Оценка эффективности модернизации приводов поворота карьерного экскаватора

Тип работы:
Реферат
Предмет:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

© А. Ч. Хатагов, А. М. Соин,
З. А. Хатагов, 2008
УДК 621. 879. 3−19
А. Ч. Хатагов, А. М. Соин, З.А. Хатагов
ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ МОДЕРНИЗАЦИИ ПРИВОДОВ ПОВОРОТА КАРЬЕРНОГО ЭКСКАВАТОРА
Предлагается оценивать эффективность модернизации электрической части привода поворота карьерного экскаватора с учетом усталостной прочности интересующих элементов конструкции на основе подходов модельно-ориентированного проектирования.
Угаснет деталей механизма поворо-лГ та ведется в общем случае на статическую прочность от действия максимальных динамических нагрузок и на долговечность по выносливости. Особенность состоит в сложном нестационарном переменном характере нагрузки, учет влияния которого на ресурс оборудования представляет известную сложность.
Универсальной основой для определения нагрузок при проектировании и расчетах на выносливость механизма
поворота экскаватора по [1] является упрощенная нагрузочная диаграмма (рис. 1), в которой объединены нагрузки близкой интенсивности с осреднённой диаграммы (рис. 2) статистически большого количества экспериментальных осциллограмм циклов экскавации для экскаваторов различного типа.
Расчетные параметры диаграммы рис. 1, рекомендуемые для механизма поворота экскаватора-лопаты, например, следующие: ^ =0,1- Ь =0,4- Ь =0,12- t4 =0,15- = в)2 =0,5- ю3 =0,2-
Рис. 1. Упрощенная нагрузочная диаграмма механизма поворота экскаватора 80
Рис. 2. Осредненная нагрузочная диаграмма механизма поворота экскаватора
(r)4 =1,0- ?"1=1,0* ?"2=0,85- к"з=0,7-
?"4=0,25. Здесь и, т,, к" - соответственно относительная длительность (и /?ц), скоростной коэффициент (т, /ютах) и коэффициент нагрузки на /-той ступени нагружения. Методика расчета этих параметров и правила приведения к / ступеням излагаются там же, в [1].
Такой подход связан с огромным объёмом предварительной работы и имеет фактический смысл только для самого первоначального прикидочного варианта проекта. Параметры диаграммы (рис. 1) верны с определенной доверительной вероятностью, да и получены они по ансамблю уже существующих экскаваторов, зачастую устаревших типов.
Проектирование же новых, как и модернизация имеющихся моделей экскаваторов предполагает внесение в конструкцию изменений, ведущих к улучшению эксплуатационных качеств маши-
ны. В новейших электроприводах с быстродействующими системами управления на основе тиристорных преобразователей и ЮБТ-транзисто-ров вполне вероятно ожидать повышения производительности и одновременно — уменьшения долговечности деталей из-за интенсификации процессов экскавации. Это делает вопрос учета воздействия ударных и иных рабочих нагрузок на механизм поворота карьерного экскаватора актуальным, и, следовательно, на каждом этапе (варианте) проекта требуется оперативная объективная оценка полезности нововведений наглядным критерием.
Опыт эксплуатации экскаваторов свидетельствует, что основной причиной выхода из строя большинства даже правильно спроектированных деталей является усталостное разрушение [2], поэтому очевидной характеристикой эффективности является рост или падение эксплуатационного ресурса интере-
сующего узла после внесения любых изменений в конструкцию (не обязательно только в рассматриваемый узел) машины.
Экспериментальные исследования показывают, что предел выносливости в циклически деформируемых деталях не остается неизменным, а сни-жается по мере накопления усталостных повреждений. В [3] предлагается зависимость следующего вида:
0−1,V = СГ-1,0-(1-у)" … (1)
где V = п / N — усталостное повреждение, накопленное за текущее число циклов нагружения п при уровне нагрузки оа — N — число циклов нагружения до разрушения при уровне нагрузки оа — ст-1& gt-0 — первоначальное значение предела выносливости в симметричном цикле- & lt-о_1ь, — значение предела выносливости при усталостном повреждении V — а — параметр, зависящий от свойств металла (при, а =1 имеем линейный закон снижения предела выносливости, вполне удовлетворительно аппроксимирующий эмпирические данные).
Рассмотрим случай оценки усталостной долговечности валов от действия изгибных деформаций (для деформации кручения всё аналогично). Согласно [1] напряжение от изгиба для валов механизма поворота
°а °р — °п °
где оа — амплитудное значение нормального напряжения- ор = кн-ст1& gt-0 — расчетное нормальное напряжение от действия расчетных нагрузок, опреде-ляемое через стопорный момент Мст на рассматриваемом валу (коэффициент нагрузки кн = 1 при
М = Мрасч =
2
¦Мст
где 01 и J2 — моменты инерции соответственно двигателя и механизма поворо-
та) — от — среднее напряжение (постоянная составляющая нагрузки).
Скорость накопления усталостных повреждений в детали (накопленное за один цикл нагружения усталостное повреждение) по [3] равно:
(_ т
, пРи °а & gt-°-1^(2)
Су
Сп
1
N0
а
-1,0
0, ПРи °а & lt-°-!у
где N0 — базовое число циклов нагружения- т — показатель степени кривой Веллера (в [1] рекомендуется т = 9).
Ф
Учитывая, что ап =-----ш ,
2п
М ,
(где М — мгновен-
кн
а г.
а
1,0
М
расч
ное значение упругого момента в рассматриваемом валу), а скорость вращения и нагрузка вала реверсивны, то, интегрируя (2) при переменных во времени значениях кн и т, для накопленного за время ґ усталостного повреждения получим:
у = -
2лN^
-Пк& quot-
¦а-Сґ.
… (3)
1кн, при кн & gt-(1 — v) а- (4)
где к= & lt- … (4)
[ 0, при кн & lt- (1 — v) а.
Поскольку разрушение детали (появление заметной усталостной трещины) наступает по [3] при 0^= 0 (или v=1), то количество циклов экскавации, проделанное до достижения этого условия и есть ресурс данного вала. Определение ресурса экспериментом на действующей машине слишком трудоемко, поэтому имеет смысл попытаться его оценить на основе современных подходов модельно-ориентированного проектирования.
Программный модуль вычислителя ресурса
Рис. 3
Наличие мощных программных пакетов моделирования сложных систем (БтиНпк, У^Бт, АпуЬо§ ю) позволяет создавать сколь угодно детализированные модели динамических объектов, а, задавая в такой модели реальные управляющие и возмущающие воздействия, можно имитировать впол-не адекватное действительному поведение любых интересующих координат процесса (в том числе, не поддающихся прямому измерению на & quot-живом"- объекте).
Функционально реализация предлагаемого подхода может выглядеть следующим образом (см. рис. 3).
Результаты моделирования одного цикла экскавации за время от 0 до? ц запоминаются в промежуточный файл величин упругого момента М и скорости вращения т в рассматриваемом валу, а затем загружаются в модуль анализа для последующей многоцикловой обработки и представления итогов в графическом виде. Итоговый график зависимости v (Иэкc), где Иэкс — текущее число циклов экскавации, является основой определения полезности вносимых в конструкцию (и, соответственно, учитываемых в модели) экскаватора изменений.
Конечно, построение графика несложно организовать и в самой БтиНпк-модели, без использования до-
полнительного текстового файла и внешнего модуля анализатора ресурса, но это ведет к имитации многократных (пока в детали не накопится предельное повреждение V = 1) прогонов цикла экскавации и, следовательно, время расчета становится сопоставимым с реальным сроком службы детали (месяцы или даже годы). С другой стороны итеративный расчет поврежденности осуществляется по весьма простым формулам и многократная обработка единожды загруженного массива данных (даже большой размерности) средствами любого языка программирования занимает около 1 час.
В частности, имея модель механической системы поворота экскаватора ЭКГ-8И, учитывающую особенности кинематики зубчатых зацеплений редуктора и венцовой пары (зазоры, дву-парность, переменность мгновенных значений жесткости зубьев, КПД и передаточного отношения), можно получить диаграммы упругих моментов в интересующих валах механизма, которые в реальных производственных условиях действующего экскаватора измерить весьма затруднительно.
На такой модели, дополненной моделью традиционного электропривода по системе генератор-двигатель с силовыми магнитными усилителями (ГД-
Рис. 4. Упругий момент и скорость поворотного вала экскаватора ЭКГ-8И (привод ГД-СМУ)
СМУ) или модернизированного — с тиристорным возбудителем (ГД-ТВ), — получены диаграммы рис. 3, 4 нагрузки М и скорости т вал-шестерни венцовой передачи за один цикл экскавации- данные с шагом Д? =0,02 сек сохранены в текстовый файл («soin. dat» на функциональной схеме рис. 3). Управляющие воздействия в модели соответствуют паспортному циклу экскавации при работе машины в грунтах IV категории с углом отгрузки 90° [4], т. е. основному режиму, на который рассчитываются все конструкции экскаватора.
Результаты обработки полученных файлов данных по формулам (3, 4) в программном модуле вычисления ресурса представлены на рис. 6, где VI — кривая нарастания поврежденности рассматриваемого вала у экскаватора с традиционной системой привода механизма поворота- v2 — с модер-низированным приводом и поворотным валом того же диаметра- v3 — с модернизированным приводом и поворотным валом с диаметром, увеличенным на 7%. Из диаграммы рис. 6 видно, что предельное состояние вала в 1-ом и 3-ем случаях достигается после 2,66−107 циклов экскавации. При суммарном времени исправной работы экскаватора за год Гр=3000 6000 час [4] это составляет 36 — 72 года эксплуатации: практически весь срок службы экскаватора поворотный вал работает безотказно. Во втором случае поломка вала наступает после 4,34−106 циклов, т. е. на 6 — 12 году работы.
Даже у такой сверхна-дежной детали экскаватора, как поворотный вал, после модернизации системы
управления электроприводом долговечность снижается более чем в 6 раз.
Причиной является рост ударных нагрузок при вы-
Рис. 5. Упругий момент и скорость поворотного вала экскаватора ЭКГ-8 И (привод ГД-ТВ)
боре зазоров в венцовой паре,
ный интенсификацией движения дернизированной системы (см.
лограммы рис. 4, 5). Для сохранения долговечности требуется
вующее изменение и в механической
1. Волков Д. П. Динамика и прочность одноковшовых экскаваторов. — М.: Машиностроение, — 1965. — 464 с.
2. Иванов А. В., Барыкин М. Д. Оценка надежности деталей механизмов экскаваторов на стадии проектирования. /В сб. научн. трудов «Исследование нагрузок в узлах экскаваторов», с. 37−43/ -М. :-Труды ВНИИМЕТМАШ, -1986.
Рис. 6. Динамика накопления повреждений поворотного вала экскаватора ЭКГ-8И
части привода: увеличение диаметра поворотного вала (кривая уЗ на рис. 6),
гие вставки, иные ры или тип зубчатого пления. Например, в нашем случае можно быстро чить требуемое значение нового диаметра вала ментарным подбором
чины Мрасч, изменяя его в анализаторе ресурса.
Таким образом, оперативность предлагаемого подхода позволяет использовать его не только для анализа, но и для синтеза оптимальных конструкторских решений.
--------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
3. Гусев А. С. Сопротивление усталости и живучесть конструкций при случайных нагрузках. — М.: Машиностроение, — 1989. — 245 с.
4. Голубев В. А., Троп А. Е. и др. Эксплуатационная надежность и техническое обслуживание экскаваторов ЭКГ-8 и ЭКГ-8И. — Свердловск: изд-во СГИ, — 1971. -119 с. ЕШ
— Коротко об авторах -----------------------------------------------------------------
ХатаговА.Ч. — кандидат технических наук, профессор кафедры САПР,
Соин А. М. — старший преподаватель кафедры теоретической электротехники и электрических машин,
Хатагов З. — студент,
Северо-Кавказский горно-металлургический институт (Государственный технологический университет), Республика Северная Осетия-Алания, г. Владикавказ.
Рецензент д-р техн. наук, проф. Хетагуров Валерий Николаевич, каф. «Технологические машины и оборудование» Северо-Кавказский горнометаллургический институт (ГТУ).
Файл:
Каталог:
Шаблон:
Заголовок:
Содержание:
Автор:
Ключевые слова: Заметки:
Дата создания:
Число сохранений: Дата сохранения: Сохранил:
Полное время правки: Дата печати:
При последней печати страниц: слов: знаков:
14_Хатагов
Е: С диска по работе в универеГИАБ_200 811Рубрика С: и8егеТаняАррБа1аКоат^Мкго80йШаблоныШогта1Ло1т © А
Гитис Л. Х.
02. 09. 2008 18: 27:00 2
02. 09. 2008 18: 27:00 Гитис Л. Х.
1 мин.
25. 11. 2008 23: 11:00 6
1 645 (прибл.)
9 381 (прибл.)

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой