FLSmidth, ein führender Lieferant großer Bergbaumaschinen, hatte sich an das Team von Maplesoft Engineering Solutions gewandt, da er eine Plattform zur Untersuchung des dynamischen Verhaltens eines radialen Absetzers - einer komplexen Maschine zur Handhabung von Material in Bergwerken - benötigte.
Der radiale Absetzer ist eine ausfahrbare Konstruktion, die sich auf einem System aus zwei Raupen bewegt. Eine der beiden Raupen ist stationär und bildet den Mittelpunkt der Rotation, während die andere von einem Maschinenführer an Bord der Maschine gesteuert wird. Das Fördersystem der Maschine bewegt Abraum aus dem Bergbau zur Halde.
Wegen des langen Auslegers, der verschiedenen Schwerpunkte und der Raupe, die sich auf unebenem Gelände bewegt, sind die Stabilität und die Gewichtsverteilung wesentliche Gesichtspunkte bei der Konstruktion. Daher benötigten die Ingenieure bei FLSmidth ein dynamisches Multidomainmodell des radialen Absetzers, das als Plattform eingesetzt werden kann, um seine Stabilität zu bewerten und sein dynamisches Verhalten unter verschiedenen Bedingungen, z.B. dem Verhalten des Maschinenführers, der Lastverteilung und der Unebenheit des Geländes, zu untersuchen.
Das Team von Maplesoft Engineering Solutions entwickelte mit Hilfe von MapleSim ein Modell des radialen Absetzers. Das MapleSim-Modell besteht aus dem Hauptrahmen, dem ausfahrbaren Rahmen, den angetriebenen und passiven Raupen, dem Fahrgestell, der Baugruppe zum Heben des Rahmens, der Hydraulik zum Ausrichten der Maschine und den Massen der externen Baugruppen, die am Hauptrahmen befestigt sind.
Der Hauptrahmen wurde mit den Dimensionen und Attributen aus dem CAD-Entwurf eines radialen Absetzers, der bei einem Kunden im Einsatz ist, modelliert. Am Rahmen sind eine Reihe von Baugruppen befestigt, z.B. der Führerstand, der Generator, das Förderband und der Trichter. Die Positionen und Massen der einzelnen Baugruppen im Modell sind parametriert und können verändert werden. Außerdem können bei Bedarf weitere Baugruppen hinzugefügt werden. Einige der Baugruppen sind seitlich versetzt angeordnet. Sie beeinflussen den Schwerpunkt des Hauptrahmens und somit auch die Stabilität des gesamten radialen Absetzers. Der ausfahrbare Rahmen fährt mit einer vom Benutzer definierten Geschwindigkeit ein und aus. Er ist ein weiterer Faktor, der sich auf die Dynamik des Systems auswirkt.
Weitere Untersysteme im MapleSim-Modell sind eine Baugruppe zum Heben des Rahmens, der Tragrahmen, der die Hydraulikzylinder zum Ausrichten der Struktur enthält, und eine Längsrolle, die die Raupe und den Tragrahmen mit dem Hauptrahmen verbindet. Das Modell bildet die Bewegung des Hauptrahmens und der ausfahrbaren Rahmen, das Verhalten des Hubzylinders, die Steuerung der Hydraulik und die Bewegung im Gelände nach.
Das Multidomainmodell des radialen Absetzers auf Systemebene bildet für die Ingenieure bei FLSmidth in Verbindung mit MapleSim und Maple eine virtuelle Umgebung, mit deren Hilfe sie das dynamische Verhalten des Systems in verschiedenen Ansätzen untersuchen können. So können sie z.B. die maximale Belastung von Teilen, z.B. den Rollen, untersuchen und die maximale Amplitude der Schwankung der Konstruktion bei extremer Beschleunigung oder Verzögerung, beispielsweise bei einem Not-Halt, bestimmen.
Das Modell kann dazu genutzt werden, die Eigenschaften des Geländes zu untersuchen, das vom System durchquert werden kann, um die maximale Höhe der Erhebungen und Senken zu bestimmen, die sicher bewältigt werden können, ohne dass die Maschine umkippt, und um die Konstruktionsparameter zu analysieren, die die Stabilität des Tragrahmens beeinflussen, z.B. der Durchmesser der Zylinder, der Hub sowie die Regelverstärkung und das Leerspiel. Die Dynamik des Hydrauliksystems kann untersucht und die Gewichtsverteilung im gesamten System analysiert werden, um die Parameter zu bestimmen, die sich auf die Stabilität der Konstruktion auswirken.
Die Ingenieure bei FLSmidth können außerdem viele weitere Arten von Analysen durchführen. So können sie z.B. Maple dazu einsetzen, ein Entwicklungswerkzeug zur Bewertung der Belastung der Untersysteme im radialen Absetzer zu entwickeln, um entweder bestehende Implementierungen zu überprüfen oder die Komponenten einer Neuentwicklung zu bemessen. Oder sie können für ein gegebenes Geländeprofil ein Analysewerkzeug erstellen, um die Grenzen für den sicheren Betrieb des radialen Absetzers, z.B. die maximale Geschwindigkeit, mit der er sich bewegen sollte, oder seine maximale Belastung und Kapazität zu ermitteln
Das MapleSim-Modell des radialen Absetzers von FLSmidth ist vollständig parametrisch und kann deshalb für verschiedene Zwecke eingesetzt werden. Es kann so konfiguriert werden, dass es eine vorhandene Installation eines radialen Absetzers darstellt, und dazu verwendet werden, die sicheren Betriebsgrenzen zu untersuchen, konstruktive Änderungen zu testen und vorgeschlagene Verbesserungen zu überprüfen. Das Modell kann auch mit den Abmessungen und Eigenschaften einer Neuentwicklung konfiguriert und dazu eingesetzt werden, deren Machbarkeit bereits früh im Entwicklungszyklus zu überprüfen, bevor kostspielige Festlegungen erfolgen.
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