Uticaj konstrukcionih parametara i parametara pobude na odziv dvoportalnog rotornog bagera u vanrezonancijskoj oblasti

Abstract

U radu je postavljen originalni prostorni dinamički model dvoportalnog rotornog bagera koji omogućava modalnu analizu i analizu odziva sistema u uslovima kontinualne promene konstrukcionih parametara i parametara pobude. Validacija matematičkog modela izvršena je poređenjem rezultata modalne analize sa vrednostima sopstvenih frekvencija dobijenim naučno verifikovanom metodom konačnih elemenata. Rezultati pokazuju visok nivo korelacije o čemu najbolje svedoče relativno niska odstupanja prve tri sopstvene frekvencije (≈1%). Parametri dinamičkog modela određeni su sprezanjem rezultata dobijenih na osnovu razvijenog 3D modela gornje gradnje sa rezultatima vaganja izvršenog nakon završetka procesa montaže. Na taj način identifikovana je distribucija mase nadgradnje i formiran korigovani 3D model koji omogućava da se u celokupnom domenu promene ugla nagiba strele rotora (SR) sa dovoljnom tačnošću odredi položaj težišta nadgradnje. Geometrijska konfiguracija gornje gradnje nema značajnog uticaja na modalne karakteristike razmatrane konstrukcije pa je horizontalni položaj SR usvojen kao referentan. Izvedena je analiza uticaja krutosti užadi sistema za vešanje SR, dominantnih masa i broja kašika na rotoru na dinamičko ponašanje sistema. Dokazano je da dinamički koeficijenti propisani standardom DIN 22261, odnosno iz njih izvedena granična ubrzanja referentnih tačaka, predstavljaju dobru zaštitu sistema od pojave rezonancije i da konstrukcija koja zadovoljava navedene kriterijume osciluje u oblasti na koju rezonancije nemaju uticaja. Navedena granična ubrzanja korišćena su prilikom formiranja kritičnih oblasti, odnosno definisanja kombinacija vrednosti parametara pri kojima može doći do negativnih dinamičkih efekata. Propisan je postupak izbora optimalnog broja kašika na rotoru sa aspekta dinamike.

The original spatial dynamic model of the bucket wheel excavator with two masts which enables continuous variation of constructional and excitation parameters and analysis of their influence on dynamic behaviour of system was developed. Validation of mathematical model was done by comping results of modal analysis with natural frequencies obtained by scientifically verified finite element method. The results show very high level of correlation especially in the case of relative deviations of first three natural frequencies of ≈1%. Parameters of the dynamic model were determined by merging the results obtained from superstructure (SuS) 3D model and the weighing conducted after the erection. In such manner distribution of SuS masses is fully identified, and a corrected 3D model which provides enough accuracy in determining the SuS centre of gravity in the complete domain of the bucket wheel boom (BWB) inclination angle is developed. Geometric configuration of the SuS doesn’t have a significant impact on the system modal characteristics, thus horizontal position of BWB was adopted as the reference. The analysis of effects of stiffness of BWB hanging system ropes, dominant masses and number of buckets, on the dynamic behaviour was done. Limiting accelerations of the reference points, derived from the dynamic coefficients prescribed by code DIN 22261, were proven to provide adequate protection of the machine against admittance in the resonant state. Moreover, the construction which fulfills mentioned criteria oscillates in region not influenced by resonances. Limiting accelerations were used to define critical areas i.e. to determine the set of magnitudes of parameters that may cause negative dynamic effects. The procedure of optimal number of buckets adoption is prescribed.