提升机卷筒消除应力案例分析

矿井提升机有两个卷筒，在钢板的卷制和焊接过程中会产生很大的残余应力。如果残余应力不消除，在卷筒的机械加工过程中，加工尺寸就会受到应力的影响随时改变，难以保证加工精度；在装配过程中，由于需要多次对卷筒进行吊装，易使卷筒产生变形，很难保证装配的质量；并且提升机在正常的负荷运行过程中，也会产生应力变形和应力噪音，容易引起卷筒焊缝开裂，严重影响矿井的安全生产。因此，提升机生产厂家都非常重视卷筒的残余应力消除问题。而本文就是阐述了采用振动时效工艺对卷筒进行消除应力，通过试验验证其有效性。

提升机卷筒结构及使用设备介绍

矿井提升机的卷筒属于薄壳钢焊接结构件，卷筒直径达4m，挡绳板直径达4.48m，卷筒宽度1.7m，卷筒皮钢板厚度达38mm，单个卷筒重量达16吨。

本次选用的振动时效设备是聚航科技生产的JH-700A2振动时效装置。最大激振力：35KN；调速范围：0-12000r/min；处理工件重量：0-30t。

振动消除应力工艺分析

提升机的卷筒结构比较复杂，激振频率的选择应根据国家标准的规定；对工件实施振动时效工艺要在亚共振区进行。所谓亚共振区，就是共振峰的前沿。峰值点加速度的三分之一到三分之二这个区域所对应的频率。激振点的选择既要考虑垂直焊缝、环焊缝的拉应力，还要考虑到卷筒及内板存在一定的剪切应力。因此在两法兰（挡绳板）边装卡，角度应垂直120°水平线，这样既能消除环焊缝和立焊缝应力，又能很好的消除焊接手法及工艺中新产生切应力。因此制定出如下的振动时效工艺方案：即将卷筒采用三点水平支撑，360°平分3点。采用多点振动，每个卷筒取三个激振点，激振点选在两支撑点之间中心点，拾振点选在激振点遥对的中心线上。

振动消除应力过程

将卷筒按振动时效工艺的要求用三个专用橡胶垫支撑好，选好激振点和拾振点。振动时效过程将按下列步骤进行：

1. 每个点都采用振前扫描，选择合理的激振频率。

2. 根据扫描结果，选择一阶共振点的亚共振频率作为主振频率，其他峰值点作为辅助频率，在主振频率振动10分钟后，辅助频率各振3-5分钟，此过程即是整体的振动过程。

3振动过程完成后，再依据振后扫描与振前扫描数据、曲线，对照标准JB/T5926-91中的条款，做出时效效果的评定报告。

振动消除应力评定结果

第一峰值点：时效前，频率是3710r/min，时效后，频率3635r/min，峰值点左移75r/min，加速度值由振前的378m/s²升高到振后458m/s²，振后比振前加速度升高80m/s²，振后比振前峰值升高。

第二峰值点：时效前，频率3841r/min，时效后，3820r/min，振后比振前峰值左移21r/min，振前加速度值1334m/s²，振后加速度值是1023m/s²，振后比振前加速度升高689m/s²，振后峰值升高。

第三峰值，振后比振前峰值左移，数据不再重复，峰值升高明显，并且由振前三个峰值到振后多个峰值，说明应力扩散。

从a-t曲线分析，后段平直。

根据JB/T5926-91行业标准4.1.2检测方法要求，出现下列情况之一时，即可判断为达到振动时效工艺效果。

1. 振幅时间曲线上升后变平

2. 振幅时间曲线上升后下降，然后变平。

从此卷筒的振动时效后的扫描结果来看，完全符合并达到JB/T5926-91的4.1.2条款中的验收和检测评定的标准要求。

用同样的方法，对另一个卷筒也进行了振动消除应力处理，振后的结果同第一个卷筒的结果特别相近，这说明，振动时效消除应力方法对大型矿井提升机卷筒是可行的。