XII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2020

Введение

Экскаваторами называются землеройные машины, предназначенные для копания и перемещения грунта. Все экскаваторы в зависимости от использования рабочего времени для копания грунта подразделяются на две группы: непрерывного действия — многоковшовые и периодического действия — одноковшовые.

Одноковшовые экскаваторы распространены шире вследствие их универсальности. Гидравлические экскаваторы обладают конструктивными, технологическими и экономическими преимуществами по сравнению с экскаватором с механическим приводом. Гидравлический привод позволяет: реализовать передаточные числа от ведущего звена источника энергии к рабочим и органам машины без применения громоздких и сложных по кинематике устройств, простым способом преобразовать вращательное движение в поступательное, значительно расширить номенклатуру рабочего оборудования, расположить рабочие механизмы независимо от силовой установки, что обуславливает возможность их наилучшей компоновки; соединить с помощью поворотных соединений и гибких рукавов высокого давления элементы гидропривода, расположенные на взаимно перемещающихся частях машины; выполнять удобное и независимое бесступенчатое регулирование в широком диапазоне скоростей рабочих движений, совмещаемых по времени, что улучшает технологические возможности машины; повышает эффективность использования мощности двигателя, этому способствует жесткая двусторонняя фиксация исполнительных механизмов в любом положении и возможность без дополнительных устройств реверсировать направление движения исполнительного механизма при любой системе гидропривода; унифицировать и нормализовать конструкцию узлов и элементов гидропривода для машин разных типоразмеров, ограничив их номенклатуру; исключить из силовых передач фрикционные муфты и тормоза, используемые при механической трансмиссии и подверженные интенсивному износу, а так же существенно уменьшить число мест смазывания, что сокращает временные затраты на техническое обслуживание машин; при использовании гидравлического привода улучшаются технологические возможности машин.

1 Cостояние вопроса

Историю землеройной техники, в частности экскаваторов, можно начать писать с начала 15 века, когда в венецианском издании «Кодекса Джованни Фонтана» 1420 года был опубликован рассказ о ковшедолбежной землечерпалке, использовавшейся для углубления дна каналов, расширения морских гаваней. Но официально идея создания землеройных машин принадлежит Леонардо да Винчи, который в начале 16 в. предложил схемы экскаваторов-драглайнов. К 1500 году относится набросок чертежа грейфера для землечерпалки. Несколько лет спустя Леонардо руководил прокладкой каналов в засушливой Миланской долине. На земляных работах он применил землечерпалку собственной конструкции.

В записных книжках ученого наряду с чертежами летательного аппарата есть зарисовки землечерпалки с ковшом-драглайном, а также сооружения, напоминающего конструкцию экскаватора. Драглайн, предложенный Леонардо да Винчи, в основных чертах напоминает ковш современного экскаватора. Вот его описание: “Ковш, заостренный, как лемех, спереди и сзади, имеет сито. Это позволит зачерпнуть много грунта и даст стечь воде. Ковш будет подвешен на канатах, которые наматываются на ворот, расположенный на понтоне. Дно ковша может также откидываться, что облегчит его разгрузку”. Сейчас, правда, не выпускаются ковши-драглайны с откидным днищем, но этот принцип успешно применяется в ковшах для прямой лопаты.

В 1597 году для очистки каналов в Венеции была сконструирована и построена плавучая землечерпалка. Автором ее был венецианский механик БуанаютоЛорини, который описал устройство машины в труде “Делле Фортификационе”. Далее в 1718 г. проект землеройного устройства с двумя ковшами представили Французской Академии наук механики де лаБальм и Белидор. Механизм работал в портах Тулона и Бреста. Затем в 1795 году известный американский изобретатель, создавший первый практически пригодный пароход, Роберт Фултон сконструировал и первый четырехколесный грейдер-элеватор. Однако испытана машина была только через 70 лет на строительстве дорог в Америке. Но в 1796 году на дноуглубительных работах в английском порту Сандерленд была применена ковшовая драга с приводом от паровой машины. Построена она при участии изобретателя паровой машины Джеймса Уатта. За один рабочий ход ковши доставали со дна гавани до полутора тонн грунта, что примерно в 4 раза превышало производительность ручной драги. Большой вклад в развитие технологии экскаваторостроения внести французы: в 1860 году инженер М. Кувре создал сухопутный цепной многоковшовый экскаватор с двигателем 15 лошадиных сил. Он был испытан на строительстве дороги Седан — Тионвиль, а позднее работал на сооружении Суэцкого канала. А уже 1862 году на улицах Парижа появился первый паровой каток с обеими ведущими осями. Изобретателем машины был механик Балейсон. Однако паровые катки большого распространения не получили. Ведь для поддержания необходимого давления в его котле требовалось сжигать 60— 80 килограммов топлива в час.

В начале 20 века, с развитием электроэнергетической отрасли семимильными шагами развивались и конструкции экскаваторов. В 1905 году были выпущены первые паровые полноповоротные (с поворачивающейся кабиной) экскаваторы немецкой фирмой “Оренштейн&Коппель”. Ковши этих машин вмещали до 4 кубометров земли. В 1910 году появились первые электрические экскаваторы, а американская фирма “Бюсайрус” выпустила в свет полноповоротный экскаватор на гусеничном ходу. Начиная с 1912 года начал работать первый экскаватор с двигателем внутреннего сгорания на гусеничном ходу.

Русские изобретатели предложили немало интересных устройств, способствовавших облегчению тяжелого труда на строительстве каналов, дорог, мостов и других сооружений. Так, в конце 20-х годов 19 века в Петербурге появился ржевский мещанин Немилов. Он уже построил немало мельниц, плотин и мостов, применяя при этом хитроумные машины собственной конструкции и изготовления. Вот и теперь он сдал на заключение генералу Бетанкуру чертежи: “Машины для уравнения земли у подошвы реки”, “Машины для выстилки плитою из гранитного камня подошвы между столбов” и “Копра особого устроения, каковые еще нигде не виданы”. Трижды пришлось Немилову продлить в столице свой паспорт, ответа он так и не дождался и вернулся на родину ни с чем. А ведь эти проекты, если б были одобрены и приняты, могли сыграть заметную роль в развитии строительных машин.

В те же годы в Петербурге на чердаке одного из домов Гороховой улицы у Каменного моста жил “страстный механик” Казаманов. Не имея ни средств, ни материалов, ни инструментов, он умудрялся все же сооружать модели своих изобретений, среди которых были и своеобразный копер для вбивания свай, и машина “для подъема тяжестей с большею легкостью и удобностию на возвышенность”. Технические новинки, созданные этими и другими безвестными изобретателями-самоучками, не нашли ни должного понимания, ни должного распространения. Может быть, чуть больше повезло русским землечерпалкам. Первая плавучая землечерпалка была создана в Петербургском институте путей сообщения в 1809 году. Ее мощность составляла 15 лошадиных сил. Такое устройство могло заменить труд многих людей. Предназначалась эта машина для очистки водоемов. В 1811—1812 годах землечерпалку построили на Ижорском заводе. Начиная с 1813 и по 1819 год машина работала на очистке Кронштадтского порта.

Позднее в России и за границей были предложены усовершенствованные конструкции землечерпалок. Но это был, пожалуй, один из первых многоковшовых экскаваторов.

В 1847 году русский изобретатель Кушелевский сделал еще один шаг в этой области. Он предложил идею землечерпательной машины, которая могла работать как на воде, так и на суше. Эта машина соединяла в себе достоинства речной землечерпалки и сухопутного экскаватора.

В 1854 году в Петербурге были изданы материалы, подготовленные комиссией, изучавшей природные богатства и хозяйство Пермской губернии. В них опубликованы интересные сведения о первом русском паровом экскаваторе, который авторы документа и назвали “земляным механизмом”. Кем он был построен, членам комиссии не удалось установить. Было известно только, что был этот неизвестный механик родом из Нижнего Тагила, но описанная машина выполняла, по существу, то, что делает экскаватор: она могла перемещаться и “посредством особых устройств”, говорилось в описании машины, копала руду и производила ее уборку от забоя, подготавливая фронт работ для дальнейшей выемки руды. Так, почти 130 лет назад в России в руднике горы Высокой на Урале был применен способ открытой разработки полезных ископаемых с помощью экскаватора.

Производство одноковшовых экскаваторов в России было начато в 1901 на Путиловском (ныне Тверской экскаваторный) заводе. В СССР производство экскаваторов было организовано в 1931. Выпущены первые 15 машин. С 1947 Уральский завод тяжёлого машиностроения (УЗТМ) впервые в мире организовал серийный выпуск карьерных экскаваторов с ковшами ёмкостью 3-5 м3. В 1958 на УЗТМ был изготовлен шагающий экскаватор драглайн с ковшом 25 м3 и стрелой 100 м, а на Новокраматорском машиностроительном заводе (НКМЗ) в 1965 - экскаватор-лопата с ковшом 35 м3 для крепких грунтов. В 1975 УЗТМ закончил изготовление шагающего драглайна с ковшом ёмкостью 100 м3 и стрелой 100 м. УЗТМ осваивает наиболее мощную карьерную лопату, с ковшом 20 м3, для крепких грунтов (1976).

Современные экскаваторы, бульдозеры и другие землеройные машины передвигаются по земле на колесах или гусеницах, по рельсам или с помощью специальных опор могут "шагать", есть и плавающие землечерпалки. Однако едва ли не самым распространенным способом передвижения тяжелых машин стал гусеничный ход. Машины на таком ходу могут надежно перемещаться по неровной поверхности, работая на стройке, в котловане или в карьере, добывая полезные ископаемые. Проблема надежного передвижения землеройных машин всегда занимала их создателей. Еще в начале прошлого века в различных странах пытались заменить колесный ход на какой-либо другой. В России в 1879 году русский крестьянин Федор Блинов получил, как тогда говорили, привилегию на "Вагон с бесконечными рельсами для перевозки грузов по проселочным дорогам". К тому времени уже были построены железные дороги, уже были известны рельсы. И изобретателю пришла идея использовать замкнутые и перебегающие по каткам "рельсы в качестве ходового устройства. Изучение чертежей и описания этого изобретения показало, что "вагон" Блинова не что иное, как гусеничный трактор. Такие машины начали строить за границей лишь в XX веке.

Освоение гусеничных тракторов позволило уже в начале 20 века использовать их как базу для землеройных машин, которые стали широко применяться при строительстве дорог, водных путей, в горнодобывающей промышленности.

Первые экскаваторы на гусеничном ходу мало походили на современные машины. Еще в начале века они изготовлялись наполовину из деревянных деталей. Деревянной была стрела, из деревянных пластин (траков) состояли гусеницы. Траки, правда, сначала обивали металлическими листами, а позднее гусеницы полностью стали металлическими.

Такой экскаватор в 1912 году был использован в США на строительстве канала Кэлуметсэг.

Экскаваторами называются землеройные машины, предназначенные для копания и перемещения грунта. Все экскаваторы в зависимости от использования рабочего времени для собственно копания грунта делят на две большие группы: непрерывного действия - многоковшовые и периодического (цикличного) действия - одноковшовые.

Многоковшовые экскаваторы обе операции - копание грунта и его перемещение — выполняют одновременно; одноковшовые эти операции выполняют последовательно, прерывая копание на время перемещения грунта. Таким образом, рабочее время машины, в течение которого выбирают грунт, и производительность многоковшовых экскаваторов выше, чем одноковшовых. Несмотря на это, одноковшовые экскаваторы распространены шире вследствие их универсальности, т. е. возможности применять их как на земляных, так и на погрузочно-разгрузочных работах в самых тяжелых, в том числе скальных (с предварительным взрыванием), грунтах. Применение многоковшовых экскаваторов ограничено: в основном их используют при рытье траншей и добыче нерудных материалов в карьерах с однородными грунтами без каменных включений.
По способу перемещения экскаваторы бывают сухопутные и плавучие.

По конструкции ходового устройства сухопутные экскаваторы подразделяют на гусеничные, колесные и шагающие (последнее применяют только в одноковшовых экскаваторах).

По типу применяемого основного (первичного) двигателя экскаваторы бывают дизельными или электрическими. Выбор двигателя определяется условиями, в которых будет работать экскаватор. Так, дизели используют на экскаваторах там, где машину нужно сравнительно часто перевозить с места на место, например на строительстве нефте- и газопроводов, железных и шоссейных дорог, гражданском строительстве и т. п.
На экскаваторах, постоянно работающих в одном месте, например в карьерах по добыче нерудных материалов, выгодно применять электродвигатели, которые проще и дешевле в эксплуатации.

Одноковшовые экскаваторы по назначению делят на три основные группы: строительные универсальные, предназначенные для земляных и погрузочно-разгрузочных работ в строительстве; карьерные - для работы в карьерах на разработке рудных и угольных месторождений, а также скальных пород; вскрышные - для разработки полезных ископаемых (угля, руды) открытым способом. К последней группе относятся также и мощные шагающие экскаваторы - драглайны, используемые на горных работах для перекидки верхних слоев пород в выработанное пространство, а также на строительстве крупных гидротехнических сооружений.

Кроме этих основных групп выпускают еще специальные экскаваторы, предназначенные для использования в определенных специфических условиях: подземные - для подземной разработки полезных ископаемых при большой мощности пласта, туннельные - для погрузки взорванной породы при проходке туннелей, торфяные - для добычи торфа и др.

По виду рабочего оборудования экскаваторы подразделяются на одноковшовые с жесткой шарнирно-скользящей связью ковша со стрелой (прямая лопата), с жесткой шарнирной связью ковша со стрелой (обратная лопата), с гибкой связью ковша со стрелой (драглайн, грейфер и др.) и с телескопическим рабочим оборудованием.

Наиболее распространено оборудование прямой лопаты. Им оснащаются экскаваторы любой мощности с ковшами емкостью до 15,3 м3. Экскаваторы с оборудованием прямой лопаты и с разгрузкой в транспортные средства или отвал целесообразно применять при разработке месторождений полезных ископаемых и для рытья котлованов. Преимущественно в крепких, каменистых и скальных породах и грунтах, а также в устойчивых грунтах средней крепости.

Оборудование обратной лопаты используется для рытья узких траншей (шириной 0,7- 1,5 м и глубиной до 8 м), особенно с вертикальными стенками для прокладки сетей канализации, нефтепроводов, устройства фундаментов в крепких и каменистых грунтах, а также сооружения небольших котлованов.

Рабочее оборудование экскаватора-драглайна (англ. dragline) состоит из стрелы и ковша, подвешенного к стреле при помощи подъемного и тягового канатов. Выемку грунта драглайн производит, как правило, ниже уровня установки экскаватора. Применяются ковши различной емкости - в скальных предварительно разрыхленных породах допускается работа драглайна при емкости ковша свыше 10 м. Продолжительность цикла обычно на 10-20% больше, чем при работе экскаватора с оборудованием прямой лопаты. С оборудованием драглайна работает до 40% одноковшовых экскаваторов. Драглайны, имеющие т. н. шагающий ход, получили название шагающих драглайнов.

Планировании поверхностей со значительными углами наклона с помощью следящей системы малоэффективно из-за ограниченности рабочей зоны экскаватора. Более эффективно на указанных работах могут быть использованы экскаваторы с телескопическим рабочим оборудованием, обеспечивающие прямолинейную траекторию движения рабочего органа посредством втягивания телескопической стрелы. Возможность поворота ковша вокруг продольной оси стрелы (рукояти) у этих машин позволяет осуществлять срезку и зачистку наклонных поверхностей. Эти машины имеют малую габаритную высоту рабочего оборудования, что позволяет работать в закрытых помещениях и труднодоступных местах.

Оборудование грейфера применяется для погрузочных работ, рытья котлованов с отвесными стенками, для работ под водой.

Оборудование струга приспособлено для планировочных работ, удаления дорожной одежды и т.п. Отдельные модели экскаваторов, предназначенные в основном для строительства (с ковшами емкостью до 5 м3), снабжают различным сменным оборудованием не только для земляных, но и для монтажных, подъемно-транспортных, погрузочно-разгрузочных, свайных и буровых работ, валки леса и корчевки пней и т.п. Такие экскаваторы обычно называются универсальными, т.к. они применимы во многих видах земляных и строительных работ. Если число единиц сменного оборудования не превышает трех (например, лопата, драглайн, кран), экскаватор называется полууниверсальными.

Получают широкое распространение экскаваторы с гидроприводом, т. н. гидроэкскаваторы, у которых все виды рабочих органов шарнирно связаны с поворотной платформой и перемещаются с помощью гидроцилиндров, приводимых в движение насосами высокого давления (10- 40 МПа). В этом случае для передачи вращения (привод поворота, хода) обычно применяют гидравлические двигатели. Этот вид одноковшовых экскаваторов изготовляется с ковшами малой (до 1,8 м.), средней (2-3 м.) и большой (3,2-6 м.) емкости. На сегодняшний день в России получают распространение большие гидроэкскаваторы с объемом ковша свыше 12 м. Основным рабочим оборудованием таких экскаваторов является обратная лопата.

В зависимости от назначения одноковшовые экскаваторы подразделяют на строительные, карьерные, строительно-карьерные и вскрышные, кроме того, выделяют тоннельные экскаваторы, плавучие и др. Строительные экскаваторы - самый распространенный тип одноковшовых экскаваторов (около 60% мирового парка); насчитывают около 200 моделей, выпускаемых более чем 80 отечественными и зарубежными заводами. Различают: универсальные малой мощности (емкость ковша 0,05-1,8 м., грузоподъемность крана 0,7-45 т, масса 1,5-65 т); средней мощности - полууниверсальные (емкость ковша 2-3 м., грузоподъемность крана 60-80 т, масса 72-105 т); большой мощности - полууниверсальные (емкость ковша 3,25-6 м, грузоподъемность крана 100-150 т, масса 115-210 т). Удельная масса на 1 м емкости ковша для крепких грунтов составляет 33-36 т.

2 Методы расчета экскаватора

Расчет основных параметров экскаватора

1. Техническая производительность одноковшовых экскаваторов определяется по формуле:

где q - вместимость ковша;

К_р - коэффициент разрыхления породы;

К_н - коэффициент наполнения ковша для влажного суглинка;

t_ц - продолжительность цикла.

2. Эксплуатационная производительность определяется по формуле:

П_э=П_ТХ· К_У· К_в

где К_У - коэффициент, зависящий от уровня квалификации машиниста экскаватора;

К_В - коэффициент использования экскаватора в смену.

3. Теоретическая производительность одноковшового экскаватора применяется только как часовая и определяется по формуле:

4. Мощность необходимая при наиболее энергоемкой операции копания грунта определяется по формуле:

где А - удельная энергоемкость копания, равная работе, затрачиваемой на разработку 1 м³ грунта

t_k=0,3·t_ц,

t_k - продолжительность копания;

t_ц - продолжительность рабочего цикла,

k_м - коэффициент использования двигателя при копании с учетом привода вспомогательных устройств;

з - коэффициент полезного действия привода и рабочего оборудования

Расчет количества экскаваторов

1. Объём работ по выемке грунта составит:

где - длина участка траншеи;

2. Фактический объем грунта:

3. Объем грунта отгружаемого в транспортные средства на вывоз:

Объем трубопровода

Объем грунта на вывоз

4. Объем грунта отгружаемого в отвал:

5. Количество смен:

6. Расчет количества экскаваторов

3 Программные средства для проектирования, моделирования и расчета экскаватора.

Системы CAD в основном предназначены для проектирования машин и их деталей. К ним относятся Компас 3D, AutoCAD. В этих пакетах также имеются моделирующие функции, однако их объемы относительно небольшие. Но также имеются пакеты в которых объемы моделирования существенно возросли. И обычно эти пакеты привязаны к моделирующим пакетам, например система Workbench тесно связана с системой ANSYS и состовляет пакет ANSYSWorkBench. Мощными проектными возможностями обладает и пакет SolidWorks. Кроме того в SolidWorks доведены до совершенства и моделирующие возможности. Причем по ряду факторов моделирующий пакет превосходит ранее выпущенные версии ANSYS за исключением возможностей кодового программирования.

Системы CAM предназначены для моделирующих процессов машин. Например - с помощью пакета ANSYS можно выполнить анализ напряженно деформированного состояния под воздействием сил, давлений, моментов с учетов воздействия температуры окружающей среды или производственных процессов в ряде случаев ANSYS можно использовать для моделирования гидравлических потоков электромагнитных и акустических полей. Такими же возможностями обладает и пакет ConsolServer. Когда сам пакет установлен на удаленной станции, а пользователь для моделирования и расчета своих задач через свой компьютер за счет локальных и глобальных сетей может получить доступ (результат).

Недостаток в том, что модель следует отправлять на чужой сервер.

К CAM системам можно отнести и SolidWorks, в нем развита и проектная и моделирующая функция. Таким образом можно выделить и промежуточное подразделение которое почти в одинаковой степени обладает возможностями CAD и CAM – это проекты ANSYSAPDL с системой WorkBench и пакет SolidWorks.

CAE системы изначально предназначались для разработки процедур изготовления машин и в частности использовались в системах ЧПУ - станки с числовым программным управлением. В основе программирования этими процессами лежат G-code, которые позволяют регулировать центровку деталей, назначение режимов обработки детали с различными инструментами и т.д. в современных системах, например Siemens. Эти возможности объединены в различные пакеты, которые сочетают в себе проектные моделирующие и технологические возможности построения деталей в частности они в станках Siemens могут быть локализованы в 1 оболочке. Недостаток систем CAD, CAM, CAE заключается в том что не все требования по универсализации программ соблюдаются, поэтому специалист обученный, например проектированию на ANSYSAPDLWorkBrenchприходя на производство должен переобучаться,например к переходу на систему Siemens. Это объясняется тем, что работа проектировщиков программного иснтрументаля не всегда тесно связана с фирменными разработками самих крупных фирм.

«Компас 3D» — является комплексной системой автоматизированного проектирования, направленная не только на машиностроение, но и на разработку чертежей, проектирование кабельных систем и создание документов для инженерных проектов.

Создает проекты для строительной и промышленной направленности любой степени сложности, позволяет создавать изделие от идеи до полного проекта с готовыми документами.

Функционал и возможности

«Компас 3D» включает в себя множество полезных функций для работы над инженерными проектами:

параметрическая и твердотельная разработка, позволяющая при помощи эскизов создавать модель, к которой применяются все основные свойства софта;

библиотека стандартных моделей — позволяет использовать для разработки встроенный каталог простых деталей;

2D проектирование — создание чертежей и технической документации проекта;

использование листового материала — проектирует детальные изделия, включая изгибы, резьбу, вырезу, отверстия;

учет допусков — учитывает усадку, свойства и параметры материалов, а также технологию производства окончательного проекта;

инструментарий — включает обширный набор инструментов, включая изменение размеров, геометрию объекта, шероховатость;

«Компас 3D» удобен для разработки машиностроительного оборудования, благодаря своим возможностям:

предполагает коллективную разработку проекта;

позволяет разрабатывать детали машиностроения любой сложности и на выходе получать, практически, готовый продукт;

включает проектирование снизу-вверх и сверху-вниз, начальная разработка возможна как с нижнего уровня, так и с верхнего;

интерфейс прост для разработки начинающих инженеров, а сертифицированные центры обучения помогают новичкам изучить софт в короткие сроки;

включает булевы операции и создание сложных поверхностей;

построение эскизов, пространственных кривых и плоскостей;

создание фасок, отверстий, скруглений, тонких оболочек объектов;

проектирование листовых деталей;

разработанная документация отвечает всем требованием ГОСТ, ISO, DIN или стандартами, установленными на предприятии.

Программа имеет свои особенности, которые присущи только ей, что выделяет ее среди других софтов для промышленного проектирования:

собственное математическое ядро C3D и использование параметрических технологий, созданных специалистами АСКОН;

интерфейс на русском языке, являющийся удобным и простым даже для новичков;

взаимодействие с другими программами по проектированию, созданное в Компасе перемещается без потери данных;

поддержка разнообразных форматов передачи файлов, импорт и экспорт осуществляется при помощи основных форматов передачи;

проектирование трубопроводов, кабельных систем, часть разработки проектов происходит автоматически, что значительно упрощает работу для специалистов на предприятиях;

имеет встроенный модуль для разработки электрических цепей

AutoCAD — это программное обеспечение для трехмерного компьютерного моделирования от Autodesk, которое разработано для проектирования изделий, зданий, планирования производства, гражданской инфраструктуры и строительства.

Функционал и возможности:

Пользователи могут добавлять освещение и материалы в свои 3D-модели для достижения реалистичного внешнего вида и рендеринга. Они также могут контролировать края, молнии и затенения в своих моделях.

Программное обеспечение позволяет пользователям анализировать детали интерьера 3D-объектов. AutoCAD позволяет им импортировать данные из файлов PDF, чтобы они могли работать вместе со своими товарищами по команде при рассмотрении своих моделей и чертежей. И последнее, но не менее важное: они могут настраивать пользовательский интерфейс программного обеспечения, чтобы упростить свои задачи и значительно облегчить доступ к его функциям и параметрам.

AutoCAD помогает пользователям предотвращать сбои продукта и проблемы с гарантией, вводить новшества в продукты и улучшать их производительность, а также выигрывать больше предложений, предоставляя им инструменты и рабочие процессы для проектирования и создания великолепных продуктов.

Целью AutoCAD также является оказание помощи в обработке, печати, проверке и изготовлении качественных деталей, таких как детали автомобилей, ветряных турбин и самолетов. Кроме того, программа помогает им проектировать лучшие здания, реализовывать масштабируемые и устойчивые инфраструктурные проекты, управлять затратами на строительство и прогнозировать результаты проекта.

Программа AutoCAD предлагает функции трехмерного моделирования и визуализации. Одной из них является возможность применять различные методы 3D-моделирования для создания реалистичных 3D-моделей продуктов и их частей. Таким образом, программа позволяет создавать трехмерные каркасы, твердые тела, поверхности и сетки.

MSC.ADAMS - это лучшая на рынке программная система, предназначенная для виртуального моделирования сложных машин и механизмов.

Широкие возможности программного пакета, высокая надёжность и малая трудоёмкость его использования позволяют исследовать десятки, сотни и даже тысячи вариантов конструкции сложных машин и механизмов, моделируя на компьютере реальные условия их работы, сравнивать и выбирать лучший вариант, совершенствовать и совершенствовать будущее изделие, тратя на это во много раз меньше времени и средств, чем традиционным старым путём.

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.

ANSYS — универсальная программная система конечно-элементного (МКЭ) анализа, существующая и развивающаяся на протяжении последних 30 лет, является довольно популярной у специалистов в сфере автоматизированных инженерных расчётов (САПР, или CAE) и КЭ решения линейных и нелинейных, стационарных и нестационарных пространственных задач механики деформируемого твёрдого тела и механики конструкций (включая нестационарные геометрически и физически нелинейные задачи контактного взаимодействия элементов конструкций), задач механики жидкости и газа, теплопередачи и теплообмена, электродинамики, акустики, а также механики связанных полей.

Как новичкам, так и опытным пользователям эта программа предлагает непрерывно растущий перечень расчетных средств, которые позволяют: 
- учесть разнообразные конструктивные нелинейности; 
- решить самый общий случай контактного взаимодействия для пространственных тел сложной конфигурации; 
- допускают наличие больших (конечных) деформаций, перемещений и углов поворота; 
- выполнить многопараметрическую оптимизацию в интерактивном режиме; 
- анализировать влияние электромагнитных полей; 
- решать задач гидро- и аэродинамики, 
- а также многое другое – вместе с параметрическим моделированием, адаптивным перестроением сетки, использованием р-элементов и обширными возможностями создания макрокоманд с помощью языка параметрического проектирования системы ANSYS – APDL.

4 Моделирование, расчет и результат.

1) Предварительное моделирование экскаватора.

Рисунок 1

2) Строим капот экскаватора с помощью команды Bodies – Box с размерами: длина – 3 м, высота – 1,5 м, ширина – 1,5 м.

Рисунок 2

3) Построим стрелу экскаватора с помощью команды Bodies – Plate с размерами: толщина – 0,5 м, радиус – 0,01 м.

Рисунок 3

4) Достраиваем рукоять экскаватора с помощью команды Bodies – Link с размерами: длина – 3 м, ширина – 0,35 м, глубина – 0,25м.

Рисунок 4

5) Построим ковш с помощью команды Bodies – Plate с размерами: толщина – 1,5 м, радиус – 0,01 м.

Рисунок 5

6) Строим поршень гидроцилиндра, который соединяет капот экскаватора со стрелой с помощью команды Bodies – Cylinder с размерами: длина – 1,5 м, радиус – 0,015м.

Рисунок 6

7) Строим шток гидроцилиндра с помощью команды Bodies – Cylinder с размерами: длина – 2 м, радиус – 0,01 м.

Рисунок 7

8) Построим гидроцилиндр, который соединяет стрелу и рукоять экскаватора с помощью команды Bodies – Cylinder с размерами: длина – 1 м, радиус – 0,01 м.

Рисунок 8

9) Строим шток гидроцилиндра с помощью команды Bodies – Cylinder с размерами: длина – 1,75 м, радиус – 0,005 м.

Рисунок 9

10) Построим гидроцилиндр, который соединяет рукоять экскаватора с ковшом с помощью команды Bodies – Cylinder с размерами: длина – 0,75 м, радиус – 0,01 м.

Рисунок 10

11) Строим шток гидроцилиндра с помощью команды Bodies – Cylinder с размерами: длина – 1,75 м, радиус – 0,005 м.

Рисунок 11

12) Построим поворотную платформу экскаватора с помощью команды Bodies – Box с размерами: длина – 1 м, высота – 1 м, ширина – 1,5 м.

Рисунок 12

13) Выстраиваем вращательные соединения с помощью команды Connectors – CreateaRevoluteJoint.

Рисунок 13

14) Выстраиваем цилиндрические соединения с помощью команды Connectors – CreateaCylindricalJoint.

Рисунок 14

15) Жестко соединяем поворотную платформу с грунтом с помощью команды Connectors – CreateaFixedJoint.

Рисунок 15

16) Далее устанавливаем поворотное соединение капота и поворотной платформы с помощью команды Connectors – CreateaSphericalJoint.

Рисунок 16

17) Спроектированный экскаватор в 3D.

Рисунок 17

18) Проверим работоспособность нашего экскаватора с помощью команды Simulation – SimulationControl.

Рисунок 18

Рисунок 19

Как мы видим смоделированный комбайн работает исправно. Все элементы закреплены и взаимодействуют друг с другом.

Рисунок 20

Заключение

Мы научились работать в программе AdamsView 2017, 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, научились 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.). Рассмотрены конструкции поворотных экскаваторов и особенности технологии их использования, а также методы расчета загруженности узлов и деталей в зоне поворота.

Полученные элементы методики моделирования могут быть использованы для получения расчетных методик для других аналогичных конструкций.Ранее такое моделирование было не возможно, но теперь получены многие силовые и геометрические параметры, которые подтверждают, что новое оборудование совместимо с имеющимся экскаваторами, причем его гидравлика будет использована и для улучшения производительности работы.

Список литературы

Бейсембаев К.М.: Методическое указание по выполнению курсовогопроекта

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

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

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

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

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

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

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

Код для цитирования: Скопировать