ANALIZA PRZYCZYN PĘKNIĘĆ W REJONIE POŁĄCZENIA DYSZLA SKRĘTNEGO Z DŹWIGAREM GĄSIENICOWYM POJAZDU PODAWARKI

Podobne dokumenty
ANALIZA WYTRZYMAŁOŚCIOWA KOŁA CZERPAKOWEGO KOPARKI W WARUNKACH ZAŁOŻONEJ WYDAJNOŚCI. 1. Wprowadzenie

PORÓWNANIE POSTACI KONSTRUKCYJNYCH KOŁA ZABIERAKOWEGO POJAZDÓW KOPARKI WIELONACZYNIOWEJ. 1. Wprowadzenie obiekt badań

NUMERYCZNO-DOŚWIADCZALNA ANALIZA DRGAŃ WYSIĘGNICY KOPARKI WIELOCZERPAKOWEJ KOŁOWEJ

ZWIĘKSZENIE NOŚNOŚCI ŁOŻYSK WIELKOGABARYTOWYCH METODĄ KOREKCJI BIEŻNI. 1. Wstęp. Tadeusz Smolnicki*, Grzegorz Przybyłek*, Mariusz Stańco*

Modelowanie wytrzymałościowe CAD/FEM

METODY SZACOWANIA WYTĘŻENIA SPOIN NA PODSTAWIE OBLICZEŃ WYTRZYMAŁOŚCIOWYCH BĘBNA ODCHYLAJĄCEGO

Rys. 1. Obudowa zmechanizowana Glinik 15/32 Poz [1]: 1 stropnica, 2 stojaki, 3 spągnica

Analiza wytrzymałościowa 5 rodzajów kształtowników

MODERNIZACJA ZESPOŁU URABIANIA KOPAREK KOŁOWYCH SCHRS Wstęp. Eugeniusz Rusiński*, Przemysław Moczko*

Rys.1 a) Suwnica podwieszana, b) Wciągnik jednoszynowy 2)

ANALIZA WYTRZYMAŁOŚCI ZMĘCZENIOWEJ STALOWEGO KADŁUBA STATKU

Wydział Inżynierii Mechanicznej i Robotyki PROBLEMY ZWIĄZANE Z OCENĄ STANU TECHNICZNEGO PRZEWODÓW STALOWYCH WYSOKICH KOMINÓW ŻELBETOWYCH

Analiza wpływu przypadków obciążenia śniegiem na nośność dachów płaskich z attykami

1. Połączenia spawane

Spis treści. Przedmowa... Podstawowe oznaczenia Charakterystyka ogólna dźwignic i torów jezdnych... 1

ANSYS - NARZĘDZIEM DO WSPOMAGANIA PROJEKTOWANIA OBUDÓW ŚCIANOWYCH W FABRYCE FAZOS S.A.

PROJEKT NOWEGO MOSTU LECHA W POZNANIU O TZW. PODWÓJNIE ZESPOLONEJ, STALOWO-BETONOWEJ KONSTRUKCJI PRZĘSEŁ

1. Wstęp. Jerzy Alenowicz*, Marek Onichimiuk*, Marian Wygoda* Górnictwo i Geoinżynieria Rok 33 Zeszyt

Modelowanie Wspomagające Projektowanie Maszyn

STRATEGIA UTRZYMANIA W RUCHU DŁUGOTRWALE EKSPLOATOWANYCH MASZYN PODSTAWOWYCH GÓRNICTWA ODKRYWKOWEGO

Przykłady obliczeń belek i słupów złożonych z zastosowaniem łączników mechanicznych wg PN-EN-1995

This copy is for personal use only - distribution prohibited.

WYBRANE ZAGADNIENIA MODERNIZACJI POŁĄCZENIA WAŁU KOŁA CZERPAKOWEGO Z PRZEKŁADNIĄ PLANETARNĄ

Metoda elementów skończonych

700 [kg/m 3 ] * 0,012 [m] = 8,4. Suma (g): 0,138 Ze względu na ciężar wykończenia obciążenie stałe powiększono o 1%:

1. Obliczenia sił wewnętrznych w słupach (obliczenia wykonane zostały uproszczoną metodą ognisk)

Wytrzymałość drewna klasy C 20 f m,k, 20,0 MPa na zginanie f v,k, 2,2 MPa na ścinanie f c,k, 2,3 MPa na ściskanie

WYDAJNOŚĆ I CZAS PRACY KOPAREK WIELONACZYNIOWYCH W KOPALNIACH WĘGLA BRUNATNEGO W POLSCE. 1. Wprowadzenie. Zbigniew Kasztelewicz*, Kazimierz Kozioł**

KONSTRUKCJE METALOWE

Nośność belek z uwzględnieniem niestateczności ich środników

Komputerowe wspomaganie projektowania- CAT-01

NUMERICAL WORK ESTIMATION OF RESERVOIR PLUNGED IN GROUND MEDIUM IN CRISIS CONDITIONS

Ścinanie i skręcanie. dr hab. inż. Tadeusz Chyży

Raport wymiarowania stali do programu Rama3D/2D:

ZMIANA OBCIĄŻEŃ ELEMENTÓW TOCZNYCH W ŁOŻU KULOWYM ZWAŁOWARKI WSKUTEK ZUŻYCIA ODKSZTAŁCENIOWEGO. 1. Wprowadzenie. 2. Obiekt badań

Hale o konstrukcji słupowo-ryglowej

Uwaga: Linie wpływu w trzech prętach.

ĆWICZENIE Nr 1. Laboratorium CAD/MES. Przedmiot: Modelowanie właściwości materiałów. Opracował: dr inż. Hubert Dębski

Osiadanie kołowego fundamentu zbiornika

OBLICZENIA STATYCZNO WYTRZYMAŁOŚCIOWE MOSTU NAD RZEKĄ ORLA 1. ZałoŜenia obliczeniowe

PROJEKTOWANIE KONSTRUKCJI STALOWYCH WEDŁUG EUROKODÓW.

Projektowanie i obliczanie połączeń i węzłów konstrukcji stalowych. Tom 2

Stropy TERIVA - Projektowanie i wykonywanie

I. Wstępne obliczenia

RAPORT Z BADAŃ NR LK /14/Z00NK

Instytut Podstaw Budowy Maszyn. specjalność KONSTRUKCJE CIENKOŚCIENNE

Zadanie 1: śruba rozciągana i skręcana

Ć w i c z e n i e K 3

Wytrzymałość Materiałów

Perspektywy rozwoju konstrukcji ram wózków pojazdów szynowych przy zachowaniu obecnych standardów bezpieczeństwa

Obliczenia szczegółowe dźwigara głównego

Charakterystyka tematu pracy dyplomowej* ) magisterskiej. realizowanej na kierunku: Mechanika i Budowa Maszyn

Część 2 a Wpływ projektowania i wykonawstwa na jakość murowanych ścian

(19) PL (11) (13) B1 (12) OPIS PATENTOWY PL B1

WZORU UŻYTKOWEGO PL Y1. INSTYTUT POJAZDÓW SZYNOWYCH TABOR, Poznań, PL BUP 13/08

WSTĘPNE BADANIE WSPÓŁCZYNNIKA PARCIA BOCZNEGO W OSADACH ZBIORNIKA ODPADÓW POFLOTACYJNYCH ŻELAZNY MOST

Zagadnienia konstrukcyjne przy budowie

OPTYMALIZACJA CZERPAKÓW KOPAREK KOŁOWYCH URABIAJĄCYCH UTWORY TRUDNO URABIALNE

Siły i ruchy. Definicje. Nadwozie podatne skrętnie PGRT

Węzeł nr 28 - Połączenie zakładkowe dwóch belek

ANALIZA TECHNICZNO-EKONOMICZNA POŁĄCZEŃ NIEROZŁĄCZNYCH

Widok ogólny podział na elementy skończone

Mosty ćwiczenie projektowe obliczenia wstępne

Przy wykorzystaniu robotów przemysłowych

POŁĄCZENIA ŚRUBOWE I SPAWANE Dane wstępne: Stal S235: f y := 215MPa, f u := 360MPa, E:= 210GPa, G:=

PORÓWNANIE WYNIKÓW OBLICZEŃ WYTRZYMAŁOŚCI KONSTRUKCJI Z BADANIAMI STANOWISKOWYMI

Projekt ciężkiego muru oporowego

STANY GRANICZNE KONSTRUKCJI BUDOWLANYCH

Moduł. Profile stalowe

Mechanika ruchu / Leon Prochowski. wyd. 3 uaktual. Warszawa, Spis treści

WERYFIKACJA SZTYWNOŚCI KONSTRUKCJI PLATFORMY MONTAŻOWEJ WOZU BOJOWEGO

PRZEZNACZENIE I OPIS PROGRAMU

Przykład obliczeniowy wyznaczenia imperfekcji globalnych, lokalnych i efektów II rzędu P3 1

UWZGLĘDNIENIE PREKONSOLIDACJI W OCENIE STANU GRANICZNEGO W ROZLUŹNIAJACYM SIĘ PODŁOŻU GÓRNICZYM**

Obszary sprężyste (bez możliwości uplastycznienia)

ANALIZA WYTRZYMAŁOŚCI WYSIĘGNIKA ŻURAWIA TD50H

KONSTRUKCJE METALOWE

OCENA ZASOBU TRWAŁOŚCI ZMĘCZENIOWEJ USTROJÓW NOŚNYCH MASZYN PODSTAWOWYCH GÓRNICTWA ODKRYWKOWEGO**

KOMPUTEROWE MODELOWANIE I OBLICZENIA WYTRZYMAŁOŚCIOWE ZBIORNIKÓW NA GAZ PŁYNNY LPG

długość całkowita: L m moment bezwładności (względem osi y): J y cm 4 moment bezwładności: J s cm 4

Angelika Duszyńska Adam Bolt WSPÓŁPRACA GEORUSZTU I GRUNTU W BADANIU NA WYCIĄGANIE

ZAGROŻENIA REZONANSOWE MASZYN PODSTAWOWYCH GÓRNICTWA ODKRYWKOWEGO

PL B1. Układ do monitorowania stateczności wywrotnej maszyny mobilnej, w szczególności na podwoziu gąsienicowym

Wyłączenie redukcji parametrów wytrzymałościowych ma zastosowanie w następujących sytuacjach:

POLITECHNIKA ŁÓDZKA INSTYTUT OBRABIAREK I TECHNOLOGII BUDOWY MASZYN. Ćwiczenie D - 4. Zastosowanie teoretycznej analizy modalnej w dynamice maszyn

'MAPOSTAW' Praca zespołowa: Sylwester Adamczyk Krzysztof Radzikowski. Promotor: prof. dr hab. inż. Bogdan Branowski

BADANIA NUMERYCZNE MECHANIZMU OBROTU NADWOZIA WAGONU PLATFORMY KOLEJOWEJ DO PRZEWOZU SAMOCHODÓW CIĘŻAROWYCH

MATERIAŁY DYDAKTYCZNE

Raport obliczeń ścianki szczelnej

Wybieranie ramy pomocniczej i mocowania. Opis. Zalecenia

PRZEWODNIK PO PRZEDMIOCIE

BADANIA NAD MOŻLIWOŚCIĄ ZASTOSOWANIA OBROTOWYCH ZĘBÓW NA NOŻACH CZERPAKÓW KOPAREK KOŁOWYCH. 1. Wstęp

I. KARTA PRZEDMIOTU CEL PRZEDMIOTU

Karta (sylabus) modułu/przedmiotu Mechatronika Studia pierwszego stopnia. Wytrzymałość materiałów Rodzaj przedmiotu: obowiązkowy Kod przedmiotu:

Wstępne obliczenia statyczne dźwigara głównego

Politechnika Poznańska. Projekt Metoda Elementów Skończonych

Przekładnie ślimakowe / Henryk Grzegorz Sabiniak. Warszawa, cop Spis treści

Badanie ugięcia belki

Stalowe konstrukcje prętowe. Cz. 1, Hale przemysłowe oraz obiekty użyteczności publicznej / Zdzisław Kurzawa. wyd. 2. Poznań, 2012.

Załącznik D (EC 7) Przykład analitycznej metody obliczania oporu podłoża

Transkrypt:

Górnictwo i Geoinżynieria Rok 33 Zeszyt 2 2009 Paweł Kaczyński*, Jerzy Czmochowski* ANALIZA PRZYCZYN PĘKNIĘĆ W REJONIE POŁĄCZENIA DYSZLA SKRĘTNEGO Z DŹWIGAREM GĄSIENICOWYM POJAZDU PODAWARKI 1. Wprowadzenie Przedmiotem analiz jest podwozie podawarki połączonej mostem z koparką SchRs-4000 (rys. 1). Podawarka wsparta jest na zestawie gąsienicowym złożonym z trzech gąsienic. Dwa z nich są kierowane za pomocą siłowników, jak to pokazano na rysunku 2. Rys. 1. Widok podawarki koparki wieloczerpakowej kołowej SchRs-4000 * Wydział Mechaniczny, Politechnika Wrocławska, Wrocław 169

170 Rys. 2. Układ gąsienic podwozia podawarki z mechanizmem skrętu

W miejscu połączenia dyszla z dźwigarem gąsienicy obserwuje się pęknięcia. Pęknięcia występują na końcówce spoiny łączenia blach o grubości 15 mm i 20 mm (miejsce A, rys. 3), gdzie również występuje karb konstrukcyjny w postaci ostrej zmiany szerokości pasa dolnego dyszla. Drugim miejscem jest trójkątne żebro na połączeniu dyszla z dźwigarem gąsienicy (miejsce B, rys. 3). Są to typowe miejsca koncentracji naprężeń na połączeniach spawanych. W miejscu A występuje nałożenie się koncentracji wynikającej z połączenia spawanego blach o różnej grubości i koncentracji naprężeń wynikającej ze zmiany szerokości łączonych blach [4]. Pęknięcia te są wynikiem zginania dyszla w płaszczyźnie pionowej od obciążeń pionowych oraz od zginania w płaszczyźnie poziomej od sił występujących podczas wykonywania skrętu. Zaniedbanie poczynań mających na celu usuniecie przyczyn pojawiających się pęknięć zmęczeniowych może skutkować poważną awarią lub katastrofą [1]. Obecnie wprowadza się odpowiednie metody identyfikacji oddziaływań dynamicznych [2] i systemy diagnostyczne [5], które zawczasu pozwalają przeciwdziałać nadmiernym przeciążeniom. Maszyny te są eksploatowane w różnych warunkach, poddawane zmiennym obciążeniom, które sprzyjają powstawaniu pęknięć zmęczeniowych. Rys. 3. Miejsca występowania pęknięć 2. Obciążenia Analizowany układ obciążony jest siłą pionową od masy podawarki i mostu oraz siłami poziomymi występującymi podczas skrętu wymuszanymi siłownikiem skrętu. Wyma- 171

gania dotyczące obliczeń obciążeń, ich kojarzenia oraz obliczeń elementów stalowych konstrukcji koparek wielonaczyniowych i zwałowarek objętych normami PN-G-46900:2001, PN-G-46550:2001 i PN-G-47010:1999 oraz współpracujących z nimi samojezdnych urządzeń stosowanych w górnictwie odkrywkowym określa norma PN-G-47000-2:2005 Górnictwo odkrywkowe Koparki wielonaczyniowe i zwałowarki. Część 2: Podstawy obliczeniowe, zgodna merytorycznie z normą DIN 22261-2:1997. Zgodnie z wymogami tej normy określono obciążenia elementarne działające na dźwigar gąsienicowy podawarki koparki SchRs-4000 oraz przeprowadzono ich kojarzenia zgodnie z tabelą 10 tej normy. Na etapie definiowania warunków brzegowych uwzględniono także szczególne przypadki podparcia, zgodnie z tabelą 11 tej normy, występujące przy jeździe po łuku, blokowaniu i poślizgu, a które przedstawiono w tabeli 1. Analizując obciążenia występujące przy jeździe gąsienicy po łuku określa się opory tarcia i ścinania gruntu [3, 6]. Opory tarcia gąsienicy o podłoże zakładając współczynnik tarcia μ s = 0,6, naciski na gąsienicę i geometrię wynoszą ok. 1,65 MNm, a opory ścinania gruntu, zakładając jednostkowy powierzchniowy opór ścinania gruntu na poziomie 0,16 N/mm 2, są na poziomie ok. 1,4 MNm. Suma tych oporów daje całkowity moment oporów występujących podczas jazdy po łuku na poziomie ok. 3 MNm. Należy zwrócić uwagę, że układ sterowania za pomocą siłowników może wywrzeć siłę dająca moment o wartości 12,6 MNm. Jest to o tyle niebezpieczne, że w sytuacji kiedy gąsienice są zablokowane moment zginający w płaszczyźnie poziomej od działania siłowników powoduje znaczne przeciążenia, które skutkują pojawiającymi się pęknięciami. Jest to sytuacja, która nie powinna wystąpić podczas normalnej pracy, kiedy podawarka wpierw powinna rozpocząć jazdę na wprost a dopiero potem jazdę na łuku. TABELA 1 Przypadki obciążenia i ich kojarzenia obciążeń przy oddziaływaniu skutków przejazdu oraz przy specjalnych podparciach podwozia jezdnego (PN-G-47000-2) Kojarzenie obciążeń Przypadek HZ, kolumna 2 Dodatkowe obciążenie specjalne podparcia w podwoziu jezdnym przejazd po łuku (L) blokowanie (LL) poślizg poprzeczny (QQ) Dźwigar gąsienicowy przy podparciu wahacz wahacz wahacz koło gwiazdowe koło gwiazdowe koło gwiazdowe HZ HZG HZG HZS HZG 172

3. Analiza numeryczna metodą elementów skończonych W celu oceny wytężenia konstrukcji stalowej dyszla z dźwigarem gąsienicowym opracowany został model geometryczny powierzchniowy (rys. 4). Na bazie tego modelu utworzono model dyskretny powłokowo-belkowy [7, 8], którego newralgiczny fragment pokazano na rysunku 5. Rys. 4. Model geometryczny powłokowy dyszla z dźwigarem gąsienicowym podawarki z układem sił obciążających Rys. 5. Model dyskretny powłokowy w obszarze połączenia dyszla z dźwigarem gąsienicy 173

W celu identyfikacji przyczyn pękania w rejonie połączenia dyszla z dźwigarem gąsienicowym przeprowadzono obliczenia dla stanu aktualnego. Na jednej z koparek przeprowadzono modyfikację tego rejonu polegającą na wprowadzeniu w ograniczonym obszarze grubszej blachy oraz na usunięciu żebra widocznego na zdjęciu (rys. 3) w miejscu B. W wyniku obliczeń dla stanu aktualnego stwierdzono, że żebro to powoduje wzrost naprężeń zarówno w samym żebrze σ zred = 316 MPa, jak i w jego otoczeniu, jak widać to na rysunku 6. Rys. 6. Warstwice naprężeń zredukowanych dla stanu aktualnego przypadek HZL Aby zmniejszyć poziom naprężeń w tym rejonie usunięto żebro B (rys. 3) oraz pogrubiono obszar, w którym występowały pęknięcia. W wyniku tych zamian poziom naprężeń zmniejszył się do wartości σ zred = 186 MPa czyli o ok. 40% i znikła koncentracja naprężeń (rys. 7). Dalsza modyfikacja tego obszaru polegała na poszerzeniu pasa dolnego dyszla tak, aby zapewnić płynną zmianę geometrii przy wejściu w połączenie z dźwigarem gąsienicowym (rys. 8). Zmiana ta spowodowała dalsze zmniejszenie naprężeń do poziomu σ zred = 170 MPa. Rozkład naprężeń dla tego rozwiązania pokazano na rysunku 9. Wprowadzone modyfikacje znacząco obniżyły poziom naprężeń i zlikwidowały koncentrację naprężeń. 174

Rys. 7. Warstwice naprężeń zredukowanych, modyfikacja I przypadek HZL Rys. 8. Propozycja wzmocnienia dolnego pasa dyszla na połączeniu z dźwigarem gąsienicowym 175

Rys. 9. Stan naprężeń po modyfikacji II przypadek HZL 4. Podsumowanie i wnioski W pracy zastosowano współczesne metody analizy wytrzymałościowej wykorzystując dokładne modele MES [7]. Dzisiejsze możliwości programowe i sprzętowe umożliwiają opracowane dokładnych modeli konstrukcji stalowych spawanych z blach. Modele te w niemal wierny sposób odwzorowują geometrię badanych obiektów. Przy projektowaniu tych maszyn nie było takich możliwości, opierano się na ogólnych metodach wytrzymałości materiałów np. zginania belek. Modele powłokowe metody elementów skończonych umożliwiają obserwowanie koncentracji naprężeń w złożonych węzłach konstrukcji stalowej. Metodykę tą zastosowano tutaj do identyfikacji przyczyn pojawiania się pęknięć oraz podano sposoby zmniejszenia podatności na pękanie zmęczeniowe. W wyniku wprowadzonych zmian poziom naprężeń zmniejszył się o przeszło 40% i otrzymano stan bez koncentracji naprężeń. LITERATURA [1] Babiarz S., Dudek D.: Kronika awarii i katastrof maszyn podstawowych w polskim górnictwie odkrywkowym. Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej, Wrocław, 2007 176

[2] Czmochowski J.: Identyfikacja modeli modalnych maszyn urabiających w górnictwie węgla brunatnego. Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej, Wrocław, 2008 [3] Hawrylak H., Sobolski R.: Maszyny podstawowe górnictwa odkrywkowego. Wydawnictwo Śląsk, Katowice, 1967 [4] Jankowiak R., Rusiński E.: Stahlkonstruktionen von polnischen Umschlag und Fördergeraten. Stahlbau 72 (2003), Heft 8 [5] Kowalczyk M.: Metoda diagnozowania maszyn w stanach rozwijającej się awarii. Praca Doktorska. IKiEM Politechnika Wrocławska PRE 11/2005, Wrocław, 2005 [6] Pieczonka K.: Inżynieria maszyn roboczych. Część I. Podstawy urabiania, jazdy, podnoszenia i obrotu. Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej, Wrocław, 2007 [7] Rusiński E., Czmochowski J., Smolnicki T.: Zaawansowana metoda elementów skończonych w konstrukcjach nośnych. Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej, Wrocław, 2000 [8] Zienkiewicz O.C., Taylor R.L.: The finite element method. Vol. 1, 2. McGraw-Hill Bool Company, Londyn, 1991 177