Der Raupenschuh eines großen Bergbaubaggers trägt das Obergewicht und die Arbeitslast. Der Raupenschuh ist ein wichtiger Teil des Raupengeräts; Seine Lebensdauer ist der zentrale Indikator für die Leistung des Geräts. In dieser Arbeit extrahiert die Dynamiksimulation das Belastungskollektiv typischer Arbeitsbedingungen im Arbeitszyklus. Die Spannungsverteilung der Struktur unter Einwirkung einer Einheitskraft wurde durch Finite-Elemente-Analyse bestimmt. Basierend auf der Finite-Elemente-Analyse, dem Lastspektrum und der SN-Kurve des Materials wird die Ermüdungslebensdauer des Raupenschuhs ermittelt, die eine theoretische Grundlage für das Produktdesign und den Feldeinsatz bietet.
Hintergrund
Schaufelbagger für den Bergbau eignen sich für Abraum- und Abbauarbeiten in großen Tagebau-Kohlebergwerken, Eisenerz- und Nichteisenmetallbergwerken. Das Raupengerät ist ein wichtiger Bestandteil des Bergbaubaggers. Der Raupenschuh ist das Herzstück des Raupengeräts. Die Lebensdauer des Raupenschuhs beeinflusst nicht nur die Gesamtleistung des Raupengeräts, sondern ist auch für die Bestandsverwaltung von Bergbaukunden von großer Bedeutung. Daher führte Qiming Casting eine Ermüdungslebensdaueranalyse der Kettenplatten großer Bergbaubagger durch.
Überblick über die Ermüdungslebensdaueranalyse
In diesem Artikel werden ADAMS, NXNastran, NCode und andere Software verwendet, um die Ermüdungslebensdauer der Kettenschuhe von mechanischen Bergbaubaggern zu berechnen. Der Prozess der Ermüdungslebensdaueranalyse ist in Abbildung 1 dargestellt.
Der Arbeitsprozess des Baggers umfasst Geh- und Aushubbedingungen. Die Erstellung des Strukturlastkollektivs dauert 3600 Sekunden, davon entfallen 600 Sekunden auf die Gehzeit und 3000 Sekunden auf die Aushubzeit. Die Geh- und Grabzeit wird jeweils in fünf gleiche Abschnitte unterteilt und deren Lastkollektive aus den Ergebnissen der dynamischen Analyse extrahiert.
Materialanalyse
Die Kettenschuhe in mechanischen Bergbaubaggern bestehen aus hochmanganhaltigem Stahl. Ihre Eigenschaften sind in Tabelle 1 aufgeführt. Die SN-Kurve des Materials ist in Abbildung 2 dargestellt.
| Tabelle 1. Materialeigenschaften von Hochmanganstahl | |||
| Material | Elastizitätsmodul (GPa) | Poisson-Verhältnis | Dichte (kg / m3) |
| Manganstahl | 206 | 0.288 | 7829 |
Lastkollektivanalyse und -berechnung
Abbildung 3 zeigt das Simulationsmodell des Gehzustands des Baggers. Die Masse des Baggers beträgt 1200 t, die Drehzahl der Antriebswelle beträgt 17.2245 s und die Simulationszeit beträgt 150 s. Das Belastungskollektiv wird durch die Unterteilung des Gehens in 5 Abschnitte von jeweils 120 Sekunden Dauer erstellt. Somit werden die rotierenden Paare zwischen den 5 Bodenplatten zur Lastableitung zufällig ausgewählt.
Wie in Abbildung 4 dargestellt, ähnelt das Simulationsmodell des Aushubarbeitszustands dem Geh-Arbeitszustand, bei dem die Übertragung der Aushubkraft aus der Reaktionskraft an der rotierenden Plattform während der Aushubbetriebssimulation des Arbeitsgeräts extrahiert wird ; die Drehzahl der Antriebswelle ist 0; Die Simulationszeit beträgt 18s. Bei der Erstellung des Lastkollektivs wird der Aushub in 5 Abschnitte unterteilt; Jeder Abschnitt dauert 600 Sekunden, sodass 40 rotierende Paare zwischen den Bodenplatten zufällig für die Lastentnahme ausgewählt werden und die Simulationsergebnisse von 15 Sekunden für jeden Abschnitt abgefangen werden.
Bei einem Paar Bodenplatten ist die axiale Richtung des Stifts die B-Achse, die Schwerkraftrichtung die Y-Achse (Abbildung 5 zeigt schematisch die Richtung der Bodenplatten auf der Oberseite; die Schwerkraftrichtung ist immer nach unten) und Die horizontale Richtung ist die X-Achse.
Die Werte der Kräfte und Momente in Z-Richtung sind im Vergleich zu denen in den anderen beiden Richtungen sehr klein. Daher wird die Kraft in Z-Richtung bei der Erstellung des Lastkollektivs nicht berücksichtigt; Es werden nur die Kräfte in X- und Y-Richtung berücksichtigt. Darüber hinaus tragen die Bodenplatten auch die Antriebskraft der aktiven Antriebsräder und den Gesamtdruck des Baggers. Das erstellte Lastkollektiv ist in den Bildern 6 bis 9 dargestellt.
Finite-Elemente-Analyse
Eine Finite-Elemente-Analyse wird durchgeführt, um die Spannungsverteilung in der Struktur unter Einheitskraft zu bestimmen. In diesem Fall werden auf der binauralen Seite einfache Einschränkungen und auf der monauralen Seite eine Einheitslast angewendet. Die Spannungsverteilung in der Gleisplatte unter Einheitslast ist in den Abbildungen dargestellt. 10 bis 13.
Analyse der Ermüdungslebensdauer
Abb. 14 zeigt den Prozess der Ermüdungsanalyse. Die Ergebnisse der FEA und des Lastspektrums werden vorgestellt und die SN-Kurve des Materials wird für die Ermüdungslebensdaueranalyse festgelegt. Die Analyseergebnisse sind in Abb. 15 dargestellt, aus der hervorgeht, dass die Lebensdauer der Gleisplatte 27240 Stunden beträgt.
