CC BY
7
УДК 004.94; 622
DOI: 10.24412/2071-6168-2022-10-32-35
КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ КОНСТРУКЦИЙ ГОРНОГО ТРАНСПОРТНОГО ОБОРУДОВАНИЯ
С.С. Тутов
Любому промышленному производству, включая горнодобывающую отрасль, требуется в механизмах и машинах, осуществляющих транспортировку, перевоз, подъем и другие манипуляции с грузом. Одним из таких видов оборудования является бульдозер, в конструкции которого применяются ковши, которые как правило оборудованы зубьями (коронками). При этом на коронки оказывается значительные нагрузки, которые могут привести к их изгибу или излому. Поэтому в данной работе проводится компьютерное моделирование того, как изменяется форма коронки при оказании на нее значительной нагрузки. Анализ выполнен с помощью компьютерного моделирования в программном комплексе. Была выбрана стандартная по форме и размерам коронка и были оценены ее деформационные изменения и выдерживаемая нагрузка. Приводятся изображения самих коронок, поля их деформационного изменения, а также график нагрузки. Также в данной работе проводится исследование конструктивных особенностей бульдозеров, необходимости и обусловленности их применения в горно-добывающей промышленности. Оцениваются возможности их применения, сферы эксплуатации, исследуются конструкции гусеничного привода, который в работе рассматриваются более подробно.
Ключевые слова: оборудование, математический анализ, сравнение, анализ, данные, горнодобывающие машины, моделирование.
Любое промышленное производство, включая горнодобывающую отрасль, требуется в механизмах и машинах, осуществляющих транспортировку, перевоз, подъем и другие манипуляции с грузом [1-3]. Что обусловлено необходимостью предприятий в улучшении условий труда, снижении себестоимости производства, а также увеличении производительности [4-7]. Одним из таких видов оборудования является бульдозер - это вид спецтехники, главной задачей которой является выполнение землеройных работ, а также работ по послойному снятию и перемещению грунта. Также эта техника используется для создания насыпей и разравнивания территории. Различают бульдозеры колесного и гусеничного типа. Колесная техника характеризуется тем, что может добиться до места выполнения работ самостоятельно, то есть она может ездить по дорогам общего пользования. Но работать бульдозер на колесном ходу может только на твердых типах грунтов. На рыхлом грунте, а также в условиях бездорожья эксплуатируется гусеничная техника.
Главное достоинство такой техники заключается в том, что ее можно использовать на рыхлых грунтах, где применение колесной базы невозможно. При этом гусеница дает лучшее сцепление, чем колеса. То же самое можно сказать и об эффективности использования навесного оборудования. Благодаря незначительному износу шасси в процессе работы гусеничная база служит долго и редко нуждается в ремонте. Но при этом, если все же необходимость ремонта возникнет, найти запчасти будет нетрудно, так как такая техника изготавливается на базе распространенных гусеничных тракторов. Запчасти на гусеничные бульдозеры являются унифицированными. Наличие делителя крутящего момента у такого вида техники обеспечивает высокий ресурс ходовой части.
Используется эта техника для выполнения таких задач: разравнивания территории; создание насыпей и дамб;
зачистка территории от мусора, камней, растительности или снега; проведение подготовительных работ перед валкой деревьев; осушение болот и рекультивация почвы; засыпка канав; карьерные разработки.
Так как гусеничные машины оснащаются высокомощными дизельными видами двигателей, они могут выполнять тяжелую работу с грунтом. Бульдозеры особо высокой мощности применяются при заполнении бункеров скреперов. Также они нужны в сфере карьерных разработок.
Чтобы расширить функциональные возможности такой техники используют дополнительные виды навесного оборудования, например, открылки, откосники или зубья для рыхления почвы. Тип трактора, который использовался при создании бульдозера, напрямую будет влиять на тяговое усилие этой техники.
Современные модели бульдозерной техники характеризуются наличием электронной системы управления, которая гарантирует рациональный расход топлива. Кроме этого, в число оснастки также входит эффективная система охлаждения. В использовании и обслуживании такой спецтехники не возникнет трудностей. Главное достоинство гусеничного бульдозера - это возможность выполнять широкий спектр задач на сложных типах грунта. Но недостатком является то, что он не может самостоятельно передвигаться по дорогам общего пользования.
Системный анализ, управление и обработка информации
Базой гусеничного бульдозера является тягач или трактор. Основным рабочим органом выступает навесное оборудование - отвал с ножом на нижней кромке. Широкий отвал с легкостью срезает горную породу или грунт, так как его нож изготовлен из высокопрочной и износостойкой стали. Для крепления отвала к основной конструкции техники применяется шарнирная система. Срезание грунта осуществляется послойно, а дальше техника передвигает его на нужное место.
Двигатель у гусеничного бульдозера дизельный. Для подъема и опускания рабочего органа используются гидравлические цилиндры. Оператор техники находится в кабине.
Отвал у бульдозерной техники может быть универсальным, поворотным или неповоротным. Преимущество универсальной модели в том, что здесь можно изменять угол установки. Состоит такой отвал из двух частей. Поворотное оборудование характеризуется наличием навесной рамы и может быть установлено в необходимом положении для поворота в нужную сторону. Неповоротный тип отвала отличается жесткой рамой и поперечной установкой относительно направления движения.
В конструкции бульдозеров применяются ковши, которые как правило оборудованы зубьями (коронками). При этом на коронки оказывается значительные нагрузки, которые могут привести к их изгибу или излому. Поэтому в данной работе проводится компьютерное моделирование того, как изменяется форма коронки при оказании на нее значительной нагрузки. Анализ выполнен с помощью компьютерного моделирования в программном комплексе Ашу8 [8-10]. Была выбрана стандартная по форме и размерам коронка (рис. 1, а) и были оценены ее деформационные изменения (рис. 1, б)
а б
Рис. 1. Изометрия коронки (а) и деформации в коронке при ее нагружении (б)
Коронка представляет собой сплошную, без ребер, впадин и прочего форму, изготовленную из стали методом отливки. Согласно данным моделирования происходит плавное загибание кончика с его одновременной осадкой. Далее был проведен анализ выдерживаемой зубом нагрузки (рис. 2)
Время воздействия нагрузки, с
Рис. 2. График нагрузки
В целом исследование показало, что для значительных деформационных изменений требуется приложить не менее 120 кН, что является весьма значительной величиной для одной коронки. Поэтому данную форму коронки можно считать адекватной, однако следует провести аналогичные исследования коронок с иной формой и конфигурацией для выявления оптимальной и наиболее подходящей формы.
33
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. Транспортные машины для подземных разработок: учеб. для вузов / В.Н. Григорьев, В.А. Дьяков, Ю.С. Пухов. М.: Недра, 1984. 383 с.
3. Березовский Н.И. Горные машины и оборудование: в 2-х ч. / Н.И. Березовский, А.В. Нагор-ский; Белорусский национальный технический университет. Минск: БНТУ, 2012. Ч. 1: Проектный расчет эксплуатационных параметров бульдозера. 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». Москва: Недра, 1986. 208 с.
7. Григорьев М.С. Применение сортировочных машин в горнодобывающей отрасли. Особенности конструкции и расчет // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. Тула: Изд-во ТулГУ. 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
COMPUTER MODELING OF STRUCTURAL ELEMENTS OF MINING TRANSPORT EQUIPMENT
S.S. Tutov
Any industrial production, including the mining industry, is required in mechanisms and machines that carry out transportation, transportation, lifting and other manipulations with cargo. One of these types of equipment is a bulldozer, in the design of which buckets are used, which are usually equipped with teeth (crowns). In this case, the crowns are subjected to significant loads, which can lead to their bending or fracture. Therefore, in this paper, a computer simulation of how the shape of the crown changes when a significant load is applied to it is carried out. The analysis was performed using computer simulation in the software package. A crown of standard shape and size was chosen and its deformation changes and load capacity were evaluated. The images of the crowns themselves, the fields of their deformation change, as well as the load graph are given. Also in this paper, a study is made of the design features of bulldozers, the necessity and conditionality of their use in the mining industry. The possibilities of their application, areas of operation are evaluated, the designs of the caterpillar drive are studied, which are considered in more detail in the work.
Key words: equipment, mathematical analysis, comparison, analysis, data, mining machines, modeling.
Tutov Sergey Sergeevich, student, tutowserg@yandex.ru, Russia, Tula, Tula State University
