Opracowanie projektu nowej konstrukcji koła czerpakowego i czerpaków dla koparek SchRs 4600

Celem całej pracy było opracowanie projektu nowej konstrukcji koła czerpakowego i czerpaków dla koparek SchRs 4600. Widok na układ urabiania jednej z koparek SchRs 4600 przedstawiono na rysunku 1.1. Rys. 1.1. Głównym czynnikiem decydującym o podjęciu decyzji o modernizacji koła i czerpaków była potrzeba obniżenia dynamiki pracy układu urabiania poprzez zwiększenie liczby czerpaków rozmieszczonych na kole. Obecna konstrukcja charakteryzuje się małą liczbą czerpaków wynoszącą 11 sztuk. Powoduje to niekorzystne warunki pracy koparki poprzez występowanie znacznych impulsów siły w trakcie urabiania. Efekt ten potęguje się zwłaszcza w trudnych warunkach urabiania i przy występowaniu wtrąceń nieurabialnych w nadkładzie. Zwiększenie liczby czerpaków spowoduje zmniejszenie amplitud sił pochodzących od urabiania jak równieS wpłynie na częściowe zmniejszenie ryzyka uderzenia czerpakiem we wtrącenie nieurabialne. Dodatkowym negatywnym zjawiskiem występującym podczas urabiania węgla kołem wyposaSonym w 11 czerpaków jest jego niedostateczne rozdrobnienie.

Prace wykonane w ramacha realizacji projektu obejmowały następujące etapy:

ETAP I – PROJEKT WSTĘPNY

1. Koło czerpakowe:
1. ocena i wybór kryteriów przyjętych do projektu nowego koła czerpakowego,
2. przeprowadzenie i uzupełnienie badań doświadczalnych mających na celu określenie eksploatacyjnych charakterystyk modalnych i drgań nadwozi koparek typu SchRs 4600,
3. przeprowadzenie numerycznej analizy modalnej koparek SchRs 4600 (dwa typy maszyn) w celu wyeliminowania ryzyka wystąpienia zjawiska rezonansu dla zmienionej liczby czerpaków na nowym kole czerpakowym:
• budowa numerycznych modeli dynamicznych dwóch typów koparek SchRs 4600,
• wykonanie obliczeń dynamicznych modeli koparek (dwa typy maszyn) przy wykorzystaniu metody elementów skończonych,
• określenie częstości i postaci drgań własnych globalnych i lokalnych oraz porównanie z wynikami doświadczalnymi,
• dobór docelowej liczby czerpaków dla nowego rozwiązania koła czerpakowego,
4. opracowanie koncepcji postaci konstrukcyjnych nowego koła czerpakowego,
5. ocena poszczególnych wariantów i wybór rozwiązań dopuszczalnych z punktu widzenia kryteriów oceny i wymagań Zamawiającego,
6. przeprowadzenie wstępnych obliczeń wytrzymałościowych wybranych rozwiązań postaci konstrukcyjnych nowego koła czerpakowego przy wykorzystaniu metody elementów skończonych
7. wskazanie optymalnej postaci geometrycznej koła czerpakowego i odpowiadającego rozwiązania konstrukcyjnego.
2. Czerpaki:
1. ocena i wybór kryteriów przyjętych do projektu nowych czerpaków
2. opracowanie koncepcji postaci konstrukcyjnych nowych czerpaków dla wersji do urabiania węgla i do urabiania nadkładu,
3. ocena poszczególnych wariantów i wybór rozwiązań dopuszczalnych z punktu widzenia kryteriów oceny i wymagań Zamawiającego,
4. przeprowadzenie wstępnych obliczeń wytrzymałościowych wybranych rozwiązań postaci konstrukcyjnych nowych czerpaków przy wykorzystaniu metody elementów skończonych.
3. Analiza wyników prac.
4. Opracowanie raportu z etapu I prac zawierającego szczegółowe informacje dotyczące wstępnej postaci konstrukcyjnej nowego koła czerpakowego i czerpaków.
5. Końcowe konsultacje ze Zamawiającym w celu wyboru docelowego wariantu postaci konstrukcyjnej nowego koła czerpakowego i czerpaków (dwa typy).

ETAP II - BADANIA TECHNICZNE I EKSPERTYZY:

1. Budowa szczegółowych trójwymiarowych modeli geometrycznych koła czerpakowego i czerpaków według wariantu wyłonionego i uzgodnionego ze Zamawiającym w trakcie realizacji etapu pierwszego.
2. Budowa modeli dyskretnych nowego koła czerpakowego i czerpaków.
3. Identyfikacja warunków brzegowych – obciąSeń i utwierdzeń – z uwzględnieniem danych uzyskanych z prac badawczych nad układem napędowym koparek SchRs 4600 w latach 2005-2009.
4. Przeprowadzenie obliczeń metodą elementów skończonych nowego koła czerpakowego i czerpaków w następującym zakresie:
1. wytrzymałość doraźna,
2. wytrzymałość zmęczeniowa
3. analiza wyboczeniowa.
4. analiza wyników i optymalizacja wariantów docelowych koła czerpakowego i czerpaków w celu spełnienia wymogów stawianych tego typu obiektom.
5. Sprawdzenie skuteczności zamocowania nowej konstrukcji koła na osi koła czerpakowego.
6. Ocena wpływu zmian dynamiki pracy nowego zespołu koła czerpakowego ze zwiększoną ilością czerpaków na pracę wciągarek głównych koparek SchRs 4600.30 i SchRs 4600.50.
7. Przeprowadzenie sprawdzającej analizy modalnej modeli koparek (dwa typy maszyn SchRs 4600.30 i SchRs 4600.50) ze zwiększoną ilością czerpaków w celu określenia częstości i postaci drgań własnych globalnych oraz lokalnych. Potwierdzenie bezpieczeństwa pracy maszyn wyposaSonych w zmodernizowany układ urabiania z punktu widzenia ryzyka wystąpienia zjawiska rezonansu.
8. Ocena i ewentualna korekta dowodów stateczności koparek SchRs 4600.30 i SchRs 4600.50.
9. Analiza zapotrzebowania mocy napędu koła czerpakowego dla zmodernizowanego zespołu koła ze zwiększona ilością czerpaków.
10. Opracowanie ewentualnych zmian w elementach konstrukcyjnych powiązanych ze zmodernizowanym zespołem urabiania, np. zamek, zsuwnia.
11. Opracowanie raportu z etapu II prac zawierającego szczegółowe informacje z realizacji przedstawionych zadań i dotyczące ostatecznej postaci konstrukcyjnej nowego koła czerpakowego i czerpaków.

ETAP III – PROJEKT TECHNICZNY:

1. Koło czerpakowe.

Założenia ogólne:

1. Konstrukcja koła powinna się składać z 1 segmentu wewnętrznego (piasty) oraz z 3 lub 4 segmentów zewnętrznych.
2. Z uwagi na gabaryty hali, w której będzie wykonywane koło czerpakowe, średnica zewnętrzna jego piasty będzie nie większa niS 4400 mm.
3. Konstrukcja powinna spełniać warunki zawarte w PN-G-47000-3: 2006 oraz prawidłowego montaSu i współpracy z elementami napędu koła.
4. Projekt powinien zawierać kompletną dokumentację warsztatową, technologiczną w zakresie projektu technicznego (bez szczegółowych technologii takich jak sposób przeprowadzenia procesu spawania, obróbki cieplnej itp.) dla wykonania i montaSu koła czerpakowego.
2. Czerpaki dla nowego koła w dwóch wariantach:
• do urabiania węgla,
• do urabiania nadkładu.

ETAP IV – NADZÓR AUTORSKI, DOKUMENTACJA POWYKONAWCZA