VII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2015

1. Введение

Современные системы автоматизированного проектирования, обеспечивающие сквозное проектирование сложных изделий и выполняющие большинство проектных процедур, имеют многомодульную, многомерную структуру. Многомерный подход в базах данных позволяет в одном проекте рассматривать многоузловую конструкцию с визуализацией каждого из узлов, а в узле детали. Причём детали можно поворачивать в 3 плоскостях. Модули различаются своей ориентацией на те или иные проектные задачи применительно к тем или иным типам устройств и конструкций. При этом возникают естественные проблемы, связанные с построением общих баз данных, с выбором протоколов, форматов данных и интерфейсов разнородных подсистем, с организацией совместного использования модулей при групповой работе [1 - 4].Но первичной задачей для таких систем является построение основного объекта, например механизированной крепи для крепления и управления в лавах по добыче угля

В свою очередь крепь как горная машина оснащена механическими и гидравлическими подсистемами. Но проектирование на современном уровне осуществляется с применением программных пакетов с помощью которых ведется разработка основного объекта, а с него может выполнятся деталировка для расчёта силовых и прочностных параметров и изготовления. Причем некоторые детали выполняются с применение 3d принтеров.

В этой связи на первом этапе внедрения САПР-технологий в Республике Казахстан считаем актуальным разработку 3D проектов и их внедрение в горной промышленности. Это отвечает основным требованиям и целям расширения и создания не сырьевых инновационных производств. Эта технология найдет применение на всех стадиях жизненного цикла изделий – в проектировании, в производстве и эксплуатации, для изучения предельных возможностей машин, обеспечения ресурса и безопасности конструкции и обеспечит экономическую эффективность, без которой невозможен успех в новых условиях рыночной экономике. Применение методов автопроектирования на пакетах САПР опирается и на коллективную работу программистов и специалистов по направлению, в данном случае, горного производства. Поэтому рассматриваемая работа выполнена двумя студентами с частичным разделением функций по предварительному применению пакета Adams и Ansys к существующей конструкции и получении на их основе новой с учетом полученных результатов. Заметим также, что примеров 3D проектирования крепи при поиске аналогов не было нами обнаружено. Поэтому возможность представить этот проект на сайте российской академии естествознания окажется нам полезным в смысле получения замечаний для дальнейшей работы.

Цель курсовой работы: проектирование механизированной крепи с целью изучения нагрузок в шарнирах лемнискатного механизма, при асимметричной нагрузке на перекрытие и ограждение при проектировании в 3D и разработка новых элементов схем крепи

1. Основные исходные данные

1.1 Рассматривается механизированная крепь комплекса КМ - 144 рис.1 и таблица основных характеристик

1.2 Разработать методику расчета кинематических параметров крепи в реальных условиях при её неравномерном нагружения.

1.3 Уточнить основные особенности расчета узлов крепи с учетом неравномерного нагружения.

Рисунок 1. Общий вид крепи КМ 144

1.  

   1. Общие характеристики крепи

Конструкционная высота 2700-5000 мм

Длина 5500 мм

Ширина 1400,1600 мм

Рабочее сопротивление стойки 1870 кН

Рабочее сопротивление секции 7500 кН

Шаг передвижки секции крепи 710 мм

Шаг установки секций 1500 мм

Рабочее давление в гидроцилиндре 32 МПа

2. Проектирование механизированной крепи

Подготовку к проектированию механизированной крепи выполним на основе программного пакета типа Adams.

Это связанно с тем, что последние используются для решения задач динамического нагружения конструкций и используют методы линеаризации уравнений динамики. При этом как следует из описания пакета на его основе решаются объёмные задачи и точность полученных данных вполне приемлема [9].

Adams - программный комплекс для виртуального моделирования сложных машин и механизмов и используется для разработки и совершенствования движущихся конструкций. С помощью Adams можно быстро создать в препроцессоре или импортировать из CAD-систем модель изделия, строя ее непосредственно. Выбрав связи узлов и нагрузки модели, определив кинематические параметры, запустив расчёт можно получить данные, близкие к результатам натурных испытаний системы (если связи и примитивы Adams выбраны корректно). Тогда, представление о работе машины будем иметь до изготовления опытного образца. Пользователю обеспечены:

• определение параметров машины, в области её работоспособности;

• необходимые габаритные размеры пространства, для её движущихся частей и объёмы модели с учётом работы в среде;

• определение нагрузок, и арактеристик приводов машины по скорости, мощности и т.п.;

• оптимизация параметров изделия.

Adams имеет:

• интуитивно понятный интерфейс - общий для многих САПР

• достаточная параметризация моделей - любые параметры прототипа могут быть связаны функциональной зависимостью, модификация какого-либо размера модели автоматически приводит к изменению её конфигурации и т.п.;

• эффективные средства визуализации результатов моделирования, включая анимацию и построение графиков.

Проблемно-ориентированные модули включают параметризованные виртуальные модели узлов и изделий соответствующих видов машин и механизмов и инструменты их создания. Adams имеет проблемно-ориентированные модули (модели автомобилей и гусеничной техники) и многое другое, однако нами не найдены модули для механизированных крепей в горной промышленности, что затрудняет задачу. Они либо не разработаны, либо не вышли из стадии опытно или опытно-промышленного проектирования. Поэтому в данной работе будет осуществлена попытка создания основных моментов методики используя примитивы Adams, и в тоже время с учетом полученных результатов выполнено показательного проектирование реального узла крепи - заднего ограждения на основе пакета Ansys обладающего мощными возможностями конечно-элементного моделирования.

Далее проанализируем конструктивные особенности крепи. Исследование нагруженности крепи для очистных выработок - важная задача для оптимизации её параметров и безопасности работ. Вначале проведём анализ плоской схемы крепи (рисунок 2) поддерживающе-оградительного типа с лемнискаты механизмом из двух рычагов - траверс (1,2 ) (четырёхзвенным) для обеспечения регулируемой податливости крепи при опускании поддерживающего перекрытия 3 и ограждения 4 с параллельным перемещением козырька 5 вдоль забоя. Имеются силовые гидроцилиндры: гидропатрон 6 для управления козырьком, гидростойка 7 и гидродомкрат 8 для управления углом установки перекрытия и ограждения. Рычаги, ограждение и козырёк соединены шарнирно. Вместо основания крепи рычаги прикреплены к "земле" 9, 10, что во многих условиях не влияет на расчёты нагруженности.

Adams - позволяет проектировать механизмы во взаимодействии их узлов и деталей и если рассмотреть одну деталь, то можно исследовать её влияние на соседние. Т. е. этот пакет можно отнести к средствам макромоделирования. Крепь КМ-144 отличается тем, что гидродомкрат 8 нижним концом соединён с основанием [5-8].

Создание модели крепи. Для создания элементов крепи используем элементы Link, масса которых зависит от установленных размеров и дается в режиме "по умолчанию" . Конструктивно этот элемент предельно простой и представляет собой призму, поэтому для уточнённого моделирования силового взаимодействия узлов необходимо изменить их массу, а также моменты инерции по основным осям в соответствии с реальной конструкцией крепи К - 144. На рисунках 3 - 8 этапы создания крепи с использованием вкладки Bodies . Слева мы приводим меню пакета соответствующее моменту рассмотрения, что удобно при повторном использовании работы в целях обучения. Здесь основания имеют свойство "закрепления к земле", что в дальнейшем позволит присоединить к ним элементы шарнирного четырехзвенника или как говорят на "Западе" лемнискатного механизма.

Открыв Adams (меню Adams View ) и выбрав нужную систему единиц расчёта, нажмём ОК и из появившегося меню (рисунок 3) выберем элемент Link - соединительное звено При создании звена достаточно отметить на экране его длину. По умолчанию ширина звена устанавливается в 10% от длины, а толщина в 5% от длины. Созданное звено имеет две красные точки. Одна из них позволяет изменять длину и ширину, а другая – длину и

ориентацию в собственной плоскости. Для создания соединительного звена: на палитре инструментов выбрать его значок;

на панели

установок определить статус (например grund или new part);указать, если необходимо значения длины ширины и толщины, отметив соответствующие

флажки и задав значения; указать курсором место,

Рисунок 3

где должно находиться звено, нажать левую кнопку и, не отпуская кнопки, двигать мышь в направлении длины до тех пор, пока звено не достигнет нужных размеров.

Вначале создадим элемент закреплённый к земле т.е. неподвижный, выбрав в первом окошке из меню статус grund, рисунок 3, где вместо меню звена типа Link использовано меню линии Polyline, но принципиальных различий на рисунках нет. Далее можно ввести размеры элемента, хотя для "земли" это не важно. Теперь создадим ограждение и затем рычаги четырехзвенника, также используя элемент Link, но теперь выбрав в первом окошке new part - новая деталь. Здесь же в меню устанавливаем размеры: длину, ширину (Lenght, width, depth), рисунок 4. При использовании Polyline устанавливалась длина и угол наклона линии Angle. Если хотим видеть модель в объёме, то нажимаем правый крайний кубик в самой верхней строке панели. Установки остальных элементов и рычагов производим по аналогии.

Рисунок 4. Создание основания и ограждения крепи (фото с экрана ПК).

На рисунке 5 мы повернули конструкцию так, что бы она была в пространстве 3d. Наложенное окно во первых даёт информацию о том как его активизировать, а так же ввести характеристики измененной в соответствии с параметрами реальной крепи массы и моментов инерции, которые являются основными элементами для характеристики предстоящего движения крепи (использована вкладка Bodies).

Рисунок 5. Изменение массы ограждения (фото с экрана ПК).

Рисунок 6. Создание перекрытия секции крепи(фото с экрана ПК).

Рисунок 7. Изменение массы перекрытия (фото с экрана ПК).

Поскольку дальнейшее построение связано с необходимостью проверять возможности движения элементов крепи, а затем всей крепи под действием нагрузки то заметим, что наши первичные движения будут происходить от действия веса рассматриваемого звена (пока мы силы не прилагаем). Это вполне достаточно для проверки первичной кинематики движения. Также отметим что для данной крепи движение козырька при опускании или при подъеме в рабочем диапазоне этих величин должно происходить параллельно забою (в данном случае вертикально). Именно в этом заключается одна из целей установки лемнискатного механизма. Но для обеспечения такой траектории следует соответствующим образом определить длины рычагов лемнискатного механизма расстояния между его шарнирами по вертикальной и горизонтальным осям. В построении приведенном ниже мы использовали уже оптимизированные размеры. Так как в пакете Adams оптимизацию выполнить затруднительно из за необходимости перестройки схемы при каждом изменении размеров рычагов - это длительно и трудоёмко. Поэтому оптимизацию мы провели на основе собственно разработанной программы воспользовавшись простыми операторами VBA в Excel и его графическими возможностями, когда меняя размеры в таблице можно сразу же получать траекторию нужной точки [2]. В Adams это сделать сложнее так как надо иметь более высокий уровень программирования и использовать отдельно написанный модуль. Кроме того следует иметь и другое решение на основе которого можно провести проверочные расчеты. Поскольку Adams закрытая от изменений система и многие тонкости работы с ним доступны только разработчикам.

Вкладку Simulation Control используем для уже подготовленного движения деталей, узлов и целой машины и это лучше делать в рабочем диапазоне выделеного для нашей машины, например наша секция крепи при вынимаемой мощности пласта 3-4 м. смещается на 1 - 1, 5 м.

Окно имея интуитивно понятный интерфейс позволяет управлять временем просмотра всех этапов движения.

Рисунок 8. Создание задней траверсы (фото с экрана ПК).

На рисунках 8 и других мы использовали наложенное окно Simulation Control поскольку создавая шарнирное соединение мы проверяем его работу в движении. Затем, когда будет установлен верхний и нижний ряд траверс, для создания шарнирного четырехзвенника используем вкладку Connectors. Эта вкладка обеспечивает связи между элементами, шарниры, включая шаровые, поступательные связи и т.п. Щелкает по пиктограмме шарнира (он напоминает дверную петлю), наводим курсор на рычаг, который связываем, после появления в окне имени этого узла щелкнем левой клавишей мыши ЛКМ, затем переводим курсор на основание и когда появится слово grund другого соединяемого элемента делаем очередной щелчок ЛКМ. Теперь остаётся перевести курсор в точку куда собирались вставить шарнир там появляется кружок и после щелчка ЛКМ он превращается в изображение шарнира. Т.е. мы соединили рычаг траверсы с основанием. Понятно что можно соединять и два элемента типа Part.

Рисунок 9. Создание передней траверсы

и изменение массы элементов траверсы (фото с экрана ПК).

Рисунок 10. Создание шарнирных соединений (фото с экрана ПК).

Важным моментом при 3 d проектировании это использование для построения конструкции трёхмерных координат, когда основные точки мы

задаем табличным способом, рисунок 11 -12

Рисунок 10. Таблица точек (фото с экрана ПК).

Рисунок 11. Таблица точек (фото с экрана ПК).

При создании козырька, заменяем силу, создаваемую гидроцилиндром, пружиной, так как она более всего соответствует предъявляемым требованиям, рисунок 13

Рисунок 12. Создание козырька (фото с экрана ПК).

Рисунок 13. Создание консоли и пружины имитирующей гидроцилиндр (гидропатрон) для поджатия консоли (фото с экрана ПК).

Пружина относится к силовым элементам и находится во вкладке Forces. Когда жесткости пружины будет не хватать для удержания конструкции начнётся просадка пружины. Пружина установливается по начальной и конечной точке. В отличии от реального случая сопротивление пружины будет возрастать тогда как в гидростойке оно должно быть постоянным [12]. Можно было бы решить задачу и по другому вставив вместо пружины жесткий элемент или постоянной силы.

Моделирование действия гидростоек можно провести исходя из максимальной нагрузки срабатывания предохранительного клапана. В этом случае с учетом изменения направления силы от гидростойки на перекрытие и основание попытаемся использовать меню пакета для установки силы на две точки принадлежащие конструкции. Меню Twobodies (два тела) позволяет установить направление силы вычисляется по двум точкам тел, между которыми действует сила. В этом случае направление силы постоянно меняется в соответствии с рисунком 14. Таким образом мы сможем вычислять нагрузки крепи при её просадке под действием горного давления. Для использования меню следует войти во вкладку Forces, рисунок 15

Рисунок 14

Рисунок 15. Создание силы имитирующей действие гидростоек перекрытия (фото с экрана ПК).

Далее устанавливаем силу для гидростойки между основанием и ограждением крепи, рисунок 16. Также выполним перегрузку одной из гидростоек, что бы имитировать неравномерное нагружения секции, рисунок 18.

Рисунок 16. Создание силы имитирующей гидростойку перекрытия (фото с экрана ПК).

Рисунок 17. Создание силы имитирующей гидроцилиндр ограждения (фото с экрана ПК).

Рисунок 18. Замещение симметричной силы на асимметричную действующую на перекрытие (фото в момент подготовки вкладки Simulation).

При симуляции движения крепи на рисунках 19, 20 красные линии указывают направления действия сил. Величины сил нарушающих симметрию выбирались из условия близости величин действия и противодействия.

Рисунок 19. Симуляция движения крепи (фото с экрана ПК).

Рисунок 20. Симуляция движения крепи (фото с экрана ПК).

На рисунке 21 указаны шарниры лемнискатного механизма в которых будут замеряться усилия отпора при смещении крепи. Заметим, что ранее мы выявили факт противоположной направленности усилий в верхних и нижних рычагах траверсы

Рисунок 21- Симуляция движения крепи (фото с экрана ПК).

Рассматриваем диаграммы нагрузок в шарнирах 5 и 7 (рисунок 22) под воздействием симметричных и асимметричных нагрузок

Рисунок 22. Диаграмма нагрузок в шарнирах 5 и 7 под действием симметричной нагрузки на перекрытие (фото с экрана ПК).

Рисунок 23. Диаграмма нагрузок в шарнирах 5 и 7 под действием асимметричной нагрузки на перекрытие (фото с экрана ПК).

Рисунок 24. Диаграмма нагрузок в шарнирах 5 и 7 под действием симметричной нагрузки на ограждение (фото с экрана ПК).

Рисунок 25. Диаграмма нагрузок в шарнирах 5 и 7 под действием асимметричной нагрузки на ограждение (фото с экрана ПК).

3. Проектирование траверсы с ассиметричной нагрузкой (Ansys)

Следующая задача заключается в учёте созданной в Adams возможности для учёта несимметричной нагрузки на конструктивные элементы крепи, в данном случае траверсы, которая соединяет ограждение и основание крепи. Мы выбрали достаточно простую конструкцию траверсы состоящую из толстолистовой стали, где два рычага с верхними и нижними проушинами соединены за счёт сварки двумя листами. Между листами могут быть установлены и ребра жесткости. Мы несколько упростили конструкцию, но она технологичнее и изготовить её проще. Исходя из опыта использования таких конструкций листы будут гораздо меньше продавливаться породными блоками, а значит ремонт траверсе не понадобиться. Нижними проушинами траверса соединяется с проушинами основания, а верхними с проушинами ограждения. Надо получить такой проект, который позволял бы нагрузки в рычагах полученные в Adams перенести в нашу модель на Ansys и получить её напряженно-деформированное состояние, которое в свою очередь позволит судить о прочности конструкции в рассматриваемых условиях. Заметим, что возможности Adams таковы, что такую задачу можно решить и в нём самом, как и наоборот эту задачу можно было решить используя только Ansys, но в нашем случае мы используем лучшие стороны этих пакетов. Иначе говоря макромоделирование лучше провести в Adams, а микро - в Ansys. Необходим и авторский пакет для контроля результатов. основные же проектные работы лучше произвести в пакетах типаSolidWorks - AutoCad, [6, 9-11] Kompas 3d, рисунок 26

Рисунок 26. Оптимальное взаимодействие пакетов САПР при проектировании

Программирование поставленной задачи проведем комплексным методом в основе которого разработка текстового командного файла с использованием при затруднениях меню A n s y s с последующим сохранением автокода в log - файле [9].

KEYW,PR_SET,1 ! подготовка

! объёмной задачи

KEYW,PR_STRUC,1

KEYW,PR_THERM,0

KEYW,PR_FLUID,0

KEYW,PR_ELMAG,0

KEYW,MAGNOD,0

KEYW,MAGEDG,0

KEYW,MAGHFE,0

KEYW,MAGELC,0

KEYW,PR_MULTI,0

KEYW,PR_CFD,0

/GO

/prep7! вход в препроцессор

ET,1,SOLID92 ! выбор конечного !элемента

! характеристики материала

MPTEMP,,,,,,,,

MPTEMP,1,0

MPDATA,EX,1,,2e11

MPDATA,PRXY,1,,0.3

! работаем в системе СИ

/units,si

! построение геометрии

R=50

L=700

F=l+100

r2=100

h=400

l2=l-r

h2=60

t=30

t2=100

l3=500

K,1,0,0,0

K,2,-r2,0,0

K,3,0,r2,0

K,4,r2,0,0

K,5,-R,0,0

K,6,0,R,0

K,7,R,0,0

K,8,0,-R,0

K,9,0,-l,0

K,10,-r2,-l,0

k,11,0,-f,0

K,12,r2,-l,0

K,13,-R,-l,0

K,14,0,-R-l,0

K,15,R,-l,0

K,16,0,R-l,0

K,17,0,0,h

K,18,-r2,0,h

K,19,0,r2,h

K,20,100,0,h

K,21,-R,0,h

K,22,0,R,h

K,23,R,0,h

K,24,0,-R,h

K,25,0,-l,h

K,26,-r2,-l,h

K,27,0,-f,h

K,28,100,-l,h

K,29,-R,-l,h

K,30,0,-R-l,h

K,31,R,-l,h

K,32,0,R-l,h

K,33,r2,-h2,0

K,34,r2,-l2,0

K,35,r2,-l2,l3

K,36,r2,-h2,l3

K,37,-r2,-h2,0

K,38,-r2,-l2,0

K,39,-r2,-l2,l3

K,40,-r2,-h2,l3

L,2,10

L,4,12

LARC,2,3,1,100

LARC,3,4,1,100

LARC,5,6,1,R

LARC,6,7,1,R

LARC,7,8,1,R

LARC,8,5,1,R

LARC,10,11,9,100

LARC,11,12,9,100

LARC,13,14,9,R

LARC,14,15,9,R

LARC,15,16,9,R

LARC,16,13,9,R

L,18,26

L,20,28

LARC,18,19,17,100

LARC,19,20,17,100

LARC,21,22,17,R

LARC,22,23,17,R

LARC,23,24,17,R

LARC,24,21,17,R

LARC,26,27,25,r2

LARC,27,28,25,r2

LARC,29,30,25,R

LARC,30,31,25,R

LARC,31,32,25,R

LARC,32,29,25,R

L,33,34

L,34,35

L,35,36

L,36,33

L,37,38

L,38,39

L,39,40

L,40,37

AL,1,3,4,2,10,9

AL,5,6,7,8

AL,11,12,13,14

AL,15,17,18,16,23,24

AL,19,20,21,22

AL,25,26,27,28

AL,29,30,31,32

AL,33,34,35,36

ASBA,1,2

ASBA,9,3

ASBA,4,5

ASBA,2,6

VOFFST,1,t2

VOFFST,3,t2

VOFFST,7,-t

VOFFST,8,t

VGLUE,ALL

FINISH

/prep7

RECTNG,-r2*0.6,r2*0.6,-r2*1.1,-l+r2*1.1,

FLST,2,1,5,ORDE,1

FITEM,2,1

VEXT,P51X, , ,0,0,70,,,,

FLST,2,4,6,ORDE,2

FITEM,2,5

FITEM,2,-8

VSBV,P51X, 1

k,101,-r2*0.6,-l+r2*1.1,l3

k,102,r2*0.6,-l+r2*1.1,l3

k,103,-r2*0.6,-l+r2*1.1,l3-70

k,104,r2*0.6,-l+r2*1.1,l3-70

k,105,-r2*0.6,-r2*1.1,l3

k,106,r2*0.6,-r2*1.1,l3

k,107,-r2*0.6,-r2*1.1,l3-70

k,108,r2*0.6,-r2*1.1,l3-70

V,101,102,104,103,105,106,108,107

/GO

SFA,P51X,1,PRES,1111

EQSLV,PCG,1E-8

FLST,2,4,6,ORDE,2

FITEM,2,2

FITEM,2,5

FITEM2,-6

FITEM,2,8

VSBV,P51X, 1

FLST,2,4,5,ORDE,4

FITEM,2,18

FITEM,2,-19

FITEM,2,33

FITEM,2,-34

/GO

DA,P51X,ALL,

FLST,2,2,5,ORDE,2

FITEM,2,28

FITEM,2,-29

/GO

FLST,2,2,5,ORDE,2

FITEM,2,28

FITEM,2,-29

/GO

SFA,P51X,1,PRES,1111

FLST,2,2,5,ORDE,2

FITEM,2,12

FITEM,2,15

/BATCH

/input,menust,tmp,'',,,,,,,,,,,,,,,,1

WPSTYLE,,,,,,,,0

/INPUT,'1','txt','H:',, 0

MSHKEY,0

MSHAPE,1,3d

FLST,5,5,6,ORDE,5

FITEM,5,1

FITEM,5,-2

FITEM,5,5

FITEM,5,-6

FITEM,5,8

CM,_Y,VOLU

VSEL, , , ,P51X

CM,_Y1,VOLU

CHKMSH,'VOLU'

CMSEL,S,_Y

VMESH,_Y1

CMDELE,_Y

CMDELE,_Y1

CMDELE,_Y2

finish

На рисунке 27 приведена схема задания несимметричной нагрузки левый шарнир и закрепления (нижние шарниры), а также картины напряжений и деформаций рисунки 28, 29

Рисунок 27 Задание нагрузки на шарнир задней траверсы (фото с экрана ПК).

Рисунок 28 Нагрузка на шарнире задней траверсы (фото с экрана ПК).

Рисунок 29 Деформация задней траверсы (фото с экрана ПК).

Рисунок 30 Деформация задней траверсы (фото с экрана ПК).

Рассмотренная крепь в лаве прижата перекрытиеми консолью к кровле, но ограждение чаще всего наклонено и пприжимается сходящими с перекрытия породами кровли, что увеличивает давление и на перекрытие, так, что оно наклоняется уменьшая давление на кровлю, что считается недостатком поскольку может привести к вывалам пород в рабочее пространство крепи. Но некоторые исследователи считают, что этот наклон имеет и положительные свойства. Так породы сходят с консоли и перекрытия плавно без резкого обнажения и снятия подпора уступа пород над крепью поэтому уменьшаются резкие толчки над рабочим пространством в забое. Статистика же говорит о том, что такие крепи применяются значительно чаще, чем крепи имеющие вертикально установленное ограждение или чем крепи имеющие постоянно наклонное ограждение без лемнискатного механизма. Первые (КМ - 130) в Караганде уже вообще не применяются, а вторые хотя и применяются, но поступают на шахты с ремонта так как новые уже не приобретаются. Постоянно наклонное перекрытие плохо тем, что разрушение устойчивой кровли способно привести к резким ударам на перекрытие из-за возможности набрать падающему блоку ускорение. А также из за того что шарнирно присоединенное перекрытие при просадке изменяет зазор между козырьком (консолью) и забоем не обеспечивая требование безопасности для очистного оборудования. В тоже время конструкция таких крепей проще, а если обеспечить высокое расположение шарнира к которому крепится перекрытие, то можно выиграть и в свободном сечении под крепью для вентиляции и размещения персонала. Это и привело в данной работе к идее установить поступательно шарнирную связь ограждения и перекрытия вместо лемнискатного механизма. В прообразе такой крепи (Пиома) поступательная связь хотя и имеется, но зафиксирована специальным пальцем. И можно только в зависимости от вынимаемой мощности пласта устанавливать её в двух положениях. Поэтому вместо пальца предложена поступательная связь, которая может, если это необходимо регулироваться настройкой гидравлического замка. При достижении некоторого давления связь позволяет смешаться перекрытию без проворота в шарнире крепления к ограждению. В тоже время возможен и такой режим когда перекрытие максимально поднято к кровле и оно смещается вниз параллельно самому себе.

4. Поступательно вращательная (плоскопараллельная) связь(Adams).

Основными составными частями крепи типа «Пиома» являются:

1. Основание;

2. Механизм плоско-параллельного движения;

3. Ограждение;

4. Перекрытие;

5. Козырек;

6. Гидростойки.

Общий вид крепи

Рисунок 31. Механизированная крепь типа «Пиома»

Создание модели крепи. Создаем модель крепи по ее составным частям. При помощи точек связываем составные части крепи. Моменты построения мало чем отличаются от построения крепи, рисунок 32 с

Рисунок 32. Создание механизма плоско-параллельного движения

лемнискатным механизмом.

Рисунок 33. 3D вид основания и механизмов плоско-параллельного движения крепи

Рисунок 34 . Создание ограждения крепи и её 3D вид модели, плоскопараллельная связь и перекрытие будут соединены шарниром вращения

Рисунок 35. Создание перекрытия и козырька

Рисунок 36. Таблица координат точек

Рисунок 37. Имитация работы гидроцилиндров при помощи нагрузок SFORCE_1 и SFORCE_2

Рисунок 38. Общий вид модели в 3D и запуск симуляции модели крепи

Рисунок 39. Симуляция движения модели крепи

На рисунках 39 и 40 представлено, что обеспечивается опускание перекрытия параллельно самому себе и груди забоя, т.е. ползуны в задней части вместе с перекрытием смещаются вниз.

Рисунок 40. Симуляция движения модели крепи при параллельно самому себе опусканию перекрытия

После симуляции движения крепи, рассмотрим диаграммы нагрузок в шарнирах 5 и 6, связывающие механизм плоско-параллельного движения (ППД) и ограждение крепи. Покажем как получить информацию о шарнирах или других деталей крепи.

Рисунок 41. Поиск информации о шарнире 5

Рисунок 42. Информация о шарнире 5

На рисунках 44 меню для задания силы сопротивления между основанием и деталью 8 механизма ППД SFORCE 3, а затем и 4, предполагая , что сочетанием сил в ППД, на гиростойках, и сил давление на крепь можно оптимизировать поджатие перекрытия к кровле исходя из различных горнотехнических условий.

Рисунок 43. Информация о шарнире 6

Рисунок 44. Задать сопротивление в механизме ППД Joint 5 и Joint 6

Рисунок 45. Величина сопротивлений в механизме ППД

Рисунок 46. Запуск симуляции… перекрытие опускается до критической точки..

При моделировании движения крепи зафиксирован момент когда в результате разбаланса сил действующих на конструкцию происходит перестройка схемы взаимодействия перекрытия с кровлей, рисунки 46 и 47.

Рисунок 47. ..После чего задняя часть ограждения поднимается, прижимаясь к кровле.

Рисунок 48. График нагрузок по оси Zи Y, колебания по оси Z незначительны относительно оси Y.

Рисунок 49. График нагрузок на шарнир Joint_5 по всем осям

Рисунок 50. График нагрузок на шарниры Joint_5 и Joint_6 совпадают, так как нагрузки симметричны…

Рисунок 51. Задаем не симметричную нагрузку на стойки

Рисунок 52. Графики при нулевой силе на ближней стойке

Рисунок 53. График в момент подъема задней части ограждения.

На это может оказать влияние много внешних факторов связанных с проявлением среды и внутренних непосредственно зависящих от конструктивных и силовых параметров крепи. На рисунках также представленна и возможность выводить эти факторы на графики отражающие процесс движения крепи. Очевидна также и возможность улавливать перегрузки и несимметричности в нагружении тех или иных элементов. Это позволит выстроить безопасную систему эксплуатации крепи, а также учесть реальные особенности работы крепи при проектировании, а также выбрать оптимальную конструкцию и особенности соединения узлов крепи по виду подвижности и степеням свободы соединений. Заключение.

Использование САПР программных пакетов позволяет существенно повысить скорости и увеличить возможности проектирования, когда характер взаимодействия узлов крепи уже достаточно точно получаем в моде Для макромоделирования оптимально использовать Adams, а для микромоделирования Ansys, при этом для контроля соответствия и точности решения следует иметь авторскую программу расчета с помощью которой производится тестирование или оптимизация отдельных параметров машины

С помощью пакета Adams можно изучать асимметричное нагружение механизированных крепей в лаве, и их воздействие возникающих на шарниры лемнискатного и устройства совмещенного плоско параллельного движения. Такие нагрузки судя по изучению графиков нагружения гидростоек автоматизированной крепи Glinik, применяющихся в Карагандинском угольном бассейне реально действуют в конструкциях. При моделировании оно может быть обеспечено пространственным решением. Так в работе кроме сил действующих на перекрытие от гидростоек смоделирована не симметричная нагрузка со стороны кровли на перекрытие и ограждение, что достигнуто смещением силы от центральной точки. Получены графики опорных реакций в этих устройствах в зависимости от нагрузок при смещении секции крепи вниз. Это позволило перейти к расчету узлов крепи по полученным внешним для узлов нагрузкам. Так имея проект 3d траверсы рычажного четырехзвенника можно оптимизировать её конструкцию использовав пакет Ansys. На основе пакета получены картины деформаций и напряжений действующих в трёх плоскостях.

В будущем с помощью этого пакета можно будет исследовать возможность задания ассиметричной нагрузки в гидростойках крепи с целью уравнять нагрузки в шарнирах для их большей долговечности. Причем эту систему легко автоматизировать. Моделирование открывает новые возможности проектирования с точки зрения оптимальности конструкций, а также обеспечения необходимых по функциональным возможностям и безопасности степеней свобод и видов подвижных связей между узлами крепи.

Использованная литература:

1. Норенков И.П., Маничев В.Б. Основы теории и проектирования САПР. Учебник для втузов. –М.: Высшая шк., 1990. –335 с.

2. Системы автоматизированного проектирования: Учеб.пособие для втузов: В 9 кн. / Под ред. И.П. Норенкова. –М.: Высш.шк., 1986.

3. А.Б. Каплун, Е.М. Морозов, М.А. Олферьева «ANSYS в руках инженера, практическое руводство»,-М.2003

4. Нургужин М.Р., Даненова Г. Т. Инженерные расчёты в ANSYS: сборник примеров, Караганда 2006 319 с.

5. Пивень Г.Г., Климов Ю.И. Имитационное моделирование гидромеханических систем (математические модели): учеб.пособие / КарГТУ. – Караганда, 2004. – 106 с.

6. Басов К.А. ANSYS в примерах и задачах / Под общей редакцией Д.Г. Красковского. – М.: КомпьютерПресс, 2002. – 224 с.

7. Бейсембаев К.М., Шащянова М.Б. Основы системного анализа в базах данных. Караганды, Болашак-Баспа, 2008, 208 с.

8. Бейсембаев К.М., Жетесов С.С. Практические аспекты разработки промышленных информационных систем. Караганда 2009, изд-во КарГТУ, 207 с.

9. Бейсембаев К.М., Жетесов С.С., Демин В.С., Малыбаев Н.С., Шманов М.Н. Практические и исследовательские аспекты авто проектирование горных машин в 3d. Караганда 2012, изд-во КарГТУ.

10. Бейсембаев К.М., Жетесов С.С., Шманов М.Н. Геомеханические основы разработки угля в нестационарных системах. Караганда 2009, изд-во КарГТУ, 207 с.

11. Конюхов А.В. Основы анализа конструкций в ANSYS / Казанский государственный университет, Казань 2001, Электронные материалы

12. Кудинов В.А., Карташов Э.М. Гидравлика / Москва, «Высшая школа», 2007, 199с.

Код для цитирования: Скопировать