CC BY
23
© Г.Д. Буялич, А.В. Воробьев, А.В. Анучин, 2012
Г.Д. Буялич, А.В. Воробьев, А.В. Анучин
МЕТОДИКА СОСТАВЛЕНИЯ МОДЕЛИ ГИДРОСТОЙКИ МЕХАНИЗИРОВАННОЙ КРЕПИ ДЛЯ РАСЧЕТОВ МЕТОДОМ КОНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ
Изложена методика составления модели гидростойки двойной гидравлической раздвижности для расчетов напряженно-деформированного состояния методом конечных элементов. Ключевые слова: механизированная крепь, гидростойка, модель, метод конечных элементов.
£^адежность и долговечность механизированных кре-Ппей для отработки угольных пластов зависит от надежности и долговечности ее основных элементов. Одним из основных функциональных элементов механизированной крепи являются гидравлические стойки. Выход из строя этого элемента ведет к неспособности механизированной крепи управлять и поддерживать кровлю в очистном забое.
Для исследования влияния параметров гидростоек на их прочность была разработана конечно-элементная модель в среде Solid Works Simulations [1, 2].
На рис. 1 представлена твердотельная 3D модель гидростойки механизированной крепи М138 двойной гидравлической раздвижности с диаметрами цилиндра и штока первой ступени соответственно 220 и 160 мм.
Рис. 1. Объемная модель гидростойки крепи М138 с двойной гидравлической раздвижностью
Рис. 2. Разбиение модели на сетку конечных элементов: а — цилиндр гидростойки; б — шток первой ступени
а б
Рис. 3. Уплотнение сетки конечных элементов в области сварного шва: а — цилиндр гидростойки; б — шток первой ступени
Поскольку геометрическая форма изделия и граничные условия являются осесимметричными, то расчет производится только части гидроцилиндра, что позволяет повысить плотность сетки конечных элементов и точность расчетов за
счет снижения размерности задачи. Наиболее рациональной является
а б
Рис. 4. Граничные условия «Симметрия» и «Давление»: а — цилиндра гидростойки; б — штока первой ступени
величина сектора в 90 градусов. Для компенсации воздействия отброшенной части конструкции к поверхностям рас-
четной модели, образованными секущими плоскостями, применяется граничное условие «Симметрия».
Рис. 5. Распределение эквивалентных напряжений по критерию Ми-зеса в цилиндре гидростойки
Рис. 6. Распределение деформаций в цилиндре гидростойки
При моделировании условий взаимодействия деталей в сборке используется контактное условие «Нет проникновения» с опцией «Поверхность с поверхностью». Сварной шов,
соединяющий дно и трубу цилиндра, моделируется отдельной деталью. Для граней сварного шва, соприкасающихся с деталями
Рис. 7. Распределение эквивалентных напряжений по критерию Ми-зеса в штоке первой ступени
Рис. 8. Распределение деформаций в штоке первой ступени
сборки, используется контактное условие «Связанные» с опцией «Совместимая сетка» (рис. 2). В области сварного шва также дополнительно производится уплотнение сетки для
более точного учета влияние концентратора напряжений (рис. 3).
Цилиндр и шток первой ступени гидростойки рассчитываются отдельно. Для нагружения конструкции к поверхностям прикладывается давление, соответствующее давлению рабочей жидкости.
Примеры расчетных моделей цилиндра и штока первой ступени с назначенными граничными условиями представлены на рис. 4.
При создании сетки рекомендуется использовать параболические конечные элементы в форме тетраэдров. Количество конечных элементов по толщине стенки цилиндров необходимо принимать не менее пяти, поскольку при этом погрешность определения радиальных деформаций составляет менее 0,5 % [3].
Пример расчета модели по описанной выше методике приведен на рис. 5-8 в виде напряженного и деформированного состояний цилиндра и штока первой ступени в области сварного шва.
Таким образом, описанная выше модель позволяет исследовать влияние силовых и конструктивных параметров на напряженно-деформированное состояние элементов гидростоек двойной гидравлической раздвижности.
- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Алямовский А.А. COSMOSWorks. Основы расчета конструкций в среде SolidWorks / А. А. Алямовский. — ДМК Пресс, 2010. — 784 с.
2. SolidWorks 2007/2008. Компьютерное моделирование в инженерной практике / А. А. Алямовский [и др]. — СПб.: БХВ-Петербург, 2008. — 1040 с.
3. Буялич Г.Д. Оценка точности конечно-элементной модели рабочего цилиндра гидростойки крепи = Estimate of the accuracy of the finit-element model of the cylinder of the hydraulic prop / Г. Д. Буялич, В. В. Воеводин, К. Г. Буялич // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал) = Mining informational and analytical bulletin (scientific and technical journal). — 2011. — Отд. вып. 2 : Горное машиностроение. — С. 203-206. ЕШ
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -
Буялич Геннадий Даниилович — доктор технических наук, профессор Юр-гинского технологического института (филиала) Национального исследовательского Томского политехнического университета, профессор Кузбасско-
го государственного технического университета имени Т.Ф. Горбачева, gdb@kuzstu.ru,
Воробьев Алексей Васильевич — кандидат технических наук, доцент, vorob@tpu.ru,
Анучин Александр Владимирович — аспирант, anuchin_a.v@mail.ru, Юргинский технологический институт (филиал) Национального исследовательского Томского политехнического университета.
