Análisis del sistema de cilindros de la descargadora de cuchara
30%
La concentración de cargas de tensión máxima disminuyó
>1
Se reduce el índice máximo de utilización de la fatiga
- El proyecto incluye un análisis de elementos finitos para evaluar la integridad estructural del sistema de cilindros de la cuchara descargadora.
- El análisis identifica los puntos críticos de tensión, garantizando la estabilidad y el rendimiento bajo cargas operativas.
- Los resultados respaldan la mejora de la durabilidad y la seguridad en las operaciones de manipulación de materiales a granel.
Nuestro antiguo cliente, se puso en contacto con el SDC Verifier Equipo de consultoría para encontrar una solución a los problemas con el sistema de cilindros de la descargadora de pinzas. El Cliente se ha enfrentado a dos incidentes con las piezas de la instalación con el sistema de cilindros. El Cliente pidió a SDC Verifier que determinara la vida útil del sistema basándose en la carga dinámica; y que comprobara si el diseño existente del sistema de cilindros se corresponde con los parámetros de carga prescritos por el proveedor y cumple los requisitos especificados por la norma.
Durante el procedimiento de cálculo, los ingenieros consideraron las cargas que actúan sobre la estructura, junto con las direcciones de las cargas y cómo se aplicarán. La rosca del pistón y el vástago se modeló en detalle y se añadió el contacto entre las roscas del pistón y el vástago para reproducir el comportamiento de esta conexión roscada de la forma más cercana a la realidad. El resultado es el montaje completo del modelo de elementos finitos utilizado en los cálculos.
Para una comprobación más detallada de los daños por fatiga en la rosca del vástago los ingenieros realizaron un cálculo adicional utilizando el modelo detallado de esta pieza. Se comprobó la situación cuando el pistón no se enroscaba hasta el final de la rosca del vástago (véanse las imágenes a continuación). Para la comprobación se utilizó sólo una parte del modelo para reducir el tiempo de cálculo.
Durante la primera vida útil (aproximadamente 10 millones de ciclos), se demolieron dos partes del cilindro: la cabeza del vástago (cabeza giratoria) y el vástago (en el lugar de la rosca con la que el émbolo se une al vástago). Se consideraron el peso propio de los cilindros con alargamiento máximo y mínimo del vástago y la fuerza axial máxima y mínima combinada con el peso propio. También se describió la influencia de los diferentes grupos de carga. Para la comprobación estática de esfuerzos se tuvo en cuenta la situación con una presión máxima de 315 bar en el cilindro. Y la comprobación de fatiga de las piezas del cilindro según la norma EN13001 se realizó en caso de que el rango de presión en el cilindro variara de 30 bar a 315 bar.
Se realizaron comprobaciones de tensión estática y fatiga de acuerdo con la norma EN 13001 (2018) NEN-EN 13001-3-1+A2 Grúas – Diseño general Parte 3-1: Estados límite y competencia de prueba de la estructura de acero (enero de 2018).
Se realizó una comprobación de tensión estática de acuerdo con la norma EN13001, considerando una presión máxima del cilindro de 315 bar y utilizando las propiedades de los materiales de acuerdo con los planos y los datos de entrada. Los resultados de la comprobación estática de tensiones se presentaron para dos casos detallados anteriormente.
También se presentaron los resultados de las comprobaciones de fatiga en dos casos para el número total de ciclos aprox. 7 millones (15 años). Los cálculos incluyeron simulaciones detalladas y dibujos de la raíz del daño y los valores máximos de todas las piezas. Los valores más altos de daños por fatiga se producen en el orificio de la conexión con el pasador. Las grandes zonas resaltadas a continuación están sometidas a daños por fatiga.
Los valores más altos de daño por fatiga se encuentran en el agujero – conexión con un pasador, donde se produjo el fallo estructural. Además, también aparecen sobretensiones en la conexión con varilla, como se muestra a continuación.
Conclusiones
Los resultados detallados se compararon para la conexión del extremo del cable, la cruceta, el cabezal giratorio, la cabeza del vástago, el pistón y la arandela. La vida útil determinada fue inferior a 15 años y ya se produjeron daños por fatiga antes de los 15 años de uso. La comprobación de la fatiga según la norma EN13001 se realizó teniendo en cuenta la cantidad total de ciclos, aproximadamente 7 millones (15 años). Se ha comprobado la tensión del pistón con alargamiento máximo y mínimo.
El cilindro se calculó para el caso 2, en el que la fuerza de pretensión en la rosca del vástago era superior a la fuerza axial en el cilindro debido a las condiciones de trabajo. En este caso, la arandela y el vástago estarán siempre en contacto. Se definió que en el caso 1, en el que la fuerza de pretensión en la rosca del pistón era menor que la fuerza axial en el cilindro debido a las condiciones de trabajo, se perdía el contacto entre la arandela y el vástago (véase la imagen inferior). En ese caso, pueden producirse zonas de sobreesfuerzo en la parte roscada del pistón.
La comprobación de la tensión estática según la norma EN13001 se realizó considerando la presión máxima del cilindro de 371,2 bar (329467N) y utilizando las propiedades de los materiales según los planos y los datos de entrada.
Se analizaron minuciosamente los valores del factor de utilización y se elaboraron e informaron las conclusiones.
Según los resultados de la comprobación de la fatiga según la norma EN13001, los valores más altos del factor de utilización se encuentran en la conexión del extremo del cable. Los resultados indican que, muy probablemente, ésta será la primera pieza que fallará bajo la carga repetitiva.
