Modele dyskretne konstrukcji wsporczych

Obecnie do analizy wytrzyma³oœciowej w modelach dyskretnych ustrojów noœnych maszyn roboczych spawanych z blach standardem jest stosowanie elementów powierzch-niowych (pow³oki). Jedynie do modelowania elementów pomocniczych stosuje siê ele-menty liniowe (belki i prêty). Podstawow¹ zasad¹ jest stosowanie doboru elementów, gêstoœci siatki oraz adekwatne do potrzeb uszczegó³owienia. W przypadku gdy g³ów-nym celem jest okreœlenie wytê¿enia, powinno siê wiernie oddaæ kszta³t karbów. Wów-czas po¿¹dane jest stosowanie elementów wy¿szego rzêdu, ale gdy jest wymagana tyl-ko znajomoœæ pola przemieszczeñ mo¿na stosowaæ elementy o prostych funkcjach kszta³tu i rzadsz¹ siatkê.

Poni¿ej przedstawiono autorskie modele dyskretne wybranych konstrukcji wspor-czych ³o¿ysk wielkogabarytowych oraz przyk³adowe wyniki analiz numerycznych.

7.1.1. Przyk³ady wybranych konstrukcji wsporczych – modele dyskretne

Zwa³owarka 4420.61

Podwozie zwa³owarki 4420.61 jest dwug¹sienicowe. Portal podparty jest poprzez dwa czopy na zestawach g¹sienicowych. Trzeci¹ podporê stanowi wahacz. Na rysunku 7.4. pokazano model dyskretny w pó³przekroju. Powierzchnia wsporcza pod dwurzê-dowe ³o¿ysko wa³eczkowo-kulowe zosta³a wyniesiona ponad pas górny. Œrednica ³o-¿yska wynosi ∅5 m, masa nadwozia oko³o 570 Mg. Charakterystyczny dla tego ustroju noœnego jest przecinaj¹cy dŸwigar pierœcieniowy, poprzeczny dŸwigar ³¹cz¹cy czopy.

97

Rys. 7.5. Model dyskretny ramy portalowej podwozia koparki kompaktowej KWL 700 (pó³przekrój) Rys. 7.4. Model dyskretny ramy portalowej podwozia zwa³owarki 4420.61 (pó³przekrój)

Koparka KWL 700

DŸwigar pierœcieniowy ma przekrój dwuobwodowy zamkniêty i sk³ada siê z 12 seg-mentów rozdzielonych przeponami (rys. 7.5). Powierzchnia wsporcza pod dwurzêdo-we ³o¿ysko wa³eczkowo-kulodwurzêdo-we zosta³a wyniesiona ponad g³ówny pas ramy

wej. Nadwozie jest wsparte na ³o¿ysku dwubie¿niowym kulowym o œrednicy ∅5,5 m, z hakiem tocznym, masa nadwozia oko³o 570 Mg.

£adowarko-zwa³owarka £ZKS 1600.33

£adowarko-zwa³owarka £ZKS 1600.33 ma podwozie szynowe. Powierzchnia wspor-cza pod ³o¿ysko kulowe z hakiem tocznym zosta³a wyniesiona ponad pas górny. Œre-dnica ³o¿yska wynosi ∅4,485 m, masa nadwozia oko³o 560 Mg. DŸwigar pierœcienio-wy o przekroju zamkniêtym, o 12 segmentach, wspiera siê na czterech podporach (rys. 7.6) [173].

Rys. 7.6. Model dyskretny ramy portalowej podwozia ³adowarko-zwa³owarki £ZKS 1600.33 (pó³przekrój)

Zwa³owarka ZGOT 10000.100

Podwozie zwa³owarki ZGOT 10000.100 sk³ada siê z dŸwigara pierœcieniowego o przekroju otwartym, wspartego na 3 zestawach g¹sienicowych przez 6 ramion (rys. 7.7). DŸwigar pierœcieniowy jest usztywniony przez 12 przepon i 9 ¿eber. Wypro-wadzone z niego zosta³y dwa wsporniki dyszli niekierowanych zestawów g¹sienico-wych. Œrednica ³o¿yska wynosi ∅10 m, masa nadwozia oko³o 970 Mg.

DŸwigar pierœcieniowy nadwozia ma przekrój otwarty i jest zintegrowany z prze-strzenn¹ ram¹ czêœci œrodkowej nadwozia.

Koparka BWE700L

DŸwigar pierœcieniowy podwozia ma przekrój zamkniêty i sk³ada siê z 16 segmen-tów rozdzielonych przeponami. Wspiera siê na 3 zestawach g¹sienicowych przez 6 ra-mion (rys. 7.8). £o¿ysko kulowe, zintegrowane z hakiem, ma œrednicê ∅8 m.

99

Rys. 7.8. Model dyskretny ramy portalowej podwozia koparki BWE 700L (pó³przekrój)

Masa nadwozia (rys. 7.9) wynosi oko³o 1040 Mg. DŸwigar pierœcieniowy zia ma przekrój zamkniêty i sk³ada siê z 14 segmentów. £¹czy siê on z pylonami nadwo-zia poprzez dwa wsporniki. Na górnym pasie dŸwigara pierœcieniowego znajduje siê ³o¿ysko obrotu wysiêgnika zrzutowego.

Rys. 7.7. Model dyskretny ramy portalowej podwozia zwa³owarki ZGOT 10000.100 (pó³przekrój) 7.1. Modele dyskretne konstrukcji wsporczych

Koparka SchRs 4600.30

DŸwigar pierœcieniowy ma przekrój zamkniêty i sk³ada siê z 12 segmentów rozdzie-lonych przeponami (rys. 7.10). Z dŸwigara wyprowadzone s¹ trzy ramiona podpór o przekroju skrzynkowym. Nadwozie wsparte jest na ³o¿ysku dwuszeregowym kulo-wym, o œrednicy ∅12 m, masa nadwozia oko³o 2600 Mg.

Zwa³owarka A2RsB 5000

Rama podwozia zwa³owarki A2RsB 5000 w widoku z góry ma postaæ trójk¹ta rów-nobocznego. DŸwigary o przekroju dwuteowym zosta³y na 1/3 d³ugoœci stê¿one, w wyniku czego powsta³a struktura w postaci szeœciok¹ta foremnego, na którym spo-czywa podparty w 12 punktach, bêd¹cy bezpoœredni¹ ostoj¹ ³o¿yska, niski dŸwigar

pier-Rys. 7.9. Model dyskretny œrodkowej czêœci nadwozia koparki BWE 700L – widok z do³u w pó³przekroju

101

œcieniowy (rys. 7.11). Nadwozie wsparte jest na ³o¿ysku jednoszeregowym ³o¿u kulo-wym, o œrednicy ∅10 m. Masa nadwozia wynosi oko³o 600 Mg.

Rama nadwozia ma postaæ niskiego dŸwigara pierœcieniowego zintegrowanego z ram¹ œrodkowej czêœci nadwozia (rys. 7.11).

7.1.2. Wybrane wyniki analiz numerycznych

Z analiz numerycznych metod¹ elementów skoñczonych konstrukcji wsporczych ³o¿ysk wielkogabarytowych uzyskuje siê standardowe wyniki:

• pole przemieszczeñ,

• pole naprê¿eñ (odkszta³ceñ).

Identyfikacja stanu naprê¿eñ (rys. 7.12) jest istotna dla wytrzyma³oœci, nie ma jed-nak bezpoœredniego wp³ywu na dystrybucjê obci¹¿enia na elementy toczne.

Do okreœlenia jakoœci konstrukcji wsporczej pod k¹tem warunków pracy ³o¿yska najistotniejsze jest wyznaczenie pola przemieszczeñ. Na rys. 7.13 pokazano przyk³a-dow¹ zdeformowan¹ siatkê elementów skoñczonych podwozia zwa³owarki, a na rys. 7.14 warstwice przemieszczeñ pionowych (osiowych) dla podwozia koparki.

Tego typu wyniki s¹ bardzo wygodne do analizy jakoœciowej. Aby przeprowadziæ analizê iloœciow¹, nale¿y zauwa¿yæ, ¿e przemieszczenia dŸwigara pierœcieniowego jako bry³y sztywnej nie maj¹ wp³ywu na rozk³ad obci¹¿enia. Ca³kowity wektor przemieszcze-nia punktu ujest sum¹ wektora przemieszczenia punktu bry³y sztywnej u_s oraz prze-mieszczenia w wyniku deformacji u_d. Aby uzyskaæ przemieszczenia w wyniku defor-macji, nale¿y wyznaczyæ przemieszczenia i obroty bry³y sztywnej i odj¹æ je od pola przemieszczeñ.

Rys. 7.10. Model dyskretny ramy portalowej podwozia koparki SchRs 4600.30 7.1. Modele dyskretne konstrukcji wsporczych

Dla tak zredukowanego pola przemieszczeñ wa¿ne s¹ dwie wielkoœci: • maksymalna amplituda przemieszczeñ

min max d d d u u u = − ∆ , (7.1)

• gradient przemieszczenia po obwodzie dŸwigara θ ∂ ∂ = ′ d d u u (7.2)

103

Rys. 7.12. Warstwice naprê¿eñ zredukowanych wed³ug hipotezy Hubera–Misesa w podwoziu zwa³owarki ZGOT 10000.100 w [MPa]

Rys. 7.13. Model zdeformowany w skali 200:1 podwozia zwa³owarki ZGOT 10000.100

Wartoœci te wyznacza siê odrêbnie dla przemieszczeñ osiowych u_V (rys. 7.15) i dla przemieszczeñ promieniowych u_R (rys. 7.16). Istotna jest zarówno deformacja po kie-runku pionowym, jak i deformacja po kiekie-runku promieniowym, wywo³uj¹ca podjazd kuli na œciankê boczn¹ bie¿ni.

Rys. 7.15. Rozk³ad przemieszczeñ poosiowych w wyniku deformacji dŸwigara pierœcieniowego koparki KWL700 po obwodzie ³o¿yska dla trzech po³o¿eñ nadwozia wzglêdem podwozia

105