Univerzitet u Novom Sadu Tehnički fakultet „Mihajlo Pupin“ Zrenjanin
SEMINARSKI RAD
Pouzdanost mašina
Tema: Pouzdanost mašina rotornih bagera
Mentor: Ljiljana Radovanović
Student: Aleksandra Grujić Br. Indeksa: 12/10M-25 Smer: Inženjerski menadžment
Zrenjanin, 2012.
SADRŽAJ: 1. RADNI PROCES 2. KONSTRUKTTVNA REŠENJA ELEMENATA RADNOG UREĐAJA I MEHANIZAMA ZA POZICIONIRANJE I OSLANJANJE 3. IZBORI PRORAČUN OSNOVNIH KONSTRUKTIVNIH PARAMETARA RADNOG UREĐAJA I PARAMETARA REŽIMA RADA 4. PRORAČUN SNAGE POGONA ROTORA 5. MEHANIZAM ZA KRETANJE ZAKLJUČAK 6. ANALIZA OTKAZA PODSISTEMA ZA KOPANJE ROTORNIH BAGERA 7. ANALIZA UZROKA I NAČINA OTKAZA PODSISTEMA ZA KOPANJE BAGERA METODOM STABLA OTKAZA (FTA – FAULT TREE ANALYSIS) 8. LITERATURA
1.1 Radni proces Radni proces rotornih rovokopača odvija se u četiri faze: • kopanje materijala tla, * transportovanje zahvacenog materijala tla ka zoni praznjenja, • pražnjenje kofica, odnosno istresanje materijala tla na odlagač i * odiaganje iskopanog materijala tla. Proces kopanja ostvaruje se složenim kretanjem reznih elemenata, slika 1.5. Pri tome pravoiinijska translacija vučne mašine brzinom vvm predstavlja prenosno, a ohrtanje rotora oko sopstvene ose ugaonom brzinom a)n relativno kretanje. Kretanje rotora, dakle, pripada klasi ravnog kretanja, pa se, prema tome, može opisivati u biio kojoj ravni upravnoj na osu obrtanja rotora.
Slika 1.5 - Radni proces rotornih rovokopača 1 - kofica u zoni kopanja; 2 - kofica u zoni transportovanja zahvacenog materijala; 3 - kofica u zoni praznjenja; 4 - zatvarač (sektor zatvaranja); 5 - trakasti transporter (odlagač); 6 - vučna mašina: x, y - ose nepokretnog sistema referenciie; vvm - brzina vučne mašine; a>r - ugaona brzina rotora; Py - trenutni pol brzina rotora: r6 - rastojanje trenutnog pola brzina od ose obrtanja rotora; p - geometrijsko mesto trenutnih poiova brzina; RF - poluprečnik rotora;
rotora od ose njegovog obrtanja, konsianino. Tada kretanje rotora rnože da se predstavi kotrljanjem bez klizanja kružnice poluprečnika r0 po pravoj p, koja predstavija geometrijsko mesto trenutnih poiova brzina rotora. Apsolutne kordinate referentne tačke kofice, tačka M, slika 1.5, u odnosu na nepokretni koordinatni sistem Oxy, x = r0(pJrRr sin Ф , y = -Rr cos Ф , postaju parametarske jednačine apsolutne trajektorije posmatrane tačke kada se ugao cp izrazi kao funkcija vremena, x = r0mri-rRr sin CDJ , y = -Rr coso)ri. Na osnovu strukture jednacina (1.2), zakijucuje se da apsolutna trajektorija uočene tačke kofice pripada klasi cikioida. slika 1.6.
Slika 1.6 - Apsolutna trajektorija referentne tačke kofice Analiza otpora koji se javljaju tokom kopanja I proračun snage neophodne za izvodenje ove faze radnog procesa, detaljno su izloženi n pogiaviju 6. Nakon iziaska iz zahvata sa tlom, slika 1.5, kofica transportuie zahvaćeni materijal tla ka zoni praznjenja. Da bi se sprečiio nekontrolisano pražnjenje kofica tokom transportovanja zahvacenog materijala tla ka zoni praznjenja, postavija se odgovaraiući zatvarač (sektor zatvaranja;. Proces praznjenja kofica odvija se pod deistvom težine materijala tla (gravitaciono pražnjenje). Tokom praznjenja kofice, materijal tla pada na trakasti transporter (odlagač) koji ga odiaže n transportno sredstvo ili na deponiju. Postupak proračuna snage neophodne za transportovanje materijala. tieod trenutka odvajanja od masiva do trenutka napuštanja kofice, dat je u poglaviju 6. Detaljna analiza procesa praznjenja kofica izložena je u poglaviju 5, a postupak određivanja osnovnih parametara i snage odlagača u poglaviju 7. Osnove guseničnih mehanizama za kretanje, sa odgovarajućim proračunom snage, izlozne su u poglaviju 8. 1.2 Ka.pa.cite! Kapacitet (učinak) predstavija osnovni tehničko-eksploatacioni pokazatelj rovokopača. Izražava se zapreminom i l l masom materijala tla koji mašina iskopa u jedinici vremena (čas, smena, dan, mesec III godina). Kapacitet rovokopača zavisi od stainih I promenijivih (siučajnih) faktora. Stalni faktori koji utiču na kapacitet su konstruktivno-eksploatacioni parametri rovokopača i to:
• broj kofica i njihove dimenzije, odnosno zapremina, • brzina vučne (osnovne) mašine, • učestanost obrtanja rotora, • stepen automatizacije upravljanja i • ergonomske karakteristike. Promenijivi, odnosno, slučajni faktori koji utiču na kapacitet rovokopača odnose se na uslove eksploatacije i održavanja. To su, pre svega: • tehnologija i organizacija zemljanih radova, • tehnologija i organizacija održavanja, • pouzdanost, « umesnost, odnosno, kvalifikovanost osoblja koje opslužuje rnašinu ii toku rada, • fizičko-mehaničke karakteristike i stanje tla koje se kopa i • meteorološki usiovi eksploatacije. Na osnovu podataka o kapacitetu, može da se izvrši: • izbor vrste, tipa i broja rovokopača neophodnih za obavljanje projektovanog obirna zemljanih radova, «: upoređivanje različitih konstruktivnih izvođenja rovokopača, odnosno., definisanje parametara neopodnih za procenu nivoa tehmčkog rešenja i efektivnosti rada rovokopača (indeks install sane snage, indeks mase, indeks cene, indeks utroska energije, indeks proizvodnje po jednom izvršiocu angažovanom na rukovanje i opsluživanje mašine tokom. njenog efektivnog rada] • procena nivoa tehničkog stanja rovokopača, • procena nivoa održavanja rovokopača, • procena nivoa organizacije zemljanih radova i • definisanje normative rada mašine u zadatim uslovima. Osim navedenog, važno je naglasiti da podatak o zahtevanom kapacitetu predstavija jedan od osnovnih poiaznih podataka za projektovanje rovokopača 1.2.1. Teorijski kapacitet Teorijski kapacitet definiše se zapreminom materijala tla u rastresenom stanju, koju rovokopae iskopa u jedinici wemena, pri neprekidnom radu (bez zastoja) sa projektovanim (nominainim) parametrima režima rada, uz 100% punjenje zahvatnih elemenata - kofica. On, dakle, predstavija maksimaIni kapacitet koji rovokopae može da ostvari, s obzirom na svoje konstruktivne karakteristike. Zato se često naziva i konstruktivnim kapacitetom. Odreduje se računskim putem, verifikuje tokom ispitivanja mašine i unosi u njenu prateću dokumentaciju. Na osnovu podataka o teorijskom kapacitetu vrši se upoređivanje nivoa konstruktivnih rešenja rovokopača istog tipa. Teorijski kapacitet rovokopača odreduje se kao proizvod broja praznjenja (np) i zapremine kofice (q), Qo = **РЧTeorijski kapacitet predstavija osnovu za odredivanje tehničkog i ekspioatacionog kapaciteta. 1.2.2 Tehnički kapacitet Tehnički kapacitet rovokopača definiše se zapreminom materijala tla u prirodnom (raslom, čvrstom) stanju, koju rovokopač iskopa u jedinici vremena, pri neprekidnom radu (bez zastoja), u uslovima koje odreduje realno stanje tla. Dmgim rečima, on predstavija maksimaini kapacitet koji rovokopae određenih
konstruktivno-tehničkih karakteristika može da ostvari pri datim uslovima tla, Osnovni pokazatelji karakteristika i stanja tla, koji utiču na kapacitet rovokopaca, su: • koeficijent punjenja (kp) zahvatnih elemenata - kofica, • koeficijent privremene rastresenosti tla (kj i « koeficijent usiova kopanja (kk). Koeficijent punjenja zahvatnih elemenata zavisi od. karakteristika tla, dublne rezanja, geometrije ceia rova 1 kvaiiteta praznjenja zahvatnih elemenata. Tehnički kapacitet rotomog rovokopača zavisi, pored ostalog, i od geemetrijske konfiguracije rotora, slika 1.6.
Slika 1.6 [17] - Geometrijski parametri rotora i rova Er - dubina rova; BF - širina rova; Dr - prečnik rotora meren po reznim ivicama zuba; prečnii: rotora meren po prednjim (reznim) ivicama kofica; bk - imutrašnja širina kofice; <% - debliina čeonog zida kofice; So - debliina lima zatvarača; Do - unutrašnji prečnik rotora (prečnik kotrljajne staze točkova za osianjanje i vodenje rotora); 6^ - ugaoni korak kofica; y/k - ugao kopanja (ugao zahvata rotora i tia); (pVp - ugao koji definiše položaj vezača prstenova rotora bk[m]- unutrašnja sirina kofice, кт - koeficijent iskorišćenja koraka kofica, k0 - koeficijent oblika kofice, kp - koeficijent punjenja kofice i kr - koeficijent privremene rastresenosti tia. Koeficijent iskorišćenja koraka kofica k№: predstavija odnos ugia mVp koji definiše položai vezača prstenova rotora i ugaonog koraka kofica 6k Obiikovanje kofice sagiasno zahtevima funkcija koje ona mora da ispuni (rezanje tla, prijem, transport i pražnjenje odrezanog materijala tla) dovodi do smanjenja njene zapremine, što se uzima u obzir koeficijentom oblika kofice ko. Njegove brojne vrednosti kreću se u granicama k№ = 0,65 ... 0,7, ukoliko se veličina ugia koji zadnji zid kofice gradi sa apsolutnom trajektorijom referentne tačke kofice naiazi u dijapazonu 4°... Manje vrednosti koeficijenta oblika kofica usvajaju se za kofice lučnog profiia, a veće za kofice П profila [17]. Formulom (1.3) proverava se valjanost izbora konstruktivno-eksploatacionih parametara rotora, sa aspekta ostvarivanja zahtevanog tehničkog kapaciteta 1.2.3 Eksploatacioni kapacitet Kada ses osim karakteristika i stanja tia, uzmu u obzir i svi vremenski gubici izazvani neizbežnim prekidima i zastojima u radu mašine, dolazi se do pojma eksploatacionog kapaciteta - časovnog, smenskog, mesečnog i godišnjeg.
Eksploatacioni kapacitet se izračunava na osnovu izraza Qe=Qt*v u kome je Qt tehnički kapacitet rovokopaca, a kv koeficijent vremenskog iskorišćenja rovokopača u posmatranom periodu vremena. Koeficijentom vremenskog iskorišćenja rovokopača u toku jednog časa, obuhvata se uticaj sistema upravljanja mašinom, njeno stanje, umešnost rukovaoca i vremena trajanja neproizvodnih operacija (promene položaja - premeštanje mašine). Uticaj sistema upravljanja mašinom, njenog stanja i umešnosti rukovaoca izrazava se koeficijentom kUf čije se brojne vrednosti kreću u granicama 0,88 ... 0,95. One su utoliko veće ukoliko upravljački sistem rovokopača sadrži servo-mehanizme i mašinom rukuje visokokvalifikovan i umešan rukovalac, odnosno, ukoiiko je viši nivo automatizacije mašine. Vremenski gubici izazvani promenom položaja rovokopača obuhvataju se koeficijentom premeštanja А/ - 0,98. Brojne vrednosti koeficijenta vremenskog iskorišćenja rovokopača u toku jednog časa izračunavaiu se na osnovu izraza kvh = kukf i, sagiasno izloženom, kreću se u granicama 0,86 ... 0,93. Prilikom odredivanja brojnih vrednosti koeficijenata vremenske iskorišćenosti rovokopača u toku jedne smene, odnosno dana, meseca i godine, uzimaju se u obzir vremena trajanja neproizvodnih operacija (tehničko opsiuživanje, odnosno, podmazivanje i napajanje gorivom, smenski pregled i primopredaja, dijagnostika i remont), zastoji i prelddi u radu, odnosno smanjenje vremenskog fonda neradnim i prazničnim danima. 2.0 KONSTRUKTTVNA REŠENJA ELEMENATA RAĐNOG UREĐAJA I MEHANIZAMA ZA POZICIONIRANJE I OSLANJANJE 2.1 Konstruktiviia rešenja rotora Rotor, slika 2.1, cine dva paraieino postavijena, medusobno kruto povezana prstena (1), za koja su po obimu pričvršćene kofice (2). Osianjanje i vodenje rotora ostvaruje se točkovima (3) i (4). Ovakva koncepcija konstruktivnog resenja rotora diktirana je načinom praznjenja kofica (gravitaciono) i uslovima smeštaja trakastog odlagača.
Slika 2.1 [17] –Rotor
2 - prsten rotora; 2 - kofica; 3 - osioni točkovi; 4 - usmeravajući točkovi: 5 - prednii (rezni) deo kofice; 6 - zub; 7 - bočna strana kofice; S - dno i zadnja strana kofice Kofica se sastoji od prednjeg (reznog) dela (5), na. kome su smešteni zubi (6), bočnih strana (7) I dna i zadnje strane (8). Dakle, kofica je otvorena sa prednje i unutrašnje strane. Da bi se sprečilo nekontroiisa.no pražnjenje tokom kretanja kofice ka zoni praznjenja, za ram rotora se kruto vezuje zatvarač, sliice 1.5. Dno, odnosno, zadnja strana kofice mogu da budu izradeni od ianaca prepletenih u dva pravca, slika 2.1, lima, ili u vidu rešetke, slika 2.2, Obiik 1 konstruktivna resenja dna i zadnje strane kofice značajno utiču na proces njenog praznjenja. Kada. je dno kofice Izvedeno od Ianaca, umanjuje se efekat lepljenja materijala tla i istovremeno ostvaruje praznjenje kofice ne same pod dejstvom sopstvene težine zahvacenog materijala tla, veći i pod dejstvom težine Ianaca. Naime, u zoni praznjenja kofica lanci se pod dejstvom sopstvene težine pomeraju ka osi obrtanja rotora, potiskujući pri tometla iz kofice. Umanjenje efekta lepljenja materijala tla karakteristicno je i za kofice čija je zadnja strana izvedena u obliku rešetke. Najnepovoljniji uslovi praznjenja ostvaruju se kod kofica čije je dno, odnosno zadnja strana, izvedeno od lima. Sa druge strane, kod kofica sa lancima, odnosno resetkom, javlja se negativan efekat propadanja izvesnog dela zahvacenog materijala tla kroz dno I zadnju stranu. On biva zahvaćen nailazećim koficama i ponovo se podiže. Dakle, propadanje dela zahvacenog materijala tla kroz dno i zadnju stranu kofice dovodi do gubitka dela energije koja se ulaze za njegovo podizanje. U konačnom bilansu, gubici izazvani ovom pojavom su niži od gubitaka izazvanih smanjenjem kapaciteta zbog nepotpunog praznjenja usled lepljenja materijala tla na dno i zadnju stranu izrađenu od lima. Da bi se poboljšali uslovi praznjenja, odnosno obezbedilo potpuno praznjenje, u izvesnim siucajevima, izraduju se kofice sa tzv. "padajućim dnom". Ono se prilikom ulaska kofice u zonu praznjenja obrce oko odgovarajućih iežišta I, pomerajući se ka osi obrtanja rotora, potiskuje materijal tla kroz prednji deo kofice. Veza prstenova rotora (3), slika 2.2, ostvarena je vezačima (2) kutijastog poprecnog preseka. Kofice (1), koje su odgovarajucim vijcima vezane za prstenove rotora (3), doprinose povećanju krutosti konstrukcije rotora. Na spoljasnjoj strani prstenova rotora (3) postavijen je segmentni zupčasti venae (4) sa unutrašnjim ozubljenjem, kojim se dovodi snaga rotoru. Zadnja strana (5) kofice izradena je od lima. Ukoliko je tlo koje se kopa lepljivo, onda se ona skida, tako da se dobija zadnja strana rešetkastog tipa. Šipke (6) koje formiraju rešetku postavljaju se u odgovarajuće otvore na vezaču prstenova rotora (2), a za dno kofice vezuju se zavarivanjem. Na prednjoj (reznoj) ivicl kofice nalaze se odgovarajuća ležišta (7) u koja se smeštaju zubi (8). Konstruktivno rešenje kofice čije je dno izradeno od Ianaca prikazan je na slid 2.3. Ugradnja zuba - proširivača (6) omogućava kopanje rova veće širine istom koficom. Prilikom projektovanja kofica, posebna pažnja mora da se posveti obiikovanju prednjeg dela I zuba. Rezna Ivica je obično lučnog profiia, slika 2.3(b), što doprinosi poboljšanju usiova punjenja i praznjenja kofice, uz istovremeno
postizanje veće stabilnosti rotora u zahvatu sa tlom. Oblik i dimenzije zuba, slika 2.4, moraju da budu odabrani tako da se: « obezbede uslovi neophodnl za korektno odvijanje procesa rezanja tia, • zadovoije kriterijuml čvrstoće i krutosti i • omogući iaka montaža i demontaza. Jedna od osnovnih karakteristika radnog procesa ove klase mašina jeste vrio mala dubina rezanja, što je sa energetskog stanovišta nepovoljno, posebno kada se uzme u obzir negativan uticaj pohabanosti ill zatupljenosti zuba. Da bi se obezbedila veča dubina rezanja I time smanjiia specifična energija rezanja, zubi na jednoj kofici postavljaju se na mestima koja odgovaraju meduzubijima
prethodne kofice. Postupak odredivanja položaja zuba sprovodi se tako što se, najpre, kofice svrstaju u dve (najčešćej ill tri jednakobrojne grupe koje će imati isti raspored zuba, a potom se za gnipu kofica odredi raspored zuba, saglasno prethodno izrečenom stavu. Na slici 2.5 je prikazan raspored zuba na rotoru sa 14 kofica. Kac što se uočava, kofice su svrstane u dve, sa gledišta rasporeda zuba, jednake grupe - po 7 kofica u svakoj. Ako bi se, usiovno, zubi jedne grupe kofica postavili na reznu ivicu jedne kofice, onda bi se videlo da on! pokrivaju celu širimi rova. Izloženi postupak odredivanja poiožaja zuba omogućava: * da se zubima svake kofice ostvaruje dubina rezanja kojoj odgovara najmanja specinčna energija rezanja u datim uslovima,
• ravnomerno razrivanje tla po ceioj širini rova, • kopanje tla viših kategoriia, odnosno zamrznutog tla, pri čemu se izbegava pojava brazdi i * dobro punjenje kofica pri kopanju tia niže kategorije. Da bi se povećala širina rova, na kofice se, u izvesnim slučajevima, postavljaju odgovarajući proširivači sa zubima. S obzirom na činjenicu da su zubi i prednji deo kofice izioženi intenzivnom abrazivnom dejstvu materijala tla, pomenuti element! se izrađuju od specijalnih čelika sa povećanim sadržajem mangana, hroma i nikia. Rotor se osianja na dva para oslonih, i dva para usmeravajucih točkova, po kojima se kotrlja unutrašnja cilindrična po\TŠina zupčastog venca. Osloni točkovi se izvode sa jednim obodom, a usmeravajući sa jednim ill dva oboda.
Slika 2.6 [21] - Kofica sa proširivačima 1 - proširivač; 2 - zub proširivača; 3 - prednja (rezna) ivica kofice; 4 - zadnja strana kofice Skiop oslonih točkova, slika 2.7, postavlja se na gornji podužni nosač rama rotora. Točkovi (5) se naiaze na obrtnoj osovini (4). Relativno kretanje točkova (5) u odnosu na osovinu (4) sprečavaju vijci (6). Ovakvo rešenje veze točkova (5) i osovine (6) omogućava promenu međusobnog rastojanja točkova, odnosno ugradnju rotora različitih širina na isti ram, Uležištenje osovine (4) ostvareno je buričastim dvoredim iežajima (1) smeštenim u kućišta (2), koja su vijcima vezana za gornjl podužni nosač rama rotora. Manžetni zaptivač (3) sprečava prodor vode i stranih čestica u kućište ležaja (2).
Slika 2.7 [21] - Skiop oslonih točkova 1 - buričasti dvoredi iežaj; 2 - kućište iežaja; 3 - manžetni zaptivač; 4 - osovina; 5 - osioni točak: 6 – viiak
Sklop usmeravajućih točkova, slika 2.8, postavlja se na donji podužni nosač rama rotora. Osovina (5) je nepokretna i za podužni nosač rama rotora vezana je uzengijama (6) i piočom (3). Uiežištenje usmeravajućih točkova (1) пишгш rovoKopaci 19 1080
Siika 2.8 [21] - Sklop usmeravajućih točkova 1 - usmeravajući točak; 2 - koničm iežaj: 3 - ploča; 4 - nosač; 5 - osovina; 6 - uzengija; 7 navojno vreieno; 8, 9 - navrtka; 10 - donji podužni nosač rarna rotora ostvareno je parom koničnih ležaja (2). Podešavanje radijalnog zazora između usmeravajućih točkova i kotrijajne staze rotora (unutrašnja cilindrična površina zupčastog venca) ostvaruje se navojnim vretenom (7) kojim se pozicionira nosač (4). Zahtevani poiožaj skiopa usmeravajućih točkova osigurava se navrtkama (8) i (9). Konstruktivno rešenje sklopa usmeravajućih točkova, očigiedno, ne dozvoljava podešavanje medusobnog rastojanja točkova. Zato se prilikom ugradnje rotora različitih širina istovremeno ugraauju i odgovarajući skiopovi usmeravajućih točkova. Osioni i usmeravajući točkovi primaju opterećenje rotora i prenose ga na ram. Opterećenje u ravni obrtanja rotora, izazvano otporom kopanja, primaju prvenstveno prednji točkovi. Tokom kopanja najmanje je opterećen zadnji par usmeravajućih točkova, zbog čega se kod manjih jedinica on izbacuje, odnosno osianjanje i vodenje rotora se ostvaruje sa dva para gornjih i jednim parom donjih točkova. Opterećenja koja deluju upra\mo na ravan obrtanja rotora primaju obodi točkova. Kod širokih rotora kofice se postavljaju u dva reda, siika 2.8, zbog čega se ugraduje i tree! - centralni prsten rotora (8). Zupčasti venci (5) postavljeni su na spoijašnjim prstenovima rotora (6). Da bi se smanjila neravnomernost opterećenja
rotora izazvanog otporom kopanja tla, redovi kofica su medusobno pomereni za poiovinu rastojanja dveju susednih kofica istog reda (koraka kofica). Raspored zuba na koficama prikazan je na slici 2.10
Slika 2.9 [21] - Rotor sa dva reda kofica (dvoredi rotor) 1 - zub; 2 - zadnja strana kofice; 3 - kofica; 4 - šipka; 5 - zupčasu venae; 6 - spoljašnji prsten rotora; 7 - vezač prstenova rotora; 8 - centraini prsten rotora 2.2 Koiistraktivna resenja rama radnog uređaja Ram radnog uredaja nosi: rotor, trakasti odlagač, prenosne mehanizme pogona rotora i odlagača (i odgovarajuce motore kod višemotornih mašina), čistač rova i, u izvesnim slučajevima, točak za osianjanje. Na njegovom prednjem delu nalazi se zatvarač koji sprecava nekontrolisano praznjenje kofica pri njihovom kretanju ka zoni praznjenja. Ram radnog uređaja izvodi se kao prostorna zavarena konstrukcija.
Mora da bude oblikovan i dimenzionisan take da se omoguči ugradnja svih elemenata koje nosi i ostvare krutost i čvrstoća koje obezbeđuju funkcionalnost i pouzdanost mašine. Profilisanje rova vrši se aktivnim ill pasivnim uredajem, što zavisi od karakteristika tla koje se kopa. Ram prikazan na slici 2.13 snabdeven je pasivnim. uredajem za profilisanje izvedenim u obliku noža (4), koji je nosačima (1) i (3) vezan za osnovnu podstrukturu (2). Bez obzira na raznolikost konstruktivnih rešenja, uočavaju se dve osnovne koncepcije rama radnog uređaja. One se razlikuju po načinu oslanjanja njegovog zadnjeg dela. Naime, zadnji deo rama radnog uredaja može da se osianja na odgovarajući mehanizam sa točkovima (poiuprikolični radni uređaj), slika 2.14, ill da bude ovešen o vučni element mehanizma za dizanie rotora (ovešeni radni uredaj], slika 2.15. Prednost resenja oslanjanja rama radnog uredaja na mehanizam sa tockovima ogieda se u smanjenju opterećenja zadnjeg dela vučne rnasine, odnosno smanjenju pritiska gusenica na tlo. Nedostaci pomemitog resenja su: smanjena manevarska sposobnost mašine i u izvesnim slucajevima nemogućnost ulaska i izlaska rotora iz zahvata sa tiom u mestu - pri nepokretnoj vučnoj masini. Prednji deo rama radnog uredaja zglobno se vezuje za vučnu mašinu ill klizače mehanizma za dizanje koji se kreću u vodicama postavljenim na ram vučne masine. Slika 2.15 [19] - Ovešeni radni uredaj 2.3 Кош1г11кМтоЕ resenja mehanizama za dizanje i osianjanje rama radnog uredaja Pozicioniranje rotora (postavijanje na odredenu dubinu prilikom kopanja i postavijanje v. transportni položaj) ostvaruje se mehanizmima za dizanje I osianjanje rama radnog uredaja, Oni se u većini siučajeva izvode sa hidrostatickim pogonom. Pozicioniranje rotora poiuprikoiicnog radnog uredaja vrši se mehanizmima prikazanim na slici 2.16. Mehanizam za podizanje prednjeg dela rama radnog uredaja cine: hidrocilindar dvostranog dejstva (5), obujmica (3), zglobno vezana za njegovu klipnjaču, pokretni lancanik (2), lančanici (6) i (11), uiežišteni na vratilu (12) tako da oko njega mogu slobodno da se obrću, cev (7), kruto vezana za lančamke (6) i (11), zupčanik ustavijaca (8) koji je kruto vezan za cev (7), skakavica (14) i ianci (16) I (17). Pomeranje klipnjače hidrocilindra
Slika 3.27 [19] - Shema hidrostatičkog sistema prenosa snage rotornog rovokopaea 3TP-134 1 - rezervoar; 2 - pumpa (promenliivog protoka) pogona kretanja; 3 - pumpa pogona ventilatora; 4 - filter; 5 - kaiorifer; 6 - razvodnik; 7 - blok-ventil; 8 - hidrocilindri za pozicioniranje radnog uredaja; 9 - hidromotor pogona kretanja; 10 - hidromotori pogona ventilatora; It - hidromotor pogona rotora; 22 - razvodnik; 13 - ventii; 14 - napojna" pumpa pogona rotora; 15 - filter; 16 - nepovratni ventii; 17 - pumpa pogona rotora 3.0 IZBORI PRORAČUN OSNOVNIH KONSTRUKTIVNIH PARAMETARA RADNOG UREĐAJA I PARAMETARA REŽIMA RADA Osnovni podaci od kojih se polazi pri projektovanju rovokopača su: * » zahtevani kapacitet, * karakteristike tla i • oblik i dimenzije rova. Na osnovu njih se, u prvom približenju, odreduju vrednosti svih relevantnih konstruktivnih i radnih parametara, koji se koriste prilikom usvajanja pojedinih komponenti i prethodnih proračuna podsistema rovokopača. Orijentacione brojne vrednosti osnovnih parametara radnog uredaja odreduju se na osnovu preporuka ili empirijskih formula dobijenih statističkom obradom odgovarajućih veličina kod izvedenih mašina iste klase. Nakon usvajanja pogonskog agregata, komponenti sistema prenosa snage, geometrije radnog uredaja i noseće konstrukcije, završnim proračunom se odreduju konačne vrednosti konstruktivnih i radnih parametara mašme. Time se dokazuje da projektovana i konstruisana mašina ispunjava eksploatacione zahteve definisane projektnim zadatkom. Osim toga, zavrsnim proracunom se verifikuju svi mehanizmi i noseća konstrukcija mašine, odnosno dokazuje njen vek i pouzdanost. 3.1 Prečnik rotora Precnik rotora, meren po reznim ivicama zuba, slika 4.1, izracunava se
na osnovu najveće zahtevane dubine rova (ETjmax ), DT =(l975..Jf85)Hr>max [18], ili Dr= (1,74...1,81) Hrfmax [171 U izvesnim siučajevima, odnos Dr/H т može da varira u granicama 1,53... 1,94, pri čemu se manje vrednosti usvajaju kod mašina namenjenih za
Slika 4.1 - Shema za odredivanje osnovnih dimenzija rotora i kofica Dr - prečnik rotora meren po reznim ivicama zuba; - prečnik rotora meren po prednjim ivicama kofica; Кг>тах - najveća dubina rova; tk - iučni korak kofica; % - ugaoni korak kofica; y/k ugao kopanja; h-K - visina kofice: /j, - dužina kofice; lz - dužina zuba; aQ - ugao koji grudna površina zuba gradi sa tangentom kružnice prečnika Dr; D0 - unutrašnji prečnik rotora (prečnik kotrijajne staze točkova za osianjanje i vodjenje rotora) Prečnici rotora mereni po režućim ivicama zuba i prednjim ivicama kofica, slika 4.1, povezani su relacijom Dr - Dk +2!zsma0 , u kpjoj je L dužina zuba (15d...200mm}, a a0 ugao koji grudna površina zuba gradi sa tangentom kružnice prečnika Dr (a0 &45°) . Unutrašnji prečnik rotora D0, slika 4.1, odreduje se iz usiova smeštaja trakastog transportera - odlagača. Kod izvedenih rovokopača odnos D0 / Br nalazi se u granicama Q,65...Qf75. 3.2 Učestanost obrtanja rotora Učestanost obrtanja rotora mora da bude usvojena tako da se ostvari: « gravitaciono praznienje kofica, • pad komada materijala tla koji napušta koficu na trakasti odlagač i • potpuno praznienje kofica tokom prolaska kroz zonu praznjenja. Slika 4.2 - Proracunski. model za odredivanje kritične ugaone brzine rotora
ar - normaino ubrzanje; g - gravitaciono ubrzanje; m - masa komada; Rr - poluprečnik rotora meren po reznim ivicama zuba: air - ugaona brzina rotora; G - težina komada; Fc - centrifugaina siia Uočimo komad materijala tla u kofici koja se nalazi u zoni praznjenja, u poiožaju prikazanom na slici 4.2. Uslov gravitacionog praznjenja kofice glasi odnosno, Fc
masu komada, njegov položaj, koji. n stvari, odreduje njegovu brzinu, niti vreme trajanja procesa njegovog ubrzavanja. Zato se postavljeni problem, sa tačnošću dovoijnom za inženjerske proračune, rešava tako što se: • umesto mase pojedinačnog komada posmatra masa materijala tla koji se iskopa u jedinici vremena, • uvodi pretpostavka da je položaj središta masa materijala tla isti u svim koficama i, pri tome, nepromenljiv u odnosu na osu obrtanja rotora i • usvaja da je apsolutna brzina središta masa zahvaćenog materijala jednaka njegovoj relativnoj brzinL Masa materijala tia koji se iskopa u jedinici vremena iz rova ciji je poprečni presek Ar = BrHr, pri kretanju osnovne mašine konstantnom brzinom vvm, odreduje se na osnovu izraza m' = pzArvvm = pzBrHrvvm. Sa dovoijnom tačnošću može da se usvoji da je udaljenost središta masa zahvaćenog materijala tia od ose obrtanja rotora D+D Rc - r - - = const., (6.11) pri čemu je Dr precnik rotora meren po reznim ivicama zuba, a D0, unutrasnji prečnik rotora, slika 4.1. Reiativna brzina sredista masa materijala tla zahvaćenog koficom odreduje se na osnovu obrasca Rotorni rovokovQCi 131 Konačno, deo snage koji se angažuje tokom perioda ubrzavanja zahvaćenog materijala tla definisan je relacijom Puz - j u i ' v ^ =tpzBrHrvvm(Dr +D0)2w2 r =tpzQt(Dr +D0)2w2 r. Kod bagera sa gravitacionim pražnjenjem kofica, snaga koja je neophodna da bi se ostvarilo ubrzavanje materijala tla nakon odvajanja od masiva, je relativno mala u odnosu na snagu kopanja. Snaga dizanja zahvaćenog materijala tla Relativno kretanje rotora (obrtanje oko sopstvene ose) dovodi do priraštaja potencijalne (položajne) energije materijala zahvaćenog koficama. Uočimo koficu čiji je položaj odreden uglom <РГ, slika 6.6. Ako se zanemari
Slika 6.6 - Shema za izračunavanje snage dizanja zahvaćenog materijala tie Hr - dubina rova; Hrj - dubina bočnih proširenja; Hj - visina sloia obrušenog materijala tla; H'd - visina dizanja zahvaćenog materijala tia u zoni kopanja; H'^ - visina dizanja zahvaćenog materijala tla u zoni transportovanja; Hj - ukupna visina dizanja zahvaćenog materijala tla; Br - širina rova; Brj - širina rova na nivou oslanjanja vučne mašine; / - когак uzastopnih trajektorija rezanja; Rr - poiuprecnik rotora; Rc - rastojanje težišta zahvaćenog materijala tia od ose obrtanja rotora; mr - ugaona brzina rotora; - poiožajni ugao kofice; y/^ - ugao kopanja; y/z ugao zatvarača; G0 - težina materijala tla koji kofica odreže u zoni kopanja MEHANIZAM ZA KRETANJE Rovokopači pripadaju klasi mašina-kopača kod kojih se radni proces ostvaruje u toku kretanja same mašine. To znači da mehanizam za kretanje mora da bude projektovan i konstruisan tako da omogući savladivanje ne samo otpora kretanja, vec I otpora koji se javljaju u toku kopanja tla. Posledica navedene činjenice jeste relativne visoko učešće mase 1 snage mehanizma za kretanje u ukupnoj masi i snazi mašine. U najvećem broju siučajeva, rovokopači se izvode kao samohodne mašine, čime se obezbeđuje njihova potpuna autonomnost. Kod rovokopaca namenjenih za rad u urbanim sredinama, odnosno, kada se zahteva da rovokopae reiativno često i brzo menja iokaciju u toku rada, kao kretači se koriste točkovi sa pneumaticima. U svim ostalim siucajevima koriste se gusenični mehanizmi za kretanje. Rovokopae! predvideni za rad na tiu viših kategorija, odnosno, zamrznutom tiu, snabdeveni su vucnim vitiima. Tada su kod maiih jedinica, čija sopstvena težina nije dovoljna za ostvarivanje potrebne sile prianjanja, kretači slobodni. Time se pojednostavljuje kinematička shema mašine. Potrebna vučna sila ostvaruje se vučnim. vitlom. Kod većih jedinica, pomenuta vitia se koriste samo u siucajevima kada guseničnim kretačima ne maze da se
ostvari potrebna vuena siia. S obzirom na uslove u kojima se odvija radni proces, kod rovokopaca se najčešće koriste mehanizmi za kretanje sa guseničnim kretačima. Njihove prednosti, u odnosu na mehanizme za kretanje kod kojih su kretači točkovi sa pneumaticima, su: * dobro prianjanje i moguenost ostvarivanja reiativno velikih vucnih siia, * reiativno nizak pritisai; na tlo, što omogučava kietanje mašine po tiu slabe nosivosti, • veća stabilnost, zbog niskog položaja težišta ceiokupne mašine, * mogucnost saviadivanja velikih uspona, • sposobnost kretanja po nepripremljenoj podiozi, odnosno, reiativno lako savladivanje prepreka na terenu i • dobre manevarske osobine. Mehanizam za kretanje Nedostaci guseničnih kretaca su: * relativno velika masa i sioženost konstrukcije, * relativno brzo habanje zbog slabe zaštićenosti ili potpune nezaštićenosti delova kretaca od abrazivnog dejstva stranih čestica, * niži koeficijent korisnog dejstva, * male transportne brzine i * neopnodnost korišćenja specijainih voziia za transportovanje na veće udaljenosti. U izvesnim slučajevima, gusenični kretač ne sadrži ram, već se njegovi elementi vezuju neposredno za osnovni ram mašine. Prema odnosu koraka osionih točkova (lot) i dužine čianka guseničnog lanca (lč ) gusenični kretači se deie na: • kretače sa maiim brojem oslonih točkova, slika 8.2(a), kod kojih je — > 2 i * kretače sa velikim brojem oslonih točkova, slika 8.2(b), kod kojih je Џ- < 2. Kod guseničnih kretaca sa maiim brojem oslonih točkova, obično većeg prečnika, raspodela pritiska gusenice na tio je izrazito neravnomerna, slika 8.2(a). Kretači sa malim brojem oslonih točkova koriste se kod mašinakopača koje su namenjene za rad na čvrstom tlu, ill meksem tiu u čijoj strukturi je prisutan relativno veliki broj čvrstih komada. Rotorni rovokopači 179 (a) (b)
Siika 8.2 [14] - Dijagrami raspodele pritiska gusenice na tio (p) kod kretaca
sa maiim (a) i velikim brojem oslonih točkova (b) Kod guseničnih kretaca sa velikim brojem oslonih točkova manjeg prečnika, raspodela pritiska gusenice na tlo je približno ravnomerna, slika 8.2(b). Ovi kretaci se koriste kod mašina namenjenih za rad na tlu relativno slabe nosivosti. Prednosti kretaca sa malim brojem oslonih točkova su manja osetijivost na prisustvo sitnih stranih čestica (tucanik, pesak) i lakše saviadivanje pojedinačnih prepreka, slika 8.3.
(a) (b) Slika 8.3 [7] - Savlađivanje pojedinačne ргергеке guseničnim kretačem sa malim (a) i velikim brojem oslonih točkova (b) Da bi se poboljšale manevarske sposobnosti kretaca sa velikim brojem oslonih točkova relativno malog precnika, ose obrtanja pogonske i usmeravajuće zvezde smeštaju se iznad osa obrtanja oslonih točkova, slika 8.4.
Siika 8.4 [7] - Gusenični kretač sa podignutim osama obrtanja pogonske i zatezne zvezde Bolje priiagodavanje profilu podloge i ravnomernija raspodela pritiska gusenice na tlo postiže se grupisanjem dva ili tri oslona točka manjeg prečnika u koiica sa balansirom zglobno oslonjenim na ram kretaca, slika 8.5. Isti efekti
Slika 8.5 [14] - Kretanje gusenice po neravnom terenu; a - kretač sa balansirom; b - kretac bez balansira 1- koiica; 2 - balansir
6.0. ANALIZA OTKAZA PODSISTEMA ZA KOPANJE ROTORNIH BAGERA Podsistem za kopanje sa prijemnom katarkom, odnosno prijemnim tračnim transporterom, čini objedinjenu tehničko – tehnološku cjelinu gdje podsistem za kopanje ostvaruje aktivnosti kopanja i utovara otkopne mase, a tračni transporter vrši transport do predajnog mjesta na bageru. Podsistem za kopanje je lociran na prijemnoj katarci. Na početku konstrukcije katarke je uležišten radni točak. Radni točak bagera se sastoji od potpuno zavarenog kućišta sa vođičnom i istovarnom skliznicom i od devet izmjenljivih vedrica sa noževima i zubima. Radni točak kao organ kopanja je izložen velikim naprezanjima koja se prenose na pogon. Elektromotor posredstvom reduktora pokreće vratilo radnog točka, koje je čvrsto, tetivnim klinovima sa čeone strane vezano za reduktor. Pogonsko vratilo reduktora je izrađeno šuplje, tako da se reduktor navuče na vratilo rotora i zahvaljujući čvrstom spoju vrši prenos obrtnog momenta. Postolje za elektromotor, spojnicu i kočnicu je zavrtnjima vezano za kućište reduktora a na kraju je elastičnom vezom (oprugama) oslonjeno na noseću konstrukciju katarke. U reduktor je, na drugom poprečnom vratilu , ugrađena lamelasta proklizavajuća spojnica koja sprečava preopterećenje pogona. Osim pogonskog motora predviđen je i drugi motor male snage kao pomoćni, kojim se pokreće radni točak u slučajevima zamjene vedrica ili aktivnosti održavanja na ovom sklopu. Ovaj pogon je isključen za vrijeme rada glavnog, pogonskog motora. Proces kopanja se ostvaruje obrtanjem radnog točka i lučnim okretanjem čitave donje konstrukcije sa katarkom. Obrtno kretanje radnog točka ostvaruje elektromotor preko reduktora. Reduktor obrtni moment predaje vratilu radnog točka, a ovaj konstrukciji radnog točka, odnosno vedricama i zubima. Analiza pouzdanosti podsistema za kopanje BTO sistema se može sprovesti u teoriji pouzdanosti primjenom neke od mnogobrojnih metoda. U radu se koriste dvije metode, Analiza stabla otkaza (FTA) i EFTS metoda alokacije pouzdanosti. U tabeli 2. se daje minutno, odnosno procentualno učešće mašinskih otkaza na sklopovima podsistema za kopanje I i II BTO sistema u uslovima eksplatacije površinskog kopa Gračanica za vremenski period posmatranja od 2006. do 2009. godine. Tabela je sastavljena na osnovu baze podataka o radu i otkazu sistema u ovim periodima, koja je napravljena na osnovu evidencije dispečerske službe o radu i zastoju sistema. Na osnovu podataka iz tabele 2 izvršena je ABC (Pareto) analiza (slika 1.), koja slikovito pokazuje prosječni procentualni udio otkaza u ukupnim zastojima kao i njihov međusobni odnos za otkaze osnovnih sklopova podsistema za kopanje sa prijemnom katarkom.
Slika 1. ABC analiza strukture prosječnih mašinskih otkaza osnovnih sklopova podsistema za.kopanje sa prijemnom katarkom rotoranog bagera na Gračanici: A – vedrice, B – radni.točak, C – vijenac radnog točka, D – reduktor, E – rep reduktora, F – traka , G – sistem za podmazivanje, H – ostalo
7.0. ANALIZA UZROKA I NAČINA OTKAZA PODSISTEMA ZA KOPANJE BAGERA METODOM STABLA OTKAZA (FTA – FAULT TREE ANALYSIS) Analiza stabla otkaza je jedna od osnovnih metoda analize sigurnosti sistema. Nasuprot metodi FMEA, kod koje se polazi od vrste otkaza u ravni konstrukcionih dijelova, kod stabla otkaza se najprije razmatra mogući otkaz sistema, a ovaj otkaz sistema sintetizuje otkaze iz donjih ravni sistema. Dok FMEA posjeduje induktivni postupak (bottom up metoda), dotle je kod stabla otkaza deduktivni postupak (top – down metod). Ako se pri realizaciji konačnog cilja, formiranje stabla otkaza podsistema za kopanje rotornog bagera, usvoji aproksimacija, da ne postoji međusobna veza između otkaza podsistema za kopanje i ostalih otkaza, onda se detaljna analiza tih potencijalnih otkaza i analiza svih načina otkaza njihovih elemenata ne mora sprovesti. Iz ovih razloga je formirano nezavisno podstablo za ''Otkaz podsistema za kopanje'' rotornog bagera kao što je to na slici 2. prikazano. Podstablo otkaza predstavlja, prema metodologiji analize stabla otkaza, neželjeni događaj, odnosno znači da se zadatak kopanja bagerom jalovinske mase uopšte ne vrši, ili se vrši van granica dozvoljenog odstupanja od funkcije cilja. Pouzdanost podsistema za kopanje predstavlja njegovu sposobnost da očuva raspoložive karakteristike u odnosu na proces kopanja i njegovu stabilnost, vršeći zadatu funkciju kriterijuma u dozvoljenim granicama odstupanja i za projektovane radne uslove i uslove okruženja.
ZAKLJUČAK Održavanje proizvodnih sistema u zadatim granicama radne sposobnosti i sa potrebnim nivoom pouzdanosti i efektivnosti podrazumjeva da se pojave stanja u otkazu moraju minimizirati ili potpuno eliminisati. Da bi se došlo do opštih kvantitativnih pokazatelja pouzdanosti, sprovedena su istraživanja i prikupljeni statistički podaci za dva bagera tipa Er – 1250. Svi elementi sistema nisu istog uticaja na pouzdanost sistema, odnosno mali broj mašinskih cjelina ima veliki uticaj na pouzdanost čitavog sistema. Da bi se obezbjedio zahtjevani nivo pouzdanosti, odnosno maksimalna iskorišćenost resursa rada elemenata, potrebno je pratiti promjene elemenata i celina koje su se pokazale najmanje pouzdanim.
LITERATURA
[1] D. Ljamić, Pouzdanost reduktora na mašinama kontinualnih sistema površinskih kopova uglja, Doktorska disertacija, Mašinski fakultet, Priština, 1997. [2] D. Milošević, N. Grujić, Analiza pouzdanosti odlagača BTO linije, XXIII Jugoslovenski majski skup "Održavanje tehničkih sistema", Kragujevac, 1998. [3] S. Jovičić, Osnovi pouzdanosti mašinskih konstrukcija, Naučna knjiga, Beograd, 1990. [4] G. Ivanović, D. Stanivuković, Pouzdanost tehničkih sistema, Zbirka rešenih zadataka, Mašinski fakultet, Beograd, 1987. [5] D. Milčić, Pouzdanost mašinskih sistema, Mašinski fakultet, Niš, 2005
