一种适用于多工况的大直径滚筒硬化深度计算方法技术

本发明专利技术公开一种适用于多工况的大直径滚筒硬化深度计算方法，包括1)确定摩擦副接触特征；2)确定磨粒磨损失重量与磨损载荷关系比范围；3)确定磨粒磨损失重量与磨损时间关系比范围；4)确定大直径滚筒硬化层深度与磨损时间的关系；5)确定持续施工失效最低时长T1及大直径滚筒标准硬化层深度h1；6)确定大直径滚筒轮面与施工介质接触模型为轮

【技术实现步骤摘要】
一种适用于多工况的大直径滚筒硬化深度计算方法


[0001]本专利技术涉及一种适用于多工况的大直径滚筒硬化深度计算方法，属于热处理


技术介绍

[0002]为保证压路机振动轮具有良好的韧性、焊接性等，压路机行业普遍采用Q355钢材作为大直径滚筒材料。Q355材料的硬度范围为140
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170HB，导致其极易出现早期磨损(压痕、磨痕、凹坑)失效(＜1000h)。相关研究表明，Q355由于高Mn含量，在早期磨损、冲击失效过程中，因其材料成分以及塑性变形导致晶粒细化，易产生二次强化进入稳定失效阶段，材料摩擦磨损性能提高。但是，面对介质为沥青、砂石、石块等颗粒，介质表面硬度显著大于滚筒表面硬度，加剧早期磨损、冲击失效，导致滚筒未经早期塑性变形强化即进入失效阶段，影响大直径滚筒使用寿命、施工质量等。
[0003]为了解决这一技术难题，我公司采用激光硬化工艺解决滚筒易早期失效的行业难题(ZL201811556784.0)，使硬化的Q355材料稳定的过渡原始材料的“低硬度时期”，从而提升产品的使用寿命。目前，我司产品早期失效率降低95％以上，产品质量显著高于同行业水平。但是，针对大坝、沥青、砂石施工时，不同吨位、激振力压路机在施工过程中所造成的磨损程度也会截然不同。如所有产品均采用统一的硬化指标设计，则会明显增加加工成本、降低加工效率、提升能源消耗，违背“硬化层过渡早期失效阶段”的设计初衷。
[0004]可见，面向大坝、沥青、砂石等不同工况，对大直径滚筒表面激光硬化深度提出了差异化(不同工况早期失效时间不同)要求，避免硬化层深度过设计。围绕压路机施工特点，开展动载冲击磨损、磨粒磨损试验并展开数据分析，结合压路机施工区域跟踪数据，得到压路机在不同工况下的硬化层深度设计指标，实现面向不同工况、吨位、激振力的条件下大直径滚筒激光硬化工艺定制化。
[0005]因此，针对压路机面向大坝、沥青、砂石等不同工况使用情况，提出一种面向多工况的大直径滚筒硬化深度计算方法，具备现实意义。

技术实现思路

[0006]针对上述现有技术存在的问题，本专利技术提供一种适用于多工况的大直径滚筒硬化深度计算方法，为大直径滚筒面向不同施工工况提供设计准则，避免过设计或设计不足，达到经济性与应用性最优化。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术采用的一种适用于多工况的大直径滚筒硬化深度计算方法，包括以下步骤：
[0008]1)压路机大直径滚筒轮面与施工介质接触构成摩擦副，根据压路机施工特性，确定摩擦副接触特征为磨粒磨损与动载冲击磨损；
[0009]2)根据确定的摩擦副接触特征，确定磨粒磨损失重量与磨损载荷关系比范围；
[0010]3)根据确定的摩擦副接触特征，确定磨粒磨损失重量与磨损时间关系比范围；
[0011]4)根据大直径滚筒轮面在工况环境下的服役要求及上述步骤2)、步骤3)确定的关系比范围，确定大直径滚筒硬化层深度与磨损时间的关系；
[0012]5)根据确定的摩擦副接触特征，确定持续施工失效最低时长T1及大直径滚筒标准硬化层深度h1；
[0013]6)根据确定的摩擦副接触特征，确定大直径滚筒轮面与施工介质接触模型为轮
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面接触模型；
[0014]7)根据压路机施工介质、激振力、自重、服役时间，确定硬化层设计深度；
[0015]8)根据设计的硬化深度，参考建立的激光硬化温度
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速度
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硬度
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深度的工艺手册，设置合适的加工工艺参数进行表面硬化加工。
[0016]作为优选的，所述步骤2)中磨粒磨损失重量与磨损载荷关系比为(3.0～4.0)：1。
[0017]作为优选的，所述步骤3)中磨粒磨损失重量与磨损时间关系比为(2.0～2.4)：1。
[0018]作为优选的，所述步骤5)中持续施工失效最低时长T1为1000h，大直径滚筒标准硬化层深度h1为1mm。
[0019]作为优选的，所述步骤6)中轮
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面接触模型的关系式为：
[0020][0021]式中：P为接触应力，Pa；F为载荷，N；L为大直径滚筒长度，m；r为大直径滚筒半径，m；u1为大直径滚筒泊松比；u2为介质泊松比；E1为大直径滚筒弹性模量，Pa；E2为介质弹性模量，Pa。
[0022]作为优选的，所述大直径滚筒弹性模量E1为2.06E+11Pa，泊松比u1为0.3，长度L与半径r以产品实际尺寸为准。
[0023]作为优选的，当施工介质为碎石时，弹性模量E2为4.70E+10Pa，泊松比u2为0.2；
[0024]当施工介质为岩石时，弹性模量E2为8.00E+10Pa，泊松比u2为0.3；
[0025]当施工介质为沥青时，弹性模量E2为6.00E+10Pa，泊松比u2为0.25。
[0026]作为优选的，所述步骤7)中硬化层设计深度按下式计算：
[0027][0028]式中：h
x
为待计算硬化层深度，mm；h1为标准硬化层深度，mm；P1为标准接触应力，Pa；P
x
为给定接触应力Pa。
[0029]与现有技术相比，本专利技术的大直径滚筒硬化深度计算方法，有效的避免了通过大量的试验去摸索大直径滚筒硬化深度，节省试验时间6个月左右，实现了提前进行计算确定深度，为激光硬化参数选择做出参考，可以根据不同产品自重和激振力等特征，结合施工工况，科学合理的设置激光硬化深度，在实现产品质量性能的前提下，提升制造效率20％左右，降低了能源等消耗。
附图说明
[0030]图1为本专利技术的轮
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面接触模型示意图；
[0031]图2为硬化前后硬度值变化图；
[0032]图3为Q355钢材磨损失效示意图；
[0033]图4为激光深度设计流程图。
具体实施方式
[0034]为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面对本专利技术进行进一步详细说明。但是应该理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限制本专利技术的范围。
[0035]除非另有定义，本文所使用的所有的技术术语和科学术语与属于本专利技术的
的技术人员通常理解的含义相同，本文中在本专利技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本专利技术。
[0036]如图1
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图4所示，一种适用于多工况的大直径滚筒硬化深度计算方法，包括以下步骤：
[0037]1)压路机大直径滚筒轮面与施工介质接触构成摩擦副，根据压路机施工特性，确定摩擦副接触特征为磨粒磨损与动载冲击磨损；
[0038]2)根据确定的摩擦副接触特征，确定磨粒磨损失重量与磨损载荷关系比为(3.0～4.0)：1；
[0039]3)根据确定的摩擦副接触特征，确定磨粒磨损失重量与磨损时间关系比为(2.0～2.4)：1；
[0040]4)根据大直径滚筒轮面在工况环本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种适用于多工况的大直径滚筒硬化深度计算方法，其特征在于，包括以下步骤：1)压路机大直径滚筒轮面与施工介质接触构成摩擦副，根据压路机施工特性，确定摩擦副接触特征为磨粒磨损与动载冲击磨损；2)根据确定的摩擦副接触特征，确定磨粒磨损失重量与磨损载荷关系比范围；3)根据确定的摩擦副接触特征，确定磨粒磨损失重量与磨损时间关系比范围；4)根据大直径滚筒轮面在工况环境下的服役要求及上述步骤2)、步骤3)确定的关系比范围，确定大直径滚筒硬化层深度与磨损时间的关系；5)根据确定的摩擦副接触特征，确定持续施工失效最低时长T1及大直径滚筒标准硬化层深度h1；6)根据确定的摩擦副接触特征，确定大直径滚筒轮面与施工介质接触模型为轮
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面接触模型；7)根据压路机施工介质、激振力、自重、服役时间，确定硬化层设计深度；8)根据设计的硬化深度，参考建立的激光硬化温度
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速度
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硬度
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深度的工艺手册，设置合适的加工工艺参数进行表面硬化加工。2.根据权利要求1所述的一种适用于多工况的大直径滚筒硬化深度计算方法，其特征在于，所述步骤2)中磨粒磨损失重量与磨损载荷关系比为(3.0～4.0)：1。3.根据权利要求1所述的一种适用于多工况的大直径滚筒硬化深度计算方法，其特征在于，所述步骤3)中磨粒磨损失重量与磨损时间关系比为(2.0～2.4)：1。4.根据权利要求1所述的一种适用于多工况的大直径...

【专利技术属性】
技术研发人员：孔祥意，陈志凯，李昊，李强，李响，杨晓勇，史勇，苑俊奇，张志辉，关婷婷，
申请(专利权)人：江苏徐工工程机械研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：