CC BY
2
УДК 004.94; 622
DOI: 10.24412/2071-6168-2022-12-467-469
АНАЛИТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ ГОРНОДОБЫВАЮЩЕЙ МАШИНЫ МЕТОДАМИ КОМПЬЮТЕРНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ
С.С. Тутов
Горнодобывающая промышленность и смежные области, а также многие промышленные производства повсеместно использует различные средства автоматизации и механизации для того, чтобы нарастить объемы производств, а также повысить производительность. В частности, используются подъемно-транспортные машины и механизмы, которые способствуют улучшению условий труда на производстве, а также повышают возможности. В частности, широкое распространение нашли экскаваторы разной конфигурации, в которых основным конструктивным элементом является ковш, у которого элементов воспринимающим нагрузки является коронка. Коронки выполняются как правило из стали и воспринимают всю нагрузку и поэтому важным вопросом является форма коронки, которая должна использоваться для повышения ее максимальной выдерживаемой нагрузки. Поэтому в данной работе ставится вопрос и решается при помощи компьютерного моделирования в программном комплексе, при котором на зафиксированную коронку оказывается нагрузка. Оцениваются максимальные выдерживаемые нагрузки коронок разной формы, а также исследуются максимальные степени деформаций.
Ключевые слова: оборудование, математический анализ, сравнение, анализ, данные, горнодобывающие машины, моделирование.
В горнодобывающей промышленности повсеместно используют различные средства автоматизации и механизации для того, чтобы нарастить объемы производств, а также повысить производительность. В частности, используются подъемно-транспортные машины и механизмы.
Экскаватор-планировщик - универсальная техника землеройного типа на гидравлическом приводе, в конструкции этой многофункциональной машины предусмотрено наличие стрелы телескопического типа и ковша, способного совершать полный поворот [1-6]. При выдающихся технических характеристиках транспортное средство отличается сравнительно небольшими габаритами. Все эти качества в совокупности обусловливают универсальность такого экскаватора. Им можно заменить одновременно несколько единиц различной спецтехники, что очень удобно и выгодно.
Область применения данной спецтехники чрезвычайно обширна:
- Осуществление работ в сфере горной добычи и переработки полезных ископаемых.
- Подземное строительство.
- Проведение работ по прокладыванию и строительству дорог.
- Рыхление грунтов под различными видами мостов.
- Выполнение ремонтных и профилактических работ для поддержания в рабочем состоянии как наземных, так и подземных коммуникационных систем.
Осуществление разнообразных земляных работ: возведение насыпей, рытье канав и траншей. В частности, такое оборудование используется для решения столь сложных задач, с которыми неспособен справиться автогрейдер и прочие виды спецтехники. Например, с применением такого экскаватора можно соорудить очень высокие откосы, достигающие 12 м в высоту.
Такая спецтехника позволяет перемещать груз через заграждения небольшой высоты. Эта техника эффективна для разравнивания грунта перед укладкой различных покрытий и возведением фундамента. Экскаватор данного типа может оперативно засыпать или расчищать траншеи и канавы разной глубины. Применяется в процессе погрузки и выгрузки.
Такая спецтехника активно используется для решения широкого спектра задач в нефтегазовом производстве. Планировщики справляются со сложными технологическими манипуляциями. В частности, с их помощью можно быстро и эффективно устранить неисправность трубопровода. Такие машины используются для обслуживания производств, специализирующихся на добыче и переработке нефти.
Одно из преимуществ экскаватора-планировщика - возможность его применения в местах, доступ к которым ограничен из-за сложных условий.
В конструкции данной спецтехники предусмотрено наличие компонентов сменного типа. Их переустановка занимает минимум времени и не требует специальных знаний и навыков. Телескопическая стрела обладает способностью втягиваться и выдвигаться, когда это необходимо. Это тот элемент, благодаря которому спецтехника имеет возможность проведения различных манипуляций в условиях плотной городской застройки, где не развернется иная спецтехника. По принципу работы такой экскаватор похож на автокран.
За счет наличия автомобильного шасси, это транспортное средство движется по дорогам без привлечения дополнительной техники, что обусловливает еще одно его преимущество - мобильность. Если понадобится, такая техника способна проделать немалый путь.
Во время выполнения широкого спектра работ можно менять расположение стрелы и поворотного ковша для наибольшей эффективности. Мероприятия по расчистке и поверхностей требуют вытягивания и втягивания стрелы и перемены позиции ковша.
Известия ТулГУ. Технические науки. 2022. Вып. 12
В результате поворота ковша совместно со втягиванием стрелы удается зачищать и возводить откосы, когда пространство для проведения работ чрезвычайно ограничено. При этом уровень слоя грунта, который будет срезан, регулируется движениями ковша.
В стандартной комплектации планировщика предусмотрено наличие таких элементов, как платформа, способная поворачиваться, кабина для размещения оператора, гидроприводные узлы. Такая техника оснащается современным телескопическим оборудованием: стрелой, управляющими механизмами, ковшом и рабочим органом.
Зачастую ковши экскаваторов испытывают значительные нагрузки, что связано с особенностями эксплуатации такого вида оборудования. Основная нагрузка как правило приходится на коронки ковшей, поэтому их делаю съемными для того, чтобы при их поломке провести оперативный ремонт и замену изношенной или деформированной коронке. При этом форма коронок может быть различной, на рисунке приведены некоторые из возможных их форм. В связи с разнообразием форм и размеров коронок следует изучить возможность их применения и эксплуатационных характеристик, включая выдерживаемую нагрузку и деформационные изменения при нагружении. Подобное исследование возможно провести с использование компьютерно-математической модели, которую можно создать в программе Ansys [7-10]. Что и было сделано, так проведено компьютерное моделирование, при котором на зафиксированную вертикально коронку осуществляют давление плоской стороной тела.
а б в
Формы коронок: а - Тип 1 (сплошная); б - Тип 2 (с двойным ребром жесткости); в - Тип 3 (с одним ребром жесткости)
Результатом компьютерного моделирования являются сведения о предельном нагружении и максимальной степени деформаций, которые получены на определенном этапе моделирования, то есть времени воздействия нагрузки, которое составило 0,41 секунды. Определённые моделированием данные занесены в таблицу.
Характеристики исследуемые ^
Типы Сила, тс Деформации
Тип 1 46,3 2,50
Тип 2 46,8 2,28
Тип 3 42,5 2,33
В итоге установлено, что наличие ребра жесткости не всегда оказывает положительное влияние на выдерживаемую нагрузку, так при использовании сплошной коронки и коронки с двумя ребрами выдерживаемая нагрузка практически идентична, однако при использовании коронки типа 3 происходит уменьшение выдерживаемой нагрузки на 10%. Что касается степеней деформации, они практически не отличаются друг от друга и в большей мере зависят от точности математической модели и шага, на котором были замерены данные. Таким образом стоит отметить, что наилучшей является коронка типа 1 и типа 3, которые соответственно не имеют ребер и имеют 2 ребра.
Список литературы
1. Синельников А.Ф. Организация технического обслуживания и ремонта подъемно-транспортных, строительных, дорожных машин и оборудования в различных условиях эксплуатации. Учебник для студентов учреждений среднего профессионального образования. М.: Академия (Academia), 2018. 517 c.
2. Григорьев В.Н., Дьяков В.А., Пухов Ю.С. Транспортные машины для подземных разработок: учебник для вузов. М.: Недра, 1984. 383 с.
3. Березовский Н.И., Нагорский А.В. Горные машины и оборудование: Белорусский национальный технический университет. Ч. 1: Проектный расчет эксплуатационных параметров бульдозера. Минск: БНТУ, 2012. 143 с.
4. Лукьянов В.Г. Горные машины и проведение горно-разведочных выработок Учебник для прикладного бакалавриата. М.: Юрайт, 2016. 196 с.
5. Горные, строительные и дорожные машины / Министерство высшего и среднего специального образования УССР; отв. ред. Ю.А. Ветров. Киев: Техшка, 1971. 147 с.
6. Гетопанов В.Н., Рачек В.М. Проектирование и надежность средств комплексной механизации: учебник для вузов по специальности «Горные машины и комплексы». М.: Недра, 1986. 208 с.
7. Григорьев М.С. Применение сортировочных машин в горнодобывающей отрасли. Особенности конструкции и расчет // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2020. Вып. 10. С. 336-340.
8. Ковалёва Т.Е. Математическое моделирование поведения вил подъемника при повышенных нагрузках // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2022. Вып. 2. С. 260-263.
9. Тутов С.С. Исследование напряжений в звене горной машины при повышенных нагрузках // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2021. Вып. 10. С. 534-536.
10. Григорьев М.С. Аналитическое исследование коронок экскаваторов математическим моделированием // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2022. Вып. 2. С. 249-252.
Тутов Сергей Сергеевич, студент, tutowserg@yandex.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Научный руководитель - Каверин Игорь Михайлович, канд. техн. наук, доцент, Россия, Тула, Тульский государственный университет
ANALYTICAL STUDY OF MINING MACHINE ELEMENTS AND COMPUTER MODELING
S.S. Tutov
The mining and related industries, as well as many industrial productions, use various means of automation and mechanization everywhere in order to increase production volumes, as well as increase productivity. In particular, hoisting and transport machines and mechanisms are used, which contribute to the improvement of working conditions in production, as well as increase opportunities. In particular, excavators of various configurations are widely used, in which the main structural element is a bucket, in which the crown is the load-receiving element. Crowns are usually made of steel and take the entire load and therefore an important issue is the shape of the crown that should be used to increase its maximum load capacity. Therefore, in this paper, the question is raised and solved with the help of computer simulation in the software package, in which a load is applied to the fixed crown. The maximum withstand loads of crowns of various shapes are evaluated, and the maximum degrees of deformations are also investigated.
Key words: equipment, mathematical analysis, comparison, analysis, data, mining machines,
modeling.
Tutov Sergey Sergeevich, student, tutowserg@yandex.ru, Russia, Tula, Tula State University,
Scientific advisor - Kaverin Igor Mihajlovich, candidate of technical science, docent, Russia, Tula, Tula State University
УДК 621.9: 663
DOI: 10.24412/2071-6168-2022-12-469-473
АНАЛИЗ СОВРЕМЕННЫХ ПРОГРАММ ДЛЯ КОНСТРУИРОВАНИЯ ТАРЫ
ИЗ ГОФРОКАРТОНА
А.Д. Судоплатова
В статье рассмотрены и проанализированы современные программы для оптимизации производства тары из гофрокартона, учитывающие влияние габаритных размеров тары и поддона, укладки заполненной тары на поддоны, а также представлена разработанная программа для вычисления высоты штабеля и фактора штабелирования.
Ключевые слова: гофрокартон, программы оптимизации, проектирование, фасовка, штабелирование, фактор штабелирования.
Гофрокартон - это упаковочный материал, обладающий такими достоинствами как: экологич-ность, экономичность, технологичность, простота в утилизации, малый удельный вес и в совокупности с этим гофрокартон имеет отличные физико-механические свойства. Поэтому упаковка из этого материала очень популярна, особенно для создания транспортной упаковки для штучных изделий. [1]
469
