Методика составления модели гидростойки механизированной крепи для расчетов методом конечных элементов Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

© Г.Д. Буялич, А.В. Воробьев, А.В. Анучин, 2012

Г.Д. Буялич, А.В. Воробьев, А.В. Анучин

МЕТОДИКА СОСТАВЛЕНИЯ МОДЕЛИ ГИДРОСТОЙКИ МЕХАНИЗИРОВАННОЙ КРЕПИ ДЛЯ РАСЧЕТОВ МЕТОДОМ КОНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

Изложена методика составления модели гидростойки двойной гидравлической раздвижности для расчетов напряженно-деформированного состояния методом конечных элементов. Ключевые слова: механизированная крепь, гидростойка, модель, метод конечных элементов.

£^адежность и долговечность механизированных кре-Ппей для отработки угольных пластов зависит от надежности и долговечности ее основных элементов. Одним из основных функциональных элементов механизированной крепи являются гидравлические стойки. Выход из строя этого элемента ведет к неспособности механизированной крепи управлять и поддерживать кровлю в очистном забое.

Для исследования влияния параметров гидростоек на их прочность была разработана конечно-элементная модель в среде Solid Works Simulations [1, 2].

На рис. 1 представлена твердотельная 3D модель гидростойки механизированной крепи М138 двойной гидравлической раздвижности с диаметрами цилиндра и штока первой ступени соответственно 220 и 160 мм.

Рис. 1. Объемная модель гидростойки крепи М138 с двойной гидравлической раздвижностью

Рис. 2. Разбиение модели на сетку конечных элементов: а — цилиндр гидростойки; б — шток первой ступени

а б

Рис. 3. Уплотнение сетки конечных элементов в области сварного шва: а — цилиндр гидростойки; б — шток первой ступени

Поскольку геометрическая форма изделия и граничные условия являются осесимметричными, то расчет производится только части гидроцилиндра, что позволяет повысить плотность сетки конечных элементов и точность расчетов за

счет снижения размерности задачи. Наиболее рациональной является

а б

Рис. 4. Граничные условия «Симметрия» и «Давление»: а — цилиндра гидростойки; б — штока первой ступени

величина сектора в 90 градусов. Для компенсации воздействия отброшенной части конструкции к поверхностям рас-

четной модели, образованными секущими плоскостями, применяется граничное условие «Симметрия».

Рис. 5. Распределение эквивалентных напряжений по критерию Ми-зеса в цилиндре гидростойки

Рис. 6. Распределение деформаций в цилиндре гидростойки

При моделировании условий взаимодействия деталей в сборке используется контактное условие «Нет проникновения» с опцией «Поверхность с поверхностью». Сварной шов,

соединяющий дно и трубу цилиндра, моделируется отдельной деталью. Для граней сварного шва, соприкасающихся с деталями

Рис. 7. Распределение эквивалентных напряжений по критерию Ми-зеса в штоке первой ступени

Рис. 8. Распределение деформаций в штоке первой ступени

сборки, используется контактное условие «Связанные» с опцией «Совместимая сетка» (рис. 2). В области сварного шва также дополнительно производится уплотнение сетки для

более точного учета влияние концентратора напряжений (рис. 3).

Цилиндр и шток первой ступени гидростойки рассчитываются отдельно. Для нагружения конструкции к поверхностям прикладывается давление, соответствующее давлению рабочей жидкости.

Примеры расчетных моделей цилиндра и штока первой ступени с назначенными граничными условиями представлены на рис. 4.

При создании сетки рекомендуется использовать параболические конечные элементы в форме тетраэдров. Количество конечных элементов по толщине стенки цилиндров необходимо принимать не менее пяти, поскольку при этом погрешность определения радиальных деформаций составляет менее 0,5 % [3].

Пример расчета модели по описанной выше методике приведен на рис. 5-8 в виде напряженного и деформированного состояний цилиндра и штока первой ступени в области сварного шва.

Таким образом, описанная выше модель позволяет исследовать влияние силовых и конструктивных параметров на напряженно-деформированное состояние элементов гидростоек двойной гидравлической раздвижности.

- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Алямовский А.А. COSMOSWorks. Основы расчета конструкций в среде SolidWorks / А. А. Алямовский. — ДМК Пресс, 2010. — 784 с.

2. SolidWorks 2007/2008. Компьютерное моделирование в инженерной практике / А. А. Алямовский [и др]. — СПб.: БХВ-Петербург, 2008. — 1040 с.

3. Буялич Г.Д. Оценка точности конечно-элементной модели рабочего цилиндра гидростойки крепи = Estimate of the accuracy of the finit-element model of the cylinder of the hydraulic prop / Г. Д. Буялич, В. В. Воеводин, К. Г. Буялич // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал) = Mining informational and analytical bulletin (scientific and technical journal). — 2011. — Отд. вып. 2 : Горное машиностроение. — С. 203-206. ЕШ

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -

Буялич Геннадий Даниилович — доктор технических наук, профессор Юр-гинского технологического института (филиала) Национального исследовательского Томского политехнического университета, профессор Кузбасско-

го государственного технического университета имени Т.Ф. Горбачева, [email protected],

Воробьев Алексей Васильевич — кандидат технических наук, доцент, [email protected],

Анучин Александр Владимирович — аспирант, [email protected], Юргинский технологический институт (филиал) Национального исследовательского Томского политехнического университета.