Il pattino cingolato di un grande escavatore da miniera sostiene il peso superiore e il carico di lavoro. Il pattino cingolato è una parte importante del dispositivo cingolato; la sua durata è l'indice fondamentale delle prestazioni dell'apparecchiatura. In questo articolo, la simulazione dinamica estrae lo spettro di carico delle tipiche condizioni di lavoro nel ciclo lavorativo. La distribuzione delle sollecitazioni della struttura sotto l'azione della forza unitaria è stata determinata mediante analisi agli elementi finiti. Sulla base dell'analisi degli elementi finiti, dello spettro di carico e della curva SN del materiale, si ottiene la durata a fatica del pattino cingolato, che fornisce una base teorica per la progettazione del prodotto e l'uso sul campo.
sfondo
Escavatori a pala da miniera sono adatti per operazioni di strippaggio ed estrazione in miniere di carbone a cielo aperto su larga scala, minerali di ferro e miniere di metalli non ferrosi. Il dispositivo cingolato è una parte importante dell'escavatore da miniera. Il pattino cingolato è la parte centrale del dispositivo cingolato. La durata del pattino cingolato non influisce solo sulle prestazioni complessive del dispositivo cingolato, ma è anche di grande importanza per la gestione dell'inventario dei clienti minerari. Pertanto, Qiming Casting ha condotto un'analisi della resistenza alla fatica sui pattini dei cingoli dei grandi escavatori minerari.
Panoramica dell'analisi della vita a fatica
Questo articolo utilizza ADAMS, NXNastran, NCode e altri software per calcolare la durata a fatica delle scarpe dei cingoli degli escavatori meccanici da miniera. Il processo di analisi della vita a fatica è mostrato nella Figura 1.
Il processo di lavoro dell'escavatore comprende condizioni di camminata e di scavo. Per compilare lo spettro dei carichi strutturali sono necessari 3600 secondi, di cui 600 sono il tempo di percorrenza e 3000 il tempo di scavo. Il tempo di cammino e di scavo vengono divisi ciascuno in cinque segmenti uguali e i relativi spettri di carico vengono estratti dai risultati dell'analisi dinamica.
Analisi dei materiali
I pattini degli escavatori meccanici da miniera sono realizzati in acciaio ad alto contenuto di manganese e le loro proprietà sono mostrate nella Tabella 1. La curva SN del materiale è mostrata nella Figura 2.
Tabella 1. Proprietà dei materiali dell'acciaio ad alto contenuto di manganese | |||
Materiali | Modulo di elasticità (GPa) | rapporto di Poisson | Densità (kg/m3) |
Acciaio al manganese | 206 | 0.288 | 7829 |
Analisi e calcolo dello spettro di carico
La Figura 3 mostra il modello di simulazione della condizione di camminata dell'escavatore. La massa dell'escavatore è 1200 t, la velocità dell'albero motore è 17.2245 s e il tempo di simulazione è 150 s. Lo spettro di carico viene compilato dividendo la camminata in 5 sezioni, ciascuna della durata di 120 secondi. Pertanto, le coppie rotanti tra i 5 pattini dei cingoli vengono selezionate casualmente per l'estrazione del carico.
Come mostrato nella Figura 4, il modello di simulazione della condizione di lavoro di scavo è simile alla condizione di lavoro a piedi, in cui la trasmissione della forza di scavo viene estratta dalla forza di reazione sulla piattaforma rotante durante la simulazione dell'operazione di scavo del dispositivo di lavoro ; la velocità dell'albero motore è 0; il tempo di simulazione è di 18 secondi. Nella predisposizione dello spettro di carico, lo scavo viene suddiviso in 5 sezioni; ciascuna sezione dura 600 secondi, quindi 40 coppie rotanti tra i pattini dei cingoli vengono selezionate casualmente per l'estrazione del carico e per ciascuna sezione vengono intercettati i risultati della simulazione di 15 secondi.
In una coppia di pattini, la direzione assiale del perno è l'asse B, la direzione di gravità è l'asse Y (la Figura 5 mostra la direzione schematica dei pattini sul lato superiore; la direzione di gravità è sempre verso il basso) e la direzione orizzontale è l'asse X.
I valori delle forze e dei momenti nella direzione Z sono molto piccoli rispetto a quelli nelle altre due direzioni. Pertanto, la forza nella direzione Z non viene considerata nella compilazione dello spettro di carico; vengono considerate solo le forze nelle direzioni X e Y. Inoltre i pattini sopportano anche la forza motrice delle ruote motrici attive e la pressione complessiva dell'escavatore. Lo spettro di carico compilato è mostrato nelle Figure da 6 a 9.
Analisi agli elementi finiti
L'analisi degli elementi finiti viene eseguita per determinare la distribuzione delle sollecitazioni nella struttura sottoposta a forza unitaria. In questo caso, vengono applicati vincoli semplici sul lato binaurale e il carico unitario viene applicato sul lato mono. La distribuzione delle sollecitazioni nella piastra del binario sotto carico unitario è mostrata nelle Figg. dalle 10 alle 13.
Analisi della vita a fatica
La Fig. 14 mostra il processo di analisi della fatica. Vengono introdotti i risultati FEA e dello spettro di carico e la curva SN del materiale viene impostata per l'analisi della durata a fatica. I risultati dell'analisi sono mostrati nella Fig. 15, che mostra che la durata di progetto della piastra del binario è di 27240 ore.