XIII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2021

Введение

Проектирование механизированной крепи в пакете Adams отличается богатством и разнообразием используемых методов. Проектирование механизированной крепи «Glinik» эффективно выполнять в Adams, используя необходимые элементы для ее конструкции и моделирования, тратя на это меньше времени и средств, чем при использовании традиционных подходов.

Крепь «Glinik» в процессе взаимодействия с боковыми породами выполняет три основные функции: управление горным давлением(способом обрушения или другим способом), активное поддержание кровли в рабочем при забойном пространстве очистного забоя и защиту его от проникновения обрушенных пород кровли.

Данная крепь предназначена для крепления и управления кровлей полным обрушением в лавах с вынимаемой мощностью в диапазоне от 1,7 до 2,8 м, с углами падения от 0 до 350 – по простиранию и ± 150 по падению при средних и легко-обрушаемых кровлях.

Adams относится к одной из наиболее сложных современных вычислительных систем, основанных на операционных системах. На основании этого, мы можем сделать вывод, что проектирование механизированных крепей и умение работать с прикладной программой Adams требуются практически любому инженеру-разработчику.

1 Аналитическое описание механизированной крепи

Механизированная крепь – горная крепь, основное назначение которой является обеспечение механизации процессов крепления и управления кровлей.

Классификация механизированных крепей:

-  по способу взаимодействия с боковыми породами;

-  по схеме передвижки секций;

-  по наличию кинематических связей между элементами крепи и другими машинами комплекса.

Механизированные крепи по характеру взаимодействия с боковыми породами подразделяются на: поддерживающие, оградительные, поддерживающе-оградительные и оградительно-поддержи­вающие.

1.1 Сокращение ширины камеры

Данный метод сокращения ширины камеры основан на процессе обхода лавы секциями крепи, в связи с нарушением в пласте.

При встрече с нарушением в пласте лава не может сохранять работоспособное состояние и секции крепи вынуждены обходить лаву, в то время как лишние секции сдвигаются в выработку.

Когда лава приобретает свое нормальное положение, секции крепи нормируются. Процесс сокращения ширины камеры представлен на рисунке 1.1.

Рисунок 1.1 – Сокращение ширины камеры

1 – нарушение; 2 – комбайн с поворотным конвейером; 3 – роботизированная крепь; 4 – секции при повороте

2 Моделирование в Adams

Adams – комплекс для моделирования сложных машин и механизмов используется для разработки и совершенствования движущихся конструкций.

Данный пакет обеспечивает пользователю:

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 характеристик приводов машины по скорости, мощности и т.п.;

оптимизация параметров изделия.

Плоскую схему можно создать на основе линий, которым придается точечная масса, данный процесс выполняется на основе использования простых примитив.

Открываем меню AdamsView и выбираем«NewModel» (рисунок 2.1)

Рисунок 2.1 – Начало работы в Adams и выбор новой модели моделирования

Выбираем нужную систему единиц расчёта –«Create a newmodel» и нажимаем ОК (рисунок 2.2)

Рисунок 2.2 – Новая система единиц расчета и моделирования

Выбрав систему единиц расчета, открывается главное меню для проектирования кинематической схемы механизированной крепи (рисунок 2.3)

Рисунок 2.3 – Начало работы в Adams

3 Моделирование механизированной крепи

Моделирование механизированной крепи заключается в моделировании ее отдельных элементов.

Моделирование механизированной крепи очистного механизированного комплекса методом конечных элементов широко используется зарубежными исследователями. Для получения корректных данных при моделировании методом конечных элементов необходимым условием является обязательная информация об основных составных элементах модели.

Основными составными элементами механизированной крепи являются:

Основание;

Механизм плоско-параллельного движения;

Ограждение;

Перекрытие;

Козырек;

Гидростойки.

Перед началом моделирования необходимо установить плоскую систему координат (рисунок 3).

Рисунок 3 – Плоская система координат

Проектируем перекрытие («верхняк») механизированной крепи (рисунок 3.1) следующим образом:

Выбираем соединительное звено «Link» в меню «Bodies»

Задаем стандартные размеры

Выносим соединительное звено на систему координат и получаем перекрытие

Рисунок 3.1 – Проектирование перекрытия механизированной крепи

Таким же образом создаем заднее ограждение, уменьшив длину на 1 метр (рисунок 3.1).

Рисунок 3.2 – Проектирование заднего ограждения

Проектируем козырек секции крепи следующим образом:

Устанавливаем примерные размеры: длина – 80 см и толщина – 13 см

Соединяем козырек к верхняку секции крепи

Рисунок 3.3 – Козырек секции крепи

Создаем основание секции крепи (рисунок 3.4):

Геометрию устанавливаем «OnGround» , так как основание секции крепи должно быть жестко закреплено

Увеличиваем длину на 50 см

Увеличиваем толщину на 5 см

Выносим основание на кинематическую схему

Рисунок 3.4 – Основание секции крепи

Строим первый рычаг (рисунок 3.5) четырех-звенника:

Существенно изменяем размер для того, чтобы длина рычага соответствовала секции крепи

Проектируем рычаг в соединении заднего ограждения с основанием секции крепи

Рисунок 3.5 – Рычаг четырех-звенника

Параллельно первому рычагу создаем портал секции крепи (рисунок 3.6) для того, чтобы спроектировать второй рычаг.

Портал – элемент механизированной крепи, соединенный с основанием и соединяющий рычаг крепи с ее ограждением.

Рисунок 3.6 – Портал секции крепи

Аналогичным образом проектируем второй рычаг (рисунок 3.7) в соединении с порталом.

Рисунок 3.7 – Рычаг секции крепи

Для дальнейшего проектирования необходимо соединить портал с основанием секции крепи в жестком соединении, так как портал является не рычажным.

Для того, чтобы закрепить портал в жестком соединении (рисунок 3.8), необходимо установить шарнир:

Переходим в меню «Connectors»

Выбираем «FixedGoint» («Замок»)

Устанавливаем шарнир в соединении портала с основанием

Рисунок 3.8 –Портал в жестком соединении

Требуется соединить спроектированные элементы шарнирами. Для этого устанавливаем шарнир «RevoltJoint» в соединении каждого элемента секции крепи (рисунок 3.9).

Рисунок 3.9 – Соединительные шарниры механизированной крепи

Далее запускаем симуляцию через панель «Simulate» - «Simulation», как представлено на рисунке 3.10.

Рисунок 3.10 – Панель симуляции модели

В меню «Simulation control» (рисунок 3.11) выбираем «Interactive» (1) и указываем шаг равным 5000 (2).

Рисунок 3.11 – меню «Simulation Control»

Симуляцию (рисунок 3.12) запускаем через функцию «Start» (1). Останавливается симуляцию через функцию «Stop» (2).

Рисунок 3.12 – Процесс запуска симуляции

Результат симуляции представлен на рисунке 3.13.

Рисунок 3.13 – Завершенная симуляция в Adams

Следующим этапом проектирования является гидростойка механизированной крепи. Для того, чтобы спроектировать гидростойку, изначально требуется спроектировать гидроцилиндр. Проектирование гидроцилиндра происходит следующим образом:

1. Через панель Bodies выбираем элемент Cylinder

2. Задаем длину равной 130 см

3. Задаем радиус равным 20 см

Строим гидростойку на секции механизированной крепи

Рисунок 3.14 – Проектирование гидроцилиндра

Аналогичным образом строим шток (3), задав длину равной 150 см (1) и уменьшив радиус до 15 см (2), как представлено на рисунке 3.15.

Рисунок 3.15 – Проектирование штока гидростойки

Соединяем шток с перекрытием и цилиндр с основанием.Для соединения применяем трехмерные шарниры. Через панель «Connectors» выбираем «Sphericaljoint» (рисунок 3.16).

Рисунок 3.16 – Создаем «Sphericaljoint»

На рисунке 3.17 представлены соединения сферическим шарниром штокагидростойки с перекрытием и гидроцилиндра с основанием.

Рисунок 3.17 – Соединения требуемых элементов

Далее через панель «Connectors» выбираем цилиндрический шарнир (1) и закрепляем его в соединении штока с цилиндром (2) (рисунок 3.18). Задавая усилие в сторону перекрытия, так как при работе системы шток опускается вниз, следовательно необходимо задать отрицательное усилия направлением вверх.

Рисунок 3.18 – Соединение гидроцилиндра и штока цилиндрическим шарниром

Осуществляем нагрузку на крепь, указывая вертикальное расположение нагрузки и указывая направление с верха в низ, как представлено на рисунке 3.19.

Рисунок 3.19 – Направление нагрузки

Выполняем заключительную симуляцию. Результат симуляции представлен на рисунке 3.20.

Рисунок 3.20 – Итоговый результат симуляции на виде сбоку

С учетом спроектированной механизированной крепи, определяем график силы, скорости и ускорения в шарнире, который представлен на рисунке 3.22.

Рисунок 3.22 – График силы, скорости и ускорения

Заключение

Использование программный пакетов позволяет существенно повысить скорость и увеличить возможности проектирования.

Задача была решена в плоском виде проектирования с использованием пакета ADAMS. Adams - позволяет проектировать механизмы во взаимодействии их узлов и деталей и если рассмотреть одну деталь то можно исследовать влияние на неё соседних.

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 графика нагружения гидростоек автоматизированной крепи Glinik, применяющихся в Карагандинском угольном бассейне реально действуют в конструкциях. При моделировании оно может быть обеспечено пространственным решением.

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.

Список использованной литературы

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