From "a priori" to "a posteriori" static stability of the slewing superstructure of a bucket wheel excavator

• Autorzy: Bošnjak S. , Gnjatović N. B. , Milenović I.

Identyfikatory

DOI

10.17531/ein.2018.2.04

Warianty tytułu

PL

Równowaga statyczna nadwozia obrotowego koparki kołowej: od modelu "a priori" do modelu "a posteriori"

• Języki publikacji: EN PL

Abstrakty

EN

The complexity of the slewing superstructure (SS) balancing problem derives from the changeability of its geometric configuration, the complexity of working conditions as well as multiple limitations of the possible set of solutions. Having in mind the fact that the existing reference literature does not fully specify the procedure of static stability proof, the aforementioned procedure is presented in detail for the first time in this paper. A major contribution is represented in the classification of the slewing superstructure models into two groups which were named: the ‘a priori’ model (designed image of the SS) and the ‘a posteriori’ model (actual image of the SS). The fundamental stages of the ‘a posteriori’ model development method are presented in the paper. The transformation and validation of the calculation model ‘a priori’ to the calculation model ‘a posteriori’ was conducted on the basis of weighing results. A calculation of the basic parameters of the bucket wheel excavator (BWE) superstructure was conducted for both analyzed models by using the in-house developed software. The ‘a posteriori’ models provide a reliable calculation of the SS static stability and may be used not only for static stability proof of the machine as a whole, but also for load analysis of substructures and elements of BWE and related surface mining machines, such as spreaders. Besides that, the previously mentioned models are of extreme importance for a successful and reliable exploitation and maintenence of the machine since they present the basis for adjustment and control of limiting winch rope forces values, periodic control of mass and center of gravity position, as well as for a possible reconstruction which would be conducted in order to realize better customization of the machine versus operating conditions.

PL

Złożoność problematyki stabilizacji nadwozia obrotowego (slewing superstructure, SS) wynika ze zmienności jego konfiguracji geometrycznej, złożoności warunków pracy oraz wielu ograniczeń możliwego zbioru rozwiązań. Ponieważ istniejąca literatura nie opisuje w pełni procedury przeprowadzania dowodu na równowagę statyczną, niniejsza praca stanowi pierwszą próbę opracowania takiej procedury. Głównym wkładem niniejszego artykułu jest klasyfikacja modeli nadwozia obrotowego na dwie grupy: model "a priori" (zaprojektowany obraz SS) i model "a posteriori" (rzeczywisty obraz SS). W artykule przedstawiono podstawowe etapy metody opracowywania modelu "a posteriori". Walidacji modelu obliczeniowego "a priori" i jego transformacji do modelu obliczeniowego "a posteriori" dokonano na podstawie wyników ważenia. Dla obydwu analizowanych modeli wykonano obliczenia podstawowych parametrów nadwozia koparki kołowej przy użyciu oprogramowania własnego. Modele "a posteriori" zapewniają niezawodne obliczenia równowagi statycznej SS i mogą być stosowane nie tylko do sprawdzania równowagi statycznej maszyny jako całości, ale również do analizy obciążenia podzespołów i elementów koparki kołowej oraz powiązanych maszyn górniczych, takich jak zwałowarki. Poza tym wspomniane wcześniej modele mają ogromne znaczenie dla skutecznej i niezawodnej eksploatacji i konserwacji maszyn, ponieważ stanowią podstawę do regulacji i kontroli granicznych wartości sił liny wciągarki, okresowej kontroli masy i położenia środka ciężkości, jak również możliwej rekonstrukcji, którą przeprowadza się w celu lepszego dostosowania maszyny do warunków pracy.

Słowa kluczowe

EN

bucket wheel excavator; slewing superstructure; static stability proof

PL

koparka kołowa; nadwozie obrotowe; równowaga statyczna

• Wydawca: Polskie Naukowo-Techniczne Towarzystwo Eksploatacyjne
• Czasopismo: Eksploatacja i Niezawodność
• Rocznik: 2018
• Tom: Vol. 20, no. 2
• Strony: 190--206
• Opis fizyczny: Bibliogr. 17 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Bošnjak S.

• University of Belgrade Faculty of Mechanical Engineering Kraljice Marije 16, 11120 Belgrade 35, Serbia

autor

Gnjatović N. B.

• University of Belgrade Faculty of Mechanical Engineering Kraljice Marije 16, 11120 Belgrade 35, Serbia

autor

Milenović I.

• University of Belgrade Faculty of Mechanical Engineering Kraljice Marije 16, 11120 Belgrade 35, Serbia

Bibliografia

• 1. Augustynowicz J, Dudek K, Figiel A, Nowak J, Kluczkiewicz W. Doświadczalne wyznaczanie położenia środka ciężkości obrotowego nadwozia koparek kołowych. Górnictwo Odkrywkowe 2011; 52(3-4): 92-95.
• 2. Bošnjak S, Zrnić N. Dynamics, failures, redesigning and environmentally friendly technologies in surface mining systems. Archives of Civil and Mechanical Engineering 2012; 12(3): 348-359, https://doi.org/10.1016/j.acme.2012.06.009.
• 3. Bošnjak S, Petković Z, Dunjić M, Gnjatović N, Đorđević M. Redesign of the vital subsystems as a way of extending the bucket wheel excavators life. Technics Technologies Education Management 2012; 7(4): 1620-1629.
• 4. Bošnjak S, Oguamanam D, Zrnić N. The influence of constructive parameters on response of bucket wheel excavator superstructure in the out-of-resonance region. Archives of Civil and Mechanical Engineering 2015; 15(4): 977-985, https://doi.org/10.1016/j.acme.2015.03.009.
• 5. Bošnjak S, Gnjatović N, Savićević S, Pantelić M, Milenović I. Basic parameters of the static stability, loads and strength of the vital parts of a bucket wheel excavator's slewing superstructure. Journal of Zhejiang University - SCIENCE A (Applied Physics & Engineering) 2016; 17(5): 353-365, https://doi.org/10.1631/jzus.A1500037.
• 6. Brkić A Đ, Maneski T, Ignjatović D, Jovančić P, Spasojević Brkić V K. Diagnostics of bucket wheel excavator discharge boom dynamic performance and its reconstruction. Eksploatacja i Niezawodnosc - Maintenance and Reliability 2014; 16 (2): 188-197.
• 7. Bugaric U, Tanasijevic M, Polovina D, Ignjatovic D, Jovancic P. Lost production costs of the overburden excavation system caused by rubber belt failure. Eksploatacja i Niezawodnosc - Maintenance and Reliability 2012; 14 (4): 333-341.
• 8. DIN 22261-2. Bagger, Absetzer und Zusatsgeräte in Braunkohlentagebauen. Teil 2: Berechnungsgrundlagen. Deutsches Institut für Normung; 2006.
• 9. Durst W, Vogt W. Bucket Wheel Excavator, Clausthal-Zellerfeld: Trans Tech Publications, 1988.
• 10. Kowalczyk M, Czmochowski J, Rusiński E. Construction of diagnostic models of the states of developing fault for working parts of the multi-bucket excavator. Eksploatacja i Niezawodnosc- Maintenance and Reliability 2009; 42(2): 17-24
• 11. Maslak P, Przybylek G, Smolnicki T. Comparison of selected methods for the determination of the center of gravity in surface mining machines. Materials Today: Proceedings 2017: 4(5, Part 1): 5877- 5882, https://doi.org/10.1016/j.matpr.2017.06.062.
• 12. Nan N, Kovacs I, Popescu F. Balance control by weighting and tensiometric measurements of bucket wheel excavators. WSEAS Transactions on Systems and Control 2008; 3(11): 927-938.
• 13. Pietrusiak D. Evaluation of large-scale load-carrying structures of machines with the application of the dynamic effects factor. Eksploatacja i Niezawodnosc - Maintenance and Reliability 2017; 19 (4): 542-551, https://doi.org/10.17531/ein.2017.4.7.
• 14. Pietrusiak D, Smolnicki T, Stanńco M. The influence of superstructure vibrations on operational loads in the undercarriage of bulk material handling machine. Archives of Civil and Mechanical Engineering 2017; 17(4): 855-862, https://doi.org/10.1016/j.acme.2017.03.001.
• 15. Rusiński E, Czmochowski J, Moczko P, Pietrusiak D. Surface Mining Machines - Problems of Maintenance and Modernization, Cham: Springer International Publishing AG, 2017, https://doi.org/10.1007/978-3-319-47792-3.
• 16. Smolnicki T, Stańco M, Pietrusiak, D. Distribution of loads in the large size bearing - problems of identification. Tehnički Vjesnik - Technical Gazette 2013: 20(5): 831-836.
• 17. Smolnicki T, Pękalski G, Jakubik J, Harnatkiewicz P. Investigation into wear mechanisms of the bearing raceway used in bucket wheel excavators. Archives of Civil and Mechanical Engineering 2017: 17(1):1-8, https://doi.org/10.1016/j.acme.2016.07.008.

Uwagi

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2018).