XIII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2021

Введение

 

Подземный способ добычи твердых минералов является самым эффективным из известных,однако применяемая техника не оптимальна и не использует при разрушении забоев горное давление. Кроме того ,подземным способом добывается наиболее качественные твердые минералы, в том числе коксующий уголь.

Основной объём подземной добычи твердых минералов обеспечивается механизированными комплексами оборудования. Их создание и широкое внедрение можно ускорить применяя исследовательские программные пакеты типа Ansys и Adams. Последний пакет позволяет имитировать работу созданных устройств в условиях близким к реальным, применяя объёмное моделирование.

Обеспечение эффективной эксплуатации горной техники основано на подготовленности персонала и наличие систем автоматизации их работы. В то же время эти системы могут создаваться с использованием программ проектирования и моделирования. При этом будет обеспечена их эксплуатация в сложных горногеологических условиях с прогнозированием параметров работы в каждом цикле выемки.

Механизированная крепь со встроенным исполнительным органом для разрушения пачки угля над козырьком секции крепи относится к машинам с выемкой угля в пределах рабочего пространства, так как мощность пласта ограничена высотой исполнительного органа. И выдвижной орган после цикла выемки используется для поддержания кровли. При выемки комбайном пласта мощностью 4 м суммарная мощность добываемого минерала составит 6 метров. При этом исполнительный орган не должен влиять на параметры раздвижности секции крепи и обеспечивать свободное перемещение персонала и груза по лаве. Важным моментом новых технологий является применение камерной выемки и механизированной крепи длина которой не превышает 20 метров¸и обеспечивает маневрирование камеры с разворотом работ на 180 градусов.

1 Основные виды крепи

Представленные ниже секции крепи будут использованы для проектирования.

Двухстоечные-рамные крепи. Секция крепи состоит из: перекрытия , гидродомкраты передвижения , 2-х гидростоек , расположенных в один ряд по продольной оси секции и основание. Их относят к типу поддерживающих крепей (рисунок 1).

Рисунок 1-Двухстоечная-рамная секция крепи

Кустовые крепи. Секция крепи состоит из: перекрытия , основания , 4 или 6 гидростоек , расположенных в два ряда по ширине секции, одного или двух гидродомкратов передвижения (рисунок 2).

Рисунок 2-Кустовая секция крепи

И сходя из требований для секции крепи со встроенным исполнительным органом ее компактность может быть обеспечена для схемы двухстоечной секции.

Рисунок 3- Секция крепи с пенальной завальной частью

2 Проектирование механизированной крепи со встроенным исполнительным органом

Разработка мощных угольных пластов в Караганде на всю их мощность производится слоевыми системами, особенно это важно для ценных коксующхся углей пласта Верхняя Мариана -К12. Применялись двух и трех- слоевые системы, а так же рассматривалась технология с погашением межслоевой пачки под защитой гибкого перекрытия.

Для решения данных проблем была спроектирована механизированная крепь с встроенным исполнительным органом, которая предназначена для увеличения вынимаемой мощности пласта.

Механизированная крепь имеет фронтальный исполнительный орган.

Для направления отбитого угля, в каждой секции установлен специальный лоток, рисунок 4.

Рисунок 4 –Механизированная крепь с исполнительным органом.

3 Введение в Adams

3.1 Назначение Adams

ADAMS/View предназначен для создания, тестирования и оптимиза- ции работы моделей механизмов и конструкций, состоящих из абсолютно твердых тел и их соединений (шарниров, нитей, пружин и т.д.).

Пакет Adams функционально состоит из трех основных частей:

1. Предпроцессор – программа позволяющая задавать геометрические и физические параметры модели, а так же начальные и граничные условия. Обычно в предпроцессор закладываются геометрические и физические свойства простейших элементов и материалов. Можно 4 сказать, что предпроцессор это с одной стороны, графический редактор, где изображение строится по уже готовым эскизам, с другой стороны это инструмент для задания всех исходных данных модели. Кроме того, предпроцессор отвечает за импорт данных из других вычислительных пакетов. Это позволяет для решения составной за- дачи использовать несколько различных вычислительных пакетов, применяя к каждой части задачи именно тот пакет, который дает наиболее точное решение.

2. Процессор или решатель (solver) это программа, предназначенная для численного решения уравнений, описывающих поведение созданной модели, с исходными данными, заданными в предпроцессоре. Один и тот же решатель может использовать различные методы интегрирования уравнений. В вычислительном пакете можно использовать различные решатели по желанию пользователя.

3. Постпроцессор отвечает за обработку результатов вычислений. Он используется для построения графиков, различных величин. Экспорта числовых и графических данных, построения анимационных роликов для наглядного представления работы модели.

3.2 Общие принципы создания моделей

Виртуальные модели, которые отображают реальные механизмы, в ADAMS конструируются из отдельных частей (Parts). Часть представляет некоторый набор заранее заданных первичных объектов (линии, цилиндры, параллелепипеды, пружины и др.). Часть в целом рассматривается как физический объект, который может иметь или не иметь массу, моменты инерции, скорость и так далее. Составляющие часть объекты определяются лишь геометрическими характеристиками и связями между собой. Все характеристики можно задавать при создании или изменять в процессе работы.

В ADAMS существуют следующие основные типы первичных объектов:

- твердые тела. Объекты, которые имеют массу и моменты инерции;

- примитивы. Тела, которые не имеют массы и характеризуются только геометрическими размерами (линии, дуги, сплайны и др.);

- точечные массы. Такие тела не имеют размеров, моментов инерции и характеризуются только своей массой;

- гибкие тела. Они имеют массу и моменты инерции и могут изгибаться под действием внешних сил;

- кроме того, ADAMS имеет специальный объект «земля», или «фундамент», который присутствует в любой модели.

3.3 Основные меню команд и панели инструментов

Управление ADAMS осуществляется при помощи верхнего меню. Кроме того, для удобства на экран можно вывести различные панели инструментов. Обычно после начала работы на экране присутствует главная панель инструментов (Main toolbox) . С ее помощью можно создавать различные конструкции, проводить расчеты движения с одновременной анимацией. Эта панель состоит из двух частей - «Набора инструментов» и «Панели управления просмотром», которая позволяет рассматривать создаваемую модель с различных позиций.

Во время работы с ADAMS на экране могут присутствовать следующие окна:

- координатное окно - в нем отображаются текущие координаты курсора. Оно вызывается клавишей F4 или с помощью пунктов верхнего меню View/Coordinate Window;

- для показа выполняемых команд ADAMS используется командное окно. Оно вызывается клавишей F3 или с помощью пунктов верхнего меню View/Command Window;

- для просмотра текущих сообщений о результатах работы используется окно сообщений Message Window. Оно вызывается с помощью пунктов верхнего меню View/Message Window.

- кроме того, на экране всегда присутствует рабочее окно или рабочая плоскость, на которой выполня- ется создание и тестирование моделей.

4 Проектирование механизированной крепи в Adams

В отличии о ранее выполненой работы проанализируем возможности крепи на соотвествие поставленных требований, когда в качестве базовой используется секция крепи с лемнискатным механизмом, а так же секция крепи с завальной частью выполненой в виде пенала.

Было выявлено, что секция на рисунки 3 не рациональна для встраиванич исполнтьельного органа из-за ограниченности рпбосего пространства, так же были рассмотрены варианты секции, когда исполнительный орган выполнен из двух шарнирно соедененных частей, что позволяло сравнить два вида конструктивных схем, первая из которых была представлена ранее, смотри архив СНФ2020 Храмов А.С.

Открываем программный пакет Adams и создаем новую модель

Строим перекрытие, ограждение, основание , рычаги, и нижнюю часть исполнительного органа, используя перемещения деталей с помощью меню Ediet-move.

Так выглядела схема по прежней конструкции

Подготовка к симуляции движения

Оптимизация конструктивной схемы с использованием управляющих усилий для отдельных узлов исполнительного органа .

Графики усилий в шарнирах при заданном положении секции

Графики усилий в шарнирах при начальном положении секции

Заключение

Для разработки мощных пластов спроектирована крепь с встроенным исполнительным органом для выемки пачки лежащей выше козырька, который так же используется для дополнительного поддержании кровли.

Разработанная секция высотой 4 метра с возможностью выдвижения исполнительного органа на 6 метров.

В данной работе показано, что с помощью пакета Adams возможна оптимизация конструкции крепи таким образом, чтобы встроенный орган не снижал функциональные характеристики секции, а именно ее раздвижность.. В таком исполнении крепь лучше поддерживает кровлю и на ~ 30 % легче крепи, спроектированной в традиционном исполнении на высоту 6 метров .

Конструкция позволяет увеличить производительность механизированного комплекса в целом и обеспечить безопасность рабочих.

Список использованной литературы

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

Храмов А.С., Бейсембаев К.М. Разработка элементов крепи для мощных угольных пластов https://scienceforum.ru/2 020/article/2018018108 , открыто 11.02.2020

Яцких В.Г., Спектор Л.А., Кучерявый А.Г. Горные машины и комплексы-  Недра, 1984. - 400 с

http://mmm.samsu.ru/polyakov/adams/Adams_pos_new.pdf

http://www.yumz.ru/

Жетесова Г.С. Анализ разрушений и деформаций элементов конструкций механизированных крепей //Труды университета. Выпуск 1. – Караганда: Изд-во КарГТУ, 2002, – С. 9-11.

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

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

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

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

Код для цитирования: Скопировать