A sapata sobre esteiras para uma grande escavadeira de mineração suporta o peso e a carga de trabalho superiores. A sapata da esteira é uma parte importante do dispositivo da esteira; sua vida útil é o índice central do desempenho do equipamento. Neste artigo, a simulação dinâmica extrai o espectro de carga de condições típicas de trabalho no ciclo de trabalho. A distribuição de tensões da estrutura sob ação de força unitária foi determinada por análise de elementos finitos. Com base na análise de elementos finitos, espectro de carga e curva SN do material, é obtida a vida em fadiga da sapata da esteira, o que fornece uma base teórica para o projeto do produto e uso em campo.
BACKGROUND
Escavadeiras de mineração são adequados para operações de decapagem e mineração em minas de carvão a céu aberto de grande escala, minério de ferro e minas de metais não ferrosos. O dispositivo de esteira é uma parte importante da escavadeira de mineração. A sapata da esteira é a parte central do dispositivo da esteira. A vida útil da sapata da esteira não afeta apenas o desempenho geral do dispositivo da esteira, mas também é de grande importância para o gerenciamento de estoque dos clientes de mineração. Portanto, a Qiming Casting conduziu uma análise de resistência à fadiga nas esteiras de grandes escavadeiras de mineração.
Visão geral da análise da vida útil da fadiga
Este artigo usa ADAMS, NXNastran, NCode e outros softwares para calcular a vida útil em fadiga de sapatas de escavadeiras de mineração mecânica. O processo de análise da vida em fadiga é mostrado na Figura 1.
O processo de trabalho da escavadeira inclui condições de caminhada e escavação. A compilação do espectro de carga estrutural leva 3600 segundos, dos quais 600 segundos é o tempo de caminhada e 3000 segundos é o tempo de escavação. O tempo de caminhada e escavação é dividido em cinco segmentos iguais e seus espectros de carga são extraídos dos resultados da análise dinâmica.
Análise de Materiais
As sapatas das escavadeiras mecânicas de mineração são feitas de aço com alto teor de manganês e suas propriedades são mostradas na Tabela 1. A curva SN do material é mostrada na Figura 2.
Tabela 1. Propriedades materiais do aço com alto teor de manganês | |||
Material | Módulo de elasticidade (GPa) | Coeficiente de Poisson | Densidade (kg/m3) |
Aço manganês | 206 | 0.288 | 7829 |
Análise e cálculo do espectro de carga
A Figura 3 mostra o modelo de simulação da condição de caminhada da escavadeira. A massa da escavadeira é de 1200 toneladas, a velocidade do eixo motor é de 17.2245s e o tempo de simulação é de 150s. O espectro de carga é compilado dividindo a caminhada em 5 seções, cada uma com duração de 120 segundos. Assim, os pares rotativos entre as 5 sapatas da esteira são selecionados aleatoriamente para extração de carga.
Conforme mostrado na Figura 4, o modelo de simulação da condição de trabalho de escavação é semelhante à condição de trabalho ambulante, em que a transmissão da força de escavação é extraída da força de reação na plataforma rotativa durante a simulação da operação de escavação do dispositivo de trabalho ; a velocidade do eixo motor é 0; o tempo de simulação é 18s. Na elaboração do espectro de cargas, a escavação é dividida em 5 trechos; cada seção dura 600 segundos, então 40 pares rotativos entre as sapatas da esteira são selecionados aleatoriamente para extração de carga, e os resultados da simulação de 15 segundos são interceptados para cada seção.
Em um par de sapatas de esteira, a direção axial do pino é o eixo B, a direção da gravidade é o eixo Y (a Figura 5 mostra a direção esquemática das sapatas de esteira no lado superior; a direção da gravidade é sempre para baixo) e a direção horizontal é o eixo X.
Os valores das forças e momentos na direção Z são muito pequenos comparados com aqueles nas outras duas direções. Portanto, a força na direção Z não é considerada na compilação do espectro de carga; apenas as forças nas direções X e Y são consideradas. Além disso, as sapatas da esteira também suportam a força motriz das rodas motrizes ativas e a pressão geral da escavadeira. O espectro de carga compilado é mostrado nas Figuras 6 a 9.
Análise de elementos finitos
A análise de elementos finitos é realizada para determinar a distribuição de tensões na estrutura sob força unitária. Neste caso, restrições simples são aplicadas no lado binaural e carga unitária é aplicada no lado mono. A distribuição de tensões na placa da via sob carga unitária é mostrada nas Figs. 10 a 13.
Análise da vida de fadiga
A Figura 14 mostra o processo de análise de fadiga. Os resultados da FEA e do espectro de carga são introduzidos, e a curva SN do material é definida para análise de vida à fadiga. Os resultados da análise são mostrados na Figura 15, que mostra que a vida útil projetada da placa da via é de 27240h.