Estimation of durability of carrier shafts in eccentric mechanisms

Предложена методика компьютерного анализа долговечности несущих валов эксцентриковых механизмов на базе конечно-элементного моделирования. При проведении анализа исследованию подлежит установившийся режим движения механизма. Анализ долговечности основан на модели аддитивного накопления повреждений. Оценка напряжений в валу производится на базе конечноэлементного моделирования функционирования механизма в установившемся режиме на рабочих частотах, максимально близких к критическим. После обнаружения концентраторов напряжений и наиболее напряжённых участков вала, проводится анализ характерного цикла нагружения. После сведения цикла нагружения к последовательности симметричных циклов проводится оценка повреждения вала и его ресурса.На базе предложенного метода проведен анализ долговечности несущего вала центробежно-гирационной рудной мельницы кулисного типа. На основе механической модели мельницы построена упрощённая расчётная модель для повышения эффективности и быстродействия метода конечных элементов. Предложена модель движения руды в помольных камерах при установившемся режиме работы механизма. Построены диаграммы Кэмпбелла колебаний системы и обнаружено, что механизм мельницы не входит в резонанс с рабочей частотой возбуждения. Обнаружены участок концентрации механических напряжений и область наибольших механических напряжений в валу мельницы. Проведен анализ условий функционирования вала и вычислено значение предела выносливости материала вала в зоне наибольших напряжений. Построен характерный цикл нагружения вала мельницы при установившемся режиме работы, который состоит из 16 участков. Каждый участок приведен к симметричному циклу, что позволило вычислить повреждения вала на каждом участке цикла и на всём цикле нагружения в целом. Использование методики аддитивного накопления повреждений позволило оценить ресурс вала мельницы. Предложенная методика оценки долговечности несущего вала может быть использована для анализа ресурса разнообразных горноперерабатывающих механизмов, оборудования лёгкой промышленности и виброгенераторов
Запропоновано методику аналізу довговічності несучих валів ексцентрикових механізмів на основі скінченно-елементного моделювання. При проведенні аналізу досліджується усталений рух механізму. Аналіз довговічності базується на моделі адитивного накопичення пошкоджень. Оцінка напружень у валу проводиться на базі скінченно-елементного моделювання функціонування механізму в усталеному режимі на робочих частотах, які є найближчими до критичних. Після виявлення концентраторів напружень та найнапруженіших ділянок валу проводиться аналіз характерного циклу навантаження. Після зведення циклу навантаження до низки симетричних циклів проводиться оцінка пошкодження валу на кожному циклі та його ресурсу.На базі запропонованого методу проведено аналіз довговічності несучого валу центробіжно-гіраційного рудного млину кулісного типу. На базі механічної моделі з метою підвищення ефективності та швидкодії скінченно-елементного розрахунку побудовано спрощену розрахункову модель. Запропоновано модель руху руди в помольних камерах при усталеному режимі руху. Побудовано діаграми Кемпбела коливань системи та виявлено, що механізм млину не входить до резонансу з робочою частотою збудження. Виявлено ділянку концентрації механічних напружень та ділянку максимальних механічних напружень у валу млину. Проведено аналіз умов функціонування валу та обчислено значення межи витривалості матеріалу валу в зоні найбільших напружень. Побудовано характерний цикл навантаження валу млина при усталеному режимі роботи, який складається з 16 ділянок. Кожну ділянку зведено до симетричного циклу, що дозволило обчислити пошкодження валу на кожній ділянці циклу та на всьому циклі навантаження в цілому. Застосування методики адитивного накопичення пошкоджень дозволило оцінити ресурс валу млина. Запропоновану методику оцінки довговічності несучого валу може бути використано для аналізу ресурсу різноманітних гірничопереробних механізмів, обладнання легкої промисловості та віброгенераторів
This paper has suggested a procedure to analyze durability of supporting shafts in eccentric mechanisms based on finite-element modeling. When conducting the analysis, the steady movement of the mechanism is investigated. The analysis of durability is based on the model of additive accumulation of damage. The shaft stress assessment is carried out based on the finite-element modeling of the mechanism that operates under a steady mode at working frequencies that are closest to the critical ones. Following the detection of stress concentrators and the most stressed shaft regions, an analysis of the characteristic cycle of loading is performed. After reducing a loading cycle to a series of symmetric cycles, the shaft damage assessment at each cycle is performed and its resource is estimated.Based on the proposed method, we have analyzed durability of a carrier shaft in the centrifugal-gyratory ore mill of link type. A simplified estimated model has been built based on the mechanical model in order to improve efficiency and performance of the finite-element calculation. The model of ore movement in grinding chambers under a steady motion mode has been proposed. We have built the Campbell’s diagrams for oscillations of the system and have established that the mill’s mechanism is not part of the resonance at the working frequency of excitation. The region of mechanical stresses concentration and the region of maximal mechanical stresses in the mill shaft have been identified. The shaft operating conditions have been analyzed and a value for the shaft material’s endurance limit in the zone of greatest stresses has been calculated. We have built a characteristic cycle of the mill shaft loading under a steady mode of operation, which consists of 16 sections. Each section has been reduced to a symmetric cycle, which has made it possible to calculate shaft damage at each section of the cycle and over the entire load cycle in general. Application of the additive damage accumulation procedure has made it possible to estimate the resource of a mill shaft. The proposed methodology for estimating durability of the carrier shaft could be used to analyze the resource of various mining and processing mechanisms, light industry equipment, and vibration generators