CC BY
4
УДК 004.94:622
DOI: 10.24412/2071-6168-2022-12-397-400
АНАЛИЗ ДАННЫХ, ПОЛУЧЕННЫХ КОМПЬЮТЕРНЫМ МОДЕЛИРОВАНИЕ НАГРУЖЕНИЯ
ЗВЕНЬЕВ ПРИВОДА ГОРНОЙ МАШИНЫ
М.С. Григорьев
В горных машинах одним из основных элементов является привод, что обусловлено тем, что такой оборудование может работать на разной местности и при разных условиях, в том числе погодных. Поэтому в некоторых случаях применяется гусеничный привод, в котором существуют звенья, воспринимающие наибольшую нагрузку, как статическую, так и динамическую. В предыдущих работах уже проводились похожие исследования, однако в них исследовалась ситуация, при которой сила воспринимается исключительно вертикальной, действующей на верхнюю площадку элемента, в настоящей же работе была добавлена вторая составляющая силы, действующая в горизонтальном направлении. При данных условиях проводится исследование напряжений и деформаций с помощью компьютерного моделирования. В работе приводятся распределения деформаций, а также напряжений по рассматриваемому звену, а также делаются выводы об их количественном и качественном распределении по исследуемому объекту.
Ключевые слова: математическое моделирование, обработка информации, экскаватор, горная добыча, конечные элементы, гусеничный привод, исследование.
Гидравлический экскаватор бывает на колесном или гусеничном ходу и имеет поворотную платформу, на которой располагается кабина оператора, при этом с целью повышения функциональных возможностей экскаватора на нем может устанавливаться дополнительное навесное оборудование [1-7]. Рабочим органом данной спецтехники выступает ковш, оснащенный составной стрелой. За работу системы отвечает гидравлика, от чего экскаватор и получил свое название - гидравлический.
Скорость выполнения работ будет зависеть от характеристик самого экскаватора, то есть от его модели. Но также довольно существенную роль играют и внешние условия, например, состояние грунта.
Конструктивные особенности экскаватора
Эта спецтехника включает в себя:
1. Ходовую часть (на гусеничной или колесной базе).
2. Дизельный двигатель, отвечающий за движение всех рабочих элементов техники.
3. Гидравлическую систему.
4. Управляющий блок.
5. Лопату (ковш).
Модели, применяющиеся в сфере карьерных разработок, оснащаются специальным видом ковша, который может резать или ковать очень плотные материалы. Это возможно благодаря наличию зубьев из высокопрочной стали.
Гидравлический привод дает возможность изготовить экскаватор меньших размеров при той же мощности. Более простой здесь является и кинематика трансмиссии. Благодаря этому обеспечивается оптимальное использование всей мощности силового агрегата.
Кроме этого, гидравлика обеспечивает больший уровень подвижности и технологической гибкости. Регулировать скорости здесь необходимо бесступенчатым способом. У гидравлического экскаватора есть возможность использовать, как прямую, так и обратную лопату. Применяются такие виды спецтехники чаще всего в геологических раскопках, а также в горнодобывающей сфере.
Рабочие органы экскаваторной техники представлены ковшами (лопатами). Стрела может быть телескопической выдвижной или нет, а также механизм может быть шарнирно-рычажного типа. Второй вариант характеризуется возможностью изменения угла наклона стрелы. Кроме этого, ковш может поворачиваться относительно рукояти, а сама рукоять может регулировать свое положение. Такая конструкция позволяет применять спецтехнику в ограниченном пространстве, так как она является компактной и маневренной.
Помимо ковша (лопаты) на экскаватор могут устанавливать трубный захват, бульдозерный отвал или даже крановую подвеску, позволяющую осуществлять монтажные работы. Для дорожных работ устанавливают рыхлители для разлома асфальта. Они также необходимы для разлома мерзлого грунта. С целью разрушения кирпичных стен или скального грунта может применяться молот, имеющий сменные рабочие органы.
Применяются гидравлические экскаваторы везде, где нужно выполнить выемочно-погрузочные работы. С его помощью осуществляют разработку грунта, горных пород, а также добывают полезные ископаемые, погружают и перемещают по территории строительной площадки кусковые и сыпучие материалы, создают траншеи и каналы. Также данная спецтехника используется при прокладке трубопроводов, для снова старых зданий и во многих видах других работ.
Одним из наиболее важных частей экскаватора можно назвать привод, который в большинстве случаев является гусеничным и колесным. У каждого имеются свои преимущества и недостатки, а также сфера применения, при этом гусеничный тип является более сложным и конструктивной точки зрения.
Известия ТулГУ. Технические науки. 2022. Вып. 12
Поэтому в данной работе рассматривается элементы гусениц, на которые оказывается наибольшая нагрузка, при этом нагрузка может быть и динамической, и статической.
В предыдущих работах [8-9] уже проводились похожие исследования, однако в них исследовалась ситуация, при которой сила воспринимается исключительно вертикальной, действующей на верхнюю площадку элемента, в настоящей же работе была добавлена вторая составляющая силы, действующая в горизонтальном направлении. Причем первая сила была в размере 15 кН, а вторая - 10 кН. Исследование напряжений и деформаций также проводилось с помощью программы Ansys [10], как и прошлые работы. На рис. 1 приведена модель элемента гусеницы, разбитая на конечные элементы. При моделировании использовалась сталь в качестве материала звена.
Рис. 1. Разбиение элемента на сетку
Были определены напряжения и деформации при воздействии нагрузки, которые проиллюстрированы на рис. 2.
1,3763еВ Мах
1,2234е8 1,0704=8 9,1753=7 7,6462=7 6,117117 4,588« 7 3,0589=7 1,5298=7 7005.4 М1п
б
Рис. 2. Схема распределения деформаций: а - деформации; б - напряжения
Установлено, что основные по величине деформации приходятся на верхнюю плоскость звена. При этом осуществляется его смятие внутрь. В остальных же частях деформации не столь значительные, также деформационное изменение наблюдается в цилиндрических участках звена. Анализ напряжений
398
а
показал, что они распределены в основном в тех же местах, что и деформации. Таким образом можно сделать вывод, о то, что при значительных нагрузках на звено цепи гусеничного привода оно начинает деформироваться в определенных местах, однако стоит отметить, что на звено осуществлялась нагрузка практически в 2,5 тонны, что является более значительной нагрузкой, чем испытывает звено в реальных условиях.
Список литературы
1. Евневич А.В. Горные транспортные машины. М.: Государственное научно-техническое издательство литературы по угольной промышленности, 2016. 406 с.
2. Солод Г.И., Морозов В.И. Технология машиностроения и ремонт горных машин: учебник для вузов. М.: Недра, 1988. 421 с.
3. Тутов С.С. Анализ конструктивных особенностей и применения горных подъемных машин на примере роторных экскаваторов // Достижения науки и образования. 2021. №8 (80). С. 114-115.
4. Ковалёва Т.Е., Кочеткова А.С. Технические средства горнодобывающего оборудования // Фундаментальная и прикладная наука: состояние и тенденции развития: сборник статей XIX Международной научно- практической конференции (21 апреля 2022 г.). Петрозаводск: МЦНП «Новая наука», 2022. С. 40-44.
5. Ржевский В.В. Открытые горные работы. Книга 2: Технология и комплексная механизация. М.: Ленанд, 2019. 552 с.
6. Дьяков В.А. Транспортные машины и комплексы открытых разработок: учебник. М.: «Недра», 1986. 529 с.
7. Лукьянов В.Г. Горные машины и проведение горно-разведочных выработок: учебник для прикладного бакалавриата. М.: Юрайт, 2016. 196 с.
8. Григорьев М.С. Сравнительный анализ конструкций подъемно-транспортных машин, применяемых в горном деле // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2021. Вып. 8. С. 112-115.
9. Тутов С.С. Компьютерное моделирование элементов конструкций горного транспортного оборудования // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2022. Вып. 10. С. 32-34.
10. Ковалёва Т.Е. Сравнительный анализ вил погрузчика компьютерным моделированием // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2022. Вып. 3. С. 316-318.
Григорьев Максим Сергеевич, студент, tutow serg@yandex.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Научный руководитель - Каверин Игорь Михайлович, канд. техн. наук, доцент, Россия, Тула, Тульский государственный университет
ANALYSIS OF DATA OBTAINED BY COMPUTER SIMULATION OF LOADING OF MINING MACHINE DRIVE LINKS
M.S. Grigoryev
In mining machines, there is a drive from the main elements that such equipment can work on different terrain and in different conditions, including among different places. Therefore, in some cases, a caterpillar drive occurs, resulting in links that perceive the greatest load, both static and dynamic. In previous works, volumetric studies have already been presented, however, they investigated the situation in which the force of an exceptional vertical force acting on a territorial object is perceived, to a large extent, the work was added to the second component of the force acting in a horizontal distribution. Data on the conditions for studying displacements and deformations using computer simulation are given. In the work on the distribution of deformations, as well as on the observed link, it is also spent according to their quantity and qualitatively distributed over the main object.
Key words: mathematical modeling, information processing, excavator, mining, finite elements, caterpillar drive, research.
Grigoryev Maksim 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
