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2019 VALE Nº 4030BY-M-00023 SOLPED: 0148903 EVALUACION DE CHASIS DE PALA FRONTAL KOMATSU PC-4000 MEDIANTE ANÀLISIS POR ELEMENTOS FINITOS

CLIENTE

COMPAÑÍA MINERA MISKIMAYO

EQUIPO INSPECCIONADO

PALA KOMATSU SH041 – NS 08201

TIPO DE INSPECCION

ESTRUCTURAL – METROLOGÍA -CAD – FEA - NDT

LUGAR DE SERVICIO

BAYOVAR

SOLICITADO / DIRIGIDO A Ing. Akira Takahashi Ing. Cesar Gamarra FECHA DE INSPECCION 22 abril al 05 de junio del 2019

FECHA DE EMISION 20 de agosto de 2019

ELABORADO POR

REVISADO POR

APROBADO POR:

Ing. Marco A. Caballero Calixto

Ing. Erik Olavarría

Ing. Alberto Reyna

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CONTENIDO 1.0 

OBJETIVO ......................................................................................................................................................................... 3 

2.0 

MARCO DE REFERENCIA ............................................................................................................................................... 3 

3.0 

FECHA DE INSPECCIÓN Y PERSONAL ......................................................................................................................... 3 

4.0 

ALCANCES ESPECÍFICOS .............................................................................................................................................. 3 

5.0 

NORMATIVA DE REFERENCIA ....................................................................................................................................... 4 

6.0 

CARACTERISTICAS GENERALES DE LOS ELEMENTOS ESTRUCTURALES INSPECCIONADOS ........................... 4 

7.0 

EQUIPAMIENTO EMPLEADO .......................................................................................................................................... 5 

8.0 

ALCANCES DE LA INSPECCIÓN ..................................................................................................................................... 5 

9.0 

PERSONAL ....................................................................................................................................................................... 5 

10.0 

DOCUMENTACIÓN DE REFERENCIA Y EVALUACIÓN ................................................................................................. 6 

11.0 

CRITERIOS EMPLEADOS EN EL ANALISIS ESTRUCTURAL ........................................................................................ 7 

12.0 

PROCEDIMIENTO DE TRABAJO Y DE CÁLCULOS ..................................................................................................... 10 

13.0 

MODELAMIENTO 3D CON SOFTWARE SW ................................................................................................................. 20 

14.0 

PRINCIPALES RESULTADOS DE LOS ANALISI DE ELEMENTOS FINITOS (FEA) .................................................... 24 

15.0 

CONCLUSIONES ............................................................................................................................................................ 33 

16.0 

RECOMENDACIONES .................................................................................................................................................... 34 

ANEXOS A. Anexo Informe de Ensayos no Destructivos NTD B. Plano General Estructura Chasis (Del Modelado) C. Datos Tabulados de registros de cargas y promedios D. Catálogos KOMATSU (Manual de Operación y Mantenimiento (español) E. Brochure Comercial de Pala Super Shovel PC-4000

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INFORME TÉCNICO DETALLADO 1.0

OBJETIVO A través de la metodología del Análisis Estructural por Elementos finitos poder determinar la vida útil remanente de cada chasis, realizando la evaluación al estado actual de los chasis de las palas frontales KOMATSU Modelo PC-4000 Documentar, dar soporte técnico, presentar observaciones relevantes, hallazgos y recomendaciones, que puedan encontrarse durante todo el proceso de la evaluación ingenieril aplicando esta metodología, y complementando sus resultados, con los obtenidos en los procesos y ensayos no destructivos (NDT) aplicados al chasis del camión, con el fin de evaluar la Integridad y establecer algunos lineamientos para futuros controles y monitoreo de mantenimiento.

2.0

MARCO DE REFERENCIA   

3.0

Términos de referencia del presente servicio Documentación Técnica e historial de cargas. Condiciones de inspección: o Todo el chasis en su conjunto está conformado por placas de acero estructural y piezas de fierro fundido. o El chasis inspeccionado presenta reparaciones en planchas estructurales, algunas registran fechas de inspección y reparación. Parte del informe total es determinar el impacto de ellos sobre la estructura del Chasis de la pala. o Durante nuestras labores en campo, se ha trabajado metrología en campo y trabajo de gabinete en 02 turnos. FECHA DE INSPECCIÓN Y PERSONAL La Inspección de campo se realizó, entre el 22 de abril al 05 de junio del 2019, con personal técnico de ADEMINSAC.

4.0

ALCANCES ESPECÍFICOS   



Evaluación del Chasis del Camión KOMATSU 730E Trabajo en campo de Metrología y Dimensionado de estructura chasis, los cuales se desarrollarán dentro de las operaciones de la CMMM. Para determinar el tiempo de vida del chasis dentro de la metodología de evaluación estructural por elementos finitos se utilizará:  Análisis por carga estática.  Análisis por carga dinámica.  Análisis por fatiga  Análisis modal Evaluación Integral de Ensayos no Destructivos (NTD)

  5.0

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NORMATIVA DE REFERENCIA   

6.0

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American Institute of Steel Construction AISC 360-10 AWS D1.1-D1.1M-2015: Structural Welding Code-Steel. American Society for Testing and Materials ASTM

CARACTERISTICAS GENERALES DE LOS ELEMENTOS ESTRUCTURALES INSPECCIONADOS CHASIS ESTRUCTURAL NUMERACIÓN INTERNA SERVICIO (al 24 abril 2019) AÑO DE FABRICACIÓN MATERIAL MATERIAL FUNDICIÓN

DESCRIPCIÓN

Material

: : : : : : Módulo

Tracción

Densidad

de

Máx.

(kg/m3)

Young 109

Planchas y

Acero ASTM

Cartelas

A572 Gr 55

PALA FRONTAL PC4000 SH04 53,147 Horas JUN -2011 ASTM A 572 Gr 50 ASTM A536 Gr 80/55/06

N/m2

Su 106

N/m2

Límite Elástico Sy 106 N/m2

Coeficiente de Poisson

7850

200

450

345

0.26

6900

167

552

379

0.30

Hierro Fundido Postizos

ASTM A536 Gr 80/55/06

Tablas de Propiedades Físicas y Mecánicas de algunos Materiales según Norma ASTM

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7.0

EQUIPAMIENTO EMPLEADO   

8.0

ALCANCES DE LA INSPECCIÓN   

9.0

Flexómetro convencional con punta magnética. Distanciómetro Laser Marca BOSCH Modelo GLM 50. Workstation portátil Marca LENOVO Modelo P50, para modelamiento y análisis por elementos finitos.

Levantamiento de información y Metrología de la estructura Chasis. Modelado 3D de estructura Chasis. Estimación Del Peso De La Estructura PERSONAL

La Inspección se realizó, entre el 05 al 15 de julio del 2017. El personal técnico de ADEMINSAC que efectuó los trabajos, fue el siguiente: ANALISTAS ELEMENTOS FINITOS (FEM -FEA) Ing. Analista Senior Ing. Marco Caballero Calixto Ing. Kenny Valdivia Iñique

Ing. Analista Junior

INSPECTORES NDT Ing. Hugo Méndez Ruiz Ing. Einer Cáceres Llatas Fran Briceño Moreno Milliam Navarro Colina

Inspector Nivel II Inspector Nivel I Inspector Nivel I Inspector Nivel I

  10.0

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DOCUMENTACIÓN DE REFERENCIA Y EVALUACIÓN

10.1

INFORMACIÓN DIGITAL PORPORCIONADO POR MANTTO Y PLM Información en formato digital PDF a través de correo electrónico.

10.2

PLANOS DE REFERENCIA

De la metrología y el Modelamiento del Chasis del camión a través del Software SolidWorks se obtuvieron los planos que servirán como guía dimensional y de ubicación de partes y zonas de cargas aplicadas. (Ver Plano 01) VISTA LATERAL

VISTA DE PLANTA

  11.0

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CRITERIOS EMPLEADOS EN EL ANALISIS ESTRUCTURAL

11.1

ANÁLISIS ESTATICO Cálculo de Esfuerzo Máximo por Momento Flector

𝑀

𝜎

á

∗𝑑

𝐼

Cálculo de Esfuerzo cortante Fuerza Flectora

𝜏 11.2

∗

ANALISIS DINAMICO MODAL Construyendo la Matriz de movimiento (Rigidez)y evaluando el sistema con la ecuación de elasticidad de Hooke.

𝑀ü

𝐶𝑢

𝐾𝑢

𝐹

Donde: 𝑀 ü u u 𝐶 𝐾 F

11.3

:es la matriz de masa, :es la 2a derivada de tiempo del desplazamiento, :es el desplazamiento, :es la velocidad, :es la matriz de amortiguación, :es la matriz de rigidez, y :es el vector fuerza.

ANALISIS DE FATIGA Utilizaremos las tablas y ecuaciones de Whöler como borde limite a la vida útil infinita

Formula.

𝐾

0.1448 ∗ 𝐿𝑛

0.01525

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  11.4

DIAGRAMA DE FLUJO ANÁLISIS FEM PROCESO FEM/FEA

MODELO 3D DE CHASIS

DEFINICIÓN DE ELEMENTO CRÍTICO

ERROR E. CRÍTICO

CONDICIONES DE BORDE Método Analítico CÁLCULOS CARGAS Y FUERZAS EN EL CHASIS

DIAGRAMAS DE FUERZAS EN EL ELEMENTO CRÍTICO

PARAMETROS DE TIPOS DE APOYOS Y CARGAS

ERROR C. BORDE

DISCRETIZACION DEL ELEMENTO (MALLADO) TAMAÑO DE DIFERENCIAL

ERROR MALLADO

EVALUACIÓN COMPUTACIONAL Y RESULTADOS

¿RESULTADOS ESPERADOS?

FIN Y CONCLUSIOES

11.5

MODELAMIENTO DEL CHASIS DEL DE LA PALA FORNTAL EN 3D. Utilizando técnicas de metrología e inspección visual, se levanta información dimensional del cuerpo y partes, se procede a elaborar el modelo en SolidWorks según:     

Levantamiento de Datos y Medidas Digitalización de datos en Software Autodesk Auto CAD 2019 Modelización 3D y verificación de geometría en campo. Asignación de Materiales en Software SolidWorks Verificación de Masas

Sobre estos puntos se determinarán los pesos de la estructura.

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  11.6

ANALISIS DE ESFUERZOS POR FEM Criterios de Diseño y Evaluación Esfuerzo Efectivo de Von Mises σ' = Sy

σ

𝜎

𝜎

𝝈𝟏

𝝈

𝜎

𝝈𝟐

𝜎 ∙𝜎

𝟐

𝝈𝟐

𝝈𝟑

𝜎 ∙𝜎

𝟐

𝝈𝟑

𝜎 ∙𝜎

𝝈𝟏

𝟐

𝟐

Ecuación de Von Misses o Máxima energía de Deformación

En el caso bidimensional 𝜎

0 𝜎

𝜎

𝜎 ∙𝜎

𝜎

Factor de Seguridad 𝜎

𝑃𝑒𝑟𝑜: 𝜎

= 𝒏

𝑺𝒚 𝝈′

Donde: 𝜎

𝜎

𝜎 ∙ 𝜎

𝜎

Ecuación de Von Misses o Máxima energía de Deformación

Análisis por fatiga Porcentaje de Daño mediante las curvas S-N Sucesos y esperanza de vida

3𝜏

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12.0

PROCEDIMIENTO DE TRABAJO Y DE CÁLCULOS Para poder aseverar los resultados de los análisis de elementos finitos, debemos inicialmente hacer una evaluación mediante métodos analíticos (teoría y fórmulas matemáticas) y hacer una comparación de ambos resultados, de tal manera que podamos acercarnos al comportamiento real de la estructura. Para este análisis matemático haremos la evaluación para un (01) bastidor del chasis.

12.1

MODELO CONCEPTUAL PARA EL ANÁLISIS MATEMÁTICO. Habiendo terminado con la modelación de la estructura y reflejándolo en planos, graficaremos las cargas actuantes en la estructura (fuerzas y reacciones) y desarrollaremos el modelo conceptual para las evaluaciones analíticas, según las siguientes graficas:

MODELO CONCEPTUAL

R

R2

M R1

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  12.2

DETERMINACIÓN DE LA CARGA ÚTIL Y FUERZAS SOBRE EL CHASIS.

Se considerarán las fuerzas máximas generadas en la pala cuando esta el mineral se encuentra en su punto mas alto. Cargas sobre la pala DCL (De ficha Técnica)

Ecuación 1*(Pstick) + 5*(PBoom) + 9*(PBucket) + 9.5(Pmineral) – 4.19*(PContrapeso) = MR

…….(β)

De la data proporcionada tenemos los siguientes valores para el peso del mineral por cada pase de pala. SH04 

35.2

5‐4‐CAPA_1  5‐4‐SOBRECARGA_1  5‐4‐SOBRECARGA_2  5‐4‐SOBRECARGA_3  5‐4‐SOBRECARGA_3A  5‐4‐SOBRECARGA_3B  5‐5‐CAPA_3  6‐4‐CAPA_0  6‐4‐SOBRECARGA_1  6‐4‐SOBRECARGA_2  6‐4‐SOBRECARGA_3A  6‐4‐SOBRECARGA_3B 

34.5 32.1 35.9 31.8 35.5 34.6 40.0 36.9 34.4 35.4 36.8 36.6

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  TABLA DE VALORES DE DISTRIBUCIÓN DE LOS PESOS EN LA PALA (De Manuales y Catálogos KOMTASU) ELEMENTO O PARTE 

PESO  

Bastidores LH y RH 

52000 Kg 

Carbody 

29000 Kg 

Contrapeso 

33800 Kg 

Bastidor Principal Estructura Superior 

57500 Kg 

Cuarto de Maquinas 

30100 Kg 

Tanques Hidráulicos 

3200 Kg 

Tanques de Combustible 

3600 Kg 

Cabina 

3400 Kg 

Boom con 4 cilindros 

34600 Kg 

Stick sin Cilindro 

14350 Kg 

Cucharon de 21m3 

15350 Kg 

Otros 

22070 Kg  TOTAL: 

298970

Desarrollando la ecuación. (β) anterior se obtiene: ∑0 = 0

Mr = 392.16 Ton-m R = 298.97 TON ….

Cargas que se aplicaran al Chasis. Comparación del peso modelado en 3D De tablas 81 TON incluyendo el tren de rodamiento, motores, poleas etc. (Según imagen de tablas) De Modelo solo 75 Ton el chasis. Aceptable

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  12.3

DIAGRAMAS DE FUERZAS Y MOMENTOS

Del modelo conceptual se obtienen mediante computador los siguientes diagramas de Fuerzas, Reacciones y Momentos. DIGRAMAS DE FUERZAS CORTANTES

DIAGRAMA DE MOMENTO FLECTOR

12.4

CÁLCULO DE LOS ESFUERZOS De las gráficas anteriores se pueden observar los siguientes valores, para el momento máximo en la zona analizada de 34.21x106 Kg-cm y para la fuerza cortante de 305.07 Ton.

HALLANDO ESFUERZO CORTANTE DEBIDO A MOMENTO FLECTOR De analítica se saba que es momento flector simple por la tanto se usar la siguiente formula: 𝜎

𝑀

á

𝐼

∗𝑑

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Sección del Bastidor:

𝐼 𝑰𝑨

𝑏∗ℎ 12 21.184x1012 mm4

Luego:

𝑀 𝑑 𝐼

34209516 𝑇𝑜𝑛 ∙ 𝑚𝑚 575 𝑚𝑚 21.184 ∙ 10 𝑚𝑚

𝑔

9.81

d

𝑚 𝑠

𝜎

𝑀 ∙𝑑 𝐼

𝜎

1.173 ∙ 10

𝑇𝑜𝑛 𝑚𝑚 𝜎

∙𝑔

9.11 𝑀𝑃𝑎

Corrección del esfuerzo por concentraciones (Tablas R. MOTT) de esfuerzos en la geometría de la plancha del bastidor

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d=482 mm h=819 mm Utilizaremos la curva C d/h=0.59 = 0.6 por lo que Kt = 1.1 Por lo que el

𝝈𝒇𝒍𝒆𝒄

ESFUERZO CORTANTE DEBIDO A LA TORSIÓN

𝟏𝟎. 𝟎𝟐 𝑴𝑷𝒂

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  Del Modelo tenemos: Am=1490265.78 mm2 𝑡 1150𝑚𝑚 T*=Mext Hallando el esfuerzo crítico de torsión en la sección del chasis. De:

𝜏

𝑇∗ 2𝑡 ∗ 𝐴

𝑀 2 ∗ 1150 ∗ 𝐴

𝜏

112.24 𝑀𝑃𝑎

𝜏

DETERMINACIÓN DE LA ENERGIA DE DEFORMACIÓN (VON MISSES) Estado de Esfuerzos principales

𝜎

0 𝜎

𝜏

40.28 𝑀𝑃𝑎

8.23 𝑀𝑃𝑎

𝜎

𝜎

𝜎 ,

Remplazando Valores se obtiene:

𝜎

𝜎

2

𝜏

2

𝜎 𝜎

41.9 𝑀𝑃𝑎 1.62 𝑀𝑃𝑎

Hallando el esfuerzo por Von Misses

𝝈

𝝈𝟏

𝝈𝟐

𝟐

𝝈𝟐

𝝈𝟑

𝟐

𝟐 𝝈

𝟏𝟗𝟒. 𝟔𝟔 𝑴𝑷𝒂

𝝈𝟑

𝝈𝟏

𝟐

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  Determinación del Factor de Seguridad

𝑺𝒚 𝝈′

𝒏

345 𝑀𝑃𝑎 194.66 𝑀𝑃𝑎

𝒏 𝑛

2 𝑒𝑛𝑡𝑒𝑟𝑜

ANALISIS DE IMPACTO Cálculo de la fuerza de Impacto 𝑆´

𝑆∗

𝑊 𝑊

3𝑊 3𝑊 𝑊

DONDE: S’ : Esfuerzo de Impacto S (𝝈 ): Esfuerzo de Estático W . Peso de la Mase que impacta WB : Peso de la masa que soporta el impacto. Resolviendo en la ecuación se tiene:

𝑆´

79.38 𝑀𝑃𝑎

Aplicando factor de corrección (10%) para cargas dinámicas en poco movimiento se tiene: 𝑆 𝑺𝒇

1.1 ∗ 𝑆 ´ 𝟖𝟕. 𝟑𝟏 𝑴𝑷𝒂

ANALISIS DE POR FATIGA CALCULANDO EL CICLO DE VIDA PROMEDIO PARA LA ESTRUCTURA EN ESTUDIO. Utilizaremos los criterios y definiciones de Whöler para duración infinita del material.

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  Formula. ………..(1) 𝐾

0.01525 …………(2)

0.1448 ∗ 𝐿𝑛

Donde: nf : número de ciclos Kw: constante de Whöler Sf: Esfuerzo sometido a fatiga Se: Esfuerzo Límite de fatiga Su: Esfuerzo Último del material Se: Se´ • Ka •Kb• Kc •Kd •Ke •Ks Donde: Ka •Kb• Kc •Kd •Ke (factores que afectan a la tensión límite de la fatiga) Ka: factor de acabado superficial Kb: factor de tamaño Kc: factor de carga Kd: factor de temperatura Ke: factores varios (corrosión y concentración de tensiones) Ks: factor de confiabilidad Se’= 0.5 Su donde Su =483 MPa revisando las tablas correspondientes obtenemos los siguientes valores: Ka: 0.75 laminados Kb: 0.9 (flexion y torsión) Kc: 1 (flexión) Kd: 1 (medio ambiente) Ke: 0.95 Ks: 0.70 (para una probabilidad del 99.99%) Se’ : 0.5 (483 MPa) = 241.5 MPa Se = 241.5 *0.75*0.9*1*1*0.95*0.70 Se = 108.40 MPa Reemplazando en la ecuación (2) se tiene: 𝐾

0.2011

Luego en la ecuación (1) 10 𝑛 𝑆

𝑆 𝑆

𝟖𝟕. 𝟑𝟏 MPa

𝒏𝒇

2.9324x106 ciclos (antes de la falla)

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  ANALISIS DE CARGAS Y CICLOS DE CARGUÍO DEL MINERAL De toda la data descargado (Archivo Tonxphase MES MAYO) del software de las palas se extraen los siguientes datos: Datos analizados para el camión PALA FRONTAL SH04 SH04  5‐4‐CAPA_1  5‐4‐SOBRECARGA_1  5‐4‐SOBRECARGA_2  5‐4‐SOBRECARGA_3  5‐4‐SOBRECARGA_3A  5‐4‐SOBRECARGA_3B  5‐5‐CAPA_3  6‐4‐CAPA_0  6‐4‐SOBRECARGA_1  6‐4‐SOBRECARGA_2  6‐4‐SOBRECARGA_3A  6‐4‐SOBRECARGA_3B  REGISTROS SH04

35.2 34.5 32.1 35.9 31.8 35.5 34.6 40.0 36.9 34.4 35.4 36.8 36.6

  34.5  32.1  35.9  31.8  35.5  34.6  40  36.9  34.4  35.4  36.8  36.6 

CANTIDAD 943

De los que se extraen: Peso del Mineral Promedio = 35 Ton/ pala Numero de cantidad de Pase de Pala más frecuente = 7 De antemano tenemos el dato de que cada camión suele recibir en un ciclo de 20 min, 7 pases de pala frontal, por lo que podemos estimar un ciclo de 2.85 min. Entonces en una hora realizara 21.053 ciclos/hora. CALCULO DE HORAS POR CICLOS DE OPERACIÓN HASTA LA FALLA POR FATIGA ANALIZADA

2.9324x106 ciclos 𝑐𝑖𝑐𝑙𝑜𝑠 21.053/ℎ𝑜𝑟𝑎

𝑯𝒓𝒔𝒐𝒑𝒆𝒓𝒂𝒄𝒊𝒐𝒏

139 288 ℎ𝑟𝑠

𝐻𝑟𝑠

CALCULO DE HORAS DE SERVICIO POR MES DE LA PALA Hora de servicio (Hrs) Horas por Año

575 hrs/mes 6900 hrs/año

Entonces la estimación de la vida útil del Chasis la Pala (Vu) será: 𝑉 𝑉

139 288 6900 20.2 𝐴Ñ𝑂𝑆

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MODELAMIENTO 3D CON SOFTWARE SW

En las gráficas presentadas las partes sombreadas en color rojo arcilla pertenecen a los elementos que son de hierro fundido. Vista ISOMETRICA

Vista LATERAL R

Vista FRONTAL Y POSTERIOR

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SECHURA / PERU    DETERMINACIÓN DE PROPIEDADES FÍSICAS Y DENOMINACION EN EL MODELO PLATAFORMA TORNAMESA Bastidor Derecho

Cilindro Frontal

CARBODY CILINDRO INTERIOR Bastidor Izquierdo

Refuerzo Frontal En este cuadro se puede apreciar la comprobación del peso del CHASIS valorado en la parte analítica y extraído de catálogos.

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SECHURA / PERU    Parámetros de MALLADO y Control de Malla.

CONTROL DE MALLA

Control 

Piezas 

Control 1  BASTIDORES 

mm    80

1.5 

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PRINCIPALES RESULTADOS DE LOS ANALISI DE ELEMENTOS FINITOS (FEA) ANALISIS ESTÁTICO Aplicando todas las cargas y momentos resultantes a nuestro modelo presentamos a continuación los resultados obtenidos mediante el FEM, para una carga media de 35.2 TON por pase de pala.

 Se puede visualizar que el esfuerzo máximo desarrollado con la carga máxima es de 117.77 MPa.

 Se puede visualizar que el factor de seguridad más asertivo es de 2.9, cercano al hallado analíticamente 2

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  NIVELES DE DEFORMACION DE LA ESTRUCTURA

 Se puede visualizar que la máxima deflexión es de aproximadamente 3 mm en la zona de los apoyos. ANALISIS MODAL (FRECUENCIAS NATURALES 10 MODOS VIBRACIÓN) Según nuestros parámetros de mallado #Nodos 172 259 y para 513 282 grados de Libertad hallamos los 10 modos de vibración del chasis

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CUADRO RESUMEN DE FRECUENCIA DESARROLLADAS POR LA ESTRUCTURA EN LOS 10 MODOS DE VIBRACION

Nº de modo Frecuencia(Rad/seg) Frecuencia(Hertz)  Período(Segundos)  1 472 75.121 0.013312  2 538.22 85.66 0.011674  3 562.63 89.545 0.011168  4 590.29 93.948 0.010644  5 665.53 105.92 0.0094409  6 780.55 124.23 0.0080497  7 816.96 130.02 0.0076909  8 821.31 130.72 0.0076502  9 834.99 132.89 0.0075248  10 874.51 139.18 0.0071848 

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  ANALISIS POR FATIGA Evaluación de Porcentaje de Daño en la estructura por fatiga a los 500 000 ciclos de trabajo bajo cargas y momentos.

 Se puede visualizar en la totalidad de la estructura que el máximo daño sobre las 500 mil ciclos de trabajo llega al 19% VIDA ÚTIL EN CICLOS Evaluación de la fatiga con la carga promedio 35.2 TON

 Se puede visualizar que el valor donde empieza a acercarse a empezar los primeros daños de fatiga es a los 2.698x106, que se acerca al valor encontrado analíticamente de 2.932x106 ciclos

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  Estados de esfuerzos cortante puro (-1) y combinados Biaxial (cortante y flector) 1  Se puede visualizar la zona de mayor afectación EN LA ESTRUCTURA por los esfuerzos combinados

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CONCLUSIONES   

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El elemento de mayor criticidad en la pala frontal es el Carbody cuyo factor de seguridad según el análisis es de aproximadamente 2. Los Bastidores (Rieles) son las partes estructurales que menos sufren llevando su vida útil a un valor de 1010 ciclos de funcionamiento. Las variables que se usaron para todo el análisis tanto analítico como en los elementos finitos han sido:  Fluctuación de las Cargas del mineral en el pase hacia los camiones  La cantidad de pases por pala hasta llenar los camiones (5@7)  El giro de la Megaestructura sobre el tornamesa o anillo asiento en el Carbody. La vida de vida útil (diseño) del chasis de la pala se encuentra sobre las 139,288 hrs. de servicio para una carga aplicada de 35.2 TON, por cada 7 pase para un ciclo de llenado de camión 730E mediante métodos analíticos, desde que la pala ha sido puesta en servicio. Sobre dichas horas el Carbody se convertirá en parte estructural critica. La vida útil del Chasis determinada por Análisis por elementos finitos se encuentra sobre las 128,157 hrs. de servicio para una carga de 35.2 TON. La metodología de los Análisis de Elementos finitos (FEA) incluye los efectos dinámicos como son los modos de vibración de la estructura, al estar sometidas a las cargas aplicadas (peso de cada parte estructural, momentos resultantes y pesos del mineral transportado, es por ello que dicho efecto dinámico reduce el valor de ciclos de duración. La vida útil remanente del chasis por seguridad ante la falla del Carbody de la pala recomendada en este informe haciendo la diferencia con las horas de servicio ya consumidas son de 75 010 hrs. El Máximo esfuerzo 117.77 MPa equivalente (energía de distorsión máxima) aplicando las cargas al chasis se encuentra debajo del esfuerzo a la fluencia del Material. ( σm = 145 MPa) En los porcentajes de afectación en la estructura no se supera el 20% por fatiga bajo las cargas aplicadas.

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RECOMENDACIONES 

Llevar un programa de inspecciones anuales del Chasis de la estructura por ensayos no destructivos donde se considere la realización de un control de fisuras por mapeo, para así poder evaluar correctamente los ciclos de daño en los elementos estructurales y evaluar las causas posibles, para después proceder con las reparaciones pertinentes a fin de proceder mediante protocolos estandarizados las reparaciones respectivas.

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Un correcto seguimiento de las fisuras por fatiga permitirá controlar los daños en la estructura y minimizar el porcentaje de daño en la estructura por debajo del 20% hallado en los análisis FEM. SolidWorks Simulation es una herramienta que permite evaluar de una forma rápida el rendimiento del modelo de análisis. La gran ventaja de este frente al método analítico es la posibilidad de poder modificar las condiciones de contorno y criterios del análisis de una manera mucho más dinámica, además de la obtención de resultados más precisos. En lo que respecta al análisis de fatiga, es un programa que ofrece unos resultados orientativos a la hora de determinar la zona de fallo, y una buena aproximación en lo que respecta a la vida de la pieza

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