آیا تابه‌حال فکر کرده‌اید چرا ناخن بیل مکانیکی یا دیگر ماشین‌های سنگین در پروژه‌های ساختمانی و معدنی سریع‌تر از قطعات دیگر فرسوده می‌شود؟ چرا این اتفاق رخ می‌دهد؟ راهکارهای جلوگیری آن چیست؟ این سوال‌ها ممکن است برای افرادی که در حوزه ساختمان و ماشین‌آلات سنگین فعالیت می‌کنند، رخ دهد. در این مطلب، به سؤالات شما پاسخ داده، سایش ناخن بیل مکانیکی را به‌دقت بررسی کرده و به توضیح روش‌های مدل‌سازی آن می‌پردازیم. به کمک این مقاله شما می‌آموزید که چگونه با تحلیل دقیق عوامل مؤثر بر سایش، می‌توان از کاهش عمر مفید این قطعات جلوگیری کرد.
اهمیت سایش ناخن بیل مکانیکی در صنعت
ناخن بیل مکانیکی یکی از اجزای حیاتی ماشین‌آلات ساختمانی است که نقش مهمی در حفاری و جابه‌جایی مواد ایفا می‌کند. در پروژه‌های ساختمانی یا معدنی، سایش بیش از حد ناخن‌ها منجر به کاهش بهره‌وری، افزایش زمان خرابی و هزینه‌های اضافی تعمیر و نگهداری می‌شود. اجسامی که ناخن با آنها روبرو می‌شود، عمدتا سنگ معدن یا خاک هستند و ناخن بیل را بیشتر از حد معمول فرسوده می‌کنند. علاوه بر آن، کار با این مواد به ناخن بیل ضربه نیز وارد می‌کند. با کاهش این سایش و افزایش عمر مفید ناخن‌ها، عملکرد ماشین‌آلات بهبود یافته و هزینه‌های عملیاتی به طور چشمگیری کاهش می‌یابد.
دلایل اصلی سایش ناخن بیل مکانیکی و لودر
ابتدا باید با انواع مختلف سایش آشنا شویم. سه نوع اصلی سایش برای ناخن باکت بیل و لودر وجود دارد که به شرح زیر است:
• سایش ساینده
در اولین حالت سایش ناخن باکت بیل مکانیکی و لودر، ذرات سختی که در خاک یا سنگ هنگام حفاری و حمل وجود دارند به ناخن برخورد کرده و اصطکاک این برخورد باعث ایجاد خراش‌ها و سایش‌های کوچک یا بزرگی در بدنه ناخن می‌شود.
سایش ساینده در محیط‌های معدنی با خاک‌های سخت بسیار رایج است.
• سایش چسبنده
زمانی که دو سطح فلزی در تماس مستقیم با یکدیگر قرار می‌گیرند، تحت فشار و دمای بالا اتصالات موقتی بین این سطوح ایجاد می‌شود. در این فرآیند، قسمت‌های کوچکی از ماده از یک سطح به سطح دیگر منتقل می‌شوند. این نوع سایش معمولاً در شرایطی رخ می‌دهد که سطوح در تماس نزدیک و مستمر قرار دارند و اصطکاک بالا، باعث ایجاد دمای زیاد می‌شود.
• سایش ناشی از خستگی
این سایش، فرآیندی است که در آن تنش‌ها و فشارهای مکرر باعث ایجاد ترک‌های ریز در سطح ماده می‌شوند. با گذشت زمان، این ترک‌ها رشد کرده و به تدریج بخش‌هایی از ماده از سطح اصلی جدا می‌شوند. این نوع سایش در محیط‌هایی که تغییرات دمایی و بارگذاری نوسانی وجود دارد، قابل مشاهده است و می‌تواند عمر مفید قطعه را به طرز قابل توجهی کاهش دهد.
با شناخت دقیق انواع سایش، می‌توان راهکارهای مناسبی برای کاهش آن و افزایش دوام ناخن‌های بیل مکانیکی ارائه داد.
روش‌های مدل‌سازی سایش ناخن بیل مکانیکی
برای جلوگیری از سایش ناخن بیل مکانیکی، باید نحوه رخ‌دادن آن را پیش‌بینی کرد سپس برای جلوگیری از وقوع آن راهکارهایی ارائه داد. مدل‌های پیش‌بینی و آنالیز سایش در تحقیقات علمی به دو دسته کلی تقسیم می‌شوند:
• روش‌های تحلیلی
مدل‌های تحلیلی آنالیز بر پایه معادلات و فرمول‌های ریاضی ساخته شده‌اند و با استفاده از نرم‌افزارهای مختلف یک نتیجه کاملاً مناسب با هزینه مناسب به محققان ارائه می‌دهد. این روش‌ها به دلیل سادگی و سرعت بالایی که در برآورد تخمین‌های اولیه از میزان سایش دارند، مورد استفاده قرار می‌گیرند. بااین‌حال این روش‌ها یک عیب بزرگ نیز دارند. در شرایط پیچیده و واقعی که نیروها و شرایط عملیات حفاری دائماً در حال تغییر هستند، دقت لازم را ندارند. اگرچه این مدل‌ها جهت تشخیص روند کلی سایش مفید هستند؛ اما در شرایط پیچیده نیاز به مدل‌های دقیق‌تر احساس می‌شود.
• روش‌های شبیه‌سازی عددی
این مدل‌ها از تکنیک‌های محاسباتی پیشرفته مانند روش المان محدود (FEM) استفاده می‌کنند. FEM امکان تحلیل دقیق توزیع تنش‌ها و تغییر شکل مواد را فراهم می‌کند. همچنین، روش المان گسسته (DEM) برای بررسی تعامل ذرات با ناخن بیل مکانیکی به کار گرفته می‌شود. در برخی موارد، از دینامیک سیالات محاسباتی (CFD) نیز برای تحلیل تأثیر جریان سیالات بر سایش استفاده شده است. اگرچه این مدل‌ها زمان‌بر و پرهزینه هستند، دقت بسیار بالاتری در پیش‌بینی سایش ارائه می‌دهند و به مهندسان کمک می‌کنند تا طراحی ناخن بهینه‌ای داشته باشند.
نحوه پیش‌بینی سایش ناخن بیل مکانیکی و لودرها
باوجود تمامی این دستاوردهایی که آنالیزهای کامپیوتری دارند، مدل‌سازی سایش ناخن بیل مکانیکی همچنان با چالش‌های مهمی مواجه است. هزینه بالای شبیه‌سازی‌های عددی ممکن است برای همه تولیدکنندگان یا پیمانکاران مناسب نباشد؛ زیرا استفاده از نرم‌افزارها و سخت‌افزارهای پیشرفته برای اجرای مدل‌های عددی ممکن است هزینه‌های قابل‌توجهی را به همراه داشته باشد. همچنین، تغییرات ناگهانی در نوع خاک، دما و سایر شرایط محیطی موقعیت عملیاتی، می‌تواند مدل‌سازی را چالش‌برانگیز کند.
راهکارهای جلوگیری از سایش و فرسودگی ناخن
حال که با عوامل سایش و نحوه مدل‌سازی و اندازه‌گیری آن آشنا شدید، باید بدانید که چگونه از وقوع این اتفاق ناخوشایند تا حد ممکن جلوگیری کنید. راهکارهای متنوعی برای این کار وجود دارد که اولین آن تغییر در طراحی ناخن و جنس آن است. با تغییر ترکیب مواد به‌کاررفته در ناخن باکت بیل، می‌توان عمر آن را طولانی‌تر کرد. استفاده از آلیاژهای مقاوم و مواد کامپوزیتی می‌تواند مقاومت ناخن‌ها را در برابر تنش‌ها و فشارهای وارده افزایش دهد. راهکارهای دیگر به عبارت است از:
• پوشش سطح ناخن
به‌کارگیری پوشاننده‌های محافظ مانند پوشاننده‌های کاربیدی، تماس مستقیم فلز ناخن را با ذرات ساینده، کاهش داده و عمر مفید آن را افزایش می‌دهد. در برخی پروژه‌های بزرگ معدنی، استفاده از ناخن‌های با پوشش‌های کاربیدی، توانسته است عمر مفید آنها را تا حدود ۳۰ درصد افزایش دهد.
• شرایط عملیات حفاری
نوع خاک، دما، سرعت حفاری و سایر شرایط محیطی نقش مهمی در الگوی سایش ناخن بیل مکانیکی دارند.
• تغییر در طراحی ناخن
شکل و زاویه تیزی ناخن‌ها بر توزیع نیروهای وارده بر ناخن و کارایی حفاری تأثیر مستقیم دارد. قبلا در مورد انواع ناخن های بیل مکانیکی مقاله ای نوشته ایم که میتوانید مطالعه کنید:
کلام پایانی
سایش ناخن بیل مکانیکی، یکی از مسائل حیاتی در صنعت ماشین‌آلات ساختمانی است که با استفاده از مدل‌های تحلیلی و شبیه‌سازی‌های عددی قابل‌پیش‌بینی می‌شود. با بررسی انواع مختلف سایش و عوامل مؤثر آن، می‌توان به راهکارهایی دست‌یافت که از سایش زودرس جلوگیری کرده و عمر مفید ناخن‌ها را افزایش دهد. هرچند چالش‌هایی وجود دارد؛ اما می‌توان آنها را در پروسه طراحی ناخن حذف کرد.
در این مقاله از منبع زیر استفاده شده است:
منبع ۱
