Sebagai komponen transmisi inti, poros utama penghancur-khususnya, distribusi tegangannya-berdampak langsung pada masa pakai dan stabilitas operasional peralatan. Makalah ini menyelidiki pola distribusi tegangan poros utama crusher melalui pendekatan gabungan yang melibatkan analisis teoritis, simulasi numerik, dan verifikasi eksperimental, sehingga memberikan dasar referensi untuk optimasi desain dan penilaian keselamatan.
1. Landasan Teori Distribusi Tegangan Poros Utama
Selama pengoperasian, poros utama dikenai beban kompleks, termasuk gaya puntir, gaya lentur, dan gaya tumbukan. Menurut prinsip mekanika material, distribusi tegangan terutama dipengaruhi oleh faktor-faktor berikut:
(1) Sifat Material: Modulus elastisitas, rasio Poisson, dan kekuatan luluh menentukan ketahanan poros utama terhadap deformasi.
(2) Struktur Geometris: Ciri-ciri seperti variasi diameter poros, alur pasak, dan fillet transisi dapat menyebabkan konsentrasi tegangan lokal.
(3) Karakteristik Beban: Beban tumbukan secara berkala dapat menimbulkan tegangan bolak-balik, sehingga mempercepat kerusakan akibat kelelahan.
2. Metodologi Simulasi Numerik
Perangkat lunak Finite Element Analysis (FEA) digunakan untuk membuat model 3D dari poros utama; kondisi batas ditetapkan dengan mempertimbangkan kondisi operasi aktual secara cermat:
(1) Kendala: Kendala tetap diterapkan pada lokasi penyangga bantalan.
(2) Penerapan Beban: Torsi pengenal diterapkan pada ujung penggerak, sedangkan gaya reaksi penghancuran yang setara diterapkan pada ujung ruang penghancur.
(3) Pembuatan Mesh: Penyempurnaan mesh lokal diterapkan pada area yang rentan terhadap konsentrasi tegangan untuk memastikan akurasi komputasi.
Hasil simulasi menunjukkan bahwa tegangan maksimum terjadi pada akar alur pasak dan pada peralihan antara bahu poros dan badan poros; besarnya tegangan ini dapat mencapai 60% hingga 70% kekuatan luluh material.
3. Skema Verifikasi Eksperimental
Untuk memvalidasi keandalan hasil simulasi, prosedur eksperimental berikut dirancang:
(1) Penempatan Pengukur Regangan: Mawar regangan triaksial ditempelkan pada lokasi-lokasi penting pada permukaan poros utama.
(2) Pengujian Beban: Sensor torsi digunakan untuk memantau torsi pengoperasian aktual, menjaga kesalahan pengukuran dalam ±5%.
(3) Akuisisi Data: Pengukur regangan dinamis digunakan untuk mencatat kurva variasi tegangan pada berbagai kecepatan rotasi.
Perbandingan data eksperimen dengan hasil simulasi menunjukkan bahwa perbedaan daerah konsentrasi tegangan kurang dari 8%, sehingga memvalidasi keakuratan model.
4. Tindakan Optimasi Stres
Berdasarkan temuan penelitian, diusulkan skema perbaikan sebagai berikut:
(1) Optimasi Struktural: Ganti bahu poros sudut-kanan dengan transisi fillet membulat, dengan radius tidak kurang dari 20% diameter poros.
(2) Peningkatan Proses: Oleskan roller burnishing ke bagian bawah alur pasak untuk meningkatkan tegangan tekan sisa permukaan.
(3) Peningkatan Material: Pilih baja paduan berkekuatan-tinggi dengan kekuatan luluh melebihi 800 MPa.
Pengujian pasca-implementasi menunjukkan bahwa nilai tegangan maksimum berkurang sekitar 15%, dan perkiraan umur kelelahan meningkat sebesar 30%.
5. Rekomendasi Perawatan
Untuk memperpanjang masa pakai poros utama, langkah-langkah berikut direkomendasikan:
(1) Inspeksi Berkala: Lakukan pengujian partikel magnetik setiap 2.000 jam pengoperasian.
(2) Manajemen Pelumasan: Pertahankan pelumasan yang tepat pada rumah bantalan untuk meminimalkan tekanan lentur tambahan.
(3) Pemantauan Beban: Pasang sistem pemantauan getaran online untuk mendeteksi beban abnormal secara tepat waktu.
Kesimpulan:
Penelitian ini menganalisis secara sistematis karakteristik distribusi tegangan pada poros utama crusher. Dengan menggabungkan simulasi numerik dengan validasi eksperimental, zona konsentrasi tegangan kritis diidentifikasi dengan jelas. Skema optimasi yang diusulkan secara efektif meningkatkan keadaan distribusi tegangan dan memberikan referensi teknis untuk perbaikan desain peralatan serupa. Penelitian di masa depan dapat menyelidiki lebih lanjut efek penggabungan antara bidang suhu dan bidang tegangan.
