maszyny gÃ³rnicze 2/2011 - Instytut Techniki GÃ³rniczej KOMAG

More documents

Recommendations

Info

Obserwowany w ostatnich latach wzrost zainteresowania zastosowaniem systemów diagnostycznych w maszynach roboczych powoduje, Ŝe informacja o ich własnościach dynamicznych stała się jawna. Znajomość stanu dynamicznego i struktury maszyny pozwala opisać jej zachowanie, a takŜe umoŜliwia budowanie modeli prognostycznych zuŜycia, opartych o model wzrostu symptomów stanu technicznego. Wzajemne połączenie nowatorskich algorytmów szacowania trwałości zmęczeniowej, metod numerycznych określających stan wytęŜenia elementów maszyny oraz danych pomiarowych z systemów diagnostycznych, umoŜliwia osiągnięcie efektu synergii w procesie wnioskowania o stanie technicznym maszyny. System predykcji stopnia uszkodzenia wspomagany symulacjami komputerowymi, w porównaniu do istniejących systemów diagnostyki (np. wibrodiagnostyki) umoŜliwia ocenę stanu technicznego w dowolnej chwili czasowej cyklu Ŝycia maszyny, a nie tylko informuje o moŜliwości wystąpienia awarii. Na rysunku 1 przedstawiono załoŜenia do metody oceny stopnia uszkodzenia elementów maszyny. W przedstawionej na rysunku 1 metodzie szacowania stopnia zniszczenia zmęczeniowego elementów maszyny moŜna wyróŜnić następujące bloki funkcyjne: pozyskiwanie danych pomiarowych, identyfikację obciąŜenia dynamicznego i tensora napręŜenia w dowolnym punkcie analizowanego elementu oraz algorytmu wyznaczania stopnia uszkodzenia bazującego na modelu matematycznym wieloosiowego zmęczenia materiałów. Opracowana metoda składa się z siedmiu etapów, w ramach których realizowane są szczegółowe zadania. Ogólny schemat metody oceny stopnia uszkodzenia elementów maszyn i urządzeń przedstawiono na rysunku 2. PoniŜej, scharakteryzowano poszczególne bloki funkcyjne naleŜące do ww. metody. 2.1. Modele geometryczne elementów maszyny Proces projektowo-konstrukcyjny jest realizowany na drodze wspomagania komputerowego CAD, gdzie tworzone są sparametryzowane modele geometryczne 3D. Pojęcie parametryzacji w systemach CAD najogólniej polega na: − − − − powiązaniu modelu geometrycznego z wymiarami (zmiana wymiaru modyfikuje model), moŜliwości zapisu wymiaru w postaci parametru (symbolu), moŜliwości powiązania jednego parametru z innymi, moŜliwości stosowania tzw. więzów. RozróŜnia się więzy geometryczne, wymiarowe i parametryczne. Więzy mogą być stosowane na róŜnych etapach tworzenia modelu geometrycznego, tj. szkicu, części, zespołów. Na rysunku 3 przedstawiono parametryczny model CAD, na przykładzie wysięgnika teleskopowego ładowarki górniczej. 2. Metoda oceny stopnia uszkodzenia elementów maszyn i urządzeń Rys.3. Model geometryczny wysięgnika teleskopowego ładowarki górniczej [ 2] 2.2. Zidentyfikowane obciąŜenie układu Rys.2. Ogólny schemat metody oceny stopnia uszkodzenia elementów maszyn i urządzeń [5] W celu identyfikacji stanu napręŜenia w poszczególnych elementach maszyny, niezbędna jest ciągła identyfikacja obciąŜeń dynamicznych działających na maszynę. Zadanie to moŜna zrealizować wykorzystując sworznie pomiarowe. Idea proponowanej metody polega na wykorzystaniu tzw. technik odwrotnych do identyfikacji stanu dynamicznego maszyny. Na podstawie pomiarów wielkości fizycznej tj. odkształceń w sworzniach pomiarowych wyznacza się taki stan obciąŜenia maszyny, aby róŜnica pomiędzy wartością zmierzoną a wyliczoną dąŜyła do zera. 8 MASZYNY GÓRNICZE 2/2011
2.3. Wyznaczenie tensora napręŜenia W celu wyznaczenia trwałości zmęczeniowej elementu maszyny zakłada się przeprowadzenie obliczeń wytrzymałościowych, które pozwalają na uzyskanie pełnej informacji o stanie napręŜenia, jaki powstaje pod wpływem działania obciąŜeń eksploatacyjnych. Znajomość tensora napręŜenia w elementach maszyny: gdzie: ⎛σ x ⎜ σ ij = ⎜τ xy ⎜ ⎝τ xz τ σ σ x , σ y, σ z - składowe normalne, τ xy , τ xz , τ yz - składowe ścinające, τ xy y yz τ ⎞ xz ⎟ τ yz ⎟ ⎟ σ z ⎠ jest podstawą do oceny stopnia ich uszkodzenia. Uzyskane informacje o wartości i rozkładzie stanu naprę- Ŝenia umoŜliwiają wytypowanie tych obszarów konstrukcji, które powinny być z uwagi na poziom naprę- Ŝeń szczególnie monitorowane. W celu identyfikacji tensora napręŜenia zastosowano komputerową metodę mechaniki ciał stałych (metoda elementów skończonych). Obliczenia MES wykonano w oparciu o program komercyjny MSC/Nastran oraz darmowe środowisko programowe CalculiX. Na rysunku 4 przedstawiono rozkład napręŜeń zredukowanych wyliczonych z wykorzystaniem hipotezy Hubera-von Milesa na przykładzie wysięgnika teleskopowego ładowarki górniczej. koncepcji płaszczyzny krytycznej jest redukcja wieloosiowego stanu napręŜenia do ekwiwalentnego, jednoosiowego stanu napręŜenia [5]. W celu określenia równowaŜnego jednoosiowego napręŜenia w dowolnym punkcie konstrukcji wymagane jest określenie połoŜenia płaszczyzny krytycznej, w której napręŜenia równowaŜne osiągają wartość maksymalną. W celu identyfikacji orientacji płaszczyzny krytycznej, w dowolnym punkcie elementu maszyny, opracowano algorytm przedstawiony na rysunku 5. Rys.5. Algorytm wyznaczania orientacji płaszczyzny krytycznej w dowolnym punkcie konstrukcji [5] 2.5. Obliczenie napręŜeń ekwiwalentnych – kryterium Findleya Rys.4. Mapa napręŜeń zredukowanych teleskopowego ładowarki górniczej [2] 2.4. Wyznaczenie połoŜenia płaszczyzn krytycznych W celu wyznaczenia stopnia uszkodzenia elementów maszyn, niezbędną informacją jest znajomość stanu napręŜenia w kaŜdym punkcie konstrukcji. Tensor napręŜenia wyznacza się za pomocą badań symulacyjnych, z wykorzystaniem metody elementów skończonych, (rys. 4). Ze względu na to, Ŝe elementy konstrukcji często są poddane złoŜonym stanom napręŜeń i odkształceń, analiza zmęczenia wieloosiowego wymaga zrozumienia trójosiowego stanu napręŜeń i odkształceń. Generalnym celem kryteriów opartych na W 1957 roku Findley [1] wysunął postulat, Ŝe główną przyczyną zmęczenia materiału jest zmienne naprę- Ŝenie styczne, przy udziale napręŜeń normalnych w płaszczyźnie krytycznej. Na podstawie ww. postulatu Findley zaproponował liniowy związek napręŜenia normalnego σ n w płaszczyźnie krytycznej z dopuszczalnym zmiennym napręŜeniem stycznym τ ns,c dla danej liczby cykli do zniszczenia, w następującej postaci [ 7]: τ ns, c = f − kσ gdzie: f, k są stałymi materiałowymi. Płaszczyzną krytyczną jest płaszczyzna, dla której suma napręŜenia stycznego τ ns i normalnego σ n ze współczynnikiem k osiąga wartość maksymalną. Parametr k jest wyznaczany na podstawie dodatkowych badań eksperymentalnych. Kryterium to zostało opracowane i przetestowane przez Findley'a [1] dla proporcjonalnego cyklicznego zginania ze skręcaniem. Tak wyznaczone napręŜenie ekwiwalentne jest wykorzystywane do obliczenia liczby cykli do zniszczenia przy uŜyciu charakterystyki zmęczeniowej zapisanej równaniem [ 7]. n MASZYNY GÓRNICZE 2/2011 9
Page 1 and 2: Dr inŜ. Krzysztof MAZUREK Dr inŜ.
Page 3 and 4: uzyskano na podstawie przebiegu cza
Page 5: Dr inŜ. Wojciech CHUCHNOWSKI Mgr i
Page 9 and 10: leźć zastosowanie w wielu obszara
Page 11 and 12: sytuacji awaryjnej, np. awaryjnego
Page 13 and 14: Wykres prędkości transportowanego
Page 15 and 16: Literatura 1. Kmita P.: Statystyka
Page 17 and 18: właściwe skonfigurowanie hamulca
Page 19 and 20: y ciernej, czyli wykładziny hamulc
Page 21 and 22: ) w warunkach hamowania grawitacyjn
Page 23 and 24: 5. Podsumowanie Projektując nową
Page 25 and 26: przy jednoczesnym obniŜeniu koszt
Page 27 and 28: Rys.3. Główne okno systemu wizual
Page 29 and 30: Zestawienie wyników analiz grawime
Page 31 and 32: Średnice walców kruszących wahaj
Page 33 and 34: Walce kruszarek podlegają naturaln
Page 35 and 36: cucha (4) oraz dwóch łańcuchów
Page 37 and 38: Dr inŜ. Antoni KOZIEŁ Instytut Te
Page 39 and 40: − CAN (Controller Area Network) -
Page 41 and 42: odbiorczej. System zainstalowany na
Page 43 and 44: Mgr inŜ. Zdzisław BUDZYŃSKI InŜ
Page 45 and 46: − − − − − W kaŜdej kabin
Page 47 and 48: nieŜ maksymalne wykorzystanie ener
Page 49 and 50: stałego. Badania porównawcze siln
Page 51 and 52: nizmów samoregulacji, w sytuacji g
Page 53 and 54: Nominalna średnica otworu węŜa D
Page 55: NaleŜy równieŜ podkreślić, Ŝe

maszyny gÃ³rnicze 2/2011 - Instytut Techniki GÃ³rniczej KOMAG

Create successful ePaper yourself

Delete template?

Save as template?