CC BY
44
МЕХАТРОНИКА
УДК 681.3
КОМП'ЮТЕРНЕ МОДЕЛЮВАННЯ РОБОЧИХ ПРОЦЕС1В ОДНОК1ВШОВИХ
НАВАНТАЖУВАЧ1В
О.В. Сфименко, доц., к.т.н., Т.В. Плугша, доц., к.т.н., Харкчвський нацюнальний автомобшьно-дорожнш ун1верситет
Анотаця. Наведено результати комп 'ютерного моделювання робочих процеав одноювшевих навантажувач1в за допомогою програмного комплексу «Autodesk Inventor».
Ключов1 слова: моделювання, робочий процес, в1ртуальна лаборатор1я, Inventor.
КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ РАБОЧИХ ПРОЦЕССОВ ОДНОКОВШОВЫХ ПОГРУЗЧИКОВ
А.В. Ефименко, к.т.н., доц., Т.В. Плугина, к.т.н., доц., Харьковский национальный автомобильно-дорожный университет
Аннотация. Приведены результаты компьютерного моделирования рабочих процессов одноковшовых погрузчиков с помощью программного комплекса «AutodeskInventor».
Ключевые слова: моделирование, рабочий процесс, виртуальная лаборатория, Inventor.
COMPUTER DESIGN OF WORKING PROCESSES OF SINGLE-BUCKET
LOADING MACHINES
A. Yefimenko, Assoc. Prof., Ph. D. (Eng.), T. Pluhina, Assoc. Prof., Ph. D. (Eng.), Kharkiv National Automobile Highway University
Abstract. The results of computer modeling of single-bucket loading machine working processes, using the Autodesk Inventor software are presented.
Key words: design, technological process, virtual laboratory, Inventor.
Вступ
Актуальнють роботи пояснюсться тенден-щею зростання використання навантажувачiв як при бущвницга дор^, так i при !х експлу-атацп. Фундаментом ще! науково! роботи е основи, яю дозволяють використовувати тему вiртуальних моделей i можливосп !х по-дальшого застосування.
Метод дослщження - методи скшченних елеменпв, використання програмних засобiв методики застосування комп'ютерних про-грам для моделювання динамши навантажу-вачiв та проведення експериментiв за допомогою персонального комп'ютера.
Впровадження технологи аналiзу динамiки робочих i транспортних режимiв навантажу-Ba4iB дозволяе вивести розв'язання задач ди-намiчного аналiзу на новий якiсний рiвень. У галузi динамiчного аналiзу функцiонування виробiв це подiбно до переходу конструктор-ських служб вiд випуску креслень на паперi до використання автоматизованих систем проектування.
Технологiя автоматизованого динамiчного аналiзу дозволяе спростити i прискорити розв'язання задач математичного моделювання i, зрештою, iстотно пiдвищити ефекти-внiсть розробки ново! науково-техшчно! продукцп.
Аналiз публiкацiй
На 4aci широко використовуються cyHacHÍ методи проектування й аналiзy землерийно-транспортних машин у програмному ком-плексi «Autodesk Inventor».
Основними перевагами застосування автома-тизованого динамiчного аналiзy е:
- автоматичне формування математично'1 мо-делi динамки руху механiчноí системи за ii iнженерним описом;
- вiзyалiзацiя функщонування мехатчно'х системи i значень ii характеристик;
- широкi можливостi управлшня рухом мехатчно'х системи.
Використання автоматизованого динамiчно-го аналiзy дозволяе вже на раншх стадiях проектування отримати достовiрнy шформа-цш про динамiчнy поведiнкy створюваних вироб1в i силовi навантаження, що виника-ють при цьому, а також оперативно проводи-ти дослщження нештатних ситуацш, що ви-никають у проце^ експлуатацп iснyючих вироб1в.
Мета i постановка завдання
Метою роботи е аналiз робочих процеав на-вантажyвачiв iз використанням комп'ютер-ного моделювання.
Комп'ютерне моделювання робочих процеав навантажувачiв
Початковим етапом е побудування якомога бшьш детально1 3D-моделi навантажувача за допомогою використання програми «Autodesk Inventor».
Вщповщальним етапом е експорт побудова-но1 тривимiрноí моделi у програму «Autodesk Inventor». Дуже важливим е те, що тсля екс-порту зберiгаються масово-iнерцiйнi характеристики складових одиниць тривимiрноí моделi.
Наступним етапом е класифiкацiя отриманих складових одиниць на рyхомi та нерyхомi об'екти. Наприклад, колесо е рухомим (обер-тальний рух) вiдносно осi, на якш воно за-крiплене. Шсля того, як з'ясовано, якi деталi е рухомими, необхiдно провести повний кь нематичний аналiз моделi.
Отримавши цi данi, необхiдно за допомогою шарнiрiв з'еднати деталi в кшематичну пару. Наприклад, з'еднати робоче устаткування для навантажувача HITACHI масою 25 т та забезпечити обертання ведучих колю, а також змоделювати рух навантажувача у конкретному напрямку, як показано на рис. 1 та 2.
Рис. 1. З'еднання деталей стрши та рами навантажувача у кшематичну пару
Рис. 2. Приеднання штока пдроцилшдра
Рис. 3. Осцилограми опорних реакцш на ведучих колесах навантажувача Hitachi
Приведена модель дозволяе виконати попе-реднш аналiз конструкцп.
На рис. 3 показано зусилля, як виникають у колесах при пере'iздi через перешкоду завдо-вжки 70 мм та завширшки 30 мм навантажу-вачем HITACHI масою 25 т за швидкосл 5 км/год. Шсля проведення комп'ютерного експерименту було отримано осцилограми
опорних реакцш, як були переведет у про-граму MSEXCEL з попередшм аналiзом (рис. 4).
Подiбним чином було проведено експериме-нти з iншими навантажувачами, такими як Sankar Ram та Cat (малогабаритного класу). Отримано данi, якi при конвертацп в MSEXCEL були проаналiзованi, що дозволило нам побудувати графки перерозподшу опорних реакцiй на двох осях (рис. 5).
Опорш реакци
350000 300000 250000 200000 150000 100000 50000
li
50мм 60мм 70мм
В R1 перед. ■ R2 заднее ■ скорость
Рис. 4. Дiаграма опорних реакцш
Опорш реакщТ
400000 350000 300000 250000 200000 150000 100000 50000
о
60мм 70мм
IR1 перед. 210258 ■ R2 заднее 197326 ■ скорость 10 км/час
Рис. 5. Дiаграма опорних реакцш
Моделювання динамiчних процешв, пов'я-заних з пере!'здом машинами одинично!' нерь вностi, дозволило отримати ряд результат, якi в реальному експериментi безпосередньо вимiряти неможливо, зокрема визначити, як змшюються в часi опорнi реакци на кожному з колю. ВШртуальний експеримент показав, що при пере'зд навантажувачем у транспортному режимi через одиничш нерiвностi опорнi реакци змшюються в чаш за законами, близькими до коливальних процешв.
На рис. 6 показано тягове зусилля, що вини-кае у металоконструкци навантажувача ма-сою 15 т при зггкненш робочого обладнання з непрохщною перешкодою.
t, Q| -'.I УШна (S S4IHI®
S.OOOE+5
к
1 3 0,5 1 1,5 2 2,5 Врепя(с) 1
Рис. 6. Тягове зусилля навантажувача Sankar Ram
Швидюсть при цьому е незмшною - 5 км/год. Машина здшснюе свш рух, та у промiжку часу мiж 1-ю та 2-ю секундами виникае зггк-нення ковша з перешкодою. У цей час фксу-еться максимальне зусилля, що дорiвнюе 7-105 Н.
Осцилограми усiх машин та Тх результати було проаналiзовано в роботi. Тяговi зусилля у швосях навантажувачiв при зiткненнi з не-прохiдною перешкодою показано на рис. 7.
Рис. 7. Тяговi зусилля на швосях навантажу-вачiв
При визначеннi опорних реакцiй при рiзкому гальмуваннi навантажувача Hitachi було роз-глянуто екстрене гальмування машини, шд час якого було отримано необхщш реакци на осях (рис. 8).
Рис. 8. Визначення опорних реакцш при рiз-кому гальмуванш (навантажувач Hitachi)
Подiбним чином визначаемо опорш реакщТ й на iнших навантажувачах. Опорш реакци
Sankar Ram та Cat (малогабаритного класу) наведет на рис. 9 та 10.
У ходi експерименту було виявлено, що машина з бГльшим коефГцГентом тертя та бГль-шою масою мае найбiльш високГ показники. Так, для навантажувача Hitachi R1 = 132000, R2 = 128258; далi йде Sankar Ram R1 = 68258 Н, R2 = 69585 Н та Cat R1 = 35689 Н, R2 = = 37589 Н.
Рис. 9. Визначення опорних реакцГй при рГз-кому гальмуваннГ навантажувача Sankar Ram
Рис. 10. Визначення опорних реакцш при рiзкому гальмувант Cat (малогабаритного класу)
ДосвГд розробки теоретичних основ i практично'! реалiзацГí комп'ютерного моделюван-ня складних систем свГдчить про 1х велику перспективнГсть для застосування в галузГ машинобудування та дорожнГх робГт. Розро-бка ГмГтацГйних моделей таких систем носить Гтеративний характер Г базуеться на проектуваннГ окремих модулГв, пГдсистем та 1х Гнтеграцг1 в едине цГле на основГ динамГч-ного аналГзу й використання сучасних Гн-струментальних засобГв створення Гнтелекту-альних додаткГв.
Це дозволить спростити Г прискорити вирГ-шення завдань математичного моделювання, пГдвищити ефективнГсть розробки складно1 технГчно1 машини та дасть можливГсть про-водити ГмГтацГйнГ експерименти.
Обгрунтовано переваги застосування автома-тизованого динамГчного аналГзу як форму-вання математично1 моделГ динамГки руху механГчно1 системи; вГзуалГзацп робочого процесу; управлГння рухом механГчно1 системи.
Про динамГчну поведГнку створюваних об'ектГв Г силовГ навантаження, що виника-ють при цьому, можна отримати достовГрну ГнформацГю вже на раннГх стадГях проекту-вання. А також у режимГ реального часу про-водити дослГдження нештатних ситуацГй, що виникають у процесГ експлуатацп.
Метою дано1 роботи було провести аналГз робочих процесГв навантажувачГв Гз викорис-танням комп'ютерного моделювання. Про-грамний комплекс «Autodesk Inventor» дозволив проведення експерименту руху колеса по опорнГй поверхнГ з перешкодою з однако-вими масовими характеристиками, матерГа-лом та висотою Г формою перешкоди. Для дослГдження було взято колесо Гз протектором та колесо без протектора. ОсновнГ характеристики моделювання такГ: висота та ширина перешкоди - 100 мм, швидкГсть руху колеса - 5 км/год.
При динамГчному моделюваннГ у програмГ «Autodesk Inventor» було задано параметри: 3D-контакт мГж колесом та опорною поверх-нею, з'еднання колеса з опорною поверхнею з урахуванням усГх ступенГв свободи.
Було проведено визначення моделювання динамГчних характеристик колеса рГзних ти-пГв при пере1здГ через одиничну перешкоду.
Рис. 11. Рух колеса по опорнГй поверхнГ з перешкодою
Для того щоб визначити реакцп в опорах, потрГбно змоделювати рух колеса через перешкоду за допомогою меню динамГчного моделювання та введення 3D-контакту мГж
колесом 1 Грунтом та необхщними параметрами жорсткосл й тертя.
При моделюванш було використано дерево браузера для визначення кшематично!' пари, яка вщповщае за обертання колю, побудова-но графки плавного розгону колеса за пев-ний пром1жок часу та позначено тип Грунту у вигляд1 базового елемента, визначено матерь али та масов1 характеристики деталей. Анал1з модел1 показано на рис. 12.
Рис. 12. Графк руху колеса за заданою трае-кторieю
Таким чином, було проведено вiртуальний експеримент i моделювання у програмному комплекс «Autodesk Inventor». Визначено основш кiнематичнi параметри, опорнi реакци при переУад колеса через перешкоди при використаннi рiзноманiтних конструкцш од-нокiвшевих навантажувачiв.
Висновки
Розроблено методику використання програ-много засобу «Autodesk Inventor» для моделювання динамки навантажувача, яка дозволила провести таю дослщження: переУзд через перешкоду, наУзд на неприступну перешкоду, рiзке гальмування навантажувача. Результатом дослщжень е графiчнi та мате-матичнi залежностi величин.
Пiд час дослщжень було пщтверджено переваги комп'ютерного моделювання робочих процесiв будiвельних машин.
У xодi yсix випробyвaнь 6уло виявлено вплив маси машини i типу шин на кшемати-чш параметри руху.
У подальшш нayковiй дiяльностi наступними кроками повинш стати aнaлiз aдеквaтностi моделi реальним машинам та бшьш ретельне дослщження впливу рiзномaнiтниx фaкторiв на результати комп'ютерного експерименту.
Лггература
1. Waguespack Curtis, Jahraus Loren. Mastering
Autodesk Inventor 2Q1Q Copyright © 2QQ9 by Wiley Publishing, Inc., Indianapolis, Indiana ISBN 97S-Q-47Q-47S3Q-1.
2. Бондаков Б.Ф. Справочник конструктора
дорожных машин: справочник / Б.Ф. Бондаков, С.А. Baргaнов. - М.: Машиностроение, 1973. - 1SS с.
3. Гоберман Л.А. Tеория, конструкция и рас-
чет строительных и дорожных машин: учебник для техникумов / Л.А. Гоберман. - М.: Машиностроение, 1979. -232 с.
4. Каширин А.Ю. Приемы проектирования
деталей AUTODESK INVENTOR / А.Ю. Каширин. - М.: Самиздат, 2006. -2Q2 с.
5. Палеев BA. Строительные и дорожные
машины / BA. Палеев, С.Ю. Шмаков // Bестник СибАДИ. - 2009. - № S. - Ст. 47.
6. Раннев АЗ. Строительные машины: спра-
вочник / АЗ. Раннев. - М.: Машиностроение, 1991. - 178 с.
7. Tрeмблей T. Autodesk Inventor 2013 и
Inventor LT2013. Oсновы. Oфициaльный учебный курс / T. Tремблей. - М.: ДМК Пресс, 2013. - 244 с.
Рецензент: O^. Нконов, професор, д.т.н., ХНАДУ.
Стаття надшшла до редакци 1 жовтня 201S р.
