IX Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2017

 Проходческие комбайны со стреловидным исполнительным органом 3

1.1 Семейство комбайнов ГПКС 3

1.2 Комбайны 4ПП2М и 4ПП2Щ 5

1.3 Комбайн 4ПП5 8

2 Введение В ANSYS 13

2.1 Понятие микро и макро моделирования 13

2.2 Основное назначение ANSYS 13

2.3 Как организована программа ANSYS 14

2.4 Командный режим в ANSYS 15

2.5. Определение единиц измерения 16

3 Проектирование и расчет 16

3.1 Блок команд 16

3.2 Проектирование модели в ANSYS 19

Заключение 28

Список литератур 29

Введение

Распространенность ANSYS в среде инженеров-расчетчиков, обусловленная широкими возможностями программы в области решения сложных проблем механики деформированного твердого тела, теплообмена, гидродинамики и электромагнитных полей, а также адаптированностью программы к конечному пользователю, не могла не вызвать потребности в специальной литературе. Надо сказать, что это общая тенденция.

Процесс технического перевооружения ведущих промышленных предприятий, головных отрослевых НИИ и т.д., имеющий место в настоящее время, и альтернативы которому нет ввиду жесткой конкуренции на отечественном и мировом рынках,требует в числе прочнго и обновления материального обеспечения для задач инженерного моделирования. Это так называемые системы автоматизированного проектирования, главной задачей внедрения которых является снижение издержек и сжатие сроков проектирования и производства, за счет замены реальных процессов прототипирования, макетирования,испытаний и т.д. – их виртуальными аналогами. Рост числа рабочих мест САПР на предприятиях, несмотря на нынешние трудности, есть объективное обстоятельство, из которого вытекант факт востребованности на рынке труда специалистов, владеющими подобными технологиями, - в данном случае технологией проведения инженерного анализа с помощью САЕ-системы ANSYS.

Целью курсового проекта является закрепление лекционного материала и навыков, приобретенных нами в процессе выполнения лабораторных и практических работ по автоматизированному проектированию технических объектов, представляющих собой сложные механические системы современных горных машин и устройств, с гидропневмо и электроприводом применяемых в горных работах. В даном случае будет рассмотренна методика расчета проходческого комбайна и в частности его стреловидного исполнительного органа. Эта задача интересна и тем, что эта сложная проблема актуализируется и особым вниманием к камерным технологиям разработки пластовых месторождений. В отличии от лавных, применяющихся ныне, они в несколько раз мобильнее и в них проще всего применить роботизации основных процессов. Тема интересна и тем, что она созвучна поисковым работам по созданию изгибающейся в 3D выемочно транспортной цепочки на базе скребкового конвейер - поезда.

1 Проходческие комбайны со стреловидным исполнительным органом 1.1 Семейство комбайнов ГПКС

Семейство проходческих комбайнов ГПКС (ГПКС, ГПСКП, ГПСКВ и ГПСКН) предназначено для проведения горизонтальных и наклонных подготовительных горных выработок по углю и смешанному забою с присечкой породы с f ≤ 4 абразивностью до 10 мг и почвах, допускающих давление не менее 0,065 МПа.

Техническая характеристика комбайнов

Комбайн ГПКС (рис. 2.1) состоит из стреловидного исполнительного органа с конической или цилиндрической отбойной коронкой, погрузочного устройства с подъемно-поворотным конвейером, рамы с механизмом передвижения, электрооборудования с магнитной станцией, гидравлической системы и средств пылеподавления.

Исполнительный орган комбайна ГПКС состоит из электродвигателя, редуктора, рамы исполнительного органа, стрелы и отбойного органа с резцовым инструментом. С помощью гидроцилиндров телескопического выдвижения редуктор с электродвигателем, стрелой и отбойным органом может выдвигаться на 500 мм. Рама исполнительного органа опирается шарнирно на опорно-поворотное устройство, которое с помощью гидроцилиндров поворота передает исполнительному органу перемещение в горизонтальной плоскости.

Рис. 1.1. Комбайн ГПКС

Гидроцилиндры, прикрепленные шарнирно к раме исполнительного органа и опорно-поворотного устройства, перемещают исполнительный орган в вертикальной плоскости. На конце стрелы помещен отбойный орган, изготавливаемый в двух вариантах, каждый из которых оснащен резцами РКС1 или РКС2. Отбойным органом конической формы, закрепляемым на главном валу стрелы, имеющим левое вращение, комплектуют комбайны ГПКСП, ГПКСВ и ГПКС. Цилиндрическим двухбарабанным отбойным органом с коническим промежуточным редуктором комплектуют комбайн ГПКСН, а также ГПКС. Имея вращение в направлении от комбайна вверх на забой, рабочий орган обрабатывает забой без предварительного забуривания и подгребает отбитую горную массу к погрузочному органу при проведении горных выработок по падению.

Погрузочное устройство состоит из питателя, скребкового подъемно-поворотного конвейера с круглозвенной цепью и привода с электродвигателем.

Стол питателя за счет установки уширителей может иметь ширину 2100, 2600 и 3100 мм. Увеличение фронта активной погрузки при различных размерах питателя достигается установкой на нагребающих лапах удлинителей и дополнительных носков. Для зачистки почвы выработки и облегчения маневрирования комбайна питатель с помощью двух гидроцилиндров может подниматься и опускаться.

Механизм передвижения комбайна, выполненный в виде самоходной гусеничной тележки, на которой смонтированы все узлы и механизмы комбайна, включает в себя раму, натяжное устройство, редуктор, гусеничные цепи, буфер и опорно-поворотную турель.

При проведении наклонных горных выработок для удержания горнопроходческих комбайнов ГПКСВ и ГПКСН на ведущие звездочки их гусеничной цепи закрепляются подтяжные барабан -лебедки, представляющие собой фрикционные механизмы с регулируемым тяговым усилием.

При проведении восстающих горных выработок под траки комбайна ГПКСВ закладываются две инвентарные балки па расстоянии 2,5 м друг от друга, к которым поочередно прикрепляются тяговые и предохранительные канаты. Путем навивки канатов на барабан -лебедки при включении хода "вперед" осуществляется подтягивание комбайна вверх на забой.

Пересоединение тяговых канатов за вновь заложенную под гусеничную цепь инвентарную балку осуществляется только после зацепления и натяжения предохранительных канатов. При слабой почве проводимой горной выработки инвентарные балки закрепляются с помощью анкеров.

При проведении горных выработок по падению с применением комбайна ГПКСН тяговые канаты, закрепленные на инвентарной балке сзади комбайна, разматываются, удерживая комбайн от скатывания на забой. Инвентарная балка в данном случае закрепляется через круглозвенную цепь длиной до 150 м за специальную площадку, раскрепленную стопками между почвой и кровлей выработки. Намотка тягового каната на барабан лебедки осуществляется за счет переключения замков на круглозвенной цепи.

Гидросистема горнопроходческого комбайна ГПКС предназначена для перемещения исполнительного органа, подъема и опускания питателя, подъема и поворота конвейера, натяжения скребковой цепи, распора аутригерами и включения соответствующих фрикционов механизма передвижения и состоит из маслобака, маслонасоса, трех гидрораспределителей Р75-ПВА, гидроразводки в виде резиновых и металлических трубопроводов, предохранительной и регулирующей гидроаппаратуры.

Электрооборудование горнопроходческого комбайна ГПКС состоит из группы приводных электродвигателей, магнитной станции с встроенным пультом управления, фар освещения, сигнальной и предохранительной аппаратуры и соединительных гибких резиновых кабелей; допущено к применению в шахтах, опасных по газу или пыли.

В систему пылегашения входят средства орошения и пылеотсоса. Орошающая жидкость от насосной установки НУМС30 подается по гибкому трубопроводу к форсункам, установленным на дуге орошения и закрепленной на корпусе стрелы исполнительного органа. К средствам пылеотсоса относятся всасывающий короб, металлические трубы, два вентилятора с пылеуловителями, установленные на отдельных салазках и перемещаемые вслед за комбайном по мере его продвижения.

Проходческие комбайны семейства ГПКС серийно изготовляются Копейским машиностроительным заводом им. С. М. Кирова.

1.2 Комбайны 4ПП2М и 4ПП2Щ

Комбайн 4ПП2М предназначен для проведения горизонтальных и наклонных (до ±10°) подготовительных горных выработок сечением от 9 до 25 м² по углепородному забою с коэффициентом крепости пород f ≤7 и абразивностью до 15 мг на шахтах, опасных по газу или пыли. Общая присечка- до 75 %, в том числе с f = 7 не более 15 %.

Конструкция комбайна 4ПП2М и схема его работы в основном аналогичны конструкции и схеме комбайна 4ПП2, производство которого прекращено. В отличие от комбайна 4ПП2 в модернизированном комбайне увеличена мощность привода исполнительного органа, конвейер выполнен с поворотной хвостовой частью, улучшена конструкция опорно-распорных устройств, а также наиболее изнашиваемых узлов и применена более совершенная аппаратура управления и автоматизации с элементами диагностики.

Проходческий комбайн 4ПП2Щ предназначен для механизированного проведения подготовительных выработок с площадью сечения 10,7-18 м² по выбросоопасным угольным пластам малой и средней (до 1,2 м) мощности с горизонтальным, пологим до 18° и крутым от 56 до 90° залеганием с образованием опережающих разгрузочных полостей, предупреждающих выброс угля и пород. Коэффициент присечки пород с f ≤ 6 до 75 % и абразивность до 15 мг. Все узлы комбайна унифицированы с комбайном 4ПП2М за исключением специальной удлиненной коронки, которая дает возможность образовывать опережающую разгрузочную полость в породной части забоя. По сравнению с другими локальными противовыбросными мероприятиями (например, сотрясательным взрыванием) применение комбайна 4ПП2Щ позволяет повысить безопасность работ, увеличить скорость проходки и производительность труда.

Техническая характеристика комбайнов

Проходческий комбайн 4ПП2М (рис. 1.2) состоит из исполнительного органа стреловидной конструкции с телескопической стрелой, погрузочного устройства в виде наклонного подъемно-поворотного стола питателя с нагребающими лапами и центральным скребковым конвейером, корпуса с опорно-поворотной турелью, механизма передвижения, системы распорно-опорных аутригеров, системы пылегашения и ленточных перегружателей. Исполнительный орган проходческого комбайна 4ПП2М перемещается в вертикальной и горизонтальной плоскостях, имеет две сменные коронки с резцами РКС2 и Р2М2 и, кроме отбойки горной массы и оконтурирования забоя, обеспечивает возможность проведения дренажных канавок.

Погрузочное устройство комбайна 4ПП2М состоит из подъемно-поворотного, наклонного в двух плоскостях питателя, двух нагребающих лап с редукторами, левым промежуточным и правым угловыми редукторами с электродвигателем, центрального скребкового конвейера с приводом и натяжным устройством.

Питатель шарнирно подвешен к нижней поворотной раме комбайна и с помощью гидроцилиндра может подниматься выше опорной поверхности гусениц на 440 мм и опускаться ниже этой поверхности на 150 мм, что облегчает маневренность комбайна и обеспечивает зачистку почвы выработки. В горизонтальной плоскости питатель поворачивается на угол ±25° с помощью гидроцилиндра относительно оси нижней поворотной рамы корпуса комбайна

Механизм передвижения комбайна 4ПП2М состоит из двух гусеничных тележек с индивидуальным электроприводом.

Для повышения устойчивости комбайна 4ПП2М по бокам каждой гусеничной тележки закреплено по два гидравлических аутригера, имеющих возможность в зависимости от ширины горной выработки поворачиваться в горизонтальной плоскости.

Подъем и опускание аутригеров сблокированы с электродвигателем механизма передвижения, что исключает ошибочное включение хода комбайна при опущенных на почву аутригерах.

Система пылегашения комбайна 4ПП2М- комбинированная, состоит из системы орошения с подачей орошающей жидкости в зону разрушения и на форсунки для водяной завесы и комплекса для обеспыливания воздуха КОВ.

Гидросистема проходческого породного комбайна 4ПП2М состоит из маслостанции, гидропульта, силовых гидроцилиндров, маслобака, электрогидроблока, авторегулятора, вспомогательной гидроаппаратуры, трубопроводов и присоединительной арматуры.

Все операции по перемещению исполнительного органа, питателя и аутригеров в режиме ручного управления выполняются машинистом комбайна с пульта управления. В режиме автоматического управления все операции задаются электрогидроблоком по программе или дистанционно на расстоянии не менее 15 м.

Аппаратура автоматизации для дистанционного и программного управления перемещением исполнительных механизмов, а также для автоматического регулирования нагрузки электродвигателя исполнительного органа обеспечивает:

дистанционное управление с переносного пульта;

автоматическую запись программы перемещения исполнительного органа и стола питателя в процессе выполнения машинистом комбайна образцового цикла управления;

автоматическое воспроизведение записанной программы;

автоматическую стабилизацию заданной нагрузки электродвигателя исполнительного органа;

автоматическую защиту электродвигателя исполнительного органа от опрокидывания

Проходческие комбайны 4ПП2М и 4ПП2Щ серийно изготовляются Ясиноватским машиностроительным заводом.

Рис. 1.2. Комбайн 4ПП2М 1.3 Комбайн 4ПП5

Предназначен для проведения горизонтальных и наклонных до 10° подготовительных горных выработок по смешанному и породному забою : крепостью f ≤ 7 и абразивностью до 15 мг. Комбайн может быть использован для работ в угольных шахтах, опасных по газу или пыли, в калийных рудниках и сланцевых, шахтах, а также при строительстве гидротехнических и транспортных тоннелей.

Техническая характеристика комбайна 4ПП5

Рис. 1.3. Комбайн 4ПП5

Проходческий комбайн 4ПП5 (рис. 2.3) состоит из исполнительного органа избирательного действия, подъемно-поворотного погрузочного устройства, центрально-расположенного скребкового конвейера, механизма передвижения, корпуса, гидросистемы, электрооборудования, системы пылеподавления, консольного хвостового конвейера, ленточного перегружателя, средств автоматики и программного управления.

Проходческий комбайн 4ПП5 обладает повышенной по сравнению с комбайном 4ПП2М мощностью исполнительного органа, большими размерами и прочностью.

Исполнительный орган комбайна 4ПП5 стреловидного вида с телескопичностью 600 мм оснащен коронкой с резцами РКСЗ и предназначен для отбойки горной массы, окоптуривания забоя, проведения приямков под крепь и дренажных канавок и состоит из стрелы, двухскоростного редуктора с электродвигателем, направляющей рамы и гидроцилиндров выдвижения.

Рама исполнительного органа с помощью цапф закреплена на опорно-поворотной турели и соединена с гидроцилиндрами подъема. Турель при воздействии гидроцилиндров поворачивается в горизонтальной плоскости. Крепление исполнительного органа на опорно-поворотной турели обеспечивает отбойной коронке перемещения в горизонтальной и вертикальной плоскостях.

Погрузочное устройство проходческого комбайна 4ПП5 состоит из подъемно-поворотного, наклонного в двух плоскостях питателя и двухвильных нагребающих лап с редукторами.

Питатель с помощью гидроцилиндров может подниматься и опускаться по отношению опорной поверхности гусеницы, что улучшает маневренность комбайна и обеспечивает зачистку почвы выработки. В горизонтальной плоскости питатель поворачивается гидроцилиндром поворота относительно оси нижней поворотной рамы в корпусе комбайна. Корпус состоит из основнойсварно-литой рамы, верхней (опорно-поворотной турели) и нижних поворотных рам. Центральная часть основной рамы служит проемом для скребкового конвейера и соединена болтами с хвостовой частью короба скребкового конвейера.

Механизм передвижения комбайна 4ПП5 состоит из двух гусеничных тележек с индивидуальным электроприводом. Каждая гусеничная тележка включает в себя раму с натяжным устройством, редуктор с электродвигателем, опорные катки и гусеничную цепь.

Для повышения устойчивости проходческий комбайн 4ПП5 оснащен гидравлическими аутригерами, сблокированными с механизмом передвижения.

В режиме ручного управления все операции по перемещению отбойной коронки исполнительного органа, питателя и другие выполняются машинистом комбайна с пульта управления. В режиме автоматического управления все операции задаются электрогидроблоком по программе или дистанционно.

Электрооборудование комбайна 4ПП5 состоит из группы электродвигателей, магнитной станции, электрогидроблока, пульта управления, фар освещения, сигнальной, предохранительной аппаратуры и аппаратуры автоматического управления.

Аппаратура автоматизации предназначена для дистанционного и программного управления перемещением исполнительных механизмов, а также автоматического регулирования нагрузки электродвигателя исполнительного органа и вместе с электрогидравлической системой обеспечивает дистанционное управление с переносного пульта, запись программ перемещения исполнительного органа и питателя, воспроизведение записанной программы, стабилизацию заданной нагрузки и защиту электродвигателя исполнительного органа от опрокидывания.

Проходческий комбайн 4ПП5 оснащен системами орошения и пылеотсоса.

Проходческий комбайн 4ПП5 комплектуется двумя ленточными перегружателями-хвостовым консольным и прицепным, которые предназначаются для перегрузки отбитой горной массы от комбайна на магистральный конвейер или в шахтные вагонетки.

Проходческий комбайн 4ПП5 серийно изготовляется Ясиноватским машиностроительным заводом.

Резцы для проходческих комбайнов. В проходческих комбайнах со стреловидными исполнительными органами вместо ранее применяемых резцов типа И90 в последние годы используются серийно выпускаемые тангенциальные поворотные резцы типа РКС и радиальные резцы РПП2, техническая характеристика которых приведена в табл. 2.1.

Резец типа РКС представляет собой цилиндр, с одной стороны заканчивающийся конусом. Резец армирован цилиндрической вставкой из твердого сплава с заостренным концом. Другой торец резца вставляется в резцедержатель на коронке, где крепится быстросъемным стопорным устройством, которое позволяет ему свободно вращаться в гнезде резцедержателя.

В процессе разрушения комбайном горной массы резцы типа РКС вращаются в резцедержателе, благодаря чему их износ происходит по всей поверхности режущего конуса - они самозатачиваются. Такая конструкция резцов типа РКС по сравнению с резцами типа И90 позволяет разрушать относительно более крепкие породы с меньшим расходом инструмента.

Радиальные резцы типа РПП армируются твердосплавной пластинкой, которая имеет увеличенную площадь пайки, что повышает прочность и стойкость резца, особенно в условиях разрушения крепких и вязких пород в смешанном или сплошном породном забое.

В настоящее время коронки проходческих комбайнов 4ПУ, ПКЗР и ГПКС оснащаются тангенциальными резцами РКС1; коронка проходческого комбайна 4ПП2, работающего в условиях проведения выработок с присечкой пород с f ≤ 6 - радиальными резцами РПП2 или тангенциальными РКС2, а коронка комбайна 4ПП5, предназначенного для проведения выработок с присечкой пород с f≤7 оснащается резцами РКСЗ.

Таблица 2.1

Резцы РКС1 и РКС2 серийно изготовляются Краснолучским и Копейским машиностроительными заводами, резцы РКСЗ и РПП2 серийно изготовляются Краснолучским машиностроительным заводом.

Таким образом все представленные комбайны имеют аналогичную конструкцию и состоят из блоков

-стреловидного исполнительного органа;

-поворотной платформы;

-гусеничной тележки;

-привода электрического и гидравлического с двигателями и насосными станциями;

-гидро и электрооборудования;

При проектировании важно понять функции основных узлов исполнительного органа и создать программную модель, допускающую широкое манипулирование положением узлов и размерами его отдельных частей и естественно обеспечивающее понимание взаимодействия её элементов. Хотя при этом не избежать отдельных упрощений конструкции в сравнении с реальной. Предварительно была разработана схема, которая позволяет рассмотреть особенности функционирования узлов стреловидного органа

Рис. 1.4. Контурная модель: 1 вал конусной головки

Рис. 1.5. Поверхностная модель, управление стрелой: 1 - боковое; 2 - по вертикали; 3 - выдвижение

2 Введение В ANSYS

2.1 Понятие микро и макро моделирования

Моделирование — метод научного исследования явлений, процессов, объектов, устройств или систем (обобщенно – объектов исследований), основанный на построении и изучении моделей с целью получения новых знаний, совершенствования характеристик объектов исследований или управления ими. Модель — материальный объект или образ (мысленный или условный: гипотеза, идея, абстракция, изображение, описание, схема, формула, чертеж, план, карта, блок-схема алгоритма, ноты и т.п.), которые упрощенно отображают самые существенные свойства объекта исследования. Любая модель всегда проще реального объекта и отображает лишь часть его самых существенных черт, основных элементов и связей. По этой причине для одного объекта исследования существует множество различных моделей. Вид модели зависит от выбранной цели моделирования.

Макроуровень моделирования — степень детализации описания объектов, характерной особенностью которой является рассмотрение физических процессов, протекающих в непрерывном времени и дискретном пространстве. Например, макроуровень описания радиоэлектронной аппаратуры — схемотехнический уровень. На этом уровне рассматриваются радиоэлектронные схемы, состоящие из таких дискретных элементов, как транзисторы, диоды, резисторы, конденсаторы, триггеры, логические элементы и т. п.

Микроуровень моделирования — степень детализации описания объектов, характерной особенностью которой является рассмотрение физических процессов, протекающих в непрерывном пространстве (сплошных средах) и непрерывном времени. Фазовыми переменными при моделировании на микроуровне являются поля напряжений и деформаций в деталях механических конструкций, электромагнитные поля в электропроводящих средах, поля температур нагретых деталей. На этом уровне моделируется, например, работа излучающих телевизионных и радио антенн, устройств вихретоковой дефектоскопии, предназначенных для контроля качества промышленных металлических изделий, устройств электромагнитного ориентирования (силового воздействия на промышленные детали с помощью электромагнитного поля), изучаются защитные свойства электромагнитных экранов.Применительно к рассмотренной задаче макромоделирование это расчет системы в движение, а микро, например, расчет одного из узлов в остановленном состоянии.

К комбайну применим блочно модульный принцип расчета его узлов. В этом случае исполнительный орган останавливается в максимально нагруженном состоянии, когда его основные узлы испытывают максимальные деформации (по отдельности стрела и его выдвижная часть). Фиксируется положение в пространстве и геометрия размеров и углов установки, усилия и моменты, приложенные к узлу. Проводиться решение для фиксированного положения, которое в последствии используется для анализа прочности и устойчивости конструкции. Далее рассматривается следующий узел - поворотная платформа, которая нагружается собственными нагрузками и нагрузками от вычлененного узла исполнительного органа. Решается задача о прочности конструкции. Таким же образом рассматривается и гусеничная тележка. Полученные усилия позволяют построить решение о устойчивости системы под действием сил тяжести активных сил и моментов. В процессе решения для ряда узлов решаются контактные нелинейные задачи деформирования. Это обычно относится к проушинам опорных узлов стрелы и поворотной платформы, где имеется контактирующие движущиеся части.

2.2 Основное назначение ANSYS

ANSYS – программное обеспечение, позволяющее решать следующие задачи:

1. Построение модели конструкции (геометрия, реологические свойства, краевые условия) или импорт их из CAD¹ систем.

2. Изучение реакции конструкции на различные физические воздействия, такие, как воздействие различных нагрузок, температурных и электромагнитных полей, решение задач механики жидкости и газа.

3. Оптимизация геометрии конструкции.

2.3 Как организована программа ANSYS

Для удобства пользования ANSYS имеет графический интерфейс пользователя (ГИП), предоставляющий быстрый доступ к различным функциям, командам, а также к обширной HELP – системе.

Работа программы ANSYS организована в два уровня:

• начальный уровень (Beginlevel);

• процессорный уровень.

Работа программы ANSYS начинается с начального уровня (Beginlevel). На этом уровне доступны команды работы с файлами (сохранение, удаление, переименование и т.д.).

На процессорном уровне доступны несколько процессоров. Каждый процессор предоставляет доступ к различным функциям и командам. Список наиболее часто используемых процессоров и задач, с помощью них решаемых, приведен в таблице 4.1.

Таблица 4.1

Процессор		Функция	Путь в ГИП	Команда
PREP7		Построение геометрической модели объекта, задание реологических свойств и краевых условий.	MainMenu> Preprocessor	/PREP7
SOLUTION		Задание краевых условий, выбор решателя, спецификация решателя, решение.	MainMenu> Solution	/SOLUTION
POST1		Обзор результатов решения для стационарного случая или по шагам нагрузки или времени. Средства вывода в файл. Графическая визуализация. Анимация.	MainMenu> GeneralPostproc	/POST1
POST26	Обзор результатов решения в виде графиков результат – шаг нагрузки или результат – время.		MainMenu> TimeHistPostpro	/POST26

Работать с программой ANSYS можно с помощью как графического интерфейса пользователя (ГИП) – интерактивный режим, так и с помощью команд – командный режим.

2.4 Командный режим в ANSYS

Каждое действие, производимое с помощью ГИП, можно выполнить с помощью команды, вводя ее в окно меню ANSYS Input. Все эти команды отражаются в LOG-файле. ANSYS содержит около 1000 команд, используемых для различных целей. С помощью этих команд можно запрограммировать необходимые для анализа действия. Исполнить программу можно по пути в меню UtilityMenu>File>ReadInputfrom.

Для написания программы в ANSYS используются следующие правила:

1. В каждой строке должен быть один оператор.

2. Допускается применение в одной строке нескольких операторов, при этом их необходимо разделять знаком $. (Хотя это делать не рекомендуется из-за плохой читаемости программы.)

3. Максимальное число знаков в строке, включая пробелы и разделители $, не должно превышать 130.

4. В ANSYS отсутствует типизация переменных, в связи с этим не требуется описание типов переменных. Все переменные, организуемые пользователем, воспринимаются как действительные.

5. Специфицированные в ANSYS переменные распознаются автоматически. Так, например, если при задании целой переменной (например, число слоев в пакете пластин и др.) задать действительное число, то программа округлит это число до ближайшего целого. Для таких переменных пределы используемых чисел: 0-9999999. Если будет задано не числовое значение, то возникнет ошибка. Если не будет задано ничего, то ANSYS присвоит значение 0.

6. Для задания действительных чисел используется десятичная точка. Для чисел в экспоненциальной форме можно применять формы записи с E и D. Например, число 25000 может быть записано в форме 25E3 или 25D3.

7. Допустимые пределы изменения переменной: от ±10^-60 до ±10⁶⁰.

8. Для имен переменных используются латинские буквы, при этом в именах не допускаются символы: ! @ # $ % & ^ * ( ) _ - + = | { } [ ] “ ‘ / ~

9. Комментарии в командной строке записываются, используя !.

2.5. Определение единиц измерения

Поскольку в расчетах по умолчанию используется британская система мер, то для перехода к системе единиц СИ необходимо задать команду /UNITS. Данная команда недоступна из ГИП и должна непосредственно вводиться в командное окно: /UNITS, SI. Стоит отметить, что во многих задачах это делать не обязательно.

3 Проектирование и расчет

Для пректирования использовалиблочномодульный принципы конструктивного исполнения машин, средств передачи энергии и соответствие им блочно-модульных принципов автопроектирования. Для этого:

1. создается многомерная база данных

2. анализируем работу узлов

3. вырезаем блок 1: стрела исполнительного органа

3.1 Блок команд

/PREP7 ! вход в препроцессор (чертит и выбирает материал)

ET,1,SOLID92 ! выбор материала с учетом пластического деформирования

MPTEMP,,,,,,,,

MPTEMP,1,0

MPDATA,EX,1,,2e5

MPDATA,PRXY,1,,0.3

TB,BKIN,1,1,2,1

TBTEMP,0

TBDATA,,250,2500,,,,

/UNITS,SI ! решаемвси

antype,static!тип решения статический

k,1,400,0,0 !Проушина 1

k,2,400,100,-150

k,3,400,100,0

k,4,400,-100,0

k,5,400,-100,-150

k,6,400,0,100

LARC,3,6,1,100, !1 дуга проушины1

LARC,6,4,1,100, !2 дуга проушины 1

LSTR, 4,3 !Проушина

AL,all!сделали 1 - ю часть Проушины 1

LSTR, 4,3 !2ЧАСТЬ проушины 1

LSTR, 4,5

LSTR, 5,2

LSTR, 2,3

AL,6,5,4,3 !сделали 2 часть Проушины 1

aglue,1,2!склеили проушину 1

! вторая проушина

k,7,-400,0,0

k,8,-400,100,-150!

k,9,-400,100,0

k,10,-400,-100,0

k,11,-400,-100,-150

k,12,-400,0,100

LARC,9,12,7,100,

LARC,12,10,7,100,

LSTR, 10,9

AL,7,8,9

LSTR, 10,9 !2ЧАСТЬпроушины

LSTR, 10,11

LSTR, 11,8

LSTR, 8,9

AL,9,10,11,12 !2Проушина 2 часть

aglue,3,4 !склеили две части 2 поушины

VOFFST,3,48, ,

VOFFST,4,-48, ,

VOFFST,2,-48, ,

VOFFST,1,-48, ,

cylind,350,300,-150,1500,0,360

cylind,300,0,-150,3000,0,360

cone,500,50,3000,3800,0,360

FLST,2,3,6,ORDE,2

FITEM,2,5

FITEM,2,-7

VGLUE,P51X

k,400,455,0,0

k,401,455,60,0

k,402,455,0,60

k,403,455,-60,0

k,404,455,0,-60

larc,401,404,400,60

larc,404,403,400,60

larc,403,402,400,60

larc,402,401,400,60

A,401,402,403,404

FLST,2,1,5,ORDE,1

FITEM,2,29

VEXT,P51X, , ,-910,0,0,,,,

FLST,2,6,6,ORDE,3

FITEM,2,1

FITEM,2,-5

FITEM,2,9

VSBV,P51X, 6

k,400,455,0,0

k,401,455,60,0

k,402,455,0,60

k,403,455,-60,0

k,404,455,0,-60

larc,401,404,400,60

larc,404,403,400,60

larc,403,402,400,60

larc,402,401,400,60

A,401,402,403,404

FLST,2,1,5,ORDE,1

FITEM,2,1

VEXT,P51X, , ,-910,0,0,,,,

FLST,2,3,6,ORDE,3

FITEM,2,1

FITEM,2,13

FITEM,2,-14

VGLUE,P51X

vmesh,all

CM,_NODECM,NODE

CM,_ELEMCM,ELEM

CM,_KPCM,KP

CM,_LINECM,LINE

CM,_AREACM,AREA

CM,_VOLUCM,VOLU MP,MU,1,0.2

MAT,1

MP,EMIS,1,7.88860905221e-031

R,3

REAL,3

ET,2,170

ET,3,174

R,3,,,10.0,0.05,0,

RMORE,,,1.0E20,0.0,1.0,

RMORE,0.0,0,1.0,,1.0,0.5

RMORE,0,1.0,1.0,0.0,,1.0

KEYOPT,3,4,0

KEYOPT,3,5,0

KEYOPT,3,7,0

KEYOPT,3,8,0

KEYOPT,3,9,0

KEYOPT,3,10,2

KEYOPT,3,11,0

KEYOPT,3,12,0

KEYOPT,3,2,0

KEYOPT,2,5,0

! Generate the target surface

ASEL,S,,,51

ASEL,A,,,52

ASEL,A,,,63

ASEL,A,,,64

ASEL,A,,,73

ASEL,A,,,76

ASEL,A,,,78

ASEL,A,,,80

CM,_TARGET,AREA

TYPE,2

NSLA,S,1

ESLN,S,0

ESLL,U

ESEL,U,ENAME,,188,189

NSLE,A,CT2

ESURF

CMSEL,S,_ELEMCM

! Generate the contact surface

ASEL,S,,,9

ASEL,A,,,10

ASEL,A,,,14

ASEL,A,,,16

ASEL,A,,,19

ASEL,A,,,22

ASEL,A,,,25

ASEL,A,,,26

CM,_CONTACT,AREA

TYPE,3

NSLA,S,1

ESLN,S,0

NSLE,A,CT2 ! CZMESH patch (fsk qt-40109 8/2008)

ESURF

ALLSEL

ESEL,ALL

ESEL,S,TYPE,,2

ESEL,A,TYPE,,3

ESEL,R,REAL,,3

ESEL,ALL

ESEL,S,TYPE,,2

ESEL,A,TYPE,,3

ESEL,R,REAL,,3

CMSEL,A,_NODECM

CMDEL,_NODECM

CMSEL,A,_ELEMCM

CMDEL,_ELEMCM

CMSEL,S,_KPCM

CMDEL,_KPCM

CMSEL,S,_LINECM

CMDEL,_LINECM

CMSEL,S,_AREACM

CMDEL,_AREACM

CMSEL,S,_VOLUCM

CMDEL,_VOLUCM

CMDEL,_TARGET

CMDEL,_CONTACT

*CREATE,cwzplot,mac

/COM,

/COM,PLOT CONTACT PAIR(S)

~eui,'::apdl::noprint 1'

~eui,'::apdl::nooutput 1'

CM,_CWZ_EL,ELEM

CM,_CWZ_ND,NODE

CM,_CWZ_KP,KP

CM,_CWZ_LN,LINE

CM,_CWZ_AR,AREA

CM,_CWZ_VL,VOLU

ESEL,NONE

ESEL,A,REAL,,3

ESEL,R,ENAME,,169,177

NSLE

KSLN,S

LSLK,S,1

ASLL,S,1

/PNUM,TYPE,1

/NUM,1

/PSYMB,ESYS,0

EPLOT

CMSEL,S,_CWZ_EL

CMDEL,_CWZ_EL

CMSEL,S,_CWZ_ND

CMDEL,_CWZ_ND

CMSEL,S,_CWZ_KP

CMDEL,_CWZ_KP

CMSEL,S,_CWZ_LN

CMDEL,_CWZ_LN

CMSEL,S,_CWZ_AR

CMDEL,_CWZ_AR

CMSEL,S,_CWZ_VL

CMDEL,_CWZ_VL

/PSYMB,ESYS,0

/NUM,0

/PNUM,TYPE,0

/PNUM,REAL,0

/mrep,cwzplot

~eui,'::apdl::nooutput 0'

~eui,'::apdl::noprint 0'

*END

cwzplot

FINISH

/SOL

ANTYPE,0

FLST,2,2,5,ORDE,2

FITEM,2,12

FITEM,2,18

/GO

DA,P51X,ALL,

FLST,2,1,1,ORDE,1

FITEM,2,8651

FLST,2,1,1,ORDE,1

FITEM,2,8678

/GO

F,P51X,FY,1200

FLST,2,1,1,ORDE,1

FITEM,2,8628

/GO

F,P51X,FX,1000

3.2 Проектирование модели в ANSYS

На рисунках 3.1-3.9 показано построение стрелы проходческого комбайна. Конструктивно корпус стрелы выбран трубчатой формы, что в отличии от рис. 1.5. обеспечивает равнопрочность во всех плоскостях. В тоже время, рассматриваем упрощенную схему, считая её аналогичной по расстановке оборудования с рис. 1.5. Для проушин будет проведено контактное решение задачи о взаимодействие оси-пальца с проушинами по обе стороны от стрелы комбайна. Данная задача является не линейной. При этом поверхность пальца считаем не деформированной, а поверхность проушин деформированными - целевыми. Т.е. рассматривается система поверхность - поверхность с контакт элементами Conta 174. что соответствет конечному элементу Solid 92 и обеспечивает вращение в шарнирах. Зададим коэфициент трения 0.2 . Практически решение производится автоматически при исползовании контакт - менеджера пакета чепез меню препроцессора ContactPair.

Рисунок 3.1

По точкам строим плоские проушины, каждую часть проушины склеиваем между собой.

Рисунок 3.2

С помощью команды Extrudeвыдавливаем на 48 так что бы, между цилиндром и проушинами был зазор.

Рисунок 3.3

Определяем координаты и командами cylind, cone строим цилиндры и конус нужных размеров.

Рисунок 3.4 Командой Glueсклеиваем нужные.

Рисунок 3.5Определяем координаты пяти точек и по этим точкам строим круг, так что бы круг выпирал от проушины

Рисунок 3.6Командой Extrudeвыдавливаем круг на -910.

Рисунок 3.7Командой Subtractвырезаем цилиндр

Рисунок 3.8Вставляем палец и командой Glueсклеиваем все нужные элементы детали

Рисунок 3.9Через командную строку вводим vmesh,allи получаем сетку.

Рисунок 3.10С помощью ContactPair выбираем контактные элементы.

Рисунок 3.11 Вокне Contact Manager щелкаемнаиконкуPlot Elements

Рисунок 3.12Даем силы по оси X 10000

Рисунок 3.13По оси У 1200

Рисунок 3.14Производим решение командой Solve

Рисунок 3.15Получаем график

Рисунок 3.15 На рисунке видны критические места, они красного цвета

Заключение

В ходе данного курсового проекта был ознакомлен со стреловидным проходческим комбайном, а также его элементами.

Для расчета комбайна необходим блочно-модульный подход, он учитывает схему максимального нагружения комбайна с позиций прочности и устойчивости и распадается на расчеты

- стреловидного исполнительного органа

- поворотной платформы опирающейся на конический или кольцевой подшипник скольжения

-гусеничной тележки

Был более подробнее ознакомлен с принципами работы программыAnsys.

Нелинейная задача о внедрении инструмента в породу приводит к контактному решению при использовании пакета Ansys. Такая контактная задача является существенно нелинейной и приводит к использованию больших ресурсов компьютера. Часто приходиться учитывать трение между контактной парой, имеет значение и теплообмен.

Для моделирования необходим был контактный мастер – ContactWizard. Для входа в меню использовали Preproсessor-Create-ContactPair–ContactWizard, он становиться доступным, если в модели целевая и контактная поверхность разбита сеткой.

Для сравнения были смоделированы две разные по конструкциямстрелы. В результате решенияопределены контактные нагрузки вдоль оси в жестко закрепленных проушинах. Для самого сложного и опасного случая определили нагрузку на проушины. По графикам и напряжениям очевиден дальнейший порядок изменения параметров комбайна чтобы отвечать критериям прочности и устойчивости конструкции в самых невыгодных случаях нагружения.

Здесь надо учитывать предельные характеристики материалов из которых изготовляются в данном случае проушины с учетом коэффициента запаса для машин, работающих в динамическом режиме. Полученные нагрузки в первом решении используются для последующего блока и т.д.

При этом расчет должен быть закончен рассмотрением всех сил и моментов, действующих на гусеничную тележку и нахождением условий устойчивости конструкции. В реальной практике следует рассмотреть несколько вариантов исполнения одной и той же схемы при различных нагрузках и размерах.

Список литератур

1. Норенков И.П., Маничев В.Б. Основы теории и проектирования САПР. Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2002. - 336 c.: ил..[46-49]

2. Кондаков А.И. САПР технологических процессов. – М.: М.: Издательский центр «Академия»,2007. – 272 с [50-58]

3. М.В. Головицына Основы САПР, INTUIN. ru, ISBN: 978-5-94774-847-5, Электронный учебник[8-10]

4. Ли К. Основы САПР (CAD/CAM/CAE). – СПб.: Питер, 2004. – 560 с.

5. Нургужин М.Р., Даненова Г. Т. Инженерные расчёты в ANSYS: сборник примеров, Караганда 2006 319 с. [5]

6. Пивень Г.Г., Климов Ю.И. Имитационное моделирование гидромеханических систем (математические модели): учеб. пособие / КарГТУ. – Караганда, 2004. – 106 с. [77-79]

9. Басов К.А. ANSYS в примерах и задачах / Под общей редакцией Д.Г. Красковского. – М.: КомпьютерПресс, 2002. – 224 с. [102-106]

10. Климов Ю.И., Айдарханов А.М. Моделирование гидромеханических систем технологических машин: Учеб. пособие. – Караганда: КарГТУ, 2002. – 86 с.

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

13. Бейсембаев К.М., Технологиялықмашиналардыавтожобалау. Караганда 2012, 95с. [40-45]

14. Бейсембаев К.М., Дёмин В.Ф., Жетесов С.С., Малыбаев Н.С., ШмановМ.Н Практические и исследовательские аспекты разработки горных машин в 3 d монография. Караганда, 2012, изд-во КарГТУ, 135с.[15-17]

15. Бейсембаев К.М., Дёмин В.Ф., Жолдыбаева Г.С., С.С., Шманов М.Н., Малыбаев Н.С., Автопроектирование горных машин в 3 d: проектно-модельный подход. Караганда, 2016 г. 207 с.

Код для цитирования: Скопировать