Henan Topology Intelligent Machinery Co., Ltd.
一、三大誘因
偏心沖擊載荷
周期來壓瞬間，頂板對支架產(chǎn)生橫向偏心距 e≈150–300 mm，液壓支架護(hù)幫千斤頂由“純拉壓”轉(zhuǎn)為“拉-彎-扭”復(fù)合受力，耳軸根部彎曲應(yīng)力驟增 2.5–3 倍，成為疲勞裂紋萌生點。
焊接殘余應(yīng)力＋應(yīng)力集中
耳板與頂梁主筋多為 K 形角焊縫，坡口未熔透或存在咬邊時，焊趾處應(yīng)力集中系數(shù) Kt≥4；若焊后未做退火，殘余拉應(yīng)力可達(dá) 0.6σs，與服役載荷疊加后率先開裂。
材質(zhì)與工藝錯配
耳板普遍采用 30 mm 厚 Q550 低合金高強(qiáng)鋼，而焊絲仍沿用 ER50-6（σb＝500 MPa），焊縫金屬強(qiáng)度低于母材，塑性變形集中在熱影響區(qū)，形成“軟夾層”滑移帶，加速裂紋擴(kuò)展。
二、兩類裂紋
焊趾熱疲勞裂紋
在 0.2 Hz 低頻、±250 kN 交變載荷下，焊趾處 10?–10? 次循環(huán)后出現(xiàn) 5–15 mm 表面裂紋；繼續(xù)工作 3–5 個采煤循環(huán)即貫穿板厚，造成耳板“撕掉”一塊三角區(qū)。
耳板橫截面瞬時拉斷
當(dāng)裂紋深度 >0.7 B（板厚）時，剩余截面無法滿足 K_IC≥63 MPa·m? 的斷裂韌度要求，突發(fā)脆斷；斷口宏觀呈“人字紋”，指向焊趾源頭，屬于典型的過載-疲勞混合型斷裂。
三、結(jié)果
焊縫一旦開裂，護(hù)幫千斤頂有效拉力下降 60% 以上，護(hù)幫板無法貼緊煤壁，導(dǎo)致片幫寬度由 0.3 m 增至 0.8 m，進(jìn)而誘發(fā)頂板漏矸、支架歪斜等二次災(zāi)害。
學(xué)術(shù)與工程界當(dāng)前的研究焦點
1.多軸疲勞壽命模型：引入臨界平面法，考慮彎-扭相位差對裂紋擴(kuò)展速率的影響，目標(biāo)是把壽命預(yù)測誤差從現(xiàn)在的 ±40% 降到 ±15%。
2.等強(qiáng)匹配焊接材料：開發(fā) 600 MPa 級低氫金屬粉芯焊絲，控制焊縫屈服比 0.85–0.95，減少軟夾層。
3.焊后超聲沖擊＋振動復(fù)合消應(yīng)力：使焊趾殘余拉應(yīng)力轉(zhuǎn)為 ?80 MPa 壓應(yīng)力，疲勞壽命提升 2.3 倍（實驗室數(shù)據(jù)）。
