Расчет на прочность сварных станин конусных дробилок (КСД, КМД) Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

зволит существенно снизить на-груженность машин и, в конечном счете, повысить эффективность применения оборудования.

Для реализации предложенных конструктивных решений по рабочему оборудованию экскаваторов с внутренним силовым замыканием были выполнены следующие задачи.

1. Проведен структурный и функциональный анализ устройства замыкания внешних сил. При

этом были выделены структурные элементы и установлена их иерархия, что позволило установить основные элементы, детальная проработка которых при проектировании позволит добиться наибольшего эффекта.

2. Выявлены основные соотношения между геометрическими параметрами рабочего оборудования и элементами устройства замыкания.

3. Проведен кинематический анализ рабочего оборудования гидравлических экскаваторов с внутренним замыканием. При этом установлены скорости движения штоков гидроцилиндров рабочего оборудования и замыкающего звена, геометрические параметры резания, обеспечивающие эффективное заполнение рабочего органа.

4. Выполнен анализ формирования энергозатрат при замыкании.

© Ю.А. Лагунова, А.П. Комиссаров

Н.В. Савинова, инж.,

Уральская государственная горно-геологическая академия

Расчет на прочность сварных станин конусных дробилок (КСД, КМД)

Конструкция дробилок среднего и мелкого дробления не имела существенных изменений более полувека. За это время практика нашла методы изготовления корпусных деталей удовлетворительной материалоемкости и нужда в теоретических методах расчета не возникала. В процессе развития технологий горного производства происходит модернизация существующих схем дробления в сторону увеличения их функциональных возможностей. Любая интенсификация может привести к изменению силового потока в конструкциях, к перемене характера и величины нагрузок. Вследствие этого становиться актуальной задача разработки теоретических методов расчета корпусных деталей на основе численных методов, с использованием для расчетов современных ЭВМ.

Традиционно корпусные детали конусных дробилок представляют собой отливки из серого чугуна или стали литьевых марок. С развитием технологической базы машиностроения стало возможно изготовление сварных вариантов этих деталей. Несомненным достоинством сварных конструкций является применение материалов с высокими прочностными характе-

ристиками, что приводит к уменьшению ряда геометрических параметров, а вследствие этого снижается общая масса конструкции корпусов. Значительно облегчается необходимая механообработка, так как она производится до соединения деталей в единую сборочную единицу. Несколько дробилок с корпусами такого исполнения было выпущено УЗТМ. Материал сварных станин - Ст3, широко распространенная в машиностроении, имеет высокий предел текучести, пластичная, хорошо сваривается. Однако возникают проблемы связанные с концентрацией напряжений в местах сварных швов.

Расчеты на прочность однотипных литых и сварных деталей будут иметь существенные различия. Наряду с прочностными расчетами ставится задача поиска оптимального решения корпусной конструкции.

Основной численный метод для создания и решения целевой функции F(X) данного алгоритма является метод конечных элементов (МКЭ). Идея МКЭ состоит в создании дискретной математической модели реальной конструкции. Дискретные единицы - конечные элементы представляют собой простые геометрические

фигуры, связанные друг с другом в узловых точках. В настоящее время МКЭ достаточно широко применяется для анализа напряженно-деформированного состояния конструкций.

Технологические параметры цикла измельчения, в котором используется дробилка, определяют цель (рис. 1) создания конструкции корпуса (как и дробилки в целом).

Выбор варианта конструкции подразумевает:

♦ задание ожидаемых геометрических параметров;

♦ выбор материала и описание его свойств (для сварных конструкций наряду с механическими характеристиками большое значение имеют совокупность технологических характеристик определяющих свариваемость);

♦ выбор расчетных схем нагружения и граничных условий (расчетными режимами для конусных дробилок будем считать наиболее напряженные режимы их работы, а именно: пуск дробилки под завалом и прохождение через дробящее пространство недробимого тела);

♦ задание критериев оптимизации (масса конструкции, стоимостные параметры и т.д.) и ограни-

дифференциально-алгебраических

уравнений.

♦ создание математической модели выбранной схемы нагружения. Результат данного шага система уравнений.

Под созданием целевой функции подразумеваем объединение всех дифференциально-алгебраических уравнений в единую целевую функцию F(X).

Оптимизация - процесс нахождения экстремума количественной характеристики целевой функции с применением специальных методов поиска (аналитических или численных). Выбор метода будет зависеть от выбранных критериев оптимизации. При исследовании модели корпуса дробилки будет иметь место как структурная, так и параметрическая оптимизация. Поиск оптимального решения может быть организован путем перебора каждого структурного варианта исполнения, с определением оптимальных размеров его элементов и их положения.

Тестирование - анализ итогов оптимизации происходит на базе ожидаемых результатов.

Принятие решения базируется на оценке полученных результатов с учетом личного опыта конструктора и носит компромиссный характер.

© Н.В. Савинова

П.А. Касьянов, доц., к.т.н.,

Уральская государственная горно-геологическая академия

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ШАГАЮЩИХ ДРАГЛАЙНОВ НА ОСНОВЕ УВЕЛИЧЕНИЯ РЕСУРСА БАЗОВЫХ ДЕТАЛЕЙ И УЗЛОВ

Ресурс драглайнов, определенный принятой системой ремонтов в 4...6 лет, зависит от долговечности опорных узлов, для ремонта которых необходима остановка экскаватора на длительный период. Нормативная наработка ЭШ 15.90 на угольных разрезах за это время должна составить 19,2 млн. м3, ЭШ 10.70 - 15 млн м3. Действительный ресурс

большинства машин ЭШ 15.90 находится в пределах 12...18 млн м3.

В результате настойчивой целенаправленной работы ОАО «Уралмаш» надежность базовых узлов экскаваторов нового поколения значительно превосходит выпускавшиеся ранее: внедрен тихоходный привод поворота, кованые зубчатые венцы с поверхностной закалкой ТВЧ, опорные рамы на высокопрочных болтах, же-

сткие трехгранные стрелы с резервированием в растянутом поясе, прогрессивные системы электропривода на основе тиристорных преобразователей и др.

Опыт показывает, что даже у машин, не приспособленных к поэтапному ремонту, за счет более полного использования ресурса отдельных узлов при организации ремонта по техническому состоянию можно увеличить наработку

чений (усталостная прочность сварных швов, жесткость всего корпуса, долговечность конструкции). Этап построения математической модели включает в себя несколько последовательных шагов:

♦ разбиение конструкции на области простой геометрической формы, т.е. глобальная задача заменяется системой простых под-

задач. Количество и величина разбиений для литых и сварных вариантов будет различной. При разбиении сварной конструкции, необходимо учитывать технологическое расчленение конструкции по местам сварки. Т.е. фактически будут рассматриваться простые детали, входящие в сборочные единицы.

♦ дискретизация полученных областей до определенных конечных элементов (КЭ) на основе библиотеки КЭ. Трехмерные конструкции корпусных деталей будут представлять собой композицию из четырех-, пяти. и шестигранных КЭ.

♦ описание каждого КЭ рядом параметров: тип элемента, топология элемента, список вершин, число и список узлов, координаты вершин, номер подобласти.

♦ сборка математической модели конструкции. Производится она «снизу вверх» - описание области содержит описание всех входящих в нее КЭ. В итоге получаем ряд