CC BY
76
4. Паначев И.А. Оценка остаточного ресурса горнотранспортных машин, отработавших нормативный срок эксплуатации / Паначев И.А., Насонов М.И., Моисеенко В.Д., Артамонов П.В. // Безопасность жизнедеятельности предприятий в угольных регионах. Материалы VI Международной научнопрактической конференции -Кемерово: КузГТУ, 2005.-С.120 - 123.
5. Паначев И.А. Оценка уровня нагруженности металлоконструкций карьерных автосамосвалов, в зависимости от качества карьерных дорог / Паначев И.А., Насонов М.И., Артамонов П.В. // Природные и интеллектуальные ресурсы Сибири. Материалы XI Международной научно-практической конференции. - Кемерово, ГУ КузГТУ, 2006.-С. 119 - 122.
6. Болотин. В.В. Прогноз ресурса машин и конструкций. - М.: Машиностроение - 1984, 334 с.
7. Тангаев И. А. Энергоемкость процессов добычи и переработки полезных ископаемых. - М.: Недра, 1986. - 231 с.
8. БроекДэ. Основы механики разрушения: Пер. с анг. - М.: Выс. школа, 1980.
□ Авторы статьи:
Паначев Иван Андреевич, докт.техн. наук, проф. каф. сопротивления материалов КузГТУ, тел. 8-(384-2)-396326
Кузнецов Илья Витальевич , ассистент каф. сопротивления материалов КузГТУ, e-mail: [email protected]
УДК 622.684
И.А. Паначев, И.В. Кузнецов
АНАЛИЗ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ МЕТАЛЛОКОНСТРУКЦИЙ БАЛКИ ЗАДНЕГО МОСТА БОЛЬШЕГРУЗНЫХ АВТОСАМОСВАЛОВ
За один цикл транспортирования горной массы металлоконструкции автосамосвалов испытывают различные динамические и вибрационные нагрузки. Увеличение масштабов добычи, углов наклона на подъем при увеличении глубины разработки и расстояния перевозки на сегодняшний день приводит к тому, что причиной простоев автосамосвалов большой грузоподъемности является трещинообразование в металлоконструкциях заднего моста (рис. 1).
Мониторинг дефектов в металлоконструкциях заднего моста большегрузных автосамосвалов в
течение одного месяца позволил установить зоны трещинообразования, где длина трещин в отдельных элементах достигла критических значений и составляла 500-600 мм, что являлось следствием внеплановых простоев автосамосвалов, избежать которые было бы возможно при своевременном контроле зон концентрации наибольших напряжений [1].
Для исследования напряженно-деформированного состояния в элементах данной конструкции была спроектирована 3Б-модель с использованием программного продукта А№У8 и составлена
Таблица 1. Исходные данные автосамосвала БелАЗ-75131
Входные данные Расчетные данные
Полная масса с грузом, кг 237000 Смещение центра тяжести при боковом наклоне, мм 250
Допускаемый боковой угол наклона, ° 10 Расстояние между центрами колеи, мм 2210
Передаточное отношение редуктора колеса 19 Отношение нагрузок при наклоне на колеса 1,2551
Мощность тягового электродвигателя ЭК-420А, кВт 420 Боковая сила, Н 135248
Крутящий момент тягового электродвигателя ЭК-420А, Н*м 5984 Смещенная сила тяжести от наклона, Н 767032
Наружный диаметр шин, мм 3045 Сила на левое колесо, Н 962704
Материал корпуса Ст30Л Сила на правое колесо, Н 611131
Материал приваренных деталей Ст20 Тяговое усилие для разгона до 60 км/ч, Н 74677
расчетная схема, где обозначены точки закрепления балки заднего моста и действующие нагрузки (рис. 2).
Для оценки напряженно-деформированного состояния необходимо установить поле напряжений, деформаций и перемещений при заданной геометрии конструкции с учетом свойств материала, действующих нагрузок и граничных условий.
При решении задачи о напряженно-деформированном состоянии балки заднего моста автосамосвала в каждой его точке численным методом определялись компоненты напряжений,
деформаций и перемещений путем создания замкнутой системы, состоящей из уравнений статики, физических уравнений и уравнений Коши, используемых в методе конечных элементов (МКЭ). Для создания конечно-элементной модели выбирались тип конечных элементов и модель, характеризующая свойства материала конструкции.
Исходные данные для исследования напряже-но-деформированного состояния металлоконструкций заднего моста представлены в табл. 1.
Результаты анализа напряженного состояния элементов заднего моста автосамосвала БелАЗ-75131 и зоны наибольшей концентрации напряже-
ние. 2. Раечетная ехема элементов заднего моетаавтоеамоевала БелАЗ-75131:
А - еила тяжеети; В - закрепление по цилиндру; С, Б, К - закрепления е ограничением; Е, Е - реакция от опоры подшипников; О, Н - крутящий момент от вала двигателя; 3 - тяговая еила.
Рие. 3.а) конечно-элементная модель балки заднего моета, б) зоны раепределения еуммар-ных напряжений в балке заднего моета автоеамоевала БелАЗ-75131
ний представлены на рис. 3.
По завершению конечно-элементного анализа и обработки полученных данных установлено, что минимальные напряжения составляют 0,02 Мпа, а максимальные 440,77 МПа. Светлым фоном обозначена область распределения напряжений из интервала 85,76 - 142,92 МПа.
При анализе деформированного состояния учитывались зоны с ограничением деформаций: закрепление по цилиндру В, закрепление с огра-
ничением по оси Х С (место закрепления с рамой), закрепления с ограничением по оси У Б и К (место крепления цилиндров подвески). При выполнении статического прочностного расчета не учитывались колебания машины от неровностей микропрофиля и вибрационные нагрузки от редуктора мотор-колеса.
На рис. 4 представлены суммарные деформации заднего моста при максимально допустимом боковом угле наклона автосамосвала, равном 10°.
0,0036259 Ман
Oj 003223 Oj 0028202 0,0024173 Oj 00201‘Н □j0016115 0,0012086 0j 00060576 0,00040288 О Мін
Рие. 4. Зоны раепределения суммарных деформаций в балке заднего моета автоеамоевала БелАЗ-75131
Из рисунка видно, что наибольшие значения деформаций достигаются в зонах установки правого колеса, потому что при поперечном наклоне автосамосвала происходит смещение всей массы в его сторону. Не деформируется под воздействием приложенных нагрузок корпус заднего моста и воздухораспределительная коробка, так как они являются местами крепления с рамой. Деформации в местах установки генератора и редукторов мотор-колес заднего моста изменяются в пределах от 0 до 3,626 мм. Такие несущественные деформации не приводят к разрушению элементов данного узла и их внеплановой замене.
Расчетные нагрузки влияют лишь на образование такого вида износа, как усталость металла.
В результате большого количества переменных нагрузок возникают зоны концентрации напряжения, что приводит к тому, что макротрещины в материале становятся глубже и прогрессируют до полного разрушения [2].
Проведенные расчеты позволили установить зоны со значениями напряжений, превышающих предельные для данного материала, где наблюдается возрастание скорости роста трещин и увеличение их длины до критических значений. Своевременное обследование опасных зон металлоконструкций балки заднего моста автосамосвала и при необходимости принятие инженерных решений позволит остановить рост трещин и избежать непредвиденных простоев.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Паначев И.А. К оценке напряженно-деформированного состояния некоторых сварных металлоконструкций шагающих экскаваторов [Текст]/ И.А. Паначев, М.Ю. Насонов, А.Н. Путятин//Фундаментальные исследования -2008. - №12. - С. 47-49
2. Паначев И.А. Определение скорости роста трещин в металлоконструкциях экскаваторов по потреблению электроэнергии ]/ И.А. Паначев, М.Ю. Насонов //Вестник КузГТУ, 2004. - №3. - С. 56-59
3. Паначев И.А. Оценка энергоемкости процесса транспортирования горной массы большегрузными автосамосвалами на разрезах Кузбасса/ И.А. Паначев, И.В. Кузнецов //Вестник КузГТУ , 2011. - №4. - С. 35-40
4. Болотин. В.В. Прогноз ресурса машин и конструкций. - М.: Машиностроение - 1984, 334 с.
5. БроекДэ. Основы механики разрушения: Пер. с анг. - М.: Выс. школа, 1980.
□Авторы статьи:
Паначев Иван Андреевич, докт.техн. наук, проф. каф. сопротивления материалов КузГТУ, тел. 8-(384-2)-396326
Кузнецов Илья Витальевич , ассистент кафедры сопротивления материалов КузГТУ, e-mail: [email protected]
