Karamurskaimen kokoonpanon analyyttinen laskentamalli
Kajanne, Heikki (2019)
2019
Konetekniikan DI-tutkinto-ohjelma
Tekniikan ja luonnontieteiden tiedekunta - Faculty of Engineering and Natural Sciences
This publication is copyrighted. Only for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Hyväksymispäivämäärä
2019-11-26
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tuni-201910314245
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tuni-201910314245
Tiivistelmä
Karamurskain on kiven murskaamiseen käytetty kone. Usein karamurskaimet on kiinnitetty teräksisen tukikehikon päälle, joka sisältää muitakin komponentteja kuten karamurskainta pyörittävän sähkömoottorin. Kyseisenlaista kokoonpanoa kutsutaan karamurskaimen kokoonpanoksi. Karamurskaimen käytön aikana syntyy dynaamisia voimia, jotka johtuvat edelleen karamurskaimen kokoonpanosta sitä ympäröiviin perustuksiin. Dynaamisiin voimiin liittyy useita rakenteille haitallisia ilmiöitä, kuten esimerkiksi väsyminen. Siten karamurskaimen kokoonpanon dynaamisen käyttäytymisen tunteminen on tärkeä osa karamurskaimen kokoonpanon suunnittelua.
Tässä työssä kehitettiin karamurskaimen kokoonpanon suunnittelun tueksi analyyttinen laskentamalli, joka kuvaa karamurskaimen kokoonpanon staattista ja dynaamista käyttäytymistä. Analyyttisen laskentamallin toiminta perustuu käyttäjän syöttämiin lähtöarvoihin, joiden perusteella laskentamalli määrittää karamurskaimen dynaamisen käyttäytymisen tuntemisen kannalta tärkeäksi havaittuja tuloksia. Näitä tuloksia ovat karamurskaimen kokoonpanon staattiset ja dynaamiset kuormat, kokoonpanon ominaistaajuudet ja kokoonpanon pisteiden liikekuviot sekä taajuusvasteet. Näiden tulosten perusteella suunnittelijan on mahdollista arvioida käyttämiensä suunnittelumuuttujien vaikutusta karamurskaimen kokoonpanon dynaamiseen käyttäytymiseen ja näin etsiä kokoonpanon toiminnan kannalta parasta mahdollista ratkaisua.
Analyyttisen laskentamallin tekemisen tueksi karamurskaimen kokoonpanosta tehtiin kaupallisella ANSYS-simulointiohjelmalla simulointimalli. Simulointimallin tarkoituksena oli verifioida analyyttista laskentamallia ilman ulkoisia häiriötekijöitä.
Työn aikana suoritettiin kaksi eri mittausta. Ensimmäinen mittauksista suoritettiin karamurskaimen kokoonpanolle tyhjäkäyntitilanteessa ja tässä mittauksessa mitattiin kokoonpanon käynninaikaisia liikekuvioita. Toinen mittauksista suoritettiin karamurskaimen kokoonpanon alla oleville kumivaimentimille niiden puristus- ja leikkausjousivakioiden määrittämiseksi. Karamurskaimen kokoonpanolle suoritettujen mittausten tuloksia käytettiin analyyttisen laskentamallin validoimiseen. Kumivaimentimien mittausten tarkoituksena oli saada lisätietoa vaimentimien ominaisuuksista.
Työn aikana saatiin luotua analyyttinen laskentamalli, jonka avulla on mahdollista tutkia karamurskaimen staattista ja dynaamista käyttäytymistä. Analyyttisella laskentamallilla ja simulointimallilla määritetyt tulokset vastasivat hyvin toisiaan ja suurin havaittu värähtelyamplitudien välinen ero eri menetelmin määritettynä oli 10,5 %. Analyyttisen laskentamallin tulokset vastasivat myös pääasiallisesti hyvin mittaustuloksia suurimman värähtelyamplitudieron ollessa 42,1 %. Analyyttisen laskentamallin ja mittaustulosten eroavaisuuksien päälähteeksi pääteltiin puutteelliset tiedot kumivaimentimien ominaisuuksista. Kumivaimentimien mittauksista saatiin lisätietoa vaimentimien ominaisuuksista ja vaimentimien ominaisuuksiin liittyviä epävarmuustekijöitä saatiin rajattua. A cone crusher is a machine for crushing stone. Usually cone crushers are mounted on a steel frame with other components like an electric motor that drives the cone crusher. In this thesis this kind of assembly is called a cone crusher assembly. While in use, the cone crusher generates dynamic forces that are further transmitted to the structures surrounding the cone crusher assembly. Many harmful phenomena, such as fatigue, are related to the dynamic forces. Thus, it is necessary for the design process to understand the dynamic properties of a cone crusher.
In this thesis an analytical computation model was developed to support the design process of the cone crusher assembly. The analytical computation model is simulating static and dynamic properties of a cone crusher assembly. The analytical computation model is given some predetermined values that are used to model the static and dynamic properties of the cone crusher assembly. The given result from the analytical computation model are cone crusher assembly’s static and dynamic loads, natural frequencies and movement paths and harmonic responses of an arbitrary point of a cone crusher assembly. With the results from the analytical computation model, the designer can estimate the effect of different design variables on the dynamic properties of the cone crusher assembly. Thus, it is possible to find the best set of variables for the dynamic behaviour of the cone crusher assembly.
A simulation model was created with the commercial ANSYS simulation program to assist the creation of the analytical computation model. The simulation model was used to verify the analytical computation model.
Measurements were made for the cone crusher assembly while in idle to determine cone crusher assembly’s movement paths. The results from the measurements were used to validate the analytical computations. Another set of measurements were made for the rubber dampers under the cone crusher assembly. The purpose of these measurements was to determine the compression and shear spring constants for the dampers and to get more knowledge of the properties of the rubber dampers.
An analytical computation model for simulating the static and dynamic properties of cone crusher assembly was created in this thesis. The results from analytical computation model and simulation model correlated well and the maximum error between these two methods was 10,5 %. The results from analytical computation model and cone crusher assembly measurements also correlated mainly well and the maximum error between computation model and measurements was 42,1 %. The major source of errors between calculation model and measurements concluded to arise from the limited knowledge of the rubber dampers. Measurements of the rubber dampers gave more knowledge of the properties of the dampers and made possible to diminish the error sources related to the dampers.
Tässä työssä kehitettiin karamurskaimen kokoonpanon suunnittelun tueksi analyyttinen laskentamalli, joka kuvaa karamurskaimen kokoonpanon staattista ja dynaamista käyttäytymistä. Analyyttisen laskentamallin toiminta perustuu käyttäjän syöttämiin lähtöarvoihin, joiden perusteella laskentamalli määrittää karamurskaimen dynaamisen käyttäytymisen tuntemisen kannalta tärkeäksi havaittuja tuloksia. Näitä tuloksia ovat karamurskaimen kokoonpanon staattiset ja dynaamiset kuormat, kokoonpanon ominaistaajuudet ja kokoonpanon pisteiden liikekuviot sekä taajuusvasteet. Näiden tulosten perusteella suunnittelijan on mahdollista arvioida käyttämiensä suunnittelumuuttujien vaikutusta karamurskaimen kokoonpanon dynaamiseen käyttäytymiseen ja näin etsiä kokoonpanon toiminnan kannalta parasta mahdollista ratkaisua.
Analyyttisen laskentamallin tekemisen tueksi karamurskaimen kokoonpanosta tehtiin kaupallisella ANSYS-simulointiohjelmalla simulointimalli. Simulointimallin tarkoituksena oli verifioida analyyttista laskentamallia ilman ulkoisia häiriötekijöitä.
Työn aikana suoritettiin kaksi eri mittausta. Ensimmäinen mittauksista suoritettiin karamurskaimen kokoonpanolle tyhjäkäyntitilanteessa ja tässä mittauksessa mitattiin kokoonpanon käynninaikaisia liikekuvioita. Toinen mittauksista suoritettiin karamurskaimen kokoonpanon alla oleville kumivaimentimille niiden puristus- ja leikkausjousivakioiden määrittämiseksi. Karamurskaimen kokoonpanolle suoritettujen mittausten tuloksia käytettiin analyyttisen laskentamallin validoimiseen. Kumivaimentimien mittausten tarkoituksena oli saada lisätietoa vaimentimien ominaisuuksista.
Työn aikana saatiin luotua analyyttinen laskentamalli, jonka avulla on mahdollista tutkia karamurskaimen staattista ja dynaamista käyttäytymistä. Analyyttisella laskentamallilla ja simulointimallilla määritetyt tulokset vastasivat hyvin toisiaan ja suurin havaittu värähtelyamplitudien välinen ero eri menetelmin määritettynä oli 10,5 %. Analyyttisen laskentamallin tulokset vastasivat myös pääasiallisesti hyvin mittaustuloksia suurimman värähtelyamplitudieron ollessa 42,1 %. Analyyttisen laskentamallin ja mittaustulosten eroavaisuuksien päälähteeksi pääteltiin puutteelliset tiedot kumivaimentimien ominaisuuksista. Kumivaimentimien mittauksista saatiin lisätietoa vaimentimien ominaisuuksista ja vaimentimien ominaisuuksiin liittyviä epävarmuustekijöitä saatiin rajattua.
In this thesis an analytical computation model was developed to support the design process of the cone crusher assembly. The analytical computation model is simulating static and dynamic properties of a cone crusher assembly. The analytical computation model is given some predetermined values that are used to model the static and dynamic properties of the cone crusher assembly. The given result from the analytical computation model are cone crusher assembly’s static and dynamic loads, natural frequencies and movement paths and harmonic responses of an arbitrary point of a cone crusher assembly. With the results from the analytical computation model, the designer can estimate the effect of different design variables on the dynamic properties of the cone crusher assembly. Thus, it is possible to find the best set of variables for the dynamic behaviour of the cone crusher assembly.
A simulation model was created with the commercial ANSYS simulation program to assist the creation of the analytical computation model. The simulation model was used to verify the analytical computation model.
Measurements were made for the cone crusher assembly while in idle to determine cone crusher assembly’s movement paths. The results from the measurements were used to validate the analytical computations. Another set of measurements were made for the rubber dampers under the cone crusher assembly. The purpose of these measurements was to determine the compression and shear spring constants for the dampers and to get more knowledge of the properties of the rubber dampers.
An analytical computation model for simulating the static and dynamic properties of cone crusher assembly was created in this thesis. The results from analytical computation model and simulation model correlated well and the maximum error between these two methods was 10,5 %. The results from analytical computation model and cone crusher assembly measurements also correlated mainly well and the maximum error between computation model and measurements was 42,1 %. The major source of errors between calculation model and measurements concluded to arise from the limited knowledge of the rubber dampers. Measurements of the rubber dampers gave more knowledge of the properties of the dampers and made possible to diminish the error sources related to the dampers.