XIII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2021
Проектирование стреловидного органа проходческого комбайна
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Для проектирования и расчета стреловидного органа проходческого комбайна целесообразно применить Ansys.
Ansys — универсальная программная система конечно-элементного анализа, существующая и развивающаяся на протяжении последних 30 лет, является довольно популярной у специалистов в сфере автоматизированных инженерных расчётов.
В ходе выполнения данной операции в Ansys необходимо использовать блочно-модульный принцип или же подход, который учитывает схему максимального нагружения комбайна с позиций прочности и устойчивости.
Проектирование и расчет стреловидного органа проходческого комбайна интересно и тем, что данная сложная проблема актуализируется с особым вниманием к камерным технологиям разработки пластовых месторождений.
В отличии от лавных, применяющихся ныне, они в несколько раз мобильнее и в них проще всего применить роботизации основных процессов.
Целью курсового проекта является закрепление лекционного материала и навыков, приобретенных нами в процессе выполнения лабораторных и практических работ по автоматизированному проектированию технических объектов, представляющих собой сложные механические системы современных горных машин и устройств с электроприводом применяемых в горных работах.
1 Проходческие комбайны со стреловидным исполнительныморганом
1.1 Проходческий комбайнГПКС
Проходческий комбайн ГПКС предназначен для механизации отбойки и погрузки горной массы при проведении горизонтальных и наклонных горных выработок по углю, углю с присечкой породы с пределом прочности при одноосном сжатии до 70 МПа.
Комбайн может проходить выработки прямоугольной, трапециевидной или арочной формы с размерами от 2,1 м до 4,05 м по высоте и от 2,6 м до 4,7 м по ширине нижнего основания.
Применение на исполнительном органе системы подачи воды в зону разрушения в сочетании с внешним орошением значительно снижает уровень запыленности и обеспечивает защиту от фрикционного искрения, что улучшает условия труда и повышает безопасность на рабочем месте оператора.
Ходовая часть комбайна имеет раздельный гидравлический привод гусениц, что обеспечивает комбайну высокую маневренность, удобство в управлении и возможность работы в обводненных забоях.
Усовершенствованный погрузочный орган комбайна 1ГПКС имеет возможность производить погрузку отбитой горной массы как лапами так и плоскими дисками имеющими форму трехлучевой звезды. Применение дисков в определенных условиях значительно повышает эксплуатационные качества комбайна.
Подъёмно-поворотный конвейер комбайна обеспечивает эффективную погрузку отбитой горной массы на любой забойный транспорт.
Комбайн демонтируется на компактные малогабаритные составляющие части, удобные для транспортировки по горным выработкам.
Рисунок 1.1 – Комбайн семейства ГПКС
Электрооборудование горнопроходческого комбайна ГПКС состоит из группы приводных электродвигателей, магнитной станции с встроенным пультом управления, фар освещения, сигнальной и предохранительной аппаратуры и соединительных гибких резиновых кабелей; допущено к применению в шахтах, опасных по газу или пыли.
В систему пылегашения входят средства орошения и пылеотсоса. Орошающая жидкость от насосной установки подается по гибкому трубопроводу к форсункам, установленным на дуге орошения и закрепленной на корпусе стрелы исполнительного органа.
К средствам пылеотсоса относятся всасывающий короб, металлические трубы, два вентилятора с пылеуловителями, установленные на отдельных салазках и перемещаемые вслед за комбайном по мере егопродвижения.
Более подробное описание устройства проходческого комбайна представлено в разделе 1.2.
1.2 Общее устройство комбайна ГПКС
Комбайн ГПКС состоит из стреловидного исполнительного органа с конической или цилиндрической отбойной коронкой, погрузочного устройства с подъемно-поворотным конвейером, рамы с механизмом передвижения, электрооборудования с магнитной станцией, гидравлической системы и средств пылеподавления.
Рисунок 1.2 – Общее устройство проходческого комбайна семейства ГПКС
Базовая модель горнопроходческого комбайна ГПКС ( рисунок 1.2) состоит из крепеустановщика 1, системы пылеподавления 2,исполнительного органа 3, питателя 4, гидродомкратов 5 для подъема стрелы исполнительного органа промежуточной секции 6 конвейера, турели 7, ходовой части 8,
траковой цепью 10, гидросистемы 9 и электрооборудования 11,
размещенных рядом с местом управления 12.
В задней части комбайна размещены гидродомкраты 13 для подъема-опускания разгрузочной секции 14 конвейера. Шарнирное соединения стрелы
исполнительного органа 3 с турелью 7 осуществляется осями 15.
Опорные балансиры ходовой части крепятся к раме комбайна болтами 16 и шайбами 17.
Шарнирное соединение рычагов механизма упора производится посредством осей 18. Шарнирное соединение гидродомкратов 5 и стрелы исполнительного органа 3, осуществляется с помощью осей 19. Шарнирные узлы крепления питателя 4 к раме комбайна обеспечивается цапфами 20.
Усовершенствованный погрузочный орган комбайна ГПКС имеет возможность производить погрузку отбитой горной массы, как лапами, так и плоскими дисками имеющими форму трехлучевой звезды. Применение дисков в определенных условиях значительно повышает эксплуатационные качества комбайна.
2 Проектирование и расчет стреловидного органа
2.1 Блок команд
Для проектирования стреловидного органа используем блочно-модульный принцип конструктивного исполнения машин.
Блочно-модульный принцип включает в себя следующий блок команд:
/PREP7 ! вход в препроцессор (чертит и выбирает материал)
ET,1,SOLID92 ! выбор материала с учетом пластического деформирования
MPTEMP,,,,,,,, MPTEMP,1,0 MPDATA,EX,1,,2e5 MPDATA,PRXY,1,,0.3 TB,BKIN,1,1,2,1 TBTEMP,0 TBDATA,,250,2500,,,,
/UNITS,SI ! решаемвси antype,static!тип решения статический k,1,400,0,0!Проушина 1 k,2,400,100,-150
k,3,400,100,0
k,4,400,-100,0
k,5,400,-100,-150 k,6,400,0,100
LARC,3,6,1,100, !1 дуга проушины1 LARC,6,4,1,100, !2 дуга проушины 1
LSTR, 4,3
!Проушина AL,all!сделали 1 - ю часть Проушины 1 LSTR, 4,3 !2ЧАСТЬ проушины 1
LSTR, 4,5
LSTR, 5,2
LSTR, 2,3
AL,6,5,4,3 !сделали 2 часть Проушины 1
aglue,1,2!склеили проушину 1
! вторая проушина k,7,-400,0,0
k,8,-400,100,-150!
k,9,-400,100,0
k,10,-400,-100,0
k,11,-400,-100,-150
k,12,-400,0,100
LARC,9,12,7,100, LARC,12,10,7,100, LSTR, 10,9 AL,7,8,9
LSTR, 10,9 !2ЧАСТЬпроушины
LSTR, 10,11
LSTR, 11,8
LSTR, 8,9
AL,9,10,11,12 !2Проушина 2 часть aglue,3,4 !склеили две части 2 поушины VOFFST,3,48, ,
VOFFST,4,-48, ,
VOFFST,2,-48, ,
VOFFST,1,-48, ,
cylind,350,300,-150,1500,0,360
cylind,300,0,-150,3000,0,360
cone,500,50,3000,3800,0,360
FLST,2,3,6,
ORDE,2
FITEM,2,5
FITEM,2,-7
VGLUE,P51X
k,400,455,0,0 k,401,455,60,0 k,402,455,0,60 k,403,455,-60,0
k,404,455,0,-60 larc,401,404,400,60 larc,404,403,400,60 larc,403,402,400,60 larc,402,401,400,60 A,401,402,403,404 FLST,2,1,5,ORDE,1 FITEM,2,29
VEXT,P51X, , ,-910,0,0,,,,
FLST,2,6,6,ORDE,3 FITEM,2,1 FITEM,2,-5 FITEM,2,9 VSBV,P51X, 6 k,400,455,0,0 k,401,455,60,0 k,402,455,0,60 k,403,455,-60,0
k,404,455,0,-60 larc,401,404,400,60 larc,404,403,400,60 larc,403,402,400,60 larc,402,401,400,60 A,401,402,403,404 FLST,2,1,5,ORDE,1 FITEM,2,1
VEXT,P51X, , ,-910,0,0,,,, FLST,2,3,6,ORDE,3 FITEM,2,1
FITEM,2,13 FITEM,2,-14 VGLUE,P51X
vmesh,all CM,_NODECM,NODE CM,_ELEMCM,ELEM CM,_KPCM,KP CM,_LINECM,LINE CM,_AREACM,AREA
CM,_VOLUCM,VOLU MP,MU,1,0.2 MAT,1
MP,EMIS,1,7.88860905221e-031 R,3
REAL,3 ET,2,170 ET,3,174 R,3,,,10.0,0.05,0,
RMORE,,,1.0E20,0.0,1.0,
RMORE,0.0,0,1.0,,1.0,0.5
RMORE,0,1.0,1.0,0.0,,1.0 KEYOPT,3,4,0 KEYOPT,3,5,0 KEYOPT,3,7,0 KEYOPT,3,8,0 KEYOPT,3,9,0 KEYOPT,3,10,2 KEYOPT,3,11,0 KEYOPT,3,12,0 KEYOPT,3,2,0 KEYOPT,2,5,0
! Generate the target surface ASEL,S,,,51
ASEL,A,,,52
ASEL,A,,,63
ASEL,A,,,64
ASEL,A,,,73
ASEL,A,,,76
ASEL,A,,,78
ASEL,A,,,80 CM,_TARGET,AREA TYPE,2
NSLA,S,1 ESLN,S,0 ESLL,U
ESEL,U,ENAME,,188,189 NSLE,A,CT2
ESURF CMSEL,S,_ELEMCM
! Generate the contact surface ASEL,S,,,9
ASEL,A,,,10
ASEL,A,,,14
ASEL,A,,,16
ASEL,A,,,19
ASEL,A,,,22
ASEL,A,,,25
ASEL,A,,,26 CM,_CONTACT,AREA TYPE,3
NSLA,S,1 ESLN,S,0
NSLE,A,CT2 ! CZMESH patch (fsk qt- 40109 8/2008)
ESURF ALLSEL ESEL,ALL ESEL,S,TYPE,,2
ESEL,A,TYPE,,3 ESEL,R,REAL,,3
CMDEL,_VOLUCM CMDEL,_TARGET CMDEL,_CONTACT
KSLN,S LSLK,S,1 ASLL,S,1
/PNUM,TYPE,1
/NUM,1
/PSYMB,ESYS,0
CMDEL,_CWZ_LN
/PSYMB,ESYS,0
/NUM,0
/PNUM,TYPE,0
/PNUM,REAL,0
/mrep,cwzplot
*END
cwzplot FINISH
/SOL ANTYPE,0
FLST,2,2,5,ORDE,2 FITEM,2,12 FITEM,2,18
/GO DA,P51X,ALL, FLST,2,1,1,ORDE,1 FITEM,2,8651 FLST,2,1,1,ORDE,1 FITEM,2,8678
/GO F,P51X,FY,1200 FLST,2,1,1,ORDE,1 FITEM,2,8628
/GO F,P51X,FX,1000
2.2 Проектирование стреловидного органа
Конструктивно выбираем корпус стрелы втрубчатой формы, так как данная форма обеспечивает равнопрочность во всех плоскостях.
В тоже время, рассматриваем упрощенную схему, считая её аналогичной по расстановке оборудования. Для проушин будет проведено контактное решение задачи о взаимодействие оси-пальца с проушинами по обе стороны от стрелы комбайна.
Данная задача является не линейной. При этом поверхность пальца считаем не деформированной, а поверхность проушин деформированными - целевыми.
Проектируем плоские проушины 1 и 2 как представлено на рисунке 2.1, при этом каждую часть проушины склеиваем между собой.
Рисунок 2.1 – Построение проушин
С помощью команды Extrude выполняем выдавливание на 48 (рисунок 2.2). При этом оставляем зазор между цилиндром и проушинами.
Рисунок 2.2 – Выполнение выдавливания
Командой cylind определяем координаты cone, строим цилиндры и конус нужных размеров.
Рисунок 2.3 – Построение цилиндров и конуса
Командой Glue Volumes выполняем процесс склеивания.
Рисунок 2.4 – Склеивание
Определив координаты пяти точек, строим окружность. При этом окружность выпирает от проушины.
Рисунок 2.5 – Построение окружности
Аналогичным образом выполняем выдавливание окружности на – 910 командой Extrude.
Рисунок 2.6 – Выдавливание окружности
Вырезаем цилиндр командой Subtract, как представлено на рисунке 2.7
Рисунок 2.7 – Вырезанный цилиндр
Вставляем палец и склеиваем все нужные элементы детали командой Glue
Рисунок 2.8 – Склеивание через Glue Volumes
Вводим команду vmesh, all через командную строку и получаем сетку.
Рисунок 2. 9 – Полученная сетка
С помощью команду Contact Pair выбираем контактные элементы
Рисунок 2.10 – Выбранные контактные элементы
В окне Contact Manager щелкаем на иконку Plot Elements
Рисунок 2.11 – Contact manager
Задаем силы по оси X = 10000, как показано на рисунке 2.12
Рисунок 2.12 – Ось Х с силой 10000
Задаем силы по оси У = 1200, как представлено на рисунке 2.13
Рисунок 2.13 – Ось У с силой 1200
Командой Solve выполняем решение
Рисунок 2.14 – Решение командой Solve
Строим график, как представлено на рисунке 2.15
Рисунок 2.15 – Полученный график
В результате проектирование можем выделать критические места, обозначенные красным цветом.
Рисунок 2.16 – Зона критического места
Заключение
В результате проектирований стреловидного органа были расчитаны контактные нагрузки вдоль оси в жестко закрепленных проушинах. Для самого сложного и опасного случая определили нагрузку на проушины. По графикам и напряжениям очевиден дальнейший порядок изменения параметров комбайна, что отвечает критериям прочности и устойчивости конструкции в самых невыгодных случаяхнагружения.
Здесь надо учитывать предельные характеристики материалов из которых изготовляются в данном случае проушины с учетом коэффициента запаса для машин, работающих в динамическом режиме. Полученные нагрузки в первом решении используются для последующего блока и т.д.
При этом расчет должен быть закончен рассмотрением всех сил и моментов, действующих на гусеничную тележку и нахождением условий устойчивости конструкции. В реальной практике следует рассмотреть несколько вариантов исполнения одной и той же схемы при различных нагрузках и размерах.
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.