The influence of incrustation and chute blockage on the dynamic behaviour of a bucket wheel excavator slewing superstructure

Exploitation of bucket wheel excavators (BWEs) is accompanied by an increase of mass due to transport and adherence of a large amount of the material. Technical regulations do not account for the dynamic behaviour of BWEs. Such problems are analysed as quasi-static. A procedure and results of investigation of the influence of masses of the bucket wheel (BW) incrustation and soil in a blocked BW chute on the superstructure response are presented. Analysis of sensitivity of dynamic characteristics and the response to adherence of the material is conducted. The method and results can be used in the design stages of new and in reconstructions of obsolete BWEs

The influence of incrustation and chute blockage on the dynamic behaviour of a bucket wheel excavator slewing superstructure

Exploitation of bucket wheel excavators (BWEs) is accompanied by an increase of mass due to transport and adherence of a large amount of the material. Technical regulations do not account for the dynamic behaviour of BWEs. Such problems are analysed as quasi-static. A procedure and results of investigation of the influence of masses of the bucket wheel (BW) incrustation and soil in a blocked BW chute on the superstructure response are presented. Analysis of sensitivity of dynamic characteristics and the response to adherence of the material is conducted. The method and results can be used in the design stages of new and in reconstructions of obsolete BWEs

Од а приори до а постериори статичке стабилности роторних багера

Одговор на питање „шта радити након вагања горње градње?“ дат је једино у [7] (страна 233): „Уколико се резултати вагања разликују за више од 5% од теоријских‐прорачунских вредности усвојених за анализу стабилности, мора се проверити прорачун и поновити процедура вагања. Након тога, мора се извршити корекција баласта тако да положај тежишта одговара прорачунским вредностима.“ Дакле, одговор је начелног карактера, уз напомену да су масе обртне горње градње код роторних багера средње величине (класе), који доминирају на српским угљенокопима око 1000 t, при чему се пројектоване масе баласта крећу у распону од 175 t (роторни багер SRs 2000) до 500 t (роторни багер SchRs 1760). С обзиром на изузетан значај проблема статичке стабилности, техничким решењем уведена је класификација модела обртне горње градње у две основне групе, модели 'а приори' и модели 'а постериори' и дат поступак трансформације прорачунског модела 'а приори' (пројектована слика обртне горње градње) у прорачунски модел 'а постериори' (стварна слика обртне градње). Основне фазе нове методе прорачуна статичке стабилности обртне горње градње ('а постериори') су: 1. усклађивање прорачунског модела са свим изменама насталим током развоја пројекта и извођења монтаже, односно формирање прорачунског модела 'а приори'; 2. прво вагање, непосредно након завршене монтаже; 3. израчунавање тежине и положаја тежишта модела 'а приори' за мерне положаје стреле ротора; 4. израчунавање корективне масе, као и њеног положаја, на основу резултата првог мерења; 5. формирање прорачунског модела 'а постериори' узимајући у обзир и утицај корективне масе; 6. валидација прорачунског модела 'а постериори' на основу резултата првог мерења; 7. одређивање потребне корекције масе противтега и подешених вредности сила у ужадима механизма за промену угла нагиба стреле ротора, на основу резултата прорачуна стабилности изведених на моделу 'а постериори'; 8. друго (контролно) мерење са коригованом масом противтега; 9. израчунавање тежине и положаја тежишта модела 'а постериори' за положаје стреле ротора током мерења 2; 10. коначна валидација модела 'а постериори' на основу резултата другог мерења; 11. коначни прорачун минималних вредности степена сигурности против претурања, на целокупном домену угла нагиба стреле ротора, коришћењем модела 'а постериори'. Модели 'а постериори' од изузетне су важности и за успешну и поуздану експлоатацију машине зато што представљају основу за: • подешавање и контролу граничних вредности сила у ужадима механизма за промену угла нагиба стреле ротора; • периодичну контролу тежине и положаја тежишта; • евентуалне реконструкције са циљем да се оствари оптимално прилагођавање машине условима рада; што је посебно значајно због чињенице да су роторни багери и одлагачи машине намењене за вишедеценијску експлоатацију. Коначно, суштину техничког решења, уз детаљан приказ механичког и математичког модела, аутори су 2018. године публиковали у часопису Eksploatacja i Niezawodnosc – Maintenance and Reliability (категорија М22, IF2018=1.806), као рад под називом „From ‘a priori’ to ‘a posteriori’ static stability of the slewing superstructure of a bucket wheel excavator“, Прилог 3 (http://dx.doi.org/10.17531/ein.2018.2.04). Наведени рад представља први рад из области статичке стабилности роторних багера и сродних машина објављен у часопису са SCI листе, што доказује научни потенцијал техничког решења

CAD Structural Optimization of Large Cantilever Girders on Cranes

The paper deals with the structural optimization of the cantilever girder. Standard CAD optimization tool is used for the model of the main girder on a large jib crane. The objective function is the minimum weight of the girder subjected to the given payload, while constraint functions are postulated according to the usual structural rules and regulations. The illustrative example shows an easy way of optimization which can be used in everyday CAD designing practice. It gives practical recommendations in the selection of variable parameters. The obtained results indicate that the algorithm is time-saving when compared to the analytical approach, especially when variability of the section needs to be included in the design

Од а приори до а постериори статичке стабилности роторних багера

Одговор на питање „шта радити након вагања горње градње?“ дат је једино у [7] (страна 233): „Уколико се резултати вагања разликују за више од 5% од теоријских‐прорачунских вредности усвојених за анализу стабилности, мора се проверити прорачун и поновити процедура вагања. Након тога, мора се извршити корекција баласта тако да положај тежишта одговара прорачунским вредностима.“ Дакле, одговор је начелног карактера, уз напомену да су масе обртне горње градње код роторних багера средње величине (класе), који доминирају на српским угљенокопима око 1000 t, при чему се пројектоване масе баласта крећу у распону од 175 t (роторни багер SRs 2000) до 500 t (роторни багер SchRs 1760). С обзиром на изузетан значај проблема статичке стабилности, техничким решењем уведена је класификација модела обртне горње градње у две основне групе, модели 'а приори' и модели 'а постериори' и дат поступак трансформације прорачунског модела 'а приори' (пројектована слика обртне горње градње) у прорачунски модел 'а постериори' (стварна слика обртне градње). Основне фазе нове методе прорачуна статичке стабилности обртне горње градње ('а постериори') су: 1. усклађивање прорачунског модела са свим изменама насталим током развоја пројекта и извођења монтаже, односно формирање прорачунског модела 'а приори'; 2. прво вагање, непосредно након завршене монтаже; 3. израчунавање тежине и положаја тежишта модела 'а приори' за мерне положаје стреле ротора; 4. израчунавање корективне масе, као и њеног положаја, на основу резултата првог мерења; 5. формирање прорачунског модела 'а постериори' узимајући у обзир и утицај корективне масе; 6. валидација прорачунског модела 'а постериори' на основу резултата првог мерења; 7. одређивање потребне корекције масе противтега и подешених вредности сила у ужадима механизма за промену угла нагиба стреле ротора, на основу резултата прорачуна стабилности изведених на моделу 'а постериори'; 8. друго (контролно) мерење са коригованом масом противтега; 9. израчунавање тежине и положаја тежишта модела 'а постериори' за положаје стреле ротора током мерења 2; 10. коначна валидација модела 'а постериори' на основу резултата другог мерења; 11. коначни прорачун минималних вредности степена сигурности против претурања, на целокупном домену угла нагиба стреле ротора, коришћењем модела 'а постериори'. Модели 'а постериори' од изузетне су важности и за успешну и поуздану експлоатацију машине зато што представљају основу за: • подешавање и контролу граничних вредности сила у ужадима механизма за промену угла нагиба стреле ротора; • периодичну контролу тежине и положаја тежишта; • евентуалне реконструкције са циљем да се оствари оптимално прилагођавање машине условима рада; што је посебно значајно због чињенице да су роторни багери и одлагачи машине намењене за вишедеценијску експлоатацију. Коначно, суштину техничког решења, уз детаљан приказ механичког и математичког модела, аутори су 2018. године публиковали у часопису Eksploatacja i Niezawodnosc – Maintenance and Reliability (категорија М22, IF2018=1.806), као рад под називом „From ‘a priori’ to ‘a posteriori’ static stability of the slewing superstructure of a bucket wheel excavator“, Прилог 3 (http://dx.doi.org/10.17531/ein.2018.2.04). Наведени рад представља први рад из области статичке стабилности роторних багера и сродних машина објављен у часопису са SCI листе, што доказује научни потенцијал техничког решења

Failure analysis of the mobile elevating work platform

This paper presents an investigation of the accident which occurred during startup of the extending structure from the transport position. In order to clarify the causes of crack occurrence along almost the entire surface of the lever cross-section, the authors performed visual, experimental (chemical composition, tensile properties, microhardness) as well as metallographic examinations. Stress states in the critical zone are defined by applying the finite element method (FEM). Based on the investigation results it was concluded that the lever breakdown is predominantly caused by both the 'operating-in' defect (the malfunction of the limit switch) and the 'manufacturing-in' defect (poor weld quality). The investigation results presented in this paper are important because same or similar problems could arise in supporting structures of various types of transportation, construction and mining machines

Basic parameters of the static stability, loads and strength of the vital parts of a bucket wheel excavator's slewing superstructure

Determining a bucket wheel excavator (BWE)'s slewing superstructure weight and its center of gravity (COG) is of extreme importance not only in the design phase, but also after the completion of the erection process and during the operation of the machine. This paper presents a critical comparative analysis of the basic parameters of the static stability of a BWE 1600 superstructure, with the parameters being obtained by both analytical and experimental procedures. The analysis shows that a relatively small difference in superstructure mass, obtained by calculation, leads to a relatively large unfavorable shifting of its COG, necessitating a significant increase in counterweight mass for balancing. A procedure for superstructure 3D model mass correction is presented based on results obtained by weighing after the completion of the erection process. The developed model provides enough accuracy to determine the superstructure's COG in the entire domain of the bucket wheel boom inclination angle, and enables accurate load analysis of the superstructure's vital parts. The importance of this analysis is reinforced by the finding that the procedure prescribed by standard DIN 22261-2 gives results which are not on the side of safety, as shown by an example of strength analysis of a bucket wheel boom stays' end eyes

Basic parameters of the static stability, loads and strength of the vital parts of a bucket wheel excavator's slewing superstructure

Determining a bucket wheel excavator (BWE)'s slewing superstructure weight and its center of gravity (COG) is of extreme importance not only in the design phase, but also after the completion of the erection process and during the operation of the machine. This paper presents a critical comparative analysis of the basic parameters of the static stability of a BWE 1600 superstructure, with the parameters being obtained by both analytical and experimental procedures. The analysis shows that a relatively small difference in superstructure mass, obtained by calculation, leads to a relatively large unfavorable shifting of its COG, necessitating a significant increase in counterweight mass for balancing. A procedure for superstructure 3D model mass correction is presented based on results obtained by weighing after the completion of the erection process. The developed model provides enough accuracy to determine the superstructure's COG in the entire domain of the bucket wheel boom inclination angle, and enables accurate load analysis of the superstructure's vital parts. The importance of this analysis is reinforced by the finding that the procedure prescribed by standard DIN 22261-2 gives results which are not on the side of safety, as shown by an example of strength analysis of a bucket wheel boom stays' end eyes

‘Design-in’ Faults - the Reason for Serious Drawbacks in High Capacity Bucket Wheel Excavator Exploitation

This paper describes the failure analysis results of undercarriage and superstructure vital subassemblies, which led to periodical stoppage and eventually total collapse of the bucket wheel excavator (BWE) SchRs 1760, once the machine with the highest theoretical capacity operating on the overburden excavation in open pit mine “Kolubara” - Serbia. It is conclusive that the main cause of two wheel bogie structural failure, described as case 1, is its insufficient strength during the action of lateral forces which are dominantly applied during the BWE curve travel. Case 2 analyses the support structure of portal tie-rods failure which was the consequence of superposition of the negative effects caused by inadequate shaping and dimensioning of the support assembly for given load conditions, as well as influences of defects of the metal weld structure. Both of the described failures are caused by the design-in faults

Temporary Leaning of the Gas Oil Storage Tank Structure During Bottom Sanation

The design concept of temporary leaning of the gas oil storage tank bearing structure used during substitution of the worn out section of the bottom plates in the zone of the central column support is presented in the paper. On the basis of comparative analysis of the results obtained using finite element structural calculations of the designed state and the state of the central column leaning on the temporary supports, it was determined that by the implementation of the temporary support, the stress-strain state of the bearing structure, which corresponds to the designed stress-strain state of the construction, is obtained. Besides, the strength proof of the structure of temporary support including its welded joint to the central column is also presented in the paper