CC BY
73
УДК 621.879.033:539.4
ИССЛЕДОВАНИЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЙ В РАБОЧИХ УЗЛАХ КАРЬЕРНОГО ЭКСКАВАТОРА ЭКГ-12,5
А.Ю.Болотнев1, Е.И.Унагаев2, А.Н.Авдеев3
Национальный исследовательский Иркутский государственный технический университет, 664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.
Исследованы аварийные отказы карьерных экскаваторов ЭКГ-12,5 в условиях Удачнинского ГОКа за продолжительный период. Выявлены места базовых узлов, подверженных разрушениям. Базовые узлы проанализированы с применением метода конечных элементов. Выявлены места концентрации напряжений. Обосновано, что применение методов неразрушающего контроля к зонам, выявленным с помощью численных методов, позволит сократить сроки простоев, повысить надежность машин. Ил. 6. Табл. 1. Библиогр. 4 назв.
Ключевые слова: экскаватор; рабочее оборудование; метод конечных элементов.
STUDY OF STRESS DISTRIBUTION IN PRODUCTION NODES OF ЭКГ-12,5 QUARRY EXCAVATOR A.Yu. Bolotnev, E.I. Unagaev, A.N. Avdeev
National Research Irkutsk State Technical University, 83 Lermontov St., Irkutsk, 664074.
Emergency failures of ЭКГ-12,5 quarry excavators are examined at Udachny ore mining and processing enterprise for an extended period. The location of backbone nodes subject to destruction is identified. Backbone nodes are analyzed using the method of finite elements. The places of stress concentration are revealed. It is substantiated that the application of the methods of nondestructive testing to the areas identified by numerical methods would reduce the downtime and increase the reliability of machinery. 6 figures. 1 table. 4 sources.
Key words: excavator; operating facilities; method of finite elements.
Надежность горного оборудования в условиях Севера снижается благодаря возрастанию хрупких разрушений базовых узлов металлоконструкций машин в зимнее время года. Наиболее подвержены неблагоприятному воздействию низких отрицательных температур такие конструкции, как стрела, рукоять, ковш экскаватора, работающие в условиях постоянных знакопеременных нагрузок. Восстановление таких узлов связано со значительными затратами и трудоемкостью ремонтных работ, выполняемых, как правило, непосредственно в полевых условиях. Ремонты машин не всегда приводят к положительным результатам, отмечаются повторные отказы, приводящие к появлению новых хрупких трещин больших размеров [1].
Это явилось основанием исследований по выявлению мест, наиболее подверженных концентрации напряжений в рабочих узлах карьерных экскаваторов. В основу исследования были положены данные актов расследования аварий карьерных экскаваторов ЭКГ-12,5 в условиях Удачнинского ГОКа АК «АЛРОСА» за период с 1978 по 2008 г. В актах расследования ава-
рий указаны характер повреждения, причина отказа и продолжительность простоя, что позволило проанализировать типовые отказы и учесть продолжительность простоев машин в ремонте. Общий объем информации составил более полутысячи отказов (таблица).
Показатели наименее надежных узлов и агрегатов экскаваторов ЭКГ-12,5 за период с 1978 по 2008 г.
Узел Кол-во Продолжитель-
отказов ность простоев, ч
Балансир гусеничной 116 909,2
тележки
Балка рукояти 94 6396,5
Ходовой редуктор 90 4620,3
Подъемный редуктор 67 4027,8
Ходовая тележка 63 2721,7
Стрела 54 3046,2
Ковш 42 1334,3
Венцовая шестерня 17 1261,9
Двуногая стойка 12 816
1Болотнев Александр Юрьевич, кандидат технических наук, доцент кафедры горных машин и электромеханических систем, тел.: (3952) 405085, е-mail: [email protected]
Bolotnev Alexander, Candidate of technical sciences, Associate Professor of the Department of Mining Machinery and Electromechanical Systems, tel.: (3952) 405085, e-mail: [email protected]
2Унагаев Евгений Иванович, программист первой категории, тел.: (3952) 405904, е -mail: [email protected] UnagaevEvgeny, Programmerofthefirstcategory, tel.: (3952) 405904, e-mail: [email protected]
3Авдеев Аркадий Николаевич, кандидат технических наук, доцент кафедры горных машин и электромеханических систем, тел.: (3952) 405085, е-mail: [email protected]
Avdeev Arkady, Candidate of technical sciences, Associate Professor of the Department of Mining Machinery and Electromechanical Systems, tel.: (3952) 405085, e-mail: 1 .gor @ istu.edu
Наибольшее количество аварийных отказов отмечается у механизма передвижения экскаватора (балансир гусеничной тележки, ходовой редуктор, ходовая тележка), а также у базовых узлов (балка рукояти, стрела, ковш). Максимальное количество часов по восстановлению работоспособности экскаватора связано с выходом из строя балки рукояти. Причиной отказов является возникновение трещин и изломов узла. Фактическое возникновение трещин на балке рукояти ЭКГ-12,5 показано на рис. 1 (поз. 1-4).
стики жесткости конструкции. Эти характеристики, наряду с характеристиками силового и температурного воздействия, моделируются на основе МКЭ с максимальной степенью адекватности относительно реального объекта.
Исследование характера распределения напряжений в базовых узлах карьерных экскаваторов производилось в режиме копания в случае стопорения ковша при встрече непреодолимого препятствия (рис. 3). Схема граничных условий «рукоять-ковш» пред-
Рис. 1. Фактическое расположение трещин на балке рукояти ЭКГ-12,5
Трещины также образуются (рис. 2) в местах крепления зубьев ковша (поз. 4, 5), в передней стенке ковша (поз 2, 3), в зоне соединения передней и боковых стенок ковша (поз. 1). Как правило, все места трещин связаны с изменением сечения конструкции узла [2].
Возникновение трещин в базовых узлах машин
ставлена на рис. 4. Закрепление модели в пространстве производилось в месте крепления седлового подшипника к стреле и на поверхности зубьев ковша Рс, моделирующее сопротивление копанию. К проушинам ковша приложена нагрузка в виде силы Рп, моделирующая подъемные канаты. Учитывался вес горной породы в ковше Р. К балке рукояти приложена
Рис. 2. Хрупкие разрушения
связано с воздействием ряда факторов, к ним относятся: отрицательная температура окружающей среды, масштабный эффект, динамические нагрузки и т.д. Механизм формирования нагрузок при работе машин определяется состоянием забоя, а в зимний период эксплуатации происходит смерзание и обледенение грунта. С повышением прочности грунта опасность динамических нагрузок возрастает [3].
Для выявления мест концентрации напряжений необходимо применение метода конечных элементов (МКЭ). Применение моделей МКЭ позволяет с высокой степенью точности анализировать напряженно-деформированное состояние (НДС) таких сложных конструкций, как базовые узлы карьерных экскаваторов, находящихся под воздействием переменного силового и температурного воздействия. Уровень точности определения деформаций определяется точностью моделирования деталей по геометрии, которая в свою очередь определяет необходимые характери-
корпуса ковша экскаватора
сила Рн, моделирующая напорное усилие. Также был учтен собственный вес рабочего оборудования. Между седловым подшипником, балкой и напорным валом были созданы контактные поверхности, позволяющие перемещаться балке рукояти внутри седлового под-
Рис. 3. Положение рабочего оборудования при копании
Рис. 4. Расчетная схема рукояти
Распределение напряжений и поле перемещений в модели рабочего оборудования представлены на рис. 5 и 6.
Максимальные напряжения отмечаются между передней и боковой стенкой ковша, в местах крепления коромысла к ковшу, в районе возвратного полублока и концевой отливки балки рукояти, а также на напорном валу.
На рис. 6 показаны перемещения в модели по оси У, которые достигают максимального значения в районе крепления возвратного.
Вышеперечисленные места концентраций напряжений и перемещений совпадают с фактическим расположением трещин на базовых узлах карьерных экскаваторов.
По результатам выполненного моделирования можно сделать вывод о том, что исследование условий работы базовых узлов карьерных экскаваторов в процессе эксплуатации с использованием МКЭ позволяет выявлять места концентрации напряжений в се-
Output Set: NX NASTRAN Case 1. Contour: T2 Translation
Puc. 6. Поле перемещений по оси Y в балке рукояти и ковша ЭКГ-12,5
чениях конструкций машин. Повышенное внимание технического персонала и применение методов неразрушающего контроля к зонам, выявленным с по-
мощью численных методов, позволят повысить надежность, долговечность машин и сократить сроки простоев.
Библиографический список
1. Махно Д.Е., Шадрин А.И. Эксплуатация и ремонт механических лопат в условиях Севера: справочное пособие. М.: Недра, 1992. 127 с.
2. Хладноломкость и хладостойкость металлоконструкций горных машин в условиях Севера: монография / Д.Е.Махно [и др.]. Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2010. 230 с.
3. Авдеев А.Н., Болотнев А.Ю., Унагаев Е.И. Распределение напряжений в базовых узлах карьерных экскаваторов и хрупкие разрушения конструкций // Вестн. Иркут. гос. техн. ун-та. 2009. №2. С. 17-19.
4. Металлические конструкции строительных и дорожных машин / В.А. Ряхин [и др.]. М.: Машиностроение, 1972. 312 с.
УДК 622.23
ПРИМЕНЕНИЕ ОТКРЫТОЙ ТЕХНОЛОГИИ ПО ВЫЕМКЕ ЗАКОНТУРНЫХ РУДНЫХ ТЕЛ
А.В.Волохов1, В.И.Снетков2
Национальный исследовательский Иркутский государственный технический университет, 664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.
Приведены варианты выемки законтурных запасов полезных ископаемых на различных месторождениях. Проектные технические решения по разработке рудных тел, находящихся за технической границей карьеров сложно-структурных образований, зачастую ограничиваются автоматическим их переводом на подземный способ доработки. На практике ведения открытых горных работ показано, что определенную часть законтурных залежей возможно отрабатывать по существующей технологии более дешевыми и эффективными способами без нарушения и с нарушением карьерного пространства. Ил. 7. Библиогр. 5 назв.
Ключевые слова: законтурные рудные тела; сложноструктурные месторождения; горные разработки; нерабочий борт; проектный контур; берма безопасности.
APPLICATION OF THE OPEN-CUT TECHNOLOGY FOR CONTOUR ORE BODIES MINING A.V. Volokhov, V.I. Snetkov
National Research Irkutsk State Technical University, 83 Lermontov St., Irkutsk, 664074.
The article lists mining variants for contour mineral resources in various deposits. Project engineering solutions for mining of ore bodies beyond the technical boundary of open pits of complex structure formations are often confined to their immediate transfer to underground mining method. The practice of surface mining shows that a certain part of contour deposits can be developed by the existing technology using cheaper and more effective methods with and without breaking the open pit area. 7 figures. 5 sources.
Key words: contour ore bodies; complex structure deposits; mining; non-working edge; project contour; safety bench.
Проектом разработки одного из сложноструктур-ных месторождений в Забайкалье принят открытый способ добычи полезного ископаемого, при котором часть рудных запасов, оставляемых за технической границей карьера, переходит на подземный способ доработки. Принимая во внимание высокую ценность руды, положительные экономические расчеты, инженерной службой рудника открытых работ применялись различного рода технические решения по выемке законтурных рудных тел в зависимости от горногеологических условий.
Месторождение относится к типу гидротермальных, занимает площадь около 0,2 км2 и вытянуто на
северо-запад на 1000 м при ширине 150-250 м. Его характерной чертой является приуроченность к крупной зоне разломов в толще верхнеюрских вулканитов, образующих два структурных этажа.
Вмещающие породы нижней толщи представлены мощным (380-450 м) покровом андезито-базальтов (несогласно залегающих на палеозойских гранитах), трахидацитов мощностью 75-110 м, андезито-базальтов среднего покрова с выдержанной (30-40 м) мощностью. Завершают нижнюю толщу андезито-базальты верхнего покрова, вмещающие в себя выклинивающиеся участки узких прерывистых жилооб-разных тел, отличающихся высоким качеством. Об-
1Волохов Анатолий Викторович, кандидат технических наук, доцент кафедры маркшейдерского дела и геодезии, тел.: 89246096238, e-mail: [email protected]
Volokhov Anatoly, Candidate of technical sciences, Associate Professor of the Department of Mine Surveying and Geodesy, tel.: 89246096238, e-mail: [email protected]
2Снетков Вячеслав Иванович, доктор технических наук, профессор кафедры маркшейдерского дела и геодезии, тел.: 89500769564, e-mail: [email protected]
Snetkov Vyacheslav, Doctor of technical sciences, Professor of the Department of Mine Surveying and Geodesy, tel.: 89500769564, e-mail: [email protected]
