Neštandardné prevádzkové zaťaženia šmykom riadených nakladačov

Nielen pri návrhu strojov, ale aj v praxi pri špecifických pracovných technológiách, alebo pri posudzovaní havarijných stavov je potrebné určiť skutočnú prevádzkovú životnosť, alebo príčiny jej zníženia z dôvodu vzniku predčasných porúch. V takýchto prípadoch je potrebné systemizovaťprevádzkové zaťaženia, čo predstavuje proces skúmania, následného spracovania a vyhodnotenia výsledkov získaných meraním. Štandardný pracovný cyklus šmykom riadeného nakladača je znázornený na obr. 1, a meraním získaný priebeh zaťaženia na vybranom skúmanom mieste stroja počas typického pracovného cyklu je znázornený na obr. 2. Pri určovaní týchto štandardných priebehov stroj manipuloval s uľahnutouzeminou.

Obr. 2: Priebeh štandardného pracovného cyklu

Konštručný návrh

Pri konštrukčnom návrhu pracovného stroja pri dimenzovaní jeho rozhodujúcich častí sa vychádza z predpokladu, že bude pracovať v „štandardných” prevádzkových podmienkach. Z praxe je však známe, že predčasné poruchy pracovných strojov, respektíve ich častí, sa vyskytujú pomerne často. Príčinou následných porúch konštrukcie je ich preťažovanie, alebo výskyt tzv. neštandardných zaťažení. Tieto sú spôsobené väčšinou neúmyselne, ale často i úmyselnou nedovolenou činnosťou obsluhy. Z dôvodu získania odozvy neštandardného zaťaženia a jeho vplyvu na životnosť konkrétneho modulu pracovného stroja, boli vykonanéopakované skúšky prípadu extrémneho nárazu na pevnú prekážku. Takéto zaťaženie sa môže vyskytnúť u mobilných pracovných strojov ako sú nakladače alebo manipulátory počas plnenia nástroja materiálom, prípadne pri jeho hrnutí a následnom náraze na neočakávanú prekážku (napr. obrubník, vyčnievajúce časti konštrukcie a pod.). Na obr. 3 je znázornený priebeh zaťaženia na vybranom mieste pracovného zariadenia šmykom riadeného nakladača, zaznamenaný pri náraze stroja na pevnú prekážku (obrubník).

Obr. 3: Priebeh nárazovej sily

Odhad životnosti

Zo zaznamenaného priebehu možno jednoznačne pozorovať približne 4násobný nárast veľkosti zaťaženia v porovnaní s priebehom počas štandardnej prevádzky. Ak sa takéto zaťaženia vyskytnú častejšie za relatívne krátky čas, významne ovplyvnia vznik únavovej trhliny v miestach koncentrácie napätia a jej následné šírenie. Výsledkom je predčasné porušenie exponovaného dielu únavovým lomom. Pre názornosť boli vykonané odhady životnosti vybraného modulu skúmaného pracovného stroja a porovnané s výrobcom deklarovanou životnosťou. Na odhad životnosti účinkom rázového zaťaženia boli zadefinované nasledovné vstupné podmienky.

Celková doba čistej práce stroja počas pracovnej zmenybola stanovená na základe koeficientu pracovnej účinnosti stroja – k_p. Koeficient pracovnej účinnosti je ovplyvnený viacerými činite<0x013E>mi, ktoré možno zaradiť do troch skupín:

k_p = k_č.k_v.k_i

kde k_č – koeficient časového využitia stroja (0,4–0,9), k_v – koeficient výkonového využitia stroja (0,5–1,2), k_i – koeficient intenzity využitia stroja (0,4–0,98).

Na základe informácií získaných od výrobcov a hlavne používateľov strojov bol stanovený reálny koeficient pracovnej činnosti: k_p = 0,64.

Koeficient pracovnej účinnosti na jednu zmenu predstavuje teda 64% využitie stroja, čomu zodpovedá čistá doba práce stroja 5 hodín za predpokladu, že jedna pracovná zmena má dĺžku 8 hodín;

Bolo uvažovaných päťprípadov frekvencie výskytu neštandardného zaťaženia – nárazom, t.j. 1×/1 h, 1×/5 h (1×/pracovná zmena), 1×/25 h (1×/týždeň), 1×/50 h, a 1×/100 h (1×/mesiac).

Na odhad prevádzkovej životnosti sa používajú rôzne hypotézy kumulácie únavového poškodenia, ktoré však vo veľkej miere závisia od charakteru zaťaženia, čo treba zohľadniť aj pri výbere vhodnej hypotézy. Pre danýcharakter zaťaženia bola na základe skúseností použitá najvhodnejšia hypotéza – Haibachova. Na základe tejto hypotézy bola pre štandardnýpracovný cyklus, vo vybranom kritickom miestekonštrukcie pracovného stroja stanovená prevádzková životnosť 10 955 h. V prípade neštandardného zaťaženia s vyššie popísanýmifrekvenciami výskytu sahodnota vypočítanej životnostiv kritickom mieste konštrukcie pracovného stroja vo všetkých prípadoch výrazne znížila. Stanovené hodnoty životnosti v závislosti od frekvencie výskytu neštandardného zaťaženia sú znázornené v tab. 1.

Tab. 1: Hodnoty životnosti v závislosti od frekvencie výskytu rázového zaťaženia

Z uvedeného je zrejmé, že neštandardné prípady zaťaženia významne ovplyvňujú životnosť strojných konštrukcií. Vplyv neštandardných prevádzkových zaťažení sa prejavuje nielen pri odhade životnosti, ale pochopiteľne aj v samotnej prevádzke, čo dokazujú prípady zdokumentované v používateľskej praxi. Odhady životnosti sú hypotetické, ale často posudzované prípady poškodení mobilných strojov, niekedy aj počas záručnej doby, korelujú s takto určenými hodnotami. Zohľadňovaniu vplyvu neštandardných zaťažení na základe získaných skúseností trebapreto venovať odpovedajúcu pozornosť už aj v procese návrhu konštrukcií. Získané poznatky majú tiež nezastupiteľný význam pri posudzovaní príčin predčasných porúch, ktoré sú často predmetom reklamácií či už v dobe záruky alebo prevádzky strojov.

Literatúra:

[1] TREBUŤA, F. – BIGOŠ, P.: Intenzifikácia technickej spôsobilosti ťažných nosných konštrukcií, VIENALA, Košice, 1998, ISBN 80-967325-3-6

[2] IZRAEL, G. – BUKOVECZKY, J. – GULAN, L. – SCHMIDTOVÁ, C.: Odhad životnosti rozhodujúceho modulu pracovného zariadenia nakladača s uvážením preťažení. In: 36. seminár katedier a inštitútov transportných, stavebných, úpravárenských a poľnohospodárskych strojov: Zborník vedeckých recenzovaných prác, Zvolen, 16.–17.9. 2010, Bratislava: Technická univerzita vo Zvolene, 2010, ISBN 978-80-228-2139-1, s. 14-19

[3] MAZURKIEVIČ, I. – GULAN, L. – IZRAEL, G. – GLATZ, M.: Mobilné pracovné stroje – zemné stroje, Nakladateľstvo STU v Bratislave, Bratislava 2014, ISBN 978-80-227-4190-3