Laskentamalli rikotuspuomiston dynaamisten kuormitusten määrittämiseksi

Abstract

Kohdeyrityksessä on huomattu tarve rikotuspuomistojen suunnittelun tehostamiseksi. Puomistoon sekä perustuksiin syntyvien kuormitusten määrittäminen dynaamisessa rikotustilanteessa on ollut vaikeaa. Dynaamista laskentaa tai mittauksia ei puomeista ole juurikaan tehty. Hankalasta kuormitustilanteesta johtuen teräsrakenteiden optimoiminen ja käytettävien komponenttien valinta on ollut vaikeaa. Tähän ongelmaan on pyritty löytämään ratkaisu tässä diplomityössä luomalla suunnittelijalle laskentamallin, jota voidaan hyödyntää suunnittelun edetessä. Lisäksi laskentamalli on linkitetty yrityksen käyttämän 3D-suunnitteluohjelmiston kanssa yhteen, jotta laskentamallin käyttö olisi käyttäjälle mahdollisimman yksinkertaista ja nopeaa. Laskentamallin luominen on toteutettu käyttämällä kaikille mahdollisille muuttujille parametreja, jotta laskentamalliin voidaan syöttää rajaton määrä puomistovariaatioita. Näin saadaan kuormitustulokset nopeasti jokaiselle rakenteelle ja komponentille erikseen. Laskentamalliin tuodut parametrit ovat mm. puomien pituudet, nivelpisteiden sijainnit, sylinteiden pituudet ja iskun pituudet sekä hydrauliikkanesteeseen ja sylintereihin liittyvät parametrit. Laskentamallista saadaan tuloksena mm. puomiston dynaamista värähtelyä kuvaava liike, sekä puomien niveliin ja sylintereihin vaikuttavat voimat, hydraulijärjestelmän paineet ja puomiston perustuksiin syntyvät kuormat. Laskentamallin oikeellisuuden varmistamiseksi on diplomityöntekijä yrityksen avustuksella käynyt mittaamassa Talvivaaran kaivoksella yksittäisen puomiston kuormituksia venymäliuska-, hydraulipaine- ja kiihtyvyysmittauksella. Näitä mittauksia on hyödynnetty laskentamallin kalibroinnissa sekä virheiden arvioinnissa. Diplomityössä on esitelty laskentamallin käyttö ja verrattu saatuja tuloksia kokeellisesti mitattuihin arvoihin.

The target company has recognized the need to improve the design of breaker boom systems. It has been difficult to determine loads that develop on boom systems in dynamic breaker situations. There have previously been few dynamic calculations or measurements on booms. Because of the complicated load situation, the optimization of steel structures and choice of components have been difficult. This thesis has sought to solve this problem by creating a model that may be used as part of the design process. Furthermore, the model has been linked to the 3D design software the company uses so as to make the model as simple and quick to use as possible. The model has been created by using parameters on all variables to make it possible to insert an unlimited amount of boom system variations into the model. This produces load results quickly for each structure and component. The inputs inserted into the model include the length of booms, locations of hinges, length of cylinders and length of strokes as well as parameters related to hydraulic fluid and cylinders. The model produces results on, for instance, motions depicting dynamic oscillations in boom systems, forces affecting hinges and cylinders of booms, pressures in hydraulic systems and loads that form in boom system foundations. To ensure the accuracy of the model, the thesis student has, with the assistance of the target company, visited the Talvivaara mine to measure loads in individual boom systems using strain gauge, hydraulic pressure and acceleration measurements. These measurements have been utilized to calibrate the model and assess inaccuracies. The thesis also explains the use of the model and compares the results to empirically measured values.