Kaivosrobotin tukireaktioiden laskentamalli ja runkorakenteen jännitysanalyysi

Abstract

Perinteiset mekaanista louhintaa suorittavat kaivostyökoneet ovat yleensä suurikokoisia ja pysyvät louhintatilanteessa paikoillaan usein oman massansa aiheuttaman tukireaktion avulla. Tämän työn kohteena on pienen mittakaavan autonominen ja valikoivaan louhintaan kykenevä kaivosrobotti, joka tukeutuu louhitun tunnelin seinämiin robotin liikkeen mahdollistavien komponenttien ja hydraulisten toimilaitteiden tuottaman voiman avulla. Työn tavoitteena on tutkia louhinnasta aiheutuvien tukireaktioiden suuruutta ja niiden muodostamiseksi hydraulisilta toimilaitteilta vaadittuja voimia. Työssä esitellään tukireaktioiden laskentamalli, joka laskee tukireaktioiden suuruuksia louhintavoimien ja louhintatyökalun paikan mukaan. Tukireaktioiden perusteella malli laskee hydraulisilta toimilaitteilta vaadittuja voimia. Toisena tavoitteena työssä on analysoida kaivosrobotin runkorakenteeseen louhinnasta ja tukireaktioista aiheutuvia kuormituksia, ja selvittää rungon kuormitetuimmat rakennekohdat. Pääasiallisena tutkimusmenetelmänä työssä on mallinnus ja simulointi. Tukireaktioiden suuruutta tutkitaan kahta työn ohella määriteltyä työkalurataa, ja kahden eri materiaalin louhintavoimia käyttäen. Lisäksi tutkitaan kaivosrobotin asennon vaikutusta tukireaktioihin. Kaivosrobotin rungon kuormituksia tutkitaan elementtimenetelmällä tehdyn staattisen kuormitustapauksen jännitysanalyysin avulla. Työn tuloksina saadaan työkaluradoilla esiintyvät maksimisylinterivoimat, sekä niiden tuottamiseksi vaadittava hydraulijärjestelmän paine. Jännitysanalyysien kuormitustapaukset on valittu ensimmäisen materiaalin tukireaktiolaskennan perusteella, ja analyysien tuloksina saadaan rungon kuormitetuimmat rakennekohdat. Tulosten perusteella todetaan, että louhintatilannetta ensimmäisen tutkitun materiaalin kohdalla eivät rajoita louhintavoimat tai kaivosrobotin asento. Toisen tutkitun materiaalin kohdalla louhintavoimien suuruus rajoittaa louhintatilannetta hydraulisilta toimilaitteilta vaadittujen voimien kasvaessa huomattavan suuriksi. Jännitysanalyysien perusteella kaivosrobotin runko kestää louhinnan kuormitukset vaurioitumatta, joskin työssä todetaan, että todennäköinen vaurioitumismuoto on väsymisvaurio.