XIII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2021

Министерство образования и науки Республики Казахстан

Карагандинский Государственный Технический Университет

Кафедра ТОМиС

Курсовой проект

Введение

Навык проектирования опорных элементов горных машин или оборудования требуется любому современному инженеру.

Система автоматического проектирования обеспечивает выполнение необходимых функций проектирования, представляет собой организационно-техническую систему, предназначенную для автоматизации процесса проектирования, состоящую из персонала и комплекса технических, программных и других средств автоматизации его деятельности.

Основным опорным элементом механизированной крепи является гидростойка.

Гидростойка предназначена для поддержки перекрытия, поджима консолей к кровле и создания сопротивления опусканию кровли. 

Проектирование гидростойки механизированной крепи занимает особое место для развития навыков проектирования с основными пакетами прикладных программ.

В работе гидростоек большое значение имеет конструкция цилиндра и сопрягаемых с ними сварных швов.

В проектировании будут отображены необходимые подробности для создания гидростоек из разных материалов, так как существенное отличие свойств сварных материалов необходимо учитывать и при возможности получать от этого положительный эффект.

1 Описание и основное назначение гидростойки механизированной крепи

Гидростойка — основной опорный элемент механизированной крепи, воспринимающий горное давление и передающий его на почву пласта через основание секции (а при отсутствии основания — через нижние опорные поверхности стоек).

Гидростойки используются для подъема верхнего перекрытия (распор стойки) и его опускания (разгрузка стойки), а также для регулирования высоты секции по вынимаемой мощности пласта. Рабочая характеристика гидростойки показывает характер изменения ее сопротивления опусканию породы кровли в зависимости от ее податливости.

Принцип работы гидростоек одинаков почти для всех гидрофицированных крепей и заключается в следующем. В поршневую полость стойки под давлением подается рабочая жидкость. При этом выдвижная часть стойки, перемещаясь вверх, упирается в кровлю через верхнее перекрытие. Давление жидкости в поршневой полости возрастает до величины, равной рабочему давлению насосной станции. После этого подача жидкости в поршневую полость стойки прекращается. Давление здесь достигает давления начального или предварительного распора, которое обычно не превышает 20 МПа и примерно равно половине величины, при которой срабатывает предохранительный клапан стойки (обычно 30-50 МПа). Дальнейшее возрастание давления в стойке в результате опускания пород кровли происходит до величины, на которую настроен предохранительный клапан стойки. В этот период гидростойка работает в режиме нарастающего сопротивления. Когда давление в поршневой полости достигает предельной величины, стойка переходит в заданный режим постоянного сопротивления, т. е. рабочий режим, отклонения от которого могут быть вызваны лишь кратковременным повышением скорости опускания пород кровли, а также перепадами давлений открытия и закрытия предохранительного клапана. При срабатывании предохранительного клапана рабочая жидкость из замкнутой гидросистемы стойки вытесняется в сливную магистраль крепи. По характеру раздвижки и области применения различают гидростойки: с одинарной гидравлической раздвижностью, применяемые на пологих пластах мощностью 1,5-3,5 м (например, в крепях комплексов 1МКМ, ОКП), и с двойной гидравлической раздвижностью (посредством двух телескопически раздвигающихся гидроцилиндров), применяемые в условиях тонких пластов, когда невозможно обеспечить одинарную раздвижность; в некоторых случаях применяется тройная гидравлическая раздвижность (крепи для мощных пластов 4-6 м).

2 Устройство гидростойки

Промышленностью выпускаются два вида гидростоек – с внутренней циркуляцией рабочей жидкости и с внешним питанием (рис. 1).

Рис. 1. Схемы устройства индивидуальных гидростоек:

а – с внутренней циркуляцией рабочей жидкости б – с внешним питанием

Гидравлическая стойка с внутренней циркуляцией рабочей жидкости (рис. 1, а) состоит из рабочего цилиндра 9, выдвижной части 8, поршня 7 со штоком 12, фильтра 2, предохранительноразгрузочного клапана 4 и клапаннораспределительной системы насоса. Полость I выдвижной части заполняется маслом (индустриальное И-20А или И-30А с добавлением специальных ингибиторов, повышающих коррозионную стойкость деталей) и служит внутренним резервуаром. Раздвижка и распор стойки производятся двухступенчатым насосом, приводимым в действие кривошипным механизмом 5 с помощью рукоятки 6. При движении поршня 7 вверх масло переливается из полости I через клапан 11 в полость III. Затем при движении поршня 7 вниз клапан 11 закрывается, а клапан 10 открывается и рабочая жидкость поступает в полость II и поднимает вверх выдвижную часть 8. Если давление в полости II превысит величину, на которую отрегулирован предохранительно-разгрузочный клапан 4, последний срабатывает и жидкость переливается из полости II в полость I. Для разгрузки стойки поднимают вверх ручку разгрузочного устройства 3 и выдвижная часть 8 опускается за счет переливания жидкости из полости II в полость I через клапан 4. Масло пополняется через заливное отверстие 1 (закрываемое пробкой) и сетчатый фильтр 2.

Гидростойки с внешним питанием не имеют встроенного насоса. Раздвижка и распор таких стоек осуществляются с помощью пистолета 1 (рис. 1. б), присоединенного к насосной станции. При подаче жидкости пистолетом 1 она через фильтр 11 и клапан 10 попадает в полость стойки I и далее через клапан 9 в рабочую полость стойки. При этом перемещается вверх выдвижная часть 7. После окончания распора перекрывается трехходовой кран 2 пистолета и жидкость поступает в сливную линию 3 насосной станции. Пистолет отключается от стойки. Если давление в рабочей полости II рабочего цилиндра 8 превышает допустимое, то срабатывает предохранительный клапан 4 и обеспечивает необходимую податливость стойки. Стойка разгружается клапаном 5, который при повороте рычага 6 против часовой стрелки отклоняется влево, в результате чего открывается отверстие для слива жидкости из полости II стойки.

3 Проектирование гидростойки

3.1 Основные этапы проектирования

Создаем цилиндр, объединяя созданные точки в одну поверхность (рисунок 3.1)

Рисунок 3.1 – Спроектированный цилиндр

Построение точек на поверхности цилиндра и соединение их линиями (рисунок 3.2)

Рисунок 3.2 – Построение точек

Далее задаем область для создания круга вокруг цилиндра (рисунок 3.3)

Рисунок 3.3 – Создание круга вокруг цилиндра

Выполняем построение по линиям и точкам, как представлено на рисунке 3.4. и 3.5.

Рисунок 3.4 – Построение по линиям и точкам

Рисунок 3.5

Закрепляем основную центральную поверхность (рисунок 3.6)

Рисунок 3.6 – Закрепление основной центральной поверхности

На всей закрепленной поверхности выполняем процесс построения сетки (рисунок 3.7).

Рисунок 3.7 – Построение сетки

Задаем момент по точкам, 1000 тонн по осям X,Y,Z, как представлено на рисунке 3.8

Рисунок 3.8

Рисунок 3.9

Закрепляем основной торец, как представлено на рисунке 3.10

Рисунок 3.10

На рисунке 3.11 продемонстрировано напряженно-деформированное состояние (Deformed shape).

Рисунок 3.11 - Напряженное-деформированное состояние

Выполняем деформацию напряжения по оси Z, как представлено на рисунках 3.12 и 3.13.

Рисунок 3.12

Рисунок 3.13

Выполняем деформацию напряжения по оси Y (рисунок 3.14 и 3.15)

Рисунок 3.14

Рисунок 3.15

Выполняем деформацию напряжения по оси Х (рисунок 3.16 и 3.17)

Рисунок 3.16

Рисунок 3.17

Анализ выполненных деформаций представляем результат на рисунке 3.18

Рисунок 3.18

3.2 Проектирование через блок команд, построение графиков

В данном проектировании мы использовал заданный программный блок для разных материалов шва и трубы в Ansys.

/NOPR !

/PMETH,OFF,0 KEYW,PR_SET,1 KEYW,PR_STRUC,1 KEYW,PR_THERM,0 KEYW,PR_FLUID,0 KEYW,PR_ELMAG,0 KEYW,MAGNOD,0 KEYW,MAGEDG,0 KEYW,MAGHFE,0 KEYW,MAGELC,0 KEYW,PR_MULTI,0

KEYW,PR_CFD,0

/GO

/PREP7! вход в препроцессор

/units,si!

ET,1,SOLID92 ! задание типа конечного элемента

MPTEMP,,,,,,,,!шов2 MPTEMP,1,0 MPDATA,EX,2,,2e11!

MPDATA,PRXY,2,,0.3 MPDATA,DENS,2,,7000

MPTEMP,,,,,,,, !основнойметалл 1 MPTEMP,1,0 MPDATA,EX,1,,2e10!

MPDATA,PRXY,1,,0.3 MPDATA,DENS,1,,7000

CYL4,0,0,0.3,0 ,0.15,360 ,2.5, ! построениецилиндра

K,101,0,0.3, 1.35, ! задание координат для выреза сварного шва K,102,0,0.3,1.15,

K,103,0,0.27,1.3,

K,104,0,0.27,1.2,

a,101,102,104,103, ! задание области k,111,0,0,0, !

k,112,0,0,2.5,

vrotat,7,,,,,,111,112,360, ! образование площади в объем вокруг двух точек vsbv,1,2 ! вычитываем наложенный материал в зоне шва

vsbv,6,5 vsbv,1,3 vsbv,2,4

Рисунок 3.19 – Вычитываемый материал в зоне шва

! вставляем материал шва созданием области и её вращением a,101,102,104,103, ! задание области

k,111,0,0,0, !

k,112,0,0,2.5,

vrotat,3,,,,,,111,112,360, ! образование площади в объем вокруг двух точек vglue, all! склеиваем шов

TYPE, 1

MAT, 2

MSHKEY,0

VMESH, 6,7!построение сетки шва VMESH,8,9

TYPE, 1

MAT, 1

MSHKEY, 0

VMESH,1!построение сетки шва

Рисунок 3.20 – Построение сетки шва

FINISH! завершение процесса в построении

/SOLU ! вход в решатель

Рисунок 3.21 – Вход в решатель Solution Consols

Рисунок 3.22 – Выбираем зону

Рисунок 3.23 – деформированная форма

! текст программы для защемления и нагружения и решения из лог файла FINISH

/SOL EQSLV,PCG,1E-8

! /REPLOT,RESIZE FLST,2,1,5,ORDE,1 FITEM,2,1

!*

/GO DA,P51X,ALL, FLST,2,1,3,ORDE,1 FITEM,2,9

!*

/GO FK,P51X,FY,1000 FLST,2,1,3,ORDE,1 FITEM,2,11

!*

/GO

FK,P51X,FY,-1000

! /STATUS,SOLU SOLVE

Рисунок 3.24 – Выполненное решение

На рисунке 3.25 представлены графики напряжений сигма х и сигма у по верхнему и нижнему контуру шва при разном материале шва итрубы.

PPATH,1,0,0,0.3,1,0,!Первая координата !точки, PPATH,2,0,0,0.3,1.5,0,!Вторая !координата точки, PPATH,1,0,0,0.27,1,0,!Первая координата !точки, PPATH,2,0,0,0.27,1.5,0,!Вторая !координата точки

Рисунок 3.25 – Графики напряжений сигма х и сигма у

Расчет деформируемой области спроектированной гидроцилиндра представлен на рисунке 3.26.

Рисунок 3.26 – Hydrocylinder’s Deformed Shape

Зоны критических мест гидроцилиндра представлены на рисунке 3.27

Рисунок 3.27 – Критические места нагружения

Особенность конструкции проектирования гидроцилиндра заключается в получения твердотельных моделей, в том числе и при внецентренном нагружении с эксцентрисистетом.

Заключение

В результате проектирования гидростойки можно получить сетку практически с любой точностью, включая решение контактных задач соприкосновения поршня с цилиндром в условиях внецентренной нагрузки, а затем в любом сечении графики напряжений. Это позволит эффективно анализировать самые разный условия работы гидростоек. Принимая и проверяя свои гипотезы о прочности и работоспособности изделий.

Важной задачей успешности таких работ является возможность экспериментальной проверки теоретических данных.

Список использованной литературы

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

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

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

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.

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

9. Басов К.А. ANSYSв примерах и задачах / Под общей редакцией Д.Г. Красковского. – М.: КомпьютерПресс, 2002. – 224 с.

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

11. Бейсембаев К.М., Шащянова М.Б. Основы системного анализа в базах данных.Караганды, Болашак-Баспа, 2008, 208 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., Жетесов С.С., Шманов М.Н. Геомеханические основы разработки угля в нестационарных системах.Караганда 2009, изд-во КарГТУ, 207 с.

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

Отчет о проверки на заимствования

Код для цитирования: Скопировать