Vliv pracovního zatížení na životnost nakladače

Každý mobilní pracovní stroj je výrobcem určen k realizaci konkrétních předepsaných pracovních technologií, jejichž praktické provedení je charakterizováno typickým pracovním cyklem. Aby bylo možné objektivizovat provozní životnost stroje, je třeba pracovní cyklus definovat provozním zatížením.

Provozní zatížení je závislé nejen na způsobu práce, stavu manipulovaného materiálu, ale ve velké míře také na zručnosti a odpovědnosti obsluhy, dodržování bezpečnostních předpisů a výrobcem doporučených pracovních postupů. Správný konstrukční návrh mobilního pracovního stroje a jeho modulů je základním předpokladem bezporuchového provozu a dosažení požadované životnosti stroje. Při dimenzování nosných konstrukcí strojů v běžné praxi se vychází z tabulkových údajů mezních stavů konstrukčních materiálů z nichž nejdůležitější z hlediska odhadu životnosti je mezní stav únavy.

Provozní zatížení

Provozní zatížení u cyklicky pracujících strojů má vždy náhodný charakter. Tuto náhodnost zatížení lze zohlednit prostřednictvím zatěžovacích spekter, které tvoří nedílnou součást procesu odhadu provozní životnosti.

K vytvoření zatěžovacích spekter je třeba znát průběhy provozního zatížení. Systemizovaných provozních zatížení mobilních pracovních strojů představuje proces zkoumání a následného zpracování výsledků získaných měřeními pro různé skupiny strojů. Během provozních měření se získávají údaje v předem definovaných místech stroje, nejvýznamnější charakterizujících provozní zatížení (zaznamenává se průběh zatížení vybraného modulu, např. Rám, pracovní zařízení, nástroj). Stanovení těchto míst se může realizovat na základě výsledků z pevnostních kontrol, nebo na základě předchozích zkušeností výrobců. Typický průběh zatížení zaznamenán na konkrétním modulu – pracovním zařízení a místě smykem řízeného nakladače během jednoho pracovního cyklu.. Reálný průběh pracovního cyklu je znázorněn na obr. 3, tento byl zaznamenán během nakládání vozidla sypkým materiálem (kamenivo – makadam).

Při konstrukčním návrhu pracovního stroje a při dimenzování jeho rozhodujících modulů se předpokládají tzv. standardní provozní podmínky (obr. 3).

Častou příčinou předčasné poruchy konstrukce je však nedovolené přetěžování nebo výskyt tzv. nestandardního zatížení. Tyto jsou způsobeny sice většinou neúmyslně, ale praxe potvrzuje, že se vyskytují i ​​v důsledku úmyslné nedovolené činnosti obsluhy. Takovým případem extrémního zatížení je i náraz na pevnou překážku. Může se vyskytnout u mobilních pracovních strojů jako jsou nakladače a manipulátory, například během plnění funkce materiálem, případně při jeho hrnutí. Na obr. 4 je znázorněn průběh zatížení na vybraném místě výložníku smykem řízeného nakladače, zaznamenaný během simulace nárazu stroje na překážku. Se znázorněných průběhů je zřejmé, že během nárazu v témže sledovaném místě vznikne přibližně 2,5 krát větší zatížení, než při standardní provozu. Pokud se takové zatížení vyskytnou častěji za relativně krátký čas, významně pak ovlivňují vznik únavové trhliny a následný proces její šíření. Výsledkem je v první fázi trhlina a v následující předčasné porušení exponovaného modulu únavovým lomem.

Odhad životnosti

Na odhad životnosti se využívají hypotézy kumulace únavového poškození. V inženýrské praxi nejčastěji využívanou a také nejjednodušší je Palmgrenova-Minerova metoda. K odhadu životnosti je třeba nejprve stanovit celkovou dobu reálné práce stroje, která se vyjadřuje prostřednictvím koeficientu pracovní účinnosti kp. Tento koeficient v konkrétním případě činil 64% z doby jedné pracovní směny, čemuž odpovídal pracovní dobu 5 hodin, pokud je uvažovaná délka pracovní směny 8 hodin. Dále je třeba určit (v případě plánovaného experimentu) nebo odhadnout reálnou intenzitu výskytu rázového zatížení (podle typu vykonávané práce a pracoviště). Při odhadu životnosti se uvažovalo s pěti případy, s různými frekvencemi výskytu zatížení nárazem, tj 1 × / 1 h, 1 × / 5 h (1 směna), 1 × / 25 h (1 × / týden), 1 × / 50 h, a 1 × / 100 h (1 × / měsíc). Vypočtený výsledek během standardní provozu a výsledky v závislosti na intenzitě výskytu rázového zatížení jsou uvedeny v tab. 1.

Z uvedených výsledků je zřejmé, že výskyt pouze jednoho nestandardního zatížení výše zmíněného charakteru za jeden měsíc sníží životnost sledovaného modulu pracovního stroje přibližně o 1/3 ve srovnání se standardní provozem. Se zvyšující se intenzitou výskytu nestandardních zatížení provozní životnost výrazně klesá.

Tab. 1: Výsledky odhadu životnosti při různých typech zatížení určené P-M metodou

Intenzita výskytu zatížení
Standardní provoz	Nestandardní provoz – nárazové zatížení
	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

Hodnocení a závěry

Výsledky odhadu životnosti podle hypotézy, jakož i údaje získané z praxe jsou důvodem na zodpovědný přístup k odhadům provozní životnosti. Nestandardní případy zatížení významně ovlivňují životnost strojních konstrukcí. Vliv těchto případů se projeví při odhadech životnosti a samozřejmě i v reálném provozu. Proto k zohlednění vlivu nestandardních zatížení musíme přistupovat zodpovědně už v procesu navrhování konstrukce mobilního pracovního stroje. Takto získané výsledky mají z pochopitelných důvodů význam i při posuzování příčin předčasných poruch strojů, které jsou často předmětem reklamačních řízení při porušení konstrukce stroje.

Literatura

[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:

Článek se zabýval problematikou identifikace zatížení mobilních pracovních strojů v průběhu jejich pracovního cyklu. Je aplikována na konkrétních příkladech smykem řízených nakladače. Tyto stroje jsou vyráběná hojní na Slovensku, a protože autoři článku se na jejich vývoji Dlouhodobě podílejí, jsou poznatky 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 její 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.
Autor: Ing. Gregor Izrael, prof. Ing. Ladislav Gulan
Zdroj - článek z časopisu Stavební technika - Vliv pracovního zatížení na životnost nakladače

Další články

20.1.2021