CC BY
24
4. Савкова О.А. Использование компьютерного моделирования для исследования аэродинамики района // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2020. Вып. 3. С. 151-153.
5. Горчакова О.С., Савкова О.А., Сорокина Е.Ю. Дальнейшее развитие программного обеспечения для оптимизации расчетов в физической архитектуре // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2019. Вып. 12. С. 554-556.
6. Колосов Р.А. Применение современных технологических решений и программного обеспечения в строительной отрасли// Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2020. Вып. 12. С. 143-145.
7. Бадьин Г.М. Строительство и реконструкция малоэтажного энергоэффективного дома. БХВ-Петербург, 2011. С. 62-64.
8. Poddaeva O.I., Dubinskiy S.I., Fedosova A.N. Chislennoe modelirovanie vetrovoy aero-dinamiki vysot-nogo zdaniya [Numerical Modeling of Wind Aerodynamics of a High-rise Building]. Promyshlennoe i grazhdanskoe stroitel'stvo [Industrial and Civil Construction]. 2014. no. 9. P. 23-27.
Ветрянщиков Илья Алексеевич, студент, Ilyamuromec7179@gmail.com, Россия, Тула, Тульский государственный университет
ANALYSIS AND SYSTEMATIZATION OF DOME BUILDINGS AERODYNAMICS DATA
I.A. Vetranshicov
A study is being carried out with subsequent analysis and systematization of the data obtained by mathematical modeling in the Ansys program. Modeling of the domed building was carried out to assess the aerodynamic characteristics of the structure.
Key words: mathematical modeling, finite elements, speed, pressure, aerodynamics, analysis.
Vetranshicov Ilya Alekseevich, student, Ilyamuromec7179@gmail.com, Russia, Tula, Tula State University
УДК 004.94:622
ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ НАГРУЗОК НА ЗУБ КОВША ЭКСКАВАТОРА
С.С. Тутов
В работе проводится исследование того, как воздействует сила, приложенная к зубу ковша экскаватора с помощью программно-математических сред. Приводятся и анализируются стадии нагружения и деформирования насадки при приложении силы, направленной нормально к кончику зуба. Исследование проводится с применением программных комплексов.
Ключевые слова: исследование, анализ, сила, стадии, зуб, горная машина, ковш, экскаватор.
Экскаваторы и другая горнодобывающая и строительная техника являются весьма распространёнными машинами. При этом в большом числе таких машин присутствуют ковши, составной частью которых являются зубья [1,2]. Такой зуб воспринимает значительную нагрузку при внедрении в грунт, руду и пр. При этом большой интерес представляет влияние значительных нагрузок на зуб, на выдерживаемую силу, на поведение материала и его разрушение. В данной работе будет проведено исследование влияния значительной по величине силы на изменения в зубе.
При превышении предельно допустимых нагрузок зуб ломается, при чем возможно хрупкое разрушение материала, при котором зуб раскалывается практически без пластических изменений, и пластическое его деформирование, при котором зуб начинает терять первоначальную форму [3-5]. В данной работе рассмотрим воздействие силы, приложенной нормально к кончику зубу. Для проведения исследования был выбран метод компьютерного моделирования в программе Ansys с последующей оценкой и анализом полученных данных.
88
Системный анализ, управление и обработка информации
Как правило материалом для изготовления таких деталей служат легированные углеродистые стальные сплавы, например сталь Гарфилда. В данном случае будет рассмотрена подобная по свойствам и составу сталь в программе Ansys [6,7]. Основными исследуемыми параметрами являются поведение материала при соответствующих силах. Считается что зуб закреплен и неподвижен, а нагрузка приходится на его кончик. Данное обстоятельство имитирует ситуацию, когда зуб упирается в плоскую неподвижную поверхность, при этом сам экскаватор продолжает движение или механизм привода ковша. Расчет проводится с использованием метода конечных элементов.
На рис. 1 приведены изменения в форме и размерах зуба под воздействием больших нагрузок.
к
б
\
в г
Рис. 1. Стадии потери первоначальной формы
Как показало моделирование, происходит пластическое изменение зуба, первоначально происходит уменьшение его высоты за счет увеличения ширины. Далее под воздействием нагрузки происходит деформирование изначальной формы и изгиб материала. При этом посадочное место детали остается неподвижным.
Далее приводится график нагружения исследуемого зуба (рис. 2) с целью оценки выдерживаемой силы без деформаций и изменения первоначальной формы и размеров.
160 140 120 х 100 го 80
5 60
40 20 0
0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35
Время воздействия нагрузки, с
Рис. 2. График нагрузки 89
Таким образом, зуб выдерживает не менее 60 кН до начала изменения высоты, то есть затупления кончика, и около 90 кН до начала изгиба материала. То есть 1 зуб выдерживает до 9 тс, что является довольно существенной величиной. И для разрушения необходимо, чтобы среда, в которую внедряется зуб соответственно выдерживала эту нагрузку, при этом давление из-за небольшой площади кончика зуба является значительной величиной.
В данном исследовании было установлено, что при подобных обстоятельствах и равномерных свойствах материала происходит пластическая потеря формы и размером зуба. При реальных условиях возможет другой исход, из-за неравномерных свойств материала, или образованных при литье или других операциях, или в процессе эксплуатации микротрещин. Так возможно и хрупкое разрушение материала в месте трещин, а также иной характер деформационных изменений. Помимо этого, установлено, что зуб выдерживает нагрузку соизмеримую 9 тс, что для одного зуба является весьма значительной величиной и скорее всего произойдет износ поверхности зуба или сколы, чем пластическое деформирование.
Список литературы
1. Григорьев М.С., Ковалёва Т.Е., Тутов С.С. Анализ конструкции и особенности шагающего экскаватора, применяемого в горной промышленности // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2020. Вып. 6. С. 251-254.
2. Горные, строительные и дорожные машины / Министерство высшего и среднего специального образования УССР; отв. ред. Ю. А. Ветров. Киев: Техшка, 1971. 147 с.
3. Материаловедение: Учебник для ВУЗов, обучающих по направлению подготовки и специализации в области техники и технологии / Б.Н. Арзамасов, В.И. Макарова, Г.Г. Мухин и др. 5-е изд., стереотип. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2003. 646 с.
4. Фетисов Г.П. Материаловедение и технология металлов / Г.П. Фетисов, М.Г. Карп-ман, В.М. Матюнин и др. М.: Высшая школа, 2001.
5. Лукьянов В.Г. Горные машины и проведение горно-разведочных выработок Учебник для прикладного бакалавриата. М.: Юрайт, 2016. 196 с.
6. Березовский Н.И., Нагорский А.В. Горные машины и оборудование: в 2-х ч. Белорусский национальный технический университет, кафедра «Горные машины». Минск: БНТУ, 2012. Ч. 1: Проектный расчет эксплуатационных параметров бульдозера. 143 с.
7. 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.
Тутов Сергей Сергеевич, студент, tutowserg@yandex.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
STUDY OF THE EFFECT OF LOADS ON THE TOOTH OF A BUCKET OF AN EXCAVATOR
S.S. Tutov
In this work, a study is carried out of how the force applied to the tooth of an excavator bucket acts with the help of software and mathematical environments. The stages of loading and deformation of the nozzle when a force is applied normal to the tip of the tooth are presented and analyzed.
Key words: research, analysis, force, stages, tooth, mining machine, bucket, excavator.
Tutov Sergey Sergeevich, student, tutowserg@yandex. ru, Russia, Tula, Tula State Universit
