XI Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2019

Введение

Программы семейства Adams используются для разработки и совершенствования конструкций фактически всего, что движется – от простых механических и электромеханических устройств до автомобилей и самолетов, железнодорожной техники, космических аппаратов и т.д.

Характерной особенностью и большим достоинством программного пакета Adams является эффективный и чрезвычайно дружественный графический интерфейс пользователя. Используя этот интерфейс, пользователь пакета Adams имеет возможность быстро разработать расчётную модель изделия строя ее на базе геометрических примитивов, создаваемых непосредственно в препроцессоре или на базе геометрических моделей компонентов изделия, импортируемых из CAD-систем, задать связи компонентов модели (упругие, демпфирующие, кинематические и др.), приложить нагрузки, запустить расчет и проанализировать его результаты. Интерфейс пользователя пакета Adams включает эффективные средства анализа результатов, которые позволяют в сжатые сроки наметить пути к совершенствованию расчётной модели и добиться максимальной близости её свойств к характеристикам реального динамического процесса, изделия-прототипа или результатам испытаний физического образца разрабатываемой машины.

Раньше на получение сведений о характеристиках работы будущего изделия уходили недели, месяцы, а теперь же, используя Adams, можно в короткие сроки получить представление о машины. Начиная с самых ранних стадий проектирования, можно видеть как будет работать машина и улучшать ее функционирование. Применение Adams позволяет исследовать десятки, сотни и даже тысячи вариантов конструкции, сравнивать и выбирать лучший, совершенствовать и совершенствовать будущее изделие, тратя на это во много раз меньше времени и средств, чем при использовании традиционных подходов.

Работая с Adams пользователь имеет возможность:

Разрабатывать расчётные модели исследуемых изделий, в максимальной степени учитывающих особенности их конструкции, включая высокую идентичность внешнего вида, что во многих случаях облегчает построение моделей, их отладку и анализ полученных результатов;

Выполнять расчёт параметров изделий, определяющих их работоспособность и точность (перемещения, скорости и ускорения компонентов изделия, действующие нагрузки, габариты пространства, необходимого для движущихся частей машины и т.п.);

Выполнять оптимизацию параметров изделия.

Для механизированной крепи с четырехзвенным механизмов, мы имели примеры использования пакета на основе исследований КарГТУ с начала 2000 годов и в нашу задачу входило определение примитивов, которые можно использовать для моделирования крепи. У нас часто используется Link и это связано с тем, что точный контур узлов и деталей не всегда обязателен, но важны массовые и инерционные характеристики.

1 Механизмы крепи

Познакомимся с конструкцией крепи имеющей четырехзвенник, хотя на пакете можно моделировать и поступательно – вращательные пары секции крепи и это выполнялось в нашей секции в 2017-18 годах.

Крепь — горнотехническое сооружение (конструкция), возводимое в подземных горных выработках для обеспечения их устойчивости, технологической сохранности, а также управления горным давлением. При этом крепь горная выполняет одну или совокупность следующих функций: охрана подземного сооружения от обвалов и вывалов горной породы; обеспечение проектных размеров поперечного сечения подземных сооружений на весь срок их эксплуатации; восприятие внешних и внутренних (в частности, давления воды в гидротехнических тоннелях) нагрузок и их перераспределение для вовлечения в работу окружающего породного массива; предотвращение разрушения, разупрочнения породы от выветривания, размокания и других воздействий воздуха и воды; уменьшение шероховатости поверхности и вследствие этого снижение потерь напора воздуха и воды (в гидротехнических тоннелях) на трение.

Рисунок 1 – Секция механизированной крепи с блоком командным в рабочем положении (вид сбоку)

Секция механизированной крепи включает перекрытие, состоящее из верхняка 1 с козырьком 2, ограждения 3, основание 4, шарнирный четырехзвенник, состоящий из рычагов переднего 5 и заднего 6, шарнирно прикрепленных одними концами к ограждению 3, а другими - к основанию 4. Между верхняком 1 и основанием 4 установлены гидростойки 7. С завальной стороны секции крепи под ограждением 3 на основании 4 установлен блок командный 8, который включает раму 9, состоящую из двух боковин 10, 11, перемычек 12 и стенок 13. На раме между боковинами 10, 11 установлены электрогидравлический блок 14, пост управления секцией 15 и клеммная коробка 16. Блоки управления с рукоятками 17 установлены симметрично относительно рамы 9 на вертикальных панелях 18, прикрепленных к кронштейнам 19, которые жестко соединены болтовым соединением 20 с рамой 9. Внизу рама 9 посредством осей 21 и болтовых соединений 22, 23 соединена с кронштейном 24, закрепленным на основании 4 секции крепи. В середине на раме 9 установлены рычаги 25, шарнирно соединенные с цапфами 26, 27, расположенными на проушинах 28, 29 основания 4. Рычаги 25 имеют продольный 30 и поперечные 31 пазы.

Рисунок 2 - секция механизированной крепи в транспортном положении (вид сбоку)

Вверху, с завальной стороны секции, боковины 10, 11 и установленный на них щиток 32 имеют скос 33.

К электрогидравлическому блоку 14 и блокам управления с рукоятками 17 подсоединены рукава 34, которые далее подсоединяются к гидростойкам 7 и исполнительным гидроцилиндрам 35...40 передвигаемой секции. В боковинах 10, 11 рамы 9 и в продольных пазах 30 рычагов 25 установлены болтовые соединения 41, 42.

Работа секции крепи состоит в следующем.

После монтажа секций крепи, с завальной стороны, под ограждением 3 на основании 4 устанавливают блок командный 8. К электрогидравлическому блоку 14 и блокам управления с рукоятками 17 подсоединяются рукава 34, которые в свою очередь подсоединяются к гидростойкам 7 и исполнительным гидроцилиндрам 35...40 передвигаемой секции, т.е. обеспечивается питание рабочей жидкостью передвигаемой секции и ее управление с соседней, передвинутой секции.

При работе в лавах, имеющих нарушение угольного пласта, когда появляется необходимость значительного сокращения каких-либо секций крепи и для обеспечения зазора между ограждением 3 в районе щитка 32, блока командного 8, последний поворачивают вокруг осей 21 в сторону забоя до поперечного паза 31 и закрепляют его в этом положении болтовыми соединениями 41, 42, предварительно сняв болтовые соединения 22, 23, расфиксировав раму 9 с кронштейном 24. После прохождения нарушения угольного пласта блок командный устанавливают в первоначальное его рабочее положение.

При транспортировке секции механизированной крепи в сложенном ее положении совместно с блоком командным 8, последний поворачивают в сторону забоя на угол, пропорциональный длине продольного паза 30 рычагов 25, и закрепляют жестко их болтовыми соединениями 41, 42.

 

Рисунок 3 - Вид блока командного сбоку и вид А на блок командный

2 Описание задачи и выбор пакета

В рамках данной задачи хотим получить исправную, работоспособную крепь. И решить следующие задачи:

Найти пакет на котором можно спроектировать данную крепь

Спроектировать данную крепь

Получить данные о нагрузках, скоростях и ускорениях.

В этой конструкции надо обеспечить движение четырехзвенника по заданной траектории, учитывать гидростойки удерживающие и связывающие верхняк 1 и основание крепи, кроме того надо учесть гидроцилиндр 40 связывающий ограждение 3 , верхняк 1. Очевидно, что если задавать усилия на них

секция будет двигаться по иному. Ясно, что следует использовать для металлоконструкции элементы Link, для гидроцилиндров элементы culind, а для проушин blok

В реальности на секции крпеи действует кровля и в первом приближении можно считать, что смещение секции начнется тогда когда усилия в гидростойках превысят их сопротивление до 360 тс. Цилиндры связи достигают 40 – 80 тс. Поэтому задав нагрузки на гидростойках следует задать нагрузки предотвращающие смещение секции крепи вверх или обеспечить смещение вниз вс весьма мылми скоростями. При этом можно учитывать реальные данные о давлениях пород на перекрытие. Причем нагрузку на козырек и перекрыти можно выбирать в виде сосредоточенных или распределенных сил.

В рамках данной задачи выбрали пакет ADAMS. Потому что, используя этот интерфейс, пользователь пакета Adams имеет возможность быстро разработать расчётную модель изделия строя ее на базе геометрических примитивов, создаваемых непосредственно в препроцессоре или на базе геометрических моделей компонентов изделия, импортируемых из CAD-систем, задать связи компонентов модели (упругие, демпфирующие, кинематические и др.), приложить нагрузки, запустить расчет и проанализировать его результаты.

Работая с Adams пользователь имеет возможность:

Разрабатывать расчётные модели исследуемых изделий, в максимальной степени учитывающих особенности их конструкции, включая высокую идентичность внешнего вида, что во многих случаях облегчает построение моделей, их отладку и анализ полученных результатов;

Выполнять расчёт параметров изделий, определяющих их работоспособность и точность (перемещения, скорости и ускорения компонентов изделия, действующие нагрузки, габариты пространства, необходимого для движущихся частей машины и т.п.);

Выполнять оптимизацию параметров изделия.

3 Решение задачи

1. Создаем новую модель

Рисунок 3.1

2. Создаем пластину перекрытия через команду Bodies – Solids – Link, у которого Length = 80cm, Width = 15cm, Depth = 15cm.

Рисунок 3.2

3. Cправа от пластины перекрытия продолжаем строить верхнюю часть перекрытия через команду Bodies – Solids – Link, у которого Length = 200cm, Width = 15cm, Depth = 15cm.

Рисунок 3.3

4. Дальше строим завальный щит правее от перекрытия под небольшим углом через команду Bodies – Solids – Link, у которого Length = 150cm, Width = 15cm, Depth = 15cm.

Рисунок 3.4

5.Затем начинаем строить Лемнискатный механизм (четырехзвенник Чебышева). Сперва, налево от завального щита строим 2 соединения через команду Bodies – Solids – Link, у которого Length = 80cm, Width = 15cm, Depth = 15cm.

Рисунок 3.5

6. Потомстроимзаземленную (on ground)напольнуюбалкучерезкоманду Bodies – Solids – Link, укоторого Length = 180cm, Width = 15cm, Depth = 15cm.

Рисунок 3.6

7. Заканчиваем Лемнискатный механизм соединив 2 предыдущих соединения с напольной балкой. Для этого строим еще 2 заземленных (on ground) соединения через команду Bodies – Solids – Link, у которых Length равна расстоянию до балки, а Width = 15cm и Depth = 15cm.

Рисунок 3.7

8. Затем везде в концах соединения двух прилежащих деталей закрепляем данные детали шарнирами через команду Connectors – Joints – Create a Revolute Joint.

Рисунок 3.8

9. Производимсимуляциюдвижениякрепичерезкоманду Simulation – Simulate – Simulation control. И удостоверяемся что крепь работает исправно.

Рисунок 3.9

10. Затем строим телескопически раздвигающийся гидравлический цилиндр, состоящую из цилиндра и штока, через команду Bodies – Solids – Cylinder, у которых Length = по 120cm и 150cm, Radius = 15cm и 10cm соответственно. Соединяем их с помощью цилиндрического узла с помощью команды Connectors – Joints – Create a Cylindrical Joint. Добавляемсилувверхкомандой Forces – Applied Forces – Create a force (single component) – Run time direction: two bodies.

Рисунок 3.10

Рисунок 3.11

11. Производим симуляцию и видим что свойство two bodies установлено и гидростойка наклоняется за перекрытие.

Рисунок 3.12

Рисунок 3.13

12. СтроимграфикнагрузкипоосямХ, Y, Z дляшарнира 3 (Joint 3), Simulation > Run Interactive Simulation > Plotting > Constraint > Joint_3 >FX, FY, FZ (выбираемоси) > Add Curves

Рисунок 3.14

13. Показываем где расположен шарнир 3 (Joint_3)

 

r3

Рисунок 3.15

14. Показываем где расположен шарнир 3 (Joint_3 ) в программе

Рисунок 3.16

Рис. 3.17

Заключение

В рамках данной задачи мы выявили, что можно получить исправную, работоспособную крепь. Наши методические приемы моделирования металлоконструкции и силовых гидроцилиндров, а также приемы нагружения перекрытия и козырька крепи оказались работоспособными, Длительные исследования при различных нагрузках на цилиндры и задание их упругих свойст позволяют выявить особенности нагружения крепей и перйти к новым конструкциям. Эта рассмотренная секция крепи стандартная для условий Карагандинского бассейна, но выявлена и необходимость крепи с выемочными функциями. Анализ и моделирование проведенные на СНФ 2018 показал, что в секцию можно встроить, через отверстие в перекрытие, мобильный струговый орган с приводом от силовых гидроцилиндров при выдвижении, которого разрушается и выпускается верхняя пачка угля, зависающая над крепью. Поэтому на основе такой конструкции станет возможным вынимать 5-метровые пласты. Модели на ADAMS, созданные для такой конструкции показали что ее вес будет легче на 30% чем вес обычных увеличенных секции с комбайном, спроектированным для 5-метровых пластов, рис. 3.16, 3.17. При этом секция крепи получит и новые функции, которые обеспечат поддержание кровли на двух уровнях: на линии 3.5 метра и линии 5 – 5.5 метров, такая схема поддержания более эффективная. Поэтому разработка мощных пластов улучшится. Ранее такое моделирование было не возможно, но теперь получены многие силовые и геометрические параметры, которые подтверждают , что новое оборудование совместимо с имеющимся и гидро струг встраивается в схему крепи, причем его гидравлика будет использована и для улучшения управления кровлей

Рис. 3.18

Рис. 3.19 – Общий вид (а), струг в верхнем забое (б, в)

Список использованной литературы

1. Бейсембаев К.М.: Методическое указание по выполнению курсового проекта

2. Бейсембаев К.М., Дёмин В.Ф., Жетесов С.С., Малыбаев Н.С., Шманов М.Н.: Практические и исследовательские аспекты разработки горных машин в 3d монография. Караганда, 2012, изд-во КарГТУ, 135с.

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

4. Храмов А.С.: Разработка элементов крепи для мощных угольных пластов, 2018, научная студенческая работа РАЕ.

5. Поляков К.А. Создание виртуальных моделей в пакете прикладных программ ADAMS, учебное пособие, Самара 2003, электронный вариант

6. Хорин В.Н., Мамонтов С.В., Каштанова В.Я. Гидравлические системы механизированных крепей. – М.: Недра, 1971. – 288с.

7. Жетесова Г.С. Анализ разрушений и деформаций элементов конструкций механизированных крепей // Труды университета. Выпуск 1. – Караганда: Изд-во КарГТУ, 2012, - С. 9 – 11.

8. Бейсембаев К.М., Жетесов С.С. Практические аспекты разработки про- мышленных информационных систем. Караганда, 2010, изд-во КарГТУ, 207с.

9. Поляков К.А. Создание виртуальных моделей в пакете прикладных про- грамм ADAMS , учебное пособие, Самара 2003, электронный вариант

10. BasicADAMS/FullSimulation (ADM 701)/ -М: Московское представительство MSC.SoftwareGmbH, 2005 – 754. с.

11. Мелентьев В.С., Гвоздев А.С. ADAMSView, краткий справочник пользователя: Учебное пособие. – Самара: Изд-во Самар. гос. аэрокосм. ун-та, 2006. – 105 с.

Код для цитирования: Скопировать