Estudio de vida útil de un harnero vibratorio mediante método de elementos finitos.

Abstract

Dentro de los componentes más importantes que se encuentran presentes en la línea de producción en la minería del cobre, se pueden destacar a los harneros vibratorios, junto con todos los componentes que brindan el movimiento necesario para realizar la vibración característica de este tipo de equipos. Dada la importancia del papel que juegan los harneros vibratorios y su sistema motriz, es que se vuelve relevante tener pleno conocimiento del estado de funcionamiento de estos equipos, sobre todo del sistema motriz, ya que este se diseña según la disposición espacial que se tenga en la zona de donde se piensa instalar el harnero. El principal objetivo de este trabajo es realizar un estudio basado en el análisis de elementos finitos de la estructura del sistema motriz que provoca el movimiento vibratorio del harnero. Para el análisis de elementos finitos, se realiza una simulación con elementos de placa de la estructura del sistema motriz, además de poder conocer el régimen de funcionamiento de este sistema a través de análisis modales y estáticos, poniendo especial énfasis en las condiciones de borde y las uniones apernadas. Los objetivos específicos: determinar fallas de diseño y montaje de las bases motrices que puedan influir en un funcionamiento inadecuado; proponer mejoras a las bases motrices, tales como modificaciones o plantear rediseños basados en simulaciones que permitan mejorar el funcionamiento de estas estructuras. Se realiza un modelado geométrico de la estructura del sistema motriz, y mediante el software FEMAP se hace la simulación mediante elementos finitos a través de un modelo con elementos de placa de geometría rectangular para simular la estructura y con elementos rígidos para simular el resto de los componentes de sistema motriz tales como poleas, motor y eje. Los pernos de unión se representan a través de elementos de viga. Se plantean análisis modales y análisis estáticos con distintos tipos de configuraciones de precarga de pernos. Los resultados del análisis modal muestran que la estructura se encuentra funcionando en estado de resonancia. Por otro lado, los análisis estáticos muestran que los pernos de unión presentan una gran diferencia en la carga que estos soportan, lo que indica que para el caso de la soltura de pernos se puede presentar un esfuerzo demasiado alto para aquellas uniones apernadas que no se suelten de la misma forma. Se propone aumentar la rigidez del sistema con el objetivo de alejar la frecuencia natural del sistema motriz de la zona resonante. Para lograr esto se plantea aumentar la cantidad de pernos de unión entre las estructuras que conforman el sistema motriz, además de posicionar placas en la zona del motor. Estas modificaciones se comprueban a partir de simulaciones bajo la misma configuración con la que se corrobora el estado de funcionamiento. Basado en estas simulaciones se comprueba que efectivamente las modificaciones si generan un aumento de rigidez en el sistema motriz y permite que la frecuencia natural no esté cercana a zonas que pudieran provocar resonancia, tomando en cuenta la relevancia de la precarga que deben tener los pernos.

Among the most important components present in the production line in copper mining, vibrating screens can be highlighted, along with all the components that provide the necessary movement to generate the characteristic vibration of this type of equipment. Given the importance of the role played by the Vibrating Screen and its driving system, it becomes relevant to have a thorough understanding of the operating condition of this equipment, especially the driving system, as it is designed based on the spatial arrangement in the area where the screen is planned to be installed. The main objective of this work is to conduct a study based on finite element analysis of the driving system that generates the vibratory motion of the Vibrating Screen. For the finite element analysis, a simulation is carried out using plate elements of the structure of the driving system. This allows us to understand the operating regime of this system through modal and static analyses, with special emphasis on boundary conditions and bolted connections. The specific objectives are mainly based on determining design and assembly flaws of the motor bases that may influence improper operation, proposing improvements to the motor bases, such as modifications or suggesting redesigns based on simulations that allow for enhancing the performance of these structures. A geometric modelling of the powertrain system structure is performed, and the FEMAP software is used to simulate it using finite element analysis. A model with rectangular plate elements is used to simulate the structure, while rigid elements are used to simulate the remaining powertrain components such as pulleys, motor, and shaft. The connecting bolts are represented through beam elements. Modal analysis and static analysis are conducted with various configurations of bolt preload. The modal analysis results indicate that the structure is operating in a resonant state. On the other hand, the static analyses reveal a significant variation in the load supported by the connecting bolts. This suggests that in the case of bolt loosening, excessively high stress may occur for those bolted joints that do not loosen in the same manner. It is proposed to increase the stiffness of the system to move the natural frequency of the powertrain system away from the resonant zone. To achieve this, the number of connecting bolts between the structures that make up the powertrain system is increased, and plates are positioned in the motor area. These modifications are verified through simulations using the same configuration as the one used to confirm the operating state. Based on these simulations, it is confirmed that the modifications indeed increase the stiffness of the powertrain system and prevent the natural frequency from being close to resonant zones, considering the importance of the preload that the bolts must have.