轉(zhuǎn)臺、底架、三、四節(jié)臂、各節(jié)臂油缸完好；一、二節(jié)臂連接銷軸、銅套，三、四節(jié)臂連接銷軸、銅套，大臂、上轉(zhuǎn)臺連接銅套已損壞，需測量制造；一節(jié)臂的頭部除有一小處被二節(jié)臂擠曲變形處，其它變形很小，不影響裝配性能和使用；二節(jié)臂根部一側(cè)耳板已完全被拉裂，另一側(cè)也因其對側(cè)耳板開裂而嚴(yán)重扭曲變形；連接一、二節(jié)臂的大彎連桿和大直連桿也因二節(jié)臂耳板斷裂。
由于此泵車非國產(chǎn)泵車，沒有圖紙和測量數(shù)據(jù)，所以在修理前，需要進(jìn)行以下測量：
(1)一、二節(jié)臂連接銷軸、銅套尺寸，三、四節(jié)臂連接銷軸、銅套尺寸，大臂、上轉(zhuǎn)臺連接銅套尺寸；
(2)對大彎連桿和大直連桿進(jìn)行修割、復(fù)原后測量部分尺寸，其余尺寸如與一、二節(jié)臂的連接尺寸和鉸點間的尺寸需要從與其連接的部件推算得出；
(3)一節(jié)臂的頭部尺寸(到二節(jié)臂油缸支座位)；
(4)二節(jié)臂油缸的收回尺寸、行程和耳環(huán)厚度；
(5)對二節(jié)臂根部耳板進(jìn)行修割、焊接復(fù)原后測量部分尺寸，其余尺寸如與一節(jié)臂的連接尺寸需要從與其連接的一節(jié)臂推算得出；
(6)一、三節(jié)臂，二、三節(jié)臂的限位尺寸，用于驗算修理后的臂架是否能夠合理限位。
得出測量結(jié)果后，還需要對連桿機(jī)構(gòu)分析，確定形狀尺寸。由于二節(jié)臂的耳板斷裂而引起二節(jié)臂根部、大彎連桿和大直連桿嚴(yán)重扭曲變形及一節(jié)臂的頭部的輕微變形，測量尺寸由于部件變形而與原有實物不一致，所以要用作圖法微調(diào)已測量的大彎連桿、大直連桿和二節(jié)臂根部的形狀尺寸，以確保張開和收回均能到位，不發(fā)生干涉。
進(jìn)行完以上的工作以后，就要進(jìn)行工藝規(guī)范。在焊接前，應(yīng)將油漆和污漬打磨干凈，焊前預(yù)熱，加熱時要求火焰前后左右移動，使金屬均勻加熱，防止局部過熱；所有焊接均采用高強(qiáng)焊條，或者采用二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊,用高強(qiáng)焊絲，如采用高強(qiáng)焊條，焊前應(yīng)將焊條干燥；所有焊縫在焊后均應(yīng)詳細(xì)檢驗，應(yīng)無裂紋、咬邊、氣孔等焊接缺陷；以上的操作一般由具有高強(qiáng)板焊接經(jīng)驗的焊工施焊。
4結(jié)束語
經(jīng)過此修復(fù)方法修復(fù)的泵車，經(jīng)過調(diào)試后滿足各項要求，并經(jīng)過一年多的施工現(xiàn)場作業(yè)，未出現(xiàn)開裂、斷裂、變形等異常情況。實踐證明此修復(fù)方法合理易行，既能確保臂架的性能，又延長臂架的使用壽命。
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