مطالعه وضعیت بار و مکانیسم آسیب سرویس محفظه کامیون کمپرسی معدنی ۱۰۰ تنی

محفظه‌های کامیون‌های کمپرسی ۱۰۰ تنی معدن، شکستگی‌ها و سایش‌های قابل توجهی را در اثر ضربه تجربه می‌کنند که منجر به خرابی‌های مکرر می‌شود. توسعه آسترهای جدید برای محافظت می‌تواند به طور مؤثر این مشکل را برطرف کند. درک شرایط بار و مکانیسم‌های آسیب سرویس محفظه برای توسعه آسترهای جدید و طراحی استراتژی‌های نصب ضروری است. با این حال، در حال حاضر نتایج تحقیقات جامع و کاملی وجود ندارد. برای پرداختن به این شکاف، این مطالعه بر روی محفظه‌های کامیون‌های کمپرسی ۱۰۰ تنی معدن تمرکز دارد و شرایط بار آنها را تحت سناریوهای عملیاتی اصلی بررسی می‌کند. با استفاده از ترکیبی از تحلیل المان محدود، شبیه‌سازی المان گسسته و ارزیابی عملی آسیب، این تحقیق به بررسی حالت‌های بار، اشکال آسیب، مکانیسم‌های مکانیکی و مناطق بحرانی در طول سه مرحله معمول: بارگیری، حمل و نقل و تخلیه بار می‌پردازد. نتایج نشان می‌دهد که محل اتصال صفحات پایینی جلویی چپ و راست، ناحیه ضربه بحرانی در حین بارگیری است، با حداکثر بار ضربه‌ای تقریباً 229.2 کیلونیوتن، و مکانیسم آسیب شکستگی به عنوان “آسیب شکستگی خستگی ضربه‌ای” شناخته می‌شود. در شرایط حمل و نقل با بار کامل، شکل اولیه آسیب برای هر صفحه آستر “تغییر شکل فشاری” است، به ویژه در بالای صفحات عمودی سمت چپ و راست. با این حال، این آسیب عامل اصلی تعیین کننده عمر مفید محفظه نیست. در حین تخلیه بار، صفحه انتهایی محفظه بیشترین نیروهای اصطکاکی را تجربه می‌کند و شدیدترین سایش را نشان می‌دهد که با “سایش سایشی تحت سلطه اصطکاک لغزشی” مشخص می‌شود. این تحقیق به طور دقیق شرایط بار محفظه‌های کامیون کمپرسی معدن سنگین را مشخص می‌کند و پشتیبانی نظری مستقیمی را برای طراحی مواد آستری جدید و استراتژی‌های نصب ارائه می‌دهد.

مقدمه

کامیون‌های کمپرسی معدن اغلب در شرایط سختی که با ضربه زیاد و اصطکاک قوی مشخص می‌شوند، کار می‌کنند. در حال حاضر، محفظه‌های کامیون‌های کمپرسی معدن ۱۰۰ تنی از صفحات فولادی مقاوم در برابر سایش با استحکام بالا ساخته شده‌اند و دارای آسترهای فولادی منگنز جوش داده شده برای محافظت هستند که نگهداری معمول را تسهیل می‌کند. با این حال، در عملیات عملی، آسترهای فولادی منگنز مستعد تغییر شکل شدید و سایش تحت بارهای ضربه و اصطکاک سنگ معدن سنگین هستند که منجر به از کار افتادن عملکرد محافظتی آنها می‌شود. این امر منجر به آسیب به خود محفظه، افزایش هزینه‌های عملیاتی و کاهش راندمان و ظرفیت حمل و نقل می‌شود. با توجه به این مسئله مهندسی گسترده، توسعه آسترهای محافظ جدید برای افزایش عمر مفید محفظه به یک استراتژی حفاظتی مؤثر تبدیل شده است. برای طراحی مؤثر مواد آستر و تعیین استراتژی‌های نصب، باید به دو موضوع کلیدی پرداخته شود: انواع و توزیع بارها روی محفظه در حین کار، و اشکال و محل‌های آسیب‌های مرتبط با سرویس به صفحات کف و کناری. محفظه‌های کامیون‌های کمپرسی معدن در حین بارگیری، حمل و تخلیه، سنگ معدن دانه‌ای با شکل نامنظم را حمل می‌کنند، که باعث می‌شود آسیب در درجه اول به بارهای مواد معدنی نسبت داده شود. تحقیقات میدانی نشان می‌دهد که در طول فرآیند بارگیری، مواد معدنی از ارتفاع سقوط می‌کنند و به صفحات کف و کناری محفظه برخورد می‌کنند. در حین حمل و نقل، وسایل نقلیه کاملاً بارگیری شده دچار ضربه و تکان می‌شوند که فشار زیادی را بر صفحه کف و نیروهای فشاری را بر صفحات کناری وارد می‌کند. در مرحله تخلیه، سنگ معدن لغزنده نیروهای اصطکاکی قوی را بر روی صفحات کف و کناری محفظه اعمال می‌کند. با توجه به این عوامل، بی‌نظمی مواد حمل شده و پیچیدگی اقدامات عملیاتی منجر به نوع و حالت بار بسیار پیچیده‌ای می‌شود که محفظه در حین کار تجربه می‌کند. یک بررسی جامع نشان می‌دهد که در حال حاضر هیچ مطالعه دقیقی در مورد شرایط بار و مکانیسم‌های آسیب سرویس محفظه‌های کامیون‌های کمپرسی معدن سنگین وجود ندارد. برای مثال، هائو و همکاران [6] از روش المان لایه نازک برای تحلیل ویژگی‌های توزیع فشار سطل‌های کامیون کمپرسی معدن استفاده کردند و روشی برای محاسبه بارهای فشاری روی قسمت‌های مختلف سطل توسعه دادند. فنگ و همکاران [7] تحلیل‌های مودال و طیف پاسخ را روی مدل شاسی کامیون‌های کمپرسی تحت شرایط بار مختلف انجام دادند و کشف کردند که شروع و انتشار ترک‌ها در میله فشاری کامیون کمپرسی توسط رزونانس ایجاد می‌شود. حسینی و همکاران [8] ابتدا توزیع بار و بزرگی فنرهای فولادی کامیون‌های کمپرسی را تجزیه و تحلیل کردند، سپس از شبیه‌سازی المان محدود استفاده کردند تا نشان دهند که شکستگی فنرها به دلیل بارهای دینامیکی است که باعث نقص اولیه می‌شوند و منجر به شروع ترک و شکست نهایی می‌شوند. لو و همکاران [9] از طریق مطالعات تجربی، حالت‌های شکست خستگی خمشی چرخه بالا میل لنگ 42CrMo4 مورد استفاده در کامیون‌های کمپرسی معدن بدنه پهن را آشکار کردند و ضخامت ناکافی لایه کوئنچ در گوشه‌ها را به عنوان علت اساسی شکست میل لنگ شناسایی کردند که در بارگذاری چرخه‌ای، مقاومت خستگی کافی را فراهم نمی‌کند. سیفوری و همکاران [10] علت اصلی خرابی در شفت توربوشارژر کامیون‌های کمپرسی BELAZ را بررسی کردند و دریافتند که شکستگی‌های ناشی از خستگی عمدتاً توسط بارگذاری چرخه‌ای ایجاد می‌شوند و از ترکیبی از رویکردهای نظری و تجربی استفاده کردند.

با توجه به محیط پیچیده‌ای که کامیون‌های کمپرسی معدن به طور مداوم در معادن در آن فعالیت می‌کنند، عوامل مختلفی مانع جمع‌آوری داده‌های بار در محل و تجزیه و تحلیل رفتار آسیب با استفاده از ابزارها می‌شوند. بنابراین، بر اساس بررسی جامع ساختار محفظه، ابعاد، پارامترهای سنگ معدن و ریتم تولید حمل و نقل، می‌توان از روش‌های شبیه‌سازی کامپیوتری برای مطالعه شرایط بار و رفتار آسیب سرویس محفظه در شرایط کاری واقعی استفاده کرد. این تحقیق نشان می‌دهد که محققان و مهندسان با توسعه مدل‌های دقیق و استفاده از نرم‌افزارهای شبیه‌سازی برای حل کارآمد این مشکلات عملیاتی پیچیده، به طور مؤثر به مسائل مهندسی مختلف مربوط به محفظه‌های کامیون کمپرسی پرداخته‌اند [11]، [12]. به عنوان مثال، لی و همکاران [13] شبیه‌سازی‌های المان محدود را روی محفظه‌های کامیون کمپرسی انجام دادند و ویژگی‌های فرکانس پایین و الگوهای ارتعاش را به دست آوردند که امکان تجزیه و تحلیل دقیق عملکرد دینامیکی محفظه را فراهم می‌کرد. ما و همکاران [14] از شبیه‌سازی‌های المان محدود برای تخمین قدرت کاری محفظه کامیون کمپرسی معدن U شکل طراحی شده استفاده کردند و در نتیجه منطقی بودن طراحی ساختاری محفظه را نشان دادند.

تجزیه و تحلیل پیشرفت تحقیقات نشان می‌دهد که مطالعات انجام شده روی محفظه‌های کامیون کمپرسی معدن در درجه اول بر تأیید استحکام، بهینه‌سازی سازه و طراحی سبک وزن تحت شرایط کاری واحد برای پیکربندی‌های ساختاری مختلف تمرکز دارند. این نتایج به طور سیستماتیک شرایط بار، اشکال آسیب سرویس و مکانیسم‌های محفظه‌های کامیون کمپرسی سنگین را در شرایط پیچیده آشکار نمی‌کنند، بنابراین نمی‌توانند الزامات فنی دقیقی را برای توسعه مواد محافظ جدید و استراتژی‌های نصب ارائه دهند. این مطالعه بر روی “شرایط بار و مکانیسم‌های آسیب سرویس” تمرکز دارد. بر اساس داده‌های بررسی میدانی، از ترکیبی از تحلیل المان محدود و المان گسسته برای بررسی انواع بار، بزرگی و نقاط اعمال بار محفظه تحت سه شرایط کاری معمول: بارگیری، حمل و نقل و تخلیه بار استفاده می‌کند و در نتیجه “شرایط بحرانی” را شناسایی می‌کند. این مطالعه قوانین تغییر تنش کاری، کرنش و تنش و کرنش پسماند در صفحات کف و کناری محفظه را بررسی می‌کند. این مطالعه مناطق آسیب کلیدی را بر اساس مکانیسم‌های اعمال بار تعیین می‌کند، بارهای بحرانی، اشکال آسیب اولیه و مکانیسم‌های آسیب را شناسایی می‌کند. این امر پشتیبانی نظری مستقیمی برای طراحی مواد آستر جدید و استراتژی‌های نصب متمرکز بر «بارهای محافظ، نواحی محافظ و آسیب محافظ» فراهم می‌کند، ضمن اینکه نتایج مرجع جامع و دقیقی را برای مطالعه رفتار آسیب در محفظه‌های کامیون کمپرسی با تناژهای مختلف ارائه می‌دهد. (منبع).