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Der modernisierte Schaufelradbagger - Ganzheitlicher Ansatz zur Leistungsoptimierung

Schlecht, B. / Schulz, C.

Bereits die theoretischen Betrachtungen zur Simulation von Schaufelradantrieben lassen darauf schließen, dass die ganzheitliche Simulation, unter Beachtung der Reaktion des Oberbaus sämtliche, die den Grabprozess beeinflussende Größen erfassen kann. Analysen realer Messwerte des Drehmoments und der Drehzahl zeigen, dass Oberbauschwingungen maßgeblich die Dynamik beeinflussen können und die niedrigste Eigenfrequenz des Systems Schaufelradbagger darstellen. Die komplexe Rückkopplung zwischen Struktur, Grabprozess und Motorreaktion erlaubt nur eine bedingt getrennte Betrachtung der einzelnen Teilsysteme. Hierbei scheint theoretisch die vereinfachte Darstellung des Oberbaus zulässig und sinnvoll, insofern die exakte Abbildung der ersten Biege- und Torsionsschwingungen gewährleistet werden kann. Zuvor ist jedoch ein detailliertes Modell von Nöten, um die Eigenfrequenzen und deren Vektoren zu ermitteln. Nach Abschluss der Modellbildung können sowohl reale als auch synthetische Lastfälle simuliert und geeignete, die Dynamik senkende Veränderungen geschlussfolgert werden. Parallel dazu können Lastkollektive zur Berechnung der wahrscheinlichen Lebensdauer der Maschinenelemente des Triebstranges bestimmt werden. Ebenso lassen sich Abschätzungen zu Belastung der Oberbaustruktur treffen, gleichwohl eine Festigkeitsrechnung ein detailliertes FE-Modell des Oberbaus voraussetzen sollte. Die mit Hilfe der Zeit- und Frequenzrechnung herausgearbeiteten Haupteinflussgrößen stellen hierbei Stellgrößen für eine lebensdauerschonende Betriebsweise dar. Inwiefern sich die Erkenntnisse der Simulation des Baggers 293 auf bauähnliche oder kleinere Schaufelradantriebe übertragen lassen, muss sich durch Modellbildung dieser Antriebstränge zeigen. Die komplexen mathematischen Modelle des Grabwiderstandes und des Motors wurden daher bewusst adaptiv gestaltet. Aus selbigem Grund enthält das Grabwiderstandsmodell eine Datenbank der verschiedenen Baggertypen, sodass Kräfte und Momente problemlos für beliebige Modelle berechnet werden können. Neben einer Darstellung der prozentualen Verteilung der zum Grabvorgang aufgebrachten Leistung (Graben, Heben, Beschleunigen u.a.) liefert das Zusammenspiel des Grabwiderstandsmodells und des mechanischen Modells die für die dynamische Auslegung benötigten Lasten. Demnach wird sich eindeutig zeigen lassen, inwiefern dem Grabprozess folgende Prozesse (Schüttung, Förderweg, Fahren) und weitere externe Lasten (Windlast) zur Anregung des Gesamtsystems beitragen.