تحليل آماري شكست خستگي محور خارج از مركز سرند ارتعاشي در صنايع معدني

Probabilistic Analysis for Fatigue Failure of Eccentric Shaft of the Vibrating Screen in the Mining Industries

سرند ارتعاشي به‌طور وسيعي در صنعت براي دانه¬بندي توده مواد استفاده مي¬شود و قابليت اطمينان در طراحي و ساخت آن‌يك معيار كليدي براي تضمين تداوم فرآيند توليد در صنايع معدني است. بدين منظور يكي از اصول مهم، توجه به تغييرات تصادفي وعدم قطعيت مي‌باشد. ازاين‌رو موازنه صحيح بين اهداف موردنظر تحت عدم قطعيت‌ها، نيازمند استفاده از روش‌هاي آماري مي‌باشد. سرند موردمطالعه يك نوع سرند ارتعاشي مورداستفاده مجتمع مس سرچشمه كرمان باقدرت موتور 50 اسب بخار و 1500 دور بر دقيقه است. اين سرندها در كانه‌آرايي مواد معدني كاربرد دارند و داراي محور خارج از مركز با چهار ياتاقان مي‌باشند. عمليات سرند كردن توسط چرخش محور و طرح بادامك استوانه‌اي خارج مركز آن صورت مي‌گيرد. يكي از دلايل عمده شكست در اجزاي مكانيكي داراي بار و ارتعاش مكانيكي، پديده خستگي است. كاهش آسيب‌هاي ناشي از پديده خستگي و سطح تنش در قطعات اصلي مانند اين محور خارج از مركز موجب بهبود قابل‌ملاحظه‌اي در معيارهاي قابليت اطمينان و دسترس‌پذيري دستگاه اين ماشين صنعتي، مي‌گردد. براي ارزيابي ابتدا اجزاي آسيب‌پذير با روش تجزيه‌وتحليل حالات خرابي و آثار آن شناسايي مي‌شوند. ارزيابي قابليت اطمينان در اين تحقيق بر اساس تئوري تداخل با در نظر گرفتن تغييرپذيري اتفاقي پارامترها در محدوده تلرانسي مربوط براي اين جزء اساسي و آسيب‌پذير انجام مي‌شود. در اين روش مدل‌سازي، مشخصات ابعادي و خواص مكانيكي شامل تنش تسليم، استحكام خستگي، مدول الاستيسيته و... نيروها و مكان‌هاي وارده به‌صورت پارامتري براي به دست آوردن ميزان پراكندگي پارامترهاي خروجي، احتمال شكست و تاثير پارامترهاي طرح انجام مي‌شود. بر اساس تئوري‌هاي خستگي و رهيافت‌هاي طراحي مربوط (سادربرگ، گربر و...) ارزيابي قابليت اطمينان به روش عددي در محيط ANSYS Workbench - Probablistic Design برمبناي شبيه‌سازي مونت‌كارلو صورت گرفته و در ادامه به‌منظور بهبود طرح و پارامترهاي طراحي، سهم تأثيرگذاري هر يك اندازه‌گيري شده و حساسيت شاخص‌هاي قابليت اطمينان نسبت به آن‌ها سنجيده مي‌شود. توصيه‌هايي جهت عمر مفيد طولاني‌تر براي اجزاي اصلي و آسيب‌پذير سرند ارتعاشي مانند محور خارج از مركز و ايمني بيش‌تر از دستاوردهاي مهم اين تحقيق مي‌باشد.

Vibrating screen has wide applications in industry for graining masses of materials and therefore, reliability in their design and manufacture is a key criterion for guaranteeing the continuity of production process in mining industries. For this purpose, an important principle is to pay attention to random changes and lack of certainty or uncertainty. Therefore, providing an appropriate equilibrium between the intended goals while considering for uncertainties requires us to implement statistical methods. The studied screen is a type of vibrating screen used by Kerman’s Sarchemeh-ye Mes complex with an engine power of 50 horsepower at 1500RPM. These screens have applications in processing of minerals and possess an eccentric axle with four bearings. The act of screening is performed by rotation of the axle and its eccentric cylindrical cam. A major cause of fracture in mechanical components under mechanical load and vibration, is the phenomenon of fatigue. Reducing the damages caused by the phenomenon of fatigue and tension level in major components like the aforementioned eccentric axle leads to a significant improvement in indexes of reliability and accessibility of the machine. For the purpose of evaluation, firstly the vulnerable components are detected through the method of analysis of failure modes. In this research, evaluation of reliability is performed according to the theory of interference with considering for random variability of parameters in a specific tolerance range for the major and vulnerable component. In this method of modeling, dimensional features and mechanical properties including surrendering tension, fatigue resistance, elasticity model and etc. as well as imposed forces and locations are evaluated as parameters for obtaining the dispersal of output parameters, failure possibility and effects of parameters of the plan. According to the theories of fatigue and solutions of the related design (Saderberg, Gerber and etc.), a reliable evaluation was performed by ANSYS Workbench and Probablistic Design according to Monte-Carlo simulation. Furthermore, with the aim of improvement of the design and design parameters, the effectiveness of each parameter is calculates and also the sensitivity of indexes of reliability against these parameters is evaluated. Other achievements of this research project include recommendations for obtaining a longer useful life span for main, major and vulnerable components of vibrating screens such as eccentric axles as well as improved safety.