Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Состояние проблемы. Цели и задачи исследования. Состояние проблемы .7
Цели и задачи исследования 15
ГЛАВА 2. Изучение причин разрушения металлоконструкций фронтального погрузчика L-1100 .
2.1. Надёжность металлоконструкций фронтальных погрузчиков в условиях суточных колебаний отрицательных температур воздуха 16
2.2. Корреляционно-регрессионный анализ причин разрушений металлоконструкций ковша .20
2.3. Анализ причин разрушения металлоконструкции ковша фронтальных погрузчиков L-1100 при колебаниях термических напряжений .28
Выводы 37
ГЛАВА 3. Анализ процесса возникновения термических напряжений в металлоконструкции ковша при суточных колебаниях отрицательной температуры .
3.1. Конечно-элементное моделирование для решения тепло-прочностных за-дач 38
3.2. Конечно-элементная модель ковша фронтального погрузчика для расчёта термических напряжений при суточных колебаниях температур воздуха .56
3.3. Анализ полученных результатов конечно-элементного моделирования и их сходимости 60 Выводы 65
ГЛАВА 4. Анализ и разработка метода формирования сигнала ограничения предельно допустимой нагрузки на металлоконструкции рабочего оборудования фронтальных погрузчиков .
4.1. Существующие методы ограничения предельно допустимой нагрузки учитывающие влияние погодно-климатических факторов
4.2. Разработка структурной схемы блока формирования сигнала ограничения предельно допустимой нагрузки. Определение рационального параметра для контроля влияния суточных колебаний температуры .69
4.3. Ожидаемый экономический эффект от реализации предлагаемого реше-ния .75
Выводы 80
Заключение .81
Библиографический список
- Корреляционно-регрессионный анализ причин разрушений металлоконструкций ковша
- Анализ причин разрушения металлоконструкции ковша фронтальных погрузчиков L-1100 при колебаниях термических напряжений
- Конечно-элементная модель ковша фронтального погрузчика для расчёта термических напряжений при суточных колебаниях температур воздуха
- Разработка структурной схемы блока формирования сигнала ограничения предельно допустимой нагрузки. Определение рационального параметра для контроля влияния суточных колебаний температуры
Введение к работе
Актуальность темы. Горнодобывающая промышленность занимает одно из ключевых мест в экономике Российской Федерации. В Республике Саха (Якутия) на Удачнинском горно-обогатительном комбинате АК «АЛРОСА» (Удачнинский ГОК) при добыче алмазов используются фронтальные погрузчики L-1100. Специфичность добычи полезного ископаемого в условиях сурового климата этой части страны заключается в интенсивном снижении установленной прочности металлоконструкций горнодобывающей техники в связи с разрушениями, возникающими вследствие влияния отрицательных температур, которые могут достигать в зимние месяцы отметки -60 С, а также больших суточных перепадов температуры в зимние и весенние месяцы года, составляющих 25-30 градусов. Данные факторы значительно понижают уровень надежности фронтальных погрузчиков, что ведет к снижению производительности. В связи с этим исследования неблагоприятного воздействия названных погодно-климатических факторов на надежность металлоконструкций горных машин, а также разработка решений по снижению вероятности отказов вследствие их совместного влияния являются актуальными.
Цель работы - повышение надежности и эффективности использования карьерных фронтальных погрузчиков в экстремальных условиях эксплуатации за счет увеличения ресурса металлоконструкций узлов рабочего оборудования.
Идея работы - увеличение ресурса металлоконструкции рабочего оборудования карьерных погрузчиков в экстремальных условиях эксплуатации обеспечивается регулированием уровня предельно допустимой нагрузки в зависимости от температуры металлоконструкции и ее суточного перепада.
Гипотеза состоит в следующем: ресурс узлов металлоконструкций фронтальных погрузчиков в экстремальных условиях эксплуатации зависит от уровня отрицательной температуры и величины ее суточного перепада как факторов, приводящих к термической усталости металла.
Научные положения, выносимые на защиту
-
Относительная частота отказов ковшей фронтальных погрузчиков описывается экспериментальной зависимостью, учитывающей величину температуры окружающей среды и ее суточного перепада.
-
При суточных колебаниях отрицательных температур воздуха ковш фронтального погрузчика подвержен разрушениям вследствие возникающих термических напряжений, вызванных неравномерным распределением свойств материала (в виде сварных швов или мест наплавки металла).
3. В экстремальных условиях эксплуатации предельно допустимая
нагрузка на металлоконструкции с неравномерным распределением свойств
материала должна устанавливаться через контроль величины температуры
металлоконструкции и модуля ускорения ее изменения согласно полученной аналитической зависимости.
Научная новизна
1. Установлена экспериментальная зависимость относительной ча
стоты отказов ковшей фронтальных погрузчиков от комплекса погодно-кли
матических факторов:
– суточного перепада температуры;
– абсолютно минимальной температуры.
-
Разработана конечно-элементная модель ковша фронтального погрузчика для расчета термических напряжений при суточных колебаниях температуры воздуха.
-
Проведен сравнительный анализ характера изменения термических напряжений в металлоконструкции ковша, возникающих вследствие неравномерного распределения температурных полей, а также неравномерного распределения свойств материала, которое вызвано сваркой и наплавкой металла.
-
Выявлена связь разрушений ковшей фронтальных погрузчиков, возникающих в период суточных колебаний отрицательных температур с неравномерностью распределения свойств материала в виде сварных швов и мест наплавки металла.
5. Получены аналитические зависимости степени ограничения пре
дельно допустимой нагрузки на рабочее оборудование фронтальных погруз
чиков от величины температуры металлоконструкции и модуля ускорения
ее изменения.
Практическая значимость работы заключается в том, что полученные результаты позволяют прогнозировать отказы рабочего оборудования и своевременно выполнять обоснованные ограничения предельно допустимой нагрузки в автоматическом режиме управления.
Реализация результатов работы. Выполненные исследования позволили выявить дополнительную опасность возникновения хрупких разрушений конструкции в результате неравномерного распределения температурных полей по объему крупногабаритных узлов металлоконструкций, а также в местах стыковки различных по свойствам материалов. Результаты работы приняты к реализации ОАО «Иркутский завод тяжелого машиностроения» (ОАО «ИЗТМ») при изготовлении и ремонте наиболее ответственных узлов металлоконструкций горных машин. Разработана методика ограничения предельно допустимых нагрузок в целях снижения вероятности хрупких разрушений конструкций.
Публикации. За период обучения в аспирантуре опубликовано 7 печатных работ, 2 из них – по теме диссертации в изданиях рекомендованного перечня ВАК.
Достоверность и обоснованность научных положений и выводов подтверждаются значительным объемом и качеством выборки статистических данных, использованных при получении уравнений регрессии, а также согласованностью теоретических исследований с результатами моделирования, позволяющими делать выводы с доверительной вероятностью не ниже 90%.
Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения четырех глав, заключения и одного приложения.
Корреляционно-регрессионный анализ причин разрушений металлоконструкций ковша
Представленными схемами характеризуется действие климатических факторов. Отрицательная температура воздуха оказывает действие на технику снижая ударную вязкость металла [21,46,49,50,53,61,68,75]. При суточных перепадах температуры воздуха в металлоконструкциях возникают термические напряжения [91]. Холодный климат как же воздействует на обслуживающий персонал. Это выражается резким увеличением проведения ремонтных работ.
Снижение величины ударной вязкости приводит к повышению вероятности возникновения хрупкого разрушения металлоконструкций [66]. Процесс хрупкого разрушения металлов начинается с образования микротрещины, которая затем переходит в магистральную, разрушая металлоконструкцию [79,92]
Так же нужно учитывать то, что низкие температуры приводят к изменениям горногеологических условий разработки полезных ископаемых при открытом способе. В результате смерзания грунта увеличивается его предел прочности, приводит к повышению нагрузок на рабочее оборудование экскаваторов и погрузчиков. Так же возможно примерзание гусениц экскаватора, что приводит к возникновении дополнительных сопротивлений перемещению при страгивании с места. Это может служить причиной частых отказов ходового оборудования. Смерзание породы в забое приводит к повышению его прочностных характеристик примерно на 30% [52].
В условиях повышения сопротивления разрушению забоя и снижения ударной вязкости повышается вероятность разрушения металлоконструкций рабочего оборудования экскаваторов вследствие повышающихся динамических нагрузок и степени их влияния [90]. Решение проблемы повышения надежности горнодобывающей техники в суровых климатических условиях путем снижения динамических нагрузок по средствам специально регулируемого электропривода основных механизмов освящено в работах [61,68].
Получение зависимостей характеризующих изменение степени надежности горнодобывающей техники в зависимости от комплекса погодно-климатических факторов является актуальной задачей, поскольку эти зависимости позволяют выполнять прогнозирование неплановых отказов. Кроме того, на их основании можно организовать алгоритм автоматического управления загрузкой приводов экскаваторов. Разработке способов и устройств автоматического регулирования предельно допустимой нагрузки приводов и механизмов горных машин учитывающих влияние погодно-климатических факторов посвящены следующие работы [56, 68]. Способы автоматического регулирования загрузки приводов позволяют за счет снижения количества плановых и не плановых ремонтов, а также увеличения фонда времени работы экскаватора, получить заметный экономический эффект. На предприятии Удачнинский ГОК АК «Алроса» на экскаваторах ЭКГ-12,5 и на угольном разрезе «Нерюнгрийский» ПО «Якутуголь» на экскаваторах ЭКГ-20 были проведены промышленные эксперименты, которые позволил подтвердить эффективность и перспективность использования данного метода повышения надежности горнодобывающей техники. На величину получаемого экономического эффекта отказывает влияние тот момент, что при ограничении динамических нагрузок снижается часовая производительность экскаваторов. В настоящее время существуют способы снижения динамических нагрузок на рабочее оборудование экскаваторов не снижая их производительности [56]. Совместное неблагоприятное воздействие погодно-климатических факторов на надёжность машин и оборудования называют жесткостью климата, количественно эту жесткость можно оценить балами жесткости [39]. П.И. Кохом предложено уравнение характеризующие влияние факторов холодного климата на надежность технических изделий и машин. Данное уравнение представляет собой модель технической жесткости холодного климата и имеет следующий вид: =(0,075-ґтт.ф.+0,25-ґш1Пабс)-(і + 0,015- )-(і + 0,07-ух) (і + 0,26- )х-(і + 0,014-иТ М)-(і + 0,022тх), где tmm ср - среднее значение среднего минимума температуры воздуха за три наиболее холодных месяца года, С;
См абс. - среднее значение абсолютного минимума температуры воздуха за три наиболее холодных месяца, С; 8Х- средняя непериодическая амплитуда суточных колебаний температуры воздуха за три наиболее холодных месяца, С; vx - средняя скорость ветра за три наиболее холодных месяца, м/c (рх - среднее значение относительной влажности воздуха за три наиболее холодных месяца, доли единицы; пТ М- среднее за месяц значение числа дней с туманом, метелью и пыльной бурей за три наиболее холодных месяца; тх - продолжительность действия в месяцах средней температуры воздуха ниже 0 С. Так же значимость неблагоприятного влияния факторов внешней среды на эффективность использования техники отмечается в исследованиях [12,38,39,40,41,47].
По мнению авторов работы [35] вследствие различной структуры основного металла сварных швов, на их границах при понижении температуры будут возникать термические напряжения. Величина этих напряжений будет опреде Рис. 1.3 – Термические напряжения вызванные различием величин коэффициента теплового расширения ляться коэффициентов теплового расширения линейных размеров конструкции при понижении температуры напряжения в близи сварного шва обусловлены разницей температур при изготовлении металлоконструкции и температурой ее эксплуатации. Чем больше эта разница, тем больше будут внутренние напряжения в металле, концентрирующиеся в металле шва и зоне термического влияния. Сказанное можно рассмотреть на простом примере модели эмитирующей неравномерное распределение коэффициента теплового расширения. У одной половины параллелепипеда коэффициент теплового расширения 1,2 10 6 / С у другой 1,3-10"6/С. Температура при которой отсутствуют термические напряжения 22С. Параллелепипед подвергается равномерному охлаждению до температуры -40 С напряжения при этом составят 15,78 МРа. Величина этих напряжений не велика, но при сочетании с влиянием отрицательной температуры, циклически изменяющимися механическими нагрузками, а также ослабле-ностью металла в следствии усталости может оказаться влияющим фактором [20]. Расчет выполнен при использовании программы конечно-элементного анализа Ansys. На рисунке 1.10 представлено поле распределения эквивалентных напряжений вызванных различием значений коэффициента теплового расширения
Анализ причин разрушения металлоконструкции ковша фронтальных погрузчиков L-1100 при колебаниях термических напряжений
Определение аналитической зависимости относительной частоты отказов от значения температуры при разных величинах её суточного перепада выполнялось при использовании регрессионного анализа. Относительная частота отказов рассчитывается по следующей формуле:
Di где щ- абсолютное число поломок данного узла в принятом интервале погодно-климатического фактора; Dr количество дней работы в интервале погодно-климатического фактора за период наблюдений [56].
Подготовка данных и проведение регрессионного анализа выполнялась с использованием программ Excel и Statistica [23,54,93]. этот день величина фактора, ноль соответственно означает, что в данную дату фактор не находился в этом интервале. Так же из анализа были исключены те дни когда погрузчик не работал. Суммируя по каждому интервалу фактора количество поломок ковшей и время работы получен массив для расчёта относительной частоты отказов.
Согласно данным первого этапа статистического анализа определено, что относительная частота отказов увеличивается по мере роста суточного перепада температуры в диапазоне ее отрицательных значений (рис 2.6). Рис. 2.6 - Распределение относительной частоты отказов ковшей погрузчиков в зависимости от величины суточного изменения температуры в диапазоне отрицательных температур
По интервалам абсолютно минимальной суточной температуры распределение относительной частоты отказов описывается нелинейной зависимостью (рис 2.7). Максимальная величина относительной частоты отказов приходятся на температуры менее -50 и имеются пики на интервале от – 30 до 0 градусов. Такое распределение относительной частоты отказов можно пояснить тем, что температура -50 соответствует пределу хладноломкости стали, а причиной возникновения пиков в диапазоне температуры от – 30 до 0 градусов являются поломки произошедшие в весенний период из-за быстрых изменений температуры окружающей среды.
На данном этапе четкая линейная зависимость относительной частоты отказов прослеживается только при увеличении суточного перепада температуры в интервале ее отрицательных значений. По этой причине проведен регрессионный анализ для получения зависимости относительной частоты отказов учитывающей комплексное влияния отрицательной температуры и её суточного перепада.
Подготовленный для регрессионного анализа массив данных представляет собой зависимость относительной частоты отказов от разных сочетаний значений абсолютно минимальной суточной температуры и величины суточного перепада температуры. По этим данным получены уравнения регрессии. Поверхности отклика, описываемые линейным и экспоненциальным уравнениями регрессии, представлены на рис 2.8. Поверхности отклика наглядно показывают, что превалирующим фактором является суточный перепад температуры.
Рис. 2.8 – Поверхности отклика, описываемые линейным и экспоненциальным уравнениями регрессии
Вариацию значений относительной частоты отказов в большей степени объясняет уравнение экспоненциального вида. Линейное уравнение хорошо описывает вариацию относительной частоты отказов только в интервале отрицательных температур. Проведение проверок регрессионных уравнений показало, что уравнения и каждый их коэффициент обладают высокой степенью значимости [7,54,67]. В таблице 2.3 представлены данные регрессионной статистики для уравнения экспоненциального и линейного вида. Таблица 2.3 Данные регрессионной статистики
Результаты анализа подтверждают, что ковш погрузчика чувствителен к отрицательным температурам воздуха, и особенно к её суточным колебаниям [24].
При использовании посуточных метеоданных и экспоненциального уравнения регрессии, получен график изменение среднемесячного значения относительной частоты отказов в течение года (см. рис. 2.9).
Рис. 2.9 – Изменение среднемесячного значения относительной частоты отказов ковшей фронтальных погрузчиков в течение года
Данная зависимость отражает совместное влияние температуры и ее суточного перепада. При совместном рассмотрении полученного графика и графика распределения количества разрушений ковшей по месяцам года, можно сделать вывод о их идентичности. За исключением того, что относительная частота отказов резко уменьшается в мае, а максимальное количество разрушений приходится именно на этот месяц. Это можно объяснить тем, что основное количество разрушений произошедшее в мае приходится на начало месяца. Так же можно сказать еще то, что действие факторов приводи не только к повышению внезапных разрушений, но и их постепенному накоплению.
Согласно уравнению регрессии экспоненциального вида также получены данные о процентной доле от общего количества дней в году для которых характерна оправленная величина относительной частоты отказов.
Согласно этим данным можно сделать вывод о том, что относительно небольшое количество дней с критическими вариантами сочетаний отрицательной температуры приводят к значительному увеличению количества разрушений металлоконструкции ковша погрузчика.
Полученные аналитические зависимости могут служить основой для обоснования метода ограничения предельно допустимой нагрузки в целях повышения ресурса рабочего оборудования фронтальных погрузчиков. Однако вопрос о том как данные погодно-климатические факторы оказывают влияние на надежность металлоконструкции ковша фронтального погрузчика и как нужно выполнять ограничения предельно допустимой нагрузки требует более детального освящения. 2.3. Анализ причин разрушения металлоконструкции ковша фронтальных погрузчиков L-1100 при колебаниях термических напряжений.
Известно, что отрицательная температура оказывает влияние на надёжность металлоконструкций как фактор, снижающий ударную вязкость металла. При колебаниях температуры окружающей среды в металлоконструкциях возникают дополнительные напряжения. Различают два рода термических напряжений. Напряжения первого рода возникают при неравномерном распределении температурных полей по объёму металлоконструкции. Напряжения второго рода вызываются различием значений коэффициента теплового расширения отдельных фаз, анизотропией термического расширения отдельных зёрен, а также различным объёмом составляющих структуры [11].
В области днища ковш фронтального погрузчика по мере абразивного износа наплавляется, а образовавшиеся трещины свариваются, что приводит к появлению зон с неравномерным распределением свойств металла. Это может служить основным фактором приводящим к повторным разрушениям при суточных колебаниях отрицательной температуры.
Рассмотренные результаты статистического анализа хрупких разрушений рабочего оборудования экскаваторов ЭКГ-8И представленные в работе [56] показывают также, что стрела и ковш чувствительны к суточным перепадам отрицательной температуры. На рисунке 2.10 представлены графики изменения относительной частоты отказов стрелы, рукояти и ковша ЭКГ-8И в зависимости от величины отрицательной температуры. Рис. 2.10 – Характер изменения относительной частоты отказов по интервалам отрицательных температур
Как видно по графикам, относительная частота отказов металлоконструкции стрелы резко увеличивается при -20С и остается практически не изменой при дальнейшем снижении температуры. График изменения относительной частоты отказов ковша имеет пик в диапазоне от -10 до -25С. Затем с понижением температуры наблюдается увеличение относительной частоты отказов при значениях температуры ниже -35С. Резкое увеличение относительной частоты отказов рукояти происходит при температуре ниже -30С. Такие варианты распределения относительной частоты отказов можно пояснить тем, что причиной разрушений металлоконструкций рабочего оборудования экскаваторов ЭКГ в весенний период является не термические напряжения вызываемые неравномерным распределением температурного поля в металлоконструкции, а напряжения возникающие в местах сварки и наплавки металла или в областях находящихся в близи от них. Металл, из которого выполнена стрела и рукоять обладает достаточно большой теплопроводностью, а так же эти металлоконструкции не являются толстостенными. Поэтому при быстрых изменениях температуры в металлоконструкции стрелы и рукояти не могут возникать температурные градиенты приводящие в появлению значительных величин термических напряжений. Стрела и рукоять сварены из разных металлов. Стрела изготовлена из стали 25Л – литые вставки, и стали 10ХСНД –
Конечно-элементная модель ковша фронтального погрузчика для расчёта термических напряжений при суточных колебаниях температур воздуха
В условиях повышения сопротивления разрушению забоя и снижения ударной вязкости повышается вероятность разрушения металлоконструкций рабочего оборудования экскаваторов вследствие повышающихся динамических нагрузок и степени их влияния [90]. Решение проблемы повышения надежности горнодобывающей техники в суровых климатических условиях путем снижения динамических нагрузок по средствам специально регулируемого электропривода основных механизмов освящено в работах [61,68].
Получение зависимостей характеризующих изменение степени надежности горнодобывающей техники в зависимости от комплекса погодно-климатических факторов является актуальной задачей, поскольку эти зависимости позволяют выполнять прогнозирование неплановых отказов. Кроме того, на их основании можно организовать алгоритм автоматического управления загрузкой приводов экскаваторов. Разработке способов и устройств автоматического регулирования предельно допустимой нагрузки приводов и механизмов горных машин учитывающих влияние погодно-климатических факторов посвящены следующие работы [56, 68]. Способы автоматического регулирования загрузки приводов позволяют за счет снижения количества плановых и не плановых ремонтов, а также увеличения фонда времени работы экскаватора, получить заметный экономический эффект. На предприятии Удачнинский ГОК АК «Алроса» на экскаваторах ЭКГ-12,5 и на угольном разрезе «Нерюнгрийский» ПО «Якутуголь» на экскаваторах ЭКГ-20 были проведены промышленные эксперименты, которые позволил подтвердить эффективность и перспективность использования данного метода повышения надежности горнодобывающей техники. На величину получаемого экономического эффекта отказывает влияние тот момент, что при ограничении динамических нагрузок снижается часовая производительность экскаваторов. В настоящее время существуют способы снижения динамических нагрузок на рабочее оборудование экскаваторов не снижая их производительности [56]. Совместное неблагоприятное воздействие погодно-климатических факторов на надёжность машин и оборудования называют жесткостью климата, количественно эту жесткость можно оценить балами жесткости [39]. П.И. Кохом предложено уравнение характеризующие влияние факторов холодного климата на надежность технических изделий и машин. Данное уравнение представляет собой модель технической жесткости холодного климата и имеет следующий вид: средняя непериодическая амплитуда суточных колебаний температуры воздуха за три наиболее холодных месяца, С; vx - средняя скорость ветра за три наиболее холодных месяца, м/c (рх - среднее значение относительной влажности воздуха за три наиболее холодных месяца, доли единицы; пТ М- среднее за месяц значение числа дней с туманом, метелью и пыльной бурей за три наиболее холодных месяца; тх - продолжительность действия в месяцах средней температуры воздуха ниже 0 С. Так же значимость неблагоприятного влияния факторов внешней среды на эффективность использования техники отмечается в исследованиях [12,38,39,40,41,47].
По мнению авторов работы [35] вследствие различной структуры основного металла сварных швов, на их границах при понижении температуры будут возникать термические напряжения. Величина этих напряжений будет опреде Рис. 1.3 – Термические напряжения вызванные различием величин коэффициента теплового расширения ляться коэффициентов теплового расширения линейных размеров конструкции при понижении температуры напряжения в близи сварного шва обусловлены разницей температур при изготовлении металлоконструкции и температурой ее эксплуатации. Чем больше эта разница, тем больше будут внутренние напряжения в металле, концентрирующиеся в металле шва и зоне термического влияния. Сказанное можно рассмотреть на простом примере модели эмитирующей неравномерное распределение коэффициента теплового расширения. У одной половины параллелепипеда коэффициент теплового расширения 1,2 10 6 / С у другой 1,3-10"6/С. Температура при которой отсутствуют термические напряжения 22С. Параллелепипед подвергается равномерному охлаждению до температуры -40 С напряжения при этом составят 15,78 МРа. Величина этих напряжений не велика, но при сочетании с влиянием отрицательной температуры, циклически изменяющимися механическими нагрузками, а также ослабле-ностью металла в следствии усталости может оказаться влияющим фактором [20]. Расчет выполнен при использовании программы конечно-элементного анализа Ansys. На рисунке 1.10 представлено поле распределения эквивалентных напряжений вызванных различием значений коэффициента теплового расширения. На границе разных по свойствам материалов возникают максимальные
Разработка структурной схемы блока формирования сигнала ограничения предельно допустимой нагрузки. Определение рационального параметра для контроля влияния суточных колебаний температуры
Согласно выполненным расчётам, техническая производительность погрузчика при выполнении регулирования предельно допустимой нагрузки снизится на 4 процента.
Уровень надежности рабочего оборудования при этом повысится до величины летнего периода. Продолжительность неплановых ремонтов механической части погрузчика том определяется по следующей формуле: Том=Том\-То.р.о, (4.8) где Торо- продолжительность неплановых ремонтов механической части погрузчика при выполнений регулирования предельно допустимой нагрузки; Том1 - продолжительность неплановых ремонтов механической части погрузчика без выполнения регулирования предельно допустимой нагрузки; Торо продолжительность неплановых ремонтов рабочего оборудования.
Машинный фонд времени погрузчика при выполнении регулирования предельно допустимой нагрузки изменяется на величину простоев в ремонтах рабочего оборудования и определяется как:
Тм2=Тм1+Т о, (4.9) где тм1 - машинный фонд времени погрузчика без выполнения регулирования величины предельно допустимой нагрузки; тм2 - машинный фонд времени погрузчика при выполнении регулирования предельно допустимой нагрузки. Тм2=Тм1+Торо =4791 + 216,7 = 5041,4часов. , (4.10)
При средней производительности погрузчика 1651350т3 в год экономический эффект от внедрения предложенной методики регулирования предельно допустимой нагрузки составит: 106551,1 рубля, для одного погрузчика в год. Выводы
1. Проведенный анализ подтверждает отсутствие решений по снижению вероятности хрупких разрушений металлоконструкций в условиях неравномерного распределения, свойств материала при суточных колебаниях отрицательных температур.
2. Модуль ускорения изменения температуры металлоконструкции позволяет своевременно выполнять ограничение предельно допустимой нагрузки, учитывая колебания термических напряжений второго рода, возникающие при перепадах температуры воздуха.
3. Разработанная структурная схема блока формирования сигнала ограничения предельно допустимой нагрузки отличается от имеющихся тем, что позволяет контролировать влияние колебание термических напряжений из-за суточных перепадов температуры в местах неравномерного распределения свойств материала.
4. Результаты выполненной работы позволяют определить направление продолжения исследований в разработке специального устройства управлением режимом загрузки приводов лишь по одному параметру - температуре металлоконструкции, что может рассматриваться как основа для его реализации в виде патента на устройство или полезную модель.
5. При сокращении простоев фронтальных погрузчиков в неплановых ремонтах, используя методику ограничения предельно допустимой нагрузки, ожидаемый экономический эффект составит 106551 рубля, для одного погрузчика в год.
6. Основные рекомендации диссертации приняты к реализации Иркутским заводом тяжёлого машиностроения при изготовлении и ремонте наиболее ответственных узлов металлоконструкций горных машин. ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук является научно-квалификационной работой, в которой изложены новые научно обоснованные технические и технологические решения и разработки, имеющие существенное значение для дальнейшего развития и совершенствования горнодобывающей отрасли страны. Настоящая работа представляет теоретическое обоснование вопроса в рамках разработанного алгоритма с обоснованием направления дальнейшего продолжения исследования.
Результаты выполненных исследований позволяют сделать следующие выводы и рекомендации:
1. Регрессионный анализ позволил получить зависимости, характеризующие совместное влияние погодно-климатических факторов на надёжность рабочего оборудования фронтальных погрузчиков. Полученные уравнения регрессии позволяют прогнозировать работу погрузчиков в суровых по-годно-климатических условиях эксплуатации техники, в том числе при использовании предлагаемого режима регулирования нагрузки.
2. На основании результатов конечно-элементного моделирования ковша фронтального погрузчика с опорой на фактические данные о местах расположения хрупких разрушений установлено, что основной их причиной являются температурные напряжения, возникающие из-за неравномерности распределения свойств материала в виде сварных швов и мест наплавки металла.
3. Характер изменения термических напряжений, возникающих из-за неравномерности распределения свойств материала в виде сварных швов и мест наплавки металла, приводящих к термической усталости, можно описать величиной минимальной суточной температуры и суточного перепада температуры, как параметрами соответствующими наибольшему напряжению и разности между максимальным и минимальным напряжением за сутки. 4. Принятый параметр – модуль ускорения изменения температуры металлоконструкции позволяет в течение времени контролировать влияние на надёжность рабочего оборудования фронтальных погрузчиков суточного перепада температуры.
5. Разработка устройства управления режимом загрузки видится в специальной работе, актуальность которой подчёркивается результатами выполненных исследований. Акт практической реализации диссертации подтверждает её значимость [приложение 1]. Рекомендации диссертации приняты к производству Иркутским заводом тяжёлого машиностроения при разработке и изготовлении ответственных узлов металлоконструкции горных машин, а также ремонте металлоконструкций.
6. Результативность выполненных исследований подтверждаются размером ожидаемого экономического эффекта 106551 рубля в год на один погрузчик, получаемого за счёт сокращения затрат на выполнение трудоёмких ремонтных работ. Дополнительная эффективность достигается также за счёт сокращения мощности ремонтной базы и численности рабочих в непроизводственной сфере обслуживания.
