CC BY
1
УДК 004.94:622
DOI: 10.24412/2071-6168-2022-8-200-203
К ВОПРОСУ О КОМПЬЮТЕРНОМ МОДЕЛИРОВАНИИ НАГРУЖЕНИЯ ВИЛ ПОГРУЗЧИКА И ОБ ИХ ПРИМЕНЕНИИ
Т.Е. Ковалёва
Компьютерное моделирование является одним из прогрессивных способов сбора и анализа данных. Такой прием используется не только учеными, но и инженерами, перед которыми могут стоять самые разнообразные задачи. Одной из таких задач можно назвать пути оптимизации и увеличения предельно допустимой нагрузки вил погрузчиков, что необходимо для увеличения грузоподъемности таких машин. Вопрос о применении подъемно-транспортного оборудования стоит остро, так как почти во всех отраслях требуются манипуляции с большими грузами, это же касается и горнодобывающей промышленности. Одним из таких видов машин является погрузчик, который используется для перемещения и подъема грузов на разных площадках и в различных предприятиях. Поэтому в данной работе проводится ряд компьютерных моделирований с целью выявления наиболее удобной формы вил, которая также предполагает прирост в предельно допустимой нагрузке, что позволит перемещать грузы с большей массой. Приводятся графики нагрузки, полученные компьютерным моделированием, которые в последствии анализируются, и делаются выводы по работе.
Ключевые слова: анализ данных, подъемно-транспортные машины, обработка данных, информация, горная промышленность, компьютерное моделирование.
Вопрос о применении подъемно-транспортного оборудования стоит остро, так как почти во всех отраслях требуются манипуляции с большими грузами, это же касается и горнодобывающей промышленности [1-5]. Одним из таких видов машин является погрузчик.
Погрузчики являются одним из самых востребованных видов транспорта. Свое применение эта техника нашла в сфере грузоперевозок, используется для подъема, перемещения и укладки грузов. Современные погрузчики очень компактны, мощные и маневренные, имеют достаточно маленький радиус разворота, что делает машину легкой в управлении.
Существует несколько видов погрузчиков, которые способны работать с разными по характеристикам грузами. В связи с этим погрузчики могут быть:
- вилочными,
- ковшовые.
Вилочные погрузчики используются для работы со штучными грузами. Такие погрузчики уместно использовать на различных складских территориях, для разгрузочно-погрузочных работ на железных дорогах и в портах, а также свое применение погрузчики данного типа нашли в промышленности.
Вилочные погрузчики - небольшие колесные автомобили с утяжеленной задней частью и облегченной передней, на передней части имеют подъемный механизм в виде вил. Устройство вил таково, что они могут изменять свою ширину в зависимости от габаритов груза. Вилы поднимаются вверх и опускаются вниз, т.е. осуществляют движение по вертикали. Работают данные погрузчики на бензиновом, дизельном топливе или газе, а также некоторые модели могут иметь электромотор. Погрузчики с двигателями внутреннего сгорания целесообразно использовать на открытом воздухе, погрузчики с электромотором незаменимы для работы в закрытых помещениях.
Вилочные погрузчики, работающие с электромотором, имеют аккумулятор, заряда которого хватает на 8-10 часов непрерывной работы. Такой вариант машины является более экономичным нежели с двигателем внутреннего сгорания, но менее удобным в использовании, поскольку у такого погрузчика есть период простоя (зарядка аккумулятора).
Помимо подъемного вилочкового механизма, данный вид погрузчиков может укомплектовываться дополнительными аксессуарами для захвата округлых предметов (бочек), захваты для тюков и бумажных рулонов, приспособления для поворачивания грузов и их наклона и т.д.
Ковшовые погрузчики используются для работы с сыпучими материалами. Ковшовые погрузчики это гусеничные, колесные или рельсовые машины в передней части которых размещается ковш. Ковш наполняется при движении погрузчика вперед, а очищается путем опро-
200
Системный анализ, управление и обработка информации
кидывания. Ковшовые погрузчики бывают одноковшовыми и многоковшовыми. В качестве дополнительного оборудования, значительно расширяющего функционал ковшовых погрузчиков, используются специальные захваты для бревен, столбов, а также отвалы для перемещения грунта и снега. Помимо этого, на погрузчик возможна установка ковшей для работы с различными материалами по весу и содержанию.
Одноковшовые погрузчики имеют ковш в передней части машины. Используются для работы с сыпучими материалами - песок, гравий, мусор и др. Данный погрузчики в зависимости от предельного веса, который погрузчик может поднять, бывают легкими, средними, тяжелыми и большегрузными. Многоковшовые погрузчики — это машины непрерывного действия, в передней части которых расположен транспортер с нескольким рядом ковшей и подгребающее устройство. Многоковшовые погрузчики зачастую находят свое применение в сельском и фермерском хозяйстве для заполнения зернохранилищ зерном, для наполнения овощами грузовых машин с целью последующей перевозки их к месту хранения. Ковшовые погрузчики работают на двигателях внутреннего сгорания и эксплуатируются на открытых площадках.
Вилочные погрузчики также активно используются и на горнодобывающих предприятиях и применяются для транспортировки грузов, контейнеров с породой и пр. При этом вилы могут иметь разную форму, размеры, могут быть изготовлены из разного материала, поэтому актуальной задачей является изучение влияния перечисленных факторов на то, сколько способны выдержать вилы до их разрушения (облома или изменения формы). Что касается формы вил, одним из варьируемых факторов может быть место стыка вертикальной и горизонтальной части вил. Так как в этом месте имеется стык (сварной или соединенный любым другим способом) или если вилы выполнены цельными, то в данном месте имеется перегиб, который является концентратором напряжений. В данном случае рассмотрим вилы цельные, но имеющие перегиб в зоне примыкания верхней и нижней горизонтальной части. Это примыкание может быть под прямым углом, а может быть изогнуто, при этом верхняя и нижняя части строго перпендикулярны. Предположительно такие варианты вил могут иметь разную предельную нагрузку, поэтому в данной работе проверяется это предположение.
Для проведения исследований были разработаны несколько компьютерных моделей и проведен их расчет в специальном программном обеспечении. В результате расчета были получены кривые графика нагрузки (рис. 1) для обоих видов вил. Вилы считались жестко смонтированными, и не имели возможность перемещаться. На горизонтальную нижнюю часть вил создавалось давление, которое равномерно распределялось по всей площади поверхности горизонтальных частей вил. Вилы были изготовлены из стали.
- Закругленные Прямоугольные
Время, с
Рис. 1. График нагрузки
Компьютерное моделирование проводилось с помощью программной среды Ansys [610]. И были получены соответствующие графики нагружения вил со стыком горизонтальной и вертикальной части под прямым углом и под прямым углом, но с закруглением. Анализ показал, что стык с закруглением имеет большую предельно допустимую нагрузку, т.е. скругленные вилы способны выдерживать больше, чем прямоугольные. Разница составила примерно 200 кН. Таким образом установлено, что лучше применять вилы закругленные. Однако стоит отметить, что такие вилы имеют не строго горизонтальную поверхность, параллельную полу, в начале имеется участок с закруглением. Поэтому грузы располагаются немного в отдалении от верти-
201
кальной части и получается своего рода рычаг, что может привести к опрокидыванию груза вместе с погрузчиком в результате смещения центра масс, помимо этого, может создаваться дополнительная нагрузка на стык.
Таким образом, применение программных средств для анализа и обработки данных на основе метода конечных элементов может упростить принятие решений в производственных циклах и найти пути решения возможных задач.
Список литературы
1. Борисов Ю.М., Соколов М.М. Электрооборудование подъемно-транспортных машин. М.: Машиностроение, 1971. 375 с.
2. Горные машины и комплексы: учебник для вузов по спец. «Технол. и комплексная механизация подзем. разраб. месторождений полез. ископаемых» и «Горные машины и комплексы» / Под общ. ред. А. В.Топчиева. М.: Недра, 1971. 558 с.
3. Кузнецов Ю.А., Тарасов Е.С., Смикалин Н.С. Применение и конструкции подъемно-транспортных машин при строительстве // Известия Тульского государственногоуниверситета. Технические науки. 2019. Вып. 7. С. 80-84.
4. Грузоподъемные машины. Учебник для вузов / М.П. Александров, Л.Н. Колобов, Н.А. Лобов и др.: М.: Машиностроение, 1986. 400 с.
5. Воробьев Л.Н. Технология машиностроения и ремонт машин. М.: Высшая школа, 1981. 344 с.
6. Григорьев М.С. Аналитическое исследование коронок экскаваторов математическим моделированием // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2022. Вып. 2. С. 249-252.
7. Григорьев М.С. Анализ состояния зубьев ковша экскаватора при значительных нагрузках с помощью компьютерного моделирования // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2022. Вып. 3. С. 310-312.
8. Тутов С.С. Исследование воздействия нагрузок на зуб ковша экскаватора // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2021. Вып. 11. С. 88-90.
9. Ковалёва Т.Е. Математическое моделирование поведения вил подъемника при повышенных нагрузках // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2022. Вып. 2. С. 260-263.
10. Кочеткова А.С. Анализ и компьютерное моделирование подъемника при перегрузке // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2022. Вып. 2. С. 270-273.
Ковалёва Татьяна Евгеньевна, студентка, tutowserg@,yandex.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет.
TO THE QUESTION OF COMPUTER SIMULATION OF THE LOADING OF THE LOADER FORKS AND THEIR APPLICATION
T.E. Kovaleva
Computer modeling is one of the progressive ways of collecting and analyzing data. This technique is used not only by scientists, but also by engineers, who can face a wide variety of tasks. One of these tasks can be called ways to optimize and increase the maximum permissible load of forklifts, which is necessary to increase the carrying capacity of such machines. The question of the use of handling equipment is acute, since almost all industries require the manipulation of large loads, the same applies to the mining industry. One of these types of machines is a loader, which is used to move and lift goods at different sites and in various enterprises. Therefore, in this work, a number of computer simulations are carried out in order to identify the most convenient fork shape, which also implies an increase in the maximum permissible load, which will allow moving loads with a larger mass. Load graphs obtained by computer simulation are presented, which are subsequently analyzed, and conclusions are drawn on the work.
Key words: data analysis, handling machines, data processing, information, mining, computer simulation.
Kovaleva Tatyana Evgeyevna, student, [email protected], Russia, Tula, Tula State University
