X Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2018

1.Самоходная крепь и робото – секции

Назначение самоходной механизированной крепи – обеспечение механизации процессов крепления, перемещение забойного оборудования, поддержание выработки в безопасном состоянии. Установки данного типа должны выполнять следующие функции:

- надежно обеспечить сохранение кровли в пространстве при забое;

- защищать пространство при забое от попадания обрушенных пород;

-осуществлять передвижение в любую сторону в том числе, и подниматься и спускаться по забою. А так же с помощью манипулятора перемещать конвейер на нужное направление.

В настоящее время самопередвигающися крепи преобразуется в роботы, которые выполняют все функций крепи а также способны манипулировать оборудованием поступающим в забои. Это не обходимо для исправление аварийных ситуаций, крепление нарушение от отжима пласта, разрушения кровли и почвы. А в ряде случаев для возведение крепи выроботки, оставляемой в завале, для ее последующего использование.

Таким образом крепь-робот должно управлять подъемом, опусканием своих элементов, осуществлять наклоны влево-вправо, вперед-назад. Понятно что в этом случе концентрацию работ лучше осуществлять в коротком забое при наличий до 20 робото-секций. Движение секций по прежднему осуществляется с помощью гидроприводов. Такие решение исключают монтаж и демонтаж лав, а сама очистная выемка в ряде случаев может начинаться с поверхности без строительства шахты, на выходах пластов. При этом первоначальная стоимость подготовки забоев будет в 2-3 раза меньше, чем для типовой лавы.

Важным элементом робота будут манипуляторы, на рис. 1 представлены их конструктивные особенности на основе гидравлических и электрических домкратов. В частности такие роботы сегодня представлены на карагандинском заводе КЛМЗ в качестве сварочных роботов с программированием на основе японских станков – систем управления Kаwasaki. Тип манипулятора выбирается исходя из требуемой производительности работ, точности позиционирования и манипулирования робота, усилий прилагаемых для выполнения функций.

Чтобы проектировать конструкцию крепи в данном случае выбрана технология проведения инженерного анализа с помощью ADAMS. Так как ADAMS/View предназначен для создания, тестирования и оптимизации работы моделей механизмов и конструкций, состоящих из абсолютно твердых тел и их соединений (шарниров, нитей, пружин и т.д.). Создание модели подразумевает описание всех ее характеристик: геометрических размеров, физических свойств, способов соединения подвижных и неподвижных частей, задание действующих сил и моментов, начального положения элементов модели и их скоростей. Этап тестирования модели включает в себя моделирование поведения частей модели под действием приложенных сил и заданных движений и выявление критических параметров, наиболее сильно влияющих на эффективность работы модели в целом. Оптимизация модели заключается в определении таких значений критических параметров модели, при которых ее работа будет наиболее эффективной.

Важным моментом в пакете является программирование на языке С++, обладающего максимальными возможностями инженерного анализа при проектировании и получения программ скорость исполнения которых наибольшая по сравнению с другими языками, и наконец специальные процедуры - функции языка, обеспечивают эффективное взаимодействие с электронными устройствами современных машин. В пакете программирование производиться визуально – т.е. через меню, однако программа сохраняется в С++ кодах, может редактироваться языковыми средствами и исполняться в откорректированном виде.

2. Проектирование

Adams - позволяет проектировать механизмы во взаимодействии их узлов и деталей и если рассмотреть одну деталь то можно исследовать влияние на неё соседних. Т. е. этот пакет можно отнести к средствам макромоделирования. Плоскую схему можно создать на основе линий, которым придается точечная масса. Но проще это выполнить используя простые примитивы. Открыв Adams (меню Adams View ) и выбрав нужную систему единиц расчёта, Create a new model нажмём ОК.

Выберем элемент Link - соединительное звено. 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, 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.

Построив заднюю часть крепи к верхней части ограждения привяжем перекрытие. Т.е. в меню выбираем Link, вводим размеры перекрытия и протаскиваем его через начало верхней части ограждения параллельно горизонту направо. Также можно построить и козырек крепи. Гидростойки крепи моделируем с помощью команды Cylinder. Гидроцилиндр и шток гидростойки соединяется шариниром Cylindrical joint. А теперь от строительство обычной крепи передем к проектированию робото-секций. В качестве базовой схемы как и в [1] примем крепь М130. Поскольку ее гидростойки не имеют общего основание и снабжены тарельчитыми опорами, каждая из гидростойок может индивидуально устаналиваться своим гидроцилиндрам. Т.е. легко осуществить шагание секций в любую сторону, а также подьемы по уступом вверх и вниз. Секция может легко фиксироваться на наклонных и даже крутых пластах. См. рис.4 - 6

а

б

Рисунок 1 Манипуляторы робота: а – с электродомкратами; б – гидроприводом, с – сварочный робот КЛМЗ

Рисунок 2

Рисунок 3

Рисунок 4

Такая модель была разработано в [1]

Модель крепи можно и посмотреть в 3D.

Рисунок 5

Далее производим имитацию работы крепи и проводим непосредственный расчет, где видим движение крепи и различные положения, которые может занимать механизм.

Рисунок 6

Получаем график воздействие данной нагрузки.

Рисунок 7

Получаем график воздействие при нулевом усилии

данной нагрузки.

Рисунок 8

После оканчание работы, ее необходимо сохранить для последующего использования. Сохранить модель полностью вместе с графической оболочкой. Для сохранения модели таким способом необходимо в верхнем меню выбрать команды File/Save Data Base или File/Save Data Base As.

Изучая рисунки 9, 10 можно понять методы извлечения подробной информации о проектируемых устройствах. На рисунках 11 – 14

Рисунок 9

Рисунок 10

Исследование возможностей моделирования гидростойки при различном характере нагружения на рисунках 11-18.

Рисунок 11

Рисунок 12

Рисунок 13

Рисунок 14

Рисунок 15

Рисунок 16

Рисунок 17

Рисунок 18

На рисунках 19 -22 исследование возможностей программирования движений крепи и управления гидростойками в том числе и с помощью домкратов управления гидростойками

Рисунок 19

Рисунок 20

Рисунок 21

Рисунок 22

3. Задачи алгоритмизации работы

Здесь имеется возможность изучить особенности процессов передвижения – шагания робото-секции. Например в забое имеем следующие ситуаций

передвижение секций - традиционное ;

повороты секции;

подьем или опускание секций по уступам создаваемым комбайном;

идентификация расчетной схемы - действующей на секции системы пород по которой можно расчитать состояние забоя в следующем шаге подвигания.

И т.п.

Полученные алгоритмы предельно упрошаются и разделяются на примитивные операции

Операции программируются в системе «Arduino IDE», под управлением операционных систем Windows, Mac OS и Linux, которая позволяет загружать новые программы с USB - соединением платы к компьютеру. Возможна работа и через другие IDE или непосредственно через командную строку.

Например, опишем процесс подьем робото секций по уступам создаваемых комбайном. В одной из базовых технологий комбайн в зависимости от обстоятельств может работать с переменным захватом от 1 до 1, 5, а иногда до 3 м. Допустим создается ситуация когда комбайн создавая ступени, например шириной до 1, 5 м и высотой до 1 м. создает платформу на которую может переместиться передняя часть секции с передней гидростойкой. Так будут передвинуты все 20 секций забоя. Далее комбайн вынимает следующую полосу угля, а секция перемещается вперед и теперь уже на уступе размещается и вторая гидростойка. Это же выполняют и остальные секции. Теперь комбайн вновь создает ступень не добирая уголь у почвы на высоту 1 м шириной 1, 5м и наоборот вынимая уголь в забое на такую же величину выше первоначального забоя. На уступ вновь перемещается передняя часть секции и гидростойка, и затем все операции повторяются.

Какие же проблемы могут быть в забое. Например, при установке гидростойки ступень может разрушиться и возникнет необходимость в принятии альтернативного решения. Как же эти операции выполнить автоматически. Для принятия решения в базе данных следует иметь точную высоту высоту сформированного уступа.

Это можно замерить с каждой секции крепи либо с комбайна когда он проходит секцию. Через данные о высоте подьема шнека, импульсным высотомером или другим методом. Реакция секции подьем передней гидростойки на эту высоту с некоторым превышением зависяшим от параметров забоя и состоянии массива

- далее следует снятие с распора остальной части крепи (выторой гидростойки и пердвижение на ширину уступа)

Распор передней гидростойки сопровождается записью графика изменения усилия распора и по виду этого графика (значениям расчета харакерных точек) принимается решение об степени устойчивости уступа и выбора последующих операций. Например при значении нормально передняя гидростойка набирает номинальный распор и далее рапирается вторая гидростойка. Если значение уступ не устойчив. Может быть принято решение о значении распора на второй гидростойке (например он увеличен, если позволяют параметры прочности перекрытия с учетом частичного распора первой) Программа проведет прочностной расчет и выберет необходимые параметры распора и продолжения операций.

Таким же образом и подробно будут алгоритмизированны и остальные процессы.

4 Заключение

Ранее был проведен анализ по выбору крепи в качестве базы для забойного робота, в результате определена секция крепи типа М – 130, имеющая разделенные опоры

Проведено проектирование элементов робото-секции с гидроприводом в программе Adams. Эта схема по сравнению с электрическим приводом удовлетворяет значениям усилий которые должна развивать система для выполнения рабочих функций и в то же время обеспечит позиционнирование его элементов с достаточной точностью. Выполнена исследовательское проектирование особенностей управления роботом гидростойками и гидродомкратами, что необходимо для организации пооперационного построения рабочих алгоритмов устройства. Предварительно определены основные функции интелектуальной системы, которая будет создаваться на основе многомерных сетевых баз данных.

Список литературы

Шакарим Е.Е Разработка элементов механизированной крепи с применением пакета Adams , IX Международная студенческая научная конференция, «туденческий научный форум» - 2017, Секция: Разработка моделей и элементов управления технологическими машинами

1. Boulenouar A., Benseddiq N., Mazari M., Benamara N., 2014, FE model for linear-elastic mixed mode loading: estimation of SIFs and crack propagation, Journal of Theoretical and Applied Mechanics, 52, 2, 373-383

2. Bhardwaj, G., Singh, I., 2015, Fatigue crack growth analysis of a homogeneous plate in the presence of multiple defects using extended isogeometric a of Mechanical Sciences and Engineering, 37, 1065-1082

3. Alshoaibi M.A., 2015, Finite element modelling of mixed mode crack propagation, International Journal of Soft Computing and Engineering (TM), 5, 5, 61-66

4. Бейсембаев К.М., Векслер Ю. А., Жетесов С. С., Каппасов Н., Мендикенов К.К Исследование состояния горного массива при подвигании лавы// Известия высших учебных заведений. Горный журнал 2013, №3.

Код для цитирования: Скопировать