Ocak lokomotiflerinde tahrik mili yenilme nedenlerinin incelenmesi
Investigation of causes of fatigue failures in driving shafts of mine locomotives
Yazar: NİHAL EKMEKCİ
Danışman: PROF. DR. NURİ ALİ AKÇIN
Zonguldak Karaelmas Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Maden Mühendisliği Bölümü / Maden Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2009
Konu: Maden Mühendisliği ve Madencilik = Mining Engineering and Mining

Özet:
Bir maden işletme metodunun başarıya ulaşabilmesi için düzenli çalışan ve iyi organize edilmiş bir taşıma sistemi şarttır. Madencilikte taşıma işi öncelikle personelin taşınması, sonrasında ise donanım, malzeme ve üretilen cevherin taşınmasını kapsar. Yerüstü şartları, ihtiyaca göre organizasyondaki değişikliklere izin verirken; yeraltında, yer ve hacim darlığı nedeniyle değişen şartlara göre düzenleme yapmak çok daha zordur. Bu sebeple, taşıma işinin tesisin ilk kurulma aşamasında iyi organize edilmiş olması gerekir. Bundan dolayı, taşıma işi gerek madencilikte gerekse diğer tüm iş sahalarında öncelikli öneme sahiptir ve gelişmiş endüstri ülkelerinin bu işe verdiği önem tartışmasızdır. Madencilikte; zincirli oluk, lastik bantlı taşıma sistemlerinin yanı sıra raylı taşıma sistemleri yaygın olarak kullanılmaktadır. Lokomotif millerinde meydana gelecek yenilmeler; işlerin büyük ölçüde aksamasına, çalışma ahenginin ve iş akışının bozulmasına ve iş hevesinin azalmasına yol açmakta ve yenilen milin tamir maliyeti ile birlikte ekonomik kayıplara sebep olmaktadır.Bu çalışmada, Türkiye taşkömürü Kurumu (TTK)'da kullanılan ve yenilmelerin sıkça görüldüğü ocak lokomotif millerinde meydana gelen yenilmelerin nedenleri incelenmiş ve önlenmesinde etkili olabilecek çözüm önerileri sunulmuştur. Çalışma kapsamında öncelikle, TTK'dan yenilen miller ile ilgili bilgiler alınmış ve problemin çözümü için denenen yöntemler incelenmiştir. Bunu takiben, literatürde bu konu ile ilgili yapılan çalışmalar incelenmiştir. Bir sonraki aşamada, yenilmelerdeki benzerlik ve farkların görülmesi için yenilen millerin görüntüleri toplanmıştır. İşletmede bir lokomotif takibe alınarak taşıdığı yük, kat ettiği mesafe vb. istatistiksel bilgiler elde edilmiştir. Lokomotif ve vagonların bilgisayar ortamında simülasyonunun yapılabilmesi için sanal bir prototipi hazırlanmıştır. Sonrasında, sanal prototip ile elde edilen sonuçlarının karşılaştırılması amacıyla, seçilen bir lokomotif ve güzergah üzerinde saha ölçümleri yapılmıştır. Karşılaştırma işlemi sonrasında, saha ölçümü ile sanal prototip simülasyon sonuçlarının birbirleri ile uyumlu olduğu görülmüştür.Yapılan tüm bu incelemeler neticesinde, yenilen millerde çatlak çekirdeklenmesi ve ilerlemesinin 17 tonluk lokomotif millerinde, petegres (mil yatağı) sonundaki mil kademesinde, 9 tonluk akülü lokomotiflerde ise kama yuvası etrafında oluştuğu görülmüştür. Simülasyon sonuçları ve saha ölçümleri, milin yenilmelerinde en büyük etkinin, ray hatları üzerindeki düzensizliklerinden kaynaklandığını ortaya koymuştur. Raylardaki düzensizliklerin etkisi özellikle eğim ve kurba dönüşlerinde artmakta, bu bölgelerde mil üzerindeki ortalama kuvvetleri düşerken, genlik kuvvetleri nominal düzeyin 10 katına kadar çıkmaktadır. Bu durum işletme sırasında millerde çatlak çekirdeklenmesi ve ilerlemesini saylayacak oranda kuvvetlerin arttığına işaret etmektedir. Ayrıca lokomotiflerin gerek fazla sayıda dolu vagonlar ile yüklenmesi ve gerekse de yüksek eğimli ray hatlarından ötürü milde burulma momentlerinin artarak yenilme üzerinde etkili olduğu görülmüştür. Ayrıca mil yenilmesinin önlenebilmesi için öneriler sunulmuştur.

Abstract:
There must be a good organized conveying system for achievement of managing method. Mining facilities cover workers, hardware, materials and produced mine transportation. Although ground facilities can be organized with the requirements due to flexibilities in ground conditions, it is very difficult to rearrange the underground facilities under altered circumstances due to lack of field and volume. Therefore, it is required to organize transportation facilities carefully when a mining site is founded. Transportation facilities have a predominant place not only in mining industry but also for all production plants in industry and therefore the given importance is indisputable for countries that have developed industries. Belt and chain conveyors and railway systems are commonly used in mining. Shaft failures in locomotives cause disruption of the production, deterioration in the working harmony and succession and decrease in working interest and all of these results in financial losses together with maintenance costs.In this study, reasons of fatigue failures in driving shafts of mining locomotives that are used in TTK and frequently exposed to failures are investigated and possible effective solutions are presented. To do this, data were collected from TTK and previous attempts to prevent failures were examined. Then, related literature on the subject is studied. After that, failed shafts were photographed to observe the similarities and differences. A locomotive is followed to get statistical data in operation such as the carried load, distance etc. After that, a virtual prototype is developed to simulate the locomotive in computer environment. Then, on-site measurements were conducted on a selected locomotive and track to compare the results of virtual prototype. After the comparisons, it was observed that the virtual prototype results are well agreed with the measurements.Crack initiation and propagation were observed on the shaft step that is next to the support box in 17-ton locomotives and around the keyway of the shafts in 9-ton locomotives. Results of simulations and on-site measurement have revealed that the main factor that causes failures is the track irregularities. The effect of irregularities increases as the track curves or inclined that resulted in decrease in mean and increase in amplitude forces as much as 10 times than the nominal values. These results point out that the varying forces are high enough to initiate and propagate a crack in the shaft. Moreover, not only filled wagons but also highly inclined tracks will cause high torsion on the shaft that yields failures. In addition, some suggestions are presented for preventing shaft failures.