Prevádzkové zaťaženie je závislé nielen od spôsobu práce, stavu manipulovaného materiálu, ale vo veľkej miere aj od zručnosti a zodpovednosti obsluhy, dodržiavania bezpečnostných predpisov a výrobcom doporučených pracovných postupov (obr. 1). Správny konštrukčný návrh mobilného pracovného stroja a jeho modulov je základným predpokladom bezporuchovej prevádzky a dosiahnutia požadovanej životnosti stroja. Pri dimenzovaní nosných konštrukcií strojov v bežnej praxi sa vychádza z tabuľkových údajov medzných stavov konštrukčných materiálov z ktorých najdôležitejší z hľadiska odhadu životnosti je medzný stav únavy.
Prevádzkové zaťaženie
Prevádzkové zaťaženie u cyklicky pracujúcich strojov má vždy náhodný charakter. Túto náhodnosť zaťaženia možno zohľadniť prostredníctvom zaťažovacích spektier, ktoré tvoria neoddeliteľnú súčasť procesu odhadu prevádzkovej životnosti.
K vytvoreniu zaťažovacích spektier je potrebné poznať priebehy prevádzkového zaťaženia. Systemizovanie prevádzkových zaťažení mobilných pracovných strojov predstavuje proces skúmania a následného spracovania výsledkov získaných meraniami pre rôzne skupiny strojov. Počas prevádzkových meraní sa získavajú údaje vo vopred definovaných miestach stroja, najvýznamnejšie charakterizujúcich prevádzkové zaťaženie (zaznamenáva sa priebeh zaťaženia vybraného modulu, napr. rám, pracovné zariadenie, nástroj). Stanovenie týchto miest sa môže realizovať na základe výsledkov z pevnostných kontrol, alebo na základe predchádzajúcich skúseností výrobcov. Typický priebeh zaťaženia zaznamenaný na konkrétnom module – pracovnom zariadení a mieste šmykom riadeného nakladača počas jedného pracovného cyklu je znázornený na obr. 2. Reálny priebeh pracovného cyklu je znázornený na obr. 3, tento bol zaznamenaný počas nakladania vozidla sypkým materiálom (kamenivo – makadam).
Pri konštrukčnom návrhu pracovného stroja a pri dimenzovaní jeho rozhodujúcich modulov sa predpokladajú tzv. štandardné prevádzkové podmienky (obr. 3).
Častou príčinou predčasnej poruchy konštrukcie je však nedovolené preťažovanie, alebo výskyt tzv. neštandardného zaťaženia. Tieto sú spôsobené síce väčšinou neúmyselne, ale prax potvrdzuje, že sa vyskytujú aj v dôsledku úmyselnej nedovolenej činnosti obsluhy. Takýmto prípadom extrémneho zaťaženia je aj náraz na pevnú prekážku. Môže sa vyskytnúť u mobilných pracovných strojov ako sú nakladače a manipulátory, napríklad počas plnenia nástroja materiálom, prípadne pri jeho hrnutí. Na obr. 4 je znázornený priebeh zaťaženia na vybranom mieste výložníka šmykom riadeného nakladača, zaznamenaný počas simulácie nárazu stroja na prekážku. So znázornených priebehov je zrejmé, že počas nárazu v tom istom sledovanom mieste vznikne približne 2,5 krát väčšie zaťaženie, ako pri štandardnej prevádzke. Ak sa takéto zaťaženia vyskytnú častejšie za relatívne krátky čas, významne potom ovplyvňujú vznik únavovej trhliny a následný proces jej šírenia. Výsledkom je v prvej fáze trhlina a v nasledujúcej predčasné porušenie exponovaného modulu únavovým lomom.
Odhad životnosti
Na odhad životnosti sa využívajú hypotézy kumulácie únavového poškodenia. V inžinierskej praxi najčastejšie využívanou a tiež najjednoduchšou je Palmgrenova-Minerova metóda. K odhadu životnosti je potrebné v prvom rade stanoviť celkovú dobu reálnej práce stroja, ktorá sa vyjadruje prostredníctvom koeficientu pracovnej účinnosti kp. Tento koeficient v konkrétnom prípade predstavoval 64 % z doby jednej pracovnej smeny, čomu zodpovedal pracovný čas 5 hodín, ak je uvažovaná dĺžka pracovnej smeny 8 hodín. Ďalej je potrebné určiť (v prípade plánovaného experimentu), alebo odhadnúť reálnu intenzitu výskytu rázového zaťaženia (podľa typu vykonávanej práce a pracoviska). Pri odhade životnosti sa uvažovalo s piatimi prípadmi, s rôznymi frekvenciami výskytu zaťaženia nárazom, t.j. 1×/1 h, 1×/5 h (1 smena), 1×/25 h (1×/týždeň), 1×/50 h, a 1×/100 h (1×/mesiac). Vypočítaný výsledok počas štandardnej prevádzky a výsledky v závislosti od intenzity výskytu rázového zaťaženia sú uvedené v tab. 1.
Z uvedených výsledkov je zrejmé, že výskyt len jedného neštandardného zaťaženia vyššie spomínaného charakteru za jeden mesiac zníži životnosť sledovaného modulu pracovného stroja približne o 1/3 v porovnaní so štandardnou prevádzkou. So zvyšujúcou sa intenzitou výskytu neštandardných zaťažení prevádzková životnosť výrazne klesá.
Tab. 1: Výsledky odhadu životnosti pri rôznych typoch zaťaženia určené P-M metodou
| Intenzita výskytu zaťaženia | |||||
| Štandardná prevádzka | Neštandardná prevádzka – nárazové zaťaženie | ||||
| 1× / 100 h | 1× / 50 h | 1× / 25 h | 1× / 5 h | 1× / 1 h | |
| 9 783 h | 3 397 h | 3 168 h | 2 792 h | 1 432 h | 417 h |
Hodnotenie a závery
Výsledky odhadu životnosti podľa hypotézy, ako aj údaje získané z praxe sú dôvodom na zodpovedný prístup k odhadom prevádzkovej životnosti. Neštandardné prípady zaťaženia významne ovplyvňujú životnosť strojných konštrukcií. Vplyv týchto prípadov sa prejaví pri odhadoch životnosti a samozrejme aj v reálnej prevádzke. Preto k zohľadneniu vplyvu neštandardných zaťažení musíme pristupovať zodpovedne už v procese navrhovania konštrukcie mobilného pracovného stroja. Takto získané výsledky majú z pochopiteľných dôvodov význam aj pri posudzovaní príčin predčasných porúch strojov, ktoré sú často predmetom reklamačných konaní pri porušení konštrukcie stroja.
Literatúra
[1] TREBUŤA, F. - BIGOŠ, P.: Intenzifikácia technickej spôsobilosti ťažných nosných konštukcií, VIENALA, Košice, 1998,<0x000A>ISBN 80-967325-3-6.
[2] BUKOVECZKY, J. – BÍLÝ, M.: Životnosť a spoľahlivosť strojov. SVST Strojnícka fakulta, Bratislava, 1987, 85-287-87.
[3] MAZURKIEVIČ, I. – GULAN, L. – IZRAEL, G.: Mobilné pracovné stroje – Teória a konštrukcia základných modulov. Nakladateľstvo STU Bratislava, 2013, ISBN 978-80-227-3968-9.
[4] IZRAEL, G. – BUKOVECZKY, J. – GULAN, L.: Navrhovanie nosných modulov mobilných pracovných strojov a ich overenie. In: Nové trendy v konštruovaní a v tvorbe technickej dokumentácie 2010. Zborník vedeckých prác, Slovenská poľnohospodárska univerzita v Nitre, s. 14–17, Nitra, 2010, ISBN 978-80-552-0383-6.
RECENZE
Přijato / received: 2014-02-21
Akceptováno / accepted: 2014-03-10
Vydáno / published: 2014-03-26
Recenze:
Článek se zabývá problematikou identifikace zatížení mobilních pracovních strojů v průběhu jejich pracovního cyklu. Je aplikován na konkrétní příklad smykem řízeného nakladače. Tyto stroje jsou vyráběny hojně na Slovensku, a protože autoři článku se na jejich vývoji dlouhodobě podílejí, jsoupoznatky v něm velice aktuální.
Po obsahové stránce je článek velmi kvalitní, jeho slabinou je zpracování grafů – nečitelné popisky os (poznámka redakce: autoři grafy před vydáním přepracovali dle připomínek recenzenta). Po jejich úpravě jej jednoznačně doporučuji k publikování.
Recenzent:
Doc. Ing. Miroslav Škopán, CSc., Fakulta strojního inženýrství VUT v Brně, Ústav automobilního a dopravního inženýrství – Odbor transportních a stavebních strojů.
Title:
Impact of workload on the life of loader
