17 września 2019


Praca maszyn górniczych w bardzo trudnych i zmiennych warunkach powoduje, że ich zespoły robocze są poddawane obciążeniom udarowym. Ocenia się, że ok. 80-90% pęknięć konstrukcji nośnych tych maszyn ma charakter zmęczeniowy. Wyniki wielu badań eksperymentalnych wskazują, że uszkodzenia eksploatacyjne elementów konstrukcyjnych inicjowane są i powstają głównie w wyniku lokalnego uplastycznienia materiału w strefach, w których występuje największa kumulacja naprężeń.

Marek Kalita

Maszynami służącymi do ładowania odstrzelonego urobku w kopalniach węgla kamiennego są przemieszczające się na podwoziu gąsienicowym ładowarki bocznie wysypujące.
Z analizy uszkodzeń ładowarek wynika, że większość zarejestrowanych uszkodzeń miało charakter zmęczeniowy. Uszkodzenia te powstawały w miejscach łączenia poszczególnych elementów konstrukcji oraz w miejscach występowania karbów technologicznych.

Obiekt badań
Obiektem badań był zespół ładujący (rys. 1) ładowarki bocznie wysypującej ŁBT-1200EH/LS-A produkowanej przez Zakłady Mechaniczne BUMAR ŁABĘDY S.A (rys. 2). Czerpak (poz. 3), wahacz (poz. 2) i wysięgnik teleskopowy (poz. 1) są połączone z podwoziem gąsienicowym za pomocą obrotnicy (poz. 4), umożliwiającej wychylanie wysięgnika w płaszczyźnie poziomej. Dwuczłonowy wysięgnik teleskopowy składa się z ramienia zewnętrznego oraz wysuwnego ramienia wewnętrznego. Czerpak ładowarki, połączony przegubowo z wysięgnikiem, za pomocą wahacza umożliwia prawidłowe napełnianie czerpaka urobkiem oraz wychylanie go, w zależności od potrzeb, na lewą bądź prawą stronę maszyny.

rys1
Rys. 1  Zespół ładujący ładowarki ŁBT-1200EH/LS-A

Doświadczenia eksploatacyjne z zastosowaniem ładowarki wykazały, że konstrukcja zespołu ładującego nie była w stanie sprostać wymaganiom stawianym jej podczas przemieszczania urobku, czego efektem były przypadki uszkodzeń powstających w elementach zespołu ładującego.

rys2
Rys. 2  Ładowarka bocznie wysypująca ŁBT-1200EH/LS-A

W celu zwiększenia trwałości maszyny, jej zespół roboczy poddano modernizacji. Wprowadzone w konstrukcji zmiany polegały przede wszystkim na wprowadzeniu dodatkowych wzmocnień oraz zwiększeniu przekrojów poprzecznych wytypowanych elementów. Dokonane zmiany poprawiły sprawność eksploatacyjną maszyny, jednak nie wyeliminowały całkowicie wszystkich problemów.
W związku z powyższym, w celu określenia przyczyn powstających uszkodzeń, przeprowadzono badania weryfikujące stan naprężenia, które posłużyły do wyznaczenia kierunków dalszej modernizacji badanego układu.

Badania zespołu ładującego
W celu identyfikacji obciążeń działających na zespół ładujący ładowarki przeprowadzono analizę jego cyklu pracy pod kątem wyznaczenia charakterystycznych faz i położeń. Przeprowadzona analiza statyczna charakterystycznych położeń zespołu ładującego miała na celu wyznaczenie wartości obciążeń w poszczególnych węzłach konstrukcji. Analiza otrzymanych wartości obciążeń wykazała, że najbardziej niekorzystnym, pod względem wartości wyznaczonych reakcji, jest przypadek wbijania czerpaka w zwał urobku, z wysięgnikiem maksymalnie wysuniętym (rys. 3).

rys3
Rys. 3 Wartości obciążeń dla pracy zespołu ładującego z wysuniętym wysięgnikiem

Wyznaczone wartości sił w poszczególnych węzłach konstrukcji stanowiły dane wejściowe do analizy wytrzymałościowej z zastosowaniem MES. Do obliczeń przyjęto wartości sił zewnętrznych wyznaczonych w analizie statycznej, powiększonych o wyznaczony współczynnik nadwyżki dynamicznej nd.
Celem analizy wytrzymałościowej było uzyskanie informacji o stanie naprężenia, jaki powstaje w elementach składowych wysięgnika teleskopowego pod wpływem obciążeń zewnętrznych.
Znajomość wartości składowych stanu naprężeń w wysięgniku teleskopowym pozwoliła na ocenę stanu jego wytężenia. Informacje o wartościach i rozkładzie składowych stanu naprężenia umożliwiły wytypowanie węzłów konstrukcyjnych, które z uwagi na możliwości powstania uszkodzeń podczas eksploatacji maszyny, powinny zostać wzmocnione.
W niniejszym artykule ograniczono się jedynie do podania wyników analizy wytrzymałościowej wysięgnika teleskopowego dla najbardziej niekorzystnych dwóch przypadków pracy ładowarki: przy maksymalnej i minimalnej długości wysięgnika (rys. 4 i 5).

rys4
Rys. 4  Mapa naprężenia zredukowanego na zewnętrznej powierzchni wysięgnika
(wysięgnik wysunięty)

rys5
Rys. 5  Mapa naprężenia zredukowanego na zewnętrznej powierzchni wysięgnika
(wysięgnik zsunięty)

Czytaj także:

Nowa wersja narzędzi ANSYS Nowa wersja narzędzi ANSYS
W nowej 19 wersji systemu do analiz i symulacji inżynierskich ANSYS wprowadzono szereg udoskonale...
Analiza naprężeń wywołanych temperaturą  – możliwości programu MIDAS NFX Analiza naprężeń wywołanych temperaturą – możliwości programu MIDAS NFX
(artykuł reklamowy)Filip Ulatowski, Marcin Młynarczyk Wpływ działania ciepła na konstrukcje inż...
Czynniki, które należy wziąć pod uwagę przy wyborze odpowiednich łożysk kół pojazdów górniczych Czynniki, które należy wziąć pod uwagę przy wyborze odpowiednich łożysk kół pojazdów górniczych
(artykuł reklamowy) Łożyska kół, jako podstawowe komponenty pojazdów stosowanych w kopalniach, musz...
Analizy sprzężone w budowie form wtryskowych Analizy sprzężone w budowie form wtryskowych
Programy CAE mogą być postrzegane jako systemy samodzielne, gdzie analiza strukturalna zapewnia poprawną...