XIII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2021

Введение

Сегодня технология цифровых переплетов является одной из основных тенденций развития систем автоматизированного проектирования. Применение данной технологии дает возможность создания и анализа виртуального объекта и отображения будущего физического аналога до мелочей. Цифровой туптул дает проектировщику значительный объем дополнительной информации, кроме видеоинформации. К этой дополнительной информации относятся: сведения о материалах, результаты испытаний, особенности применения выявленных условий и другие. Использование термина «3D-проектирование» для программ, использующих эту технологию (например, Autodesk Inventor), мало, так как срок использования «4D-проектирования» далек.

Дальнейшее развитие САПР зависит от новых технологических возможностей. Ярким примером является использование» облачных " вычислений. Это стало возможным благодаря значительному росту мощностей компьютеров и пропускной способности интернет-каналов. Если раньше чертеж был основным документом и носителем информации, то сегодня все данные по проекту заносятся, хранятся и обрабатываются на сервере в общем хранилище. Доступ к серверу осуществляется не только персональными компьютерами и мобильными устройствами (коммуникаторами или планшетами).

Мобильные устройства в будущем заменят бумагу и придадут 3D-моделям визуальный и легкий вид.

Развитие» облачных " технологий требует создания соответствующей инфраструктуры. Это, конечно, зависит от стадии развития ИТ-инфраструктуры, особенно в обеспечении безопасности данных и коммерческой тайны.

1.Горное давление в лавах

В настоящее время разработано множество методов расчета горного давления, которые основаны на различных гипотезах процесса разрушения пород и учитывают свойства горных пород, глубину залегания выработок. Все они используются для определенных условий, но универсальный метод расчета до сих пор не разработан. Поэтому для изучения физической сущности явлений добычи окружающих пород и расчета горного давления рассмотрим более простые и пригодные методики расчета горного давления для выработок, проходящих в твердых монолитных породах без учета глубины их залегания с поверхности земли.

Прогрессивный для своего времени подход П. М. Цимбаревича к механизму образования горного давления, его метод расчета горного давления по основным правилам сохраняет свое значение и в настоящее время.

П. М. Цимбаревич освещает комплекс вопросов по механике горных пород и массивов: излагается сущность механических процессов, происходящих в горных породах при очистных и подготовительных работах, результаты шахтных и лабораторных исследований этих процессов, приводятся различные методы расчета горного давления. Большое внимание было уделено рассмотрению основных задач и задач механики не целостной и смешанной среды, возникающих на границе целостной и не целостной среды.

Формула Протодьяконова применяется только в случае углубления над трубой или каналом, достаточного для образования набора из пород, лежащих выше; следовательно, лучше. В противном случае расчет горного давления целесообразно проводить до дневной поверхности под весом всего столба грунта, лежащего выше.

Здесь показан вариант проявления горного давления для равномерного спуска пластов на расслоенные породы и образования горизонтального свечения.

Особенности расчета давления на лавовый крепеж

Традиционная система предусматривает вращение главной крыши в лаве:

с крупными консоль-блоками

сразу за крепостью

В настоящее время основным и наиболее распространенным способом управления горным давлением является полное обрушение кровельных пород; перспективным является полная закладка добываемого пространства свободной породой, добываемой в шахте или спускающейся с поверхности земли. Остальные способы (частичное падение, частичная кладка, плавный изгиб) имеют ограниченную область применения с непрерывным сужением. Управление горным давлением применяется только в тех случаях, когда эти горно-геологические условия не могут обеспечить безопасную и эффективную добычу угля. Плоская съемка используется при создании очень тонких слоев.

2.Назначение и элементы механизированной крепи

Создание и широкое применение очистных комплексов с применением механизированных гидролифтированных крепей позволило существенно повысить технико-экономическую эффективность работы очистных забоев и решить важную социальную проблему по повышению безопасности работы шахтеров и освобождению их от тяжелого физического труда. Механизированная крепь в процессе взаимодействия с боковыми породами выполняет три основные функции: Управление горным давлением (способом обрушения или другим способом),активное удержание кровли в пространстве рабочего забоя очистного забоя и защита ее от проникновения разрушенных пород кровли. Кроме трех основных функций механизированная крепь может выполнять следующие функции: замена забойного конвейера очистного комплекса или агрегата в целом и управление им по гипсометрии и в плоскости пласта.

Механизированное крепление состоит из следующих элементов: секций или комплектов (взаимосвязанных секций), насосной станции (одной или нескольких) для создания давления в гидросистеме, распределительной и контрольно – регулирующей аппаратуры, гидрокоммуникации соединительных рукавов и рукавов высокого давления.

Секция крепления-механизированный крепежный элемент, сохраняющий свою целостность в движении.

Секция механизированной крепи, например, типа ОКП, разработанная в Перле, состоит из следующих основных элементов: 1 основания, 2 верхней и нижней траверсы механизма лемниската, 3 покрытия, 4 козырька, 5 гидростойки, 6 подвижных домкратов.

Для запуска механизированной крепи используются гидроцилиндры, основными исполнительными органами которых являются силовые гидроцилиндры: гидростойки, гидродомкраты для перемещения крепи и конвейера, вспомогательные гидроцилиндры для перемещения и сжатия консольных верхних мест и гидропривод другого назначения.

Операции, выполняемые секцией механизированного крепления, включают: разгрузку (распаковку) гидростоков, перемещение секции, разложение гидростоков, перемещение забойного конвейера и удержание пород крыши. В некоторых крепях также предусматривается выполнение вспомогательных операций: перемещение конвейера из забоя, выравнивание расположения секций, удержание забоя грудными щитами в случае мощных пластов. Для этих целей используются вспомогательные гидродомкраты. Гидростойка - основной опорный элемент механизированной крепи, принимающий горное давление и передающий его через основания секций в грунт пласта. Гидростойки используются для подъема верхнего покрытия, а также для регулировки высоты съемного сечения.

Основные элементы механизированной крепи: 1 - основание;2-верхняя и нижняя траверсы лемнискатного механизма;3-покрытие;4-козырек;5-гидростойки;6-гидродомкрот передвижной.

Принцип действия гидростоок одинаков для всех гидролифтированных креплений и состоит из. В поршневую полость опоры под давлением подается рабочая жидкость. При этом подвижная часть опоры, перемещаясь вверх, опирается на потолок через верхнее покрытие. Давление жидкости в полости поршня возрастает до величины, равной рабочему давлению насосной станции. После этого подача жидкости в полость поршня прекращается. Здесь давление достигает начального или предварительного давления разложения .Дальнейшее повышение давления в опоре в результате опускания пород перекрытия происходит до величины, на которую настроен предохранительный клапан опоры.

В этот период гидростойка работает в режиме форсированного сопротивления. Когда давление в поршневой полости достигает продольной величины, колодка переходит в заданный режим постоянного сопротивления, т. е. режим работы, отклонения от которого могут быть вызваны лишь кратковременным повышением скорости опускания пород крыши, а также колебаниями давлений открытия и закрытия предохранительного клапана. При срабатывании предохранительного клапана рабочая жидкость из замкнутой гидросистемы опоры вытесняется в сливную магистраль крепи.

Для движения секции опускают ее опоры, соединяя поршневые полости стоек через реверсивно-разгрузочный клапан, управляемый сливной магистралью.

По конструктивному исполнению секции крепь подразделяется на: одностороннюю, двухстороннюю-рамную и кустовую.

Одностоечные. Секция крепления состоит из: покрытия, гидродомкрата перемещения , 1 гидростойки.

Двусторонние крепления. Секция крепления состоит из: продольной оси секции и перекрытия, расположенного в один ряд по основанию, подвижных гидродомкратов, 2 гидростоков. Их относят к типу поддерживающих креплений.

Кустовые крепления. Секция крепления состоит из покрытия, основания, 4 или 6 гидростоков , одного или двух гидродомкратов, расположенных в два ряда по ширине секции.,

Такие секции были одними из первых в мире созданы в СССР на базе 3МК, промышленные испытания которой проводились в Караганде. Костенко, комбайны с реечной системой подачи при мощности этажа 3, 5 м и без течения. Авторы, опираясь на обширный опыт применения схем управления породами кровли, считали, что такое расположение оползней наиболее эффективно для безопасности удержания пород над оползнями. Но секция имела 3 гидростойки (две задние и одна передняя), что обеспечивало удобный проход обслуживающего персонала.

2.1.Основные конструктивные типы механизированных крепей и их классификация

Все механизированные крепления по основным функциональным размерам и их взаимодействие с боковыми породами можно разделить на ограждающие, поддерживающие, ограждающие-поддерживающие, поддерживающие-ограждающие.Ограждающие крепления, имеющие одну основную функцию-ограждение рабочего пространства лавы от проникновения в нее упавших пород кровли. Эти крепления не имеют элементов для хранения крыши. Конструктивно они довольно просты и имеют небольшую металлическую емкость, но ограниченную область применения. Они не исключают попадания в рабочее пространство обрушивающихся по линии пластового забоя кровельных пород.Секция ограждающей крепи состоит из основания для перемещения крепи и конвейера, гидродомкрата , двух опор и перекрытия ограждающего щита.

Рисунок 1. Механизированная крепь

1,2-покрытие; 3,4-щит; 5-траверса; 6-звено; 7,8-консоль; 9-Рама; 10-опора; 11-гидродомкрат; 12-основание; 13-Гидротаратор

Такие крепления сейчас не используются. А в 60-е годы использовались для получения мощных пластов, компенсируя толщину угля выше затвора, разрушенного буровзрывными работами и выведенного через люк щитового покрытия. Гибкое ограждение (черно-белая линия) укладывали в грунт пласта при снятии первого слоя специальным агрегатом и отделяли уголь от обрушенных пород

Поддерживающие крепления выполняют две основные функции: Управление горным давлением и удержание кровли в рабочем пространстве лавы. Основанием секций крепления данного типа служит ограждающий элемент, выполненный в виде от двух до шести гидравлических опор, одного или двух гидродомкратов перемещения, верхнего перекрытия и вертикально расположенного щита.

Основное преимущество поддерживающих креплений заключается в том, что они сохраняют устойчивость горных пород от рабочего пространства и обеспечивают управление горным давлением способом полного падения с поддерживающей части крепления. Поддерживающие крепи получили широкое применение в пластах мощностью менее 1.8 м, а в конце 70 – х – 80-х годов и в пластах мощностью в среднем до 3, 5 м (км-130), которые стали одной из лучших систем копания в Караганде и Кузбассе, а также были поставлены объединением Каргормаш в Индию.

3.Цель и задачи траверса

Траверса-это специальный подъемный механизм, предназначенный для выполнения в грузоподъемных кранах функции подъема различных грузов. По конструкции этот элемент является промежуточным звеном между крюком крана и поднимаемым грузом. Благодаря наличию такой детали, как гидравлическая траверса, можно значительно снизить риск повреждения поднятых изделий при их горизонтальном и вертикальном перемещении.

Рисунок 2. Вид задней поверхности механизированного крепления

7,8-Траверс

Этот инструмент используется при транспортировке груза по высоте с использованием специальных ограничителей. Как правило, этот элемент используется для подъема габаритных длинных изделий, которые при транспортировке одной петлей могут выходить из креплений и смещать центр тяжести.

Виды

Как видим, траверса-это специальный подъемный элемент, который используется для перевозки длинногабаритных грузов. Однако в разных отраслях используются разные виды этих устройств. В настоящее время известно несколько основных видов траверсы:1.Линейные.

2.Модульные.

3.Специальные.

4.Пространственные.

Кроме того, этот элемент обычно отличается способом съемки. Есть те, которые с крючками, с крючками и перевозят грузы через глазки и скобы. Конструкция таких деталей позволяет получить транспортируемый элемент как по центру, так и по краю относительно креплений траверсы.

Рисунок 3.Момент установки траверсы

4. Проектирование траверсы с ассиметричной нагрузкой (Ansys)

Следующая задача заключается в учёте созданной в Adams возможности для учёта несимметричной нагрузки на конструктивные элементы крепи, в данном случае траверсы, которая соединяет ограждение и основание крепи. Мы выбрали достаточно простую конструкцию траверсы состоящую из толстолистовой стали, где два рычага с верхними и нижними проушинами соединены за счёт сварки двумя листами. Между листами могут быть установлены и ребра жесткости. Мы несколько упростили конструкцию, но она технологичнее и изготовить её проще. Исходя из опыта использования таких конструкций листы будут гораздо меньше продавливаться породными блоками, а значит ремонт траверсе не понадобиться. Нижними проушинами траверса соединяется с проушинами основания, а верхними с проушинами ограждения. Надо получить такой проект, который позволял бы нагрузки в рычагах полученные в Adams перенести в нашу модель на Ansys и получить её напряженно-деформированное состояние, которое в свою очередь позволит судить о прочности конструкции в рассматриваемых условиях. Заметим, что возможности Adams таковы, что такую задачу можно решить и в нём самом, как и наоборот эту задачу можно было решить используя только Ansys, но в нашем случае мы используем лучшие стороны этих пакетов. Иначе говоря макромоделирование лучше провести в Adams, а микро - в Ansys.

KEYW,PR_SET,1 ! подготовка

! объёмной задачи

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

ET,1,SOLID92 ! выбор конечного !элемента

! характеристики материала

MPTEMP,,,,,,,,

MPTEMP,1,0

MPDATA,EX,1,,2e11

MPDATA,PRXY,1,,0.3

! работаем в системе СИ

/units,si

! построение геометрии

R=50

L=700

F=l+100

r2=100

h=400

l2=l-r

h2=60

t=30

t2=100

l3=500

K,1,0,0,0

K,2,-r2,0,0

K,3,0,r2,0

K,4,r2,0,0

K,5,-R,0,0

K,6,0,R,0

K,7,R,0,0

K,8,0,-R,0

K,9,0,-l,0

K,10,-r2,-l,0

k,11,0,-f,0

K,12,r2,-l,0

K,13,-R,-l,0

K,14,0,-R-l,0

K,15,R,-l,0

K,16,0,R-l,0

K,17,0,0,h

K,18,-r2,0,h

K,19,0,r2,h

K,20,100,0,h

K,21,-R,0,h

K,22,0,R,h

K,23,R,0,h

K,24,0,-R,h

K,25,0,-l,h

K,26,-r2,-l,h

K,27,0,-f,h

K,28,100,-l,h

K,29,-R,-l,h

K,30,0,-R-l,h

K,31,R,-l,h

K,32,0,R-l,h

K,33,r2,-h2,0

K,34,r2,-l2,0

K,35,r2,-l2,l3

K,36,r2,-h2,l3

K,37,-r2,-h2,0

K,38,-r2,-l2,0

K,39,-r2,-l2,l3

K,40,-r2,-h2,l3

L,2,10

L,4,12

LARC,2,3,1,100

LARC,3,4,1,100

LARC,5,6,1,R

LARC,6,7,1,R

LARC,7,8,1,R

LARC,8,5,1,R

LARC,10,11,9,100

LARC,11,12,9,100

LARC,13,14,9,R

LARC,14,15,9,R

LARC,15,16,9,R

LARC,16,13,9,R

L,18,26

L,20,28

LARC,18,19,17,100

LARC,19,20,17,100

LARC,21,22,17,R

LARC,22,23,17,R

LARC,23,24,17,R

LARC,24,21,17,R

LARC,26,27,25,r2

LARC,27,28,25,r2

LARC,29,30,25,R

LARC,30,31,25,R

LARC,31,32,25,R

LARC,32,29,25,R

L,33,34

L,34,35

L,35,36

L,36,33

L,37,38

L,38,39

L,39,40

L,40,37

AL,1,3,4,2,10,9

AL,5,6,7,8

AL,11,12,13,14

AL,15,17,18,16,23,24

AL,19,20,21,22

AL,25,26,27,28

AL,29,30,31,32

AL,33,34,35,36

ASBA,1,2

ASBA,9,3

ASBA,4,5

ASBA,2,6

VOFFST,1,t2

VOFFST,3,t2

VOFFST,7,-t

VOFFST,8,t

VGLUE,ALL

FINISH

/prep7

RECTNG,-r2*0.6,r2*0.6,-r2*1.1,-l+r2*1.1,

FLST,2,1,5,ORDE,1

FITEM,2,1

VEXT,P51X, , ,0,0,70,,,,

FLST,2,4,6,ORDE,2

FITEM,2,5

FITEM,2,-8

VSBV,P51X, 1

k,101,-r2*0.6,-l+r2*1.1,l3

k,102,r2*0.6,-l+r2*1.1,l3

k,103,-r2*0.6,-l+r2*1.1,l3-70

k,104,r2*0.6,-l+r2*1.1,l3-70

k,105,-r2*0.6,-r2*1.1,l3

k,106,r2*0.6,-r2*1.1,l3

k,107,-r2*0.6,-r2*1.1,l3-70

k,108,r2*0.6,-r2*1.1,l3-70

V,101,102,104,103,105,106,108,107

/GO

SFA,P51X,1,PRES,1111

EQSLV,PCG,1E-8

FLST,2,4,6,ORDE,2

FITEM,2,2

FITEM,2,5

FITEM2,-6

FITEM,2,8

VSBV,P51X, 1

FLST,2,4,5,ORDE,4

FITEM,2,18

FITEM,2,-19

FITEM,2,33

FITEM,2,-34

/GO

DA,P51X,ALL,

FLST,2,2,5,ORDE,2

FITEM,2,28

FITEM,2,-29

/GO

FLST,2,2,5,ORDE,2

FITEM,2,28

FITEM,2,-29

/GO

SFA,P51X,1,PRES,1111

FLST,2,2,5,ORDE,2

FITEM,2,12

FITEM,2,15

/BATCH

/input,menust,tmp,'',,,,,,,,,,,,,,,,1

WPSTYLE,,,,,,,,0

/INPUT,'1','txt','H:\',, 0

MSHKEY,0

MSHAPE,1,3d

FLST,5,5,6,ORDE,5

FITEM,5,1

FITEM,5,-2

FITEM,5,5

FITEM,5,-6

FITEM,5,8

CM,_Y,VOLU

VSEL, , , ,P51X

CM,_Y1,VOLU

CHKMSH,'VOLU'

CMSEL,S,_Y

VMESH,_Y1

CMDELE,_Y

CMDELE,_Y1

CMDELE,_Y2

Finish

Рисунок 4. изготовление основания и ограждения крепления

Рисунок 5.Изготовление задней траверсы

Рисунок 6. изготовление передней траверсы и изменение массы элементов траверсы

Рисунок 7. изготовление шарнирных соединений

Рисунок 8. Таблица точек

Рисунок 9. Вид задней траверсы

Рисунок 10. Нагрузка на шарнир задней траверсы

Рисунок 11. Деформация задней траверсы

Рисунок 12. Деформация задней траверсы

Заключение

Использование программных пакетов САПР позволяет значительно увеличить скорость и увеличить возможности проектирования.

Для макромоделирования оптимально использовать Adams, а для микромоделирования Ansys, а также для контроля соответствия и точности решения, должна быть авторская программа расчета.С помощью пакета Adams можно изучить асимметричную загрузку механизированных креплений в лаве и их влияние на шарниры. При изучении графика загрузки гидросистем автоматизированной крепи Glinik, использующейся при таких нагрузках, бассейн действительно работает на конструкциях.

При моделировании она должна быть обеспечена пространственным решением. Так, в работе, помимо сил, действующих на перекрытие из гидростоек, большое влияние оказывает смещение силы от центральной точки На несимметрично смоделированный потолок и нагрузку со стороны кровли на ограждение. После получения графиков опорных реакций в устройствах происходит привязка секции крепления к нагрузкам при смещении. Это позволило рассчитать узлы крепления на полученной внешней стороне. Таким образом, с проектом 3D-траверса можно оптимизировать его дизайн, используя пакет Ansys.В дальнейшем с помощью этого пакета можно исследовать возможность выравнивания нагрузок на петли для их долговечности,определения несимметричной нагрузки на гидростойках крепления.Кроме того, эту систему легко автоматизировать. Моделирование открывает новые возможности проектирование конструкций происходит в новом темпе, а также можно обеспечить подвижные виды связи между степенями свободы и несущими узлами, необходимые для функциональных возможностей и безопасности.

Список использованной литературы

1. Норенков И.П., Маничев В.Б. Основы теории и проектированияСАПР. 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 базахданных. 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., ШмановМ.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-воКарГТУ, 207 с.

11. Конюхов А.В. Основы анализа конструкций в ANSYS / Казанскийгосударственный университет, Казань 2001, Электронные материалы

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

Код для цитирования: Скопировать