CC BY
24
УДК 621.863.2
МОДЕЛЮВАННЯ РОБОЧИХ ПРОЦЕС1В ОДНОК1ВШОВИХ НАВАНТАЖУВАЧ1В ЗА ДОПОМОГОЮ «AUTODESK INVENTOR»
О.В. Сфименко, доц., к.т.н., З.Р. Мусаев, асп., Хар^вський нацюнальний автомобшьно-дорожнш ун1верситет
Анотац1я. Наведено результаты комп 'ютерного моделюеання робочих процеав одноювшевих навантажувач1в за допомогою програмного комплексу Autodesk Inventor. Цей метод моделюеання дозеоляе досл1джувати складт системы та механизмы в тих еипадках, коли прямий фгзичний експеримент е неможливим.
Ключов1 слова: моделюеання, робочий процес, в1ртуальна лаборатор1я, Inventor.
МОДЕЛИРОВАНИЕ РАБОЧИХ ПРОЦЕССОВ ОДНОКОВШОВЫХ ПОГРУЗЧИКОВ С ПОМОЩЬЮ «AUTODESK INVENTOR»
А.В. Ефименко, доц., к. т.н., З.Р. Мусаев, асп., Харьковский национальный автомобильно-дорожный университет
Аннотация. Приведены результаты компьютерного моделирования рабочих процессов одноковшовых погрузчиков с помощью программного комплекса Autodesk Inventor. Данный метод моделирования позволяет исследовать сложные системы и механизмы в тех случаях, когда прямой физический эксперимент невозможен.
Ключевые слова: моделирование, рабочий процесс, виртуальная лаборатория, Inventor.
SIMULATING WORKING PROCESSES OF SINGLE-BUCKET LOADERS USING
AUTODESK INVENTOR
A. Yefimenko, Assoc. Prof., Cand. Sc. (Eng.), Z. Musaiev, P. G., Kharkiv National Automobile and Highway University
Abstract. The results of simulating the working processes of single-bucket loaders using Autodesk Inventor are given. This method of computer modeling offers the possibility of investigating complex systems and mechanisms in cases when direct physical experiment is impossible.
Key words: simulation, working process, virtual laboratory, Inventor.
Вступ
Актуальшсть роботи пояснюеться тенден-щею розвитку комп'ютерних технологш в шженернш д1яльносп. Так, за допомогою р1зномаштних програмних продукпв вирь шуються складш задачу пов'язаш i3 проекту-ванням буд1вельно1 та дорожньо! техшки. Зокрема у цш статп розглянуто моделюван-ня робочого процесу навантажувача як одного з найпоширешших агрегат1в, що викорис-товуються шд час буд1вництва дор1г та ix експлуатацп. Робота спрямована на шдви-
щення ефективносп функцюнування наван-тажувач1в i збшьшення надшносп та якосп виконання po6iT.
Анал!з пyблiкaцiй
Використання комп'ютерного моделювання та автоматизованого динам1чного анал1зу дозволяе вже на раншх стад1ях проектування отримати достов1рну шформащю про пове-дшку створюваних вироб1в i силов1 наванта-ження, що виникають при цьому, а також оперативно проводити дослщження нештат-
них ситуацш, що виникають у nponeci екс-плуатацп юнуючих вироб1в. Роботи О.В. Черткова, 1.Г. Кириченка, A.I. Москаленко дозволяють визначити динам1чш наванта-ження при з1ткненн1 робочого обладнання навантажувача з жорсткою перешкодою [1]. Було розроблено методику застосування комп'ютерних технологш при моделюванш пере1'зду навантажувача через перешкоду [2]. Було проведено дослщження моделювання руху фронтального навантажувача у пакет! Autodesk Inventor [3]. Також виявлено переваги комп'ютерного моделювання дорожшх машин [4].
Мета i постановка завдання
Б1чну складову сил опору при розрахунку не враховують - для найбшьш поширених схем робгг [ конструкцш навантажувач1в 11 величина та частота е пор1вняно невеликими.
Величина горизонтального зусилля Ях ви-значаеться тяговим зусиллям трактора, ма-сою машини [ швидюстю руху
ях = яхс + яхв = 225 +176 = 401 кН, (1)
де Яхс - статичне нашрне зусилля навантажувача, що дор1внюе номшальному тяговому зусиллю базового трактора або тягача (Яхс = Тн); Яхв - динам1чне зусилля.
Метою роботи е шдвищення ефективносп проектування бущвельних та дорожшх машин за рахунок використання метод1в комп'ютерного моделювання, за допомогою середовища динам1чного анал1зу програмно-го комплексу Autodesk Inventor.
Експериментальш дослщження
Розрахунок вузл1в та деталей навантажувача ведуть при заглибленш ковша у штабель ма-тер1алу. В1зьмемо, що дно ковша при цьому встановлено шд кутом 5° до робочого май-данчика.
Основне розрахункове положения показано на рис. 1. В1зьмемо, що удар краю ковша по важкопрохщнш перешкод1 вщбуваеться, коли навантажувач здшснюе рух по горизонтальны поверхш, у той час, коли гщроцилшдри замкненг
rxd = vp4cm =
= 0,8^20,19 • 2398,37 = 176 кН,
(2)
де С - приведена жорстюсть; М - наведена маса навантажувача з урахуванням оберталь-них мае двигуна \ транемюи; VP - робоча швидюсть заглиблення ковша у штабель ма-тер1алу, м/с. Наведена жорстюсть визнача-еться жорстюстю навантажувального обладнання \ можливих перешкод.
C = C1 • C 2
25-105
C1 + C2 25 +105
= 20,192 кН/см, (3)
де С1 - жорстюсть навантажувального обладнання; С2 - жорстюсть перешкоди. Величину жорсткосл для найбшьш поширеного навантажувального обладнання можна ор1ен-товно визначити за формулою
С = кс • Gn = 0,001 • 25000 = 25 кН/см, (4)
де к - коефщ1ент жорсткосп обладнання на 1 кг маси, р1вний 0,001.
Отримане значения горизонтального зусилля Ях не повинно перевищувати розрахунково-го тягового зусилля навантажувача по зчш-нш вазг Якщо
Тн + Vpy|с • М > Gnф,
Рис. 1. Розрахунков1 положения i зовшшш навантаження
то
RX = Gn -фmax, (5)
Rx = 225000 - 0,8 = 180000 Н, (6)
де М - наведена маса; фтах - найбтьший коефщент зчеплення, що розвиваеться ру-ш1ями. Для гусеничних тягач1в фтах стано-вить 1,1, для пневмоколюних - 0,8.
Користуючись даними розрахунку на мщ-нють, докладаемо вщомих зусиль по ос1 крайнього зуба ковша навантажувача. Фкса-щю проводимо в мюцях кршлення до порталу \ в мюцях кршлення гщроцилшдр1в тд-йому стрши до стрши.
Рис. 2. Анал1з робочого обладнання навантажувача на мщнють при заглибленш ковша i динам1чному удар1
Вщповщальним етапом проектування е передача побудовано1 тривим1рно1 модел1 у сере-довище динам1чного моделювання «Autodesk Inventor». Наступним кроком е класифкац1я отриманих складальних одиниць на pyxoMi та HepyxoMi об'екти [5]. Пюля того, як з'ясовано, яю детал1 е рухомими, проведемо повний кшематичний анал1з модель Отрима-вши цi даш, необхщно за допомогою шарнь piB з'еднати детал1 в кшематичш пари та за-дати закон руху машини за допомогою гра-фка (рис. 3).
Рис. 3. Графк руху навантажувача за зада-ним законом
Okpím вищезгаданих параметр1в, потр1бно задати 3D-KOHTaKT м1ж колесами й опорною поверхнею та вказати необхщш параметри жорсткосл й тертя (рис. 4).
Рис. 4. Параметри контакту м1ж колесами навантажувача та опорною поверхнею
Якщо модель навантажувача мае велику кь лькють комплектуючих елеменив, що зава-жають швидкому розрахунку, то таку модель можна спростити. Для цього потр1бно викли-кати вщповщну команду та об'еднати кшька незначних елеменив в один (рис. 5).
Обычный, ipt
Местоположение нового файла
Рис. 5. Створення спрощено1 модел1
Приведена модель дозволяе виконати попе-реднш анал1з конструкций
На рис. 4-6 показано зусилля що виникають у колесах пщ час руху навантажувача масою 25 т, за швидкоеи 15 км/год та при удар1 робочого устаткування об важкопрохщну перешкоду у вигляд1 штабеля матер1алу.
Рис. 6. Осцилограма опорних реакцш на пе-реднш niBOci машини
Рис. 7. Осцилограма опорних реакцш на заднш niBOci навантажувача
Рис. 8. Осцилограма опорних реакцш при заглибленш ковша у штабель матер1алу
Рис. 9. Реакци на передшх (1), задшх (2) осях навантажувача та при зггкненш робочого обладнання з перешкодою (3)
Спрощена модель дозволяе виконувати скла-дш операци з дослщжуваним об'ектом у тих випадках, коли в1ртуальний експеримент з великою кшьюстю комплектуючих елеменпв вимагае вщповщного об'ему оперативно! пам'ят1 комп'ютера. Впровадження техноло-rií анал1зу динам1ки висувае виршення за-вдань на новий р1вень, що дозволяе спрости-
ти i прискорити математичне моделювання та шдвищити ефектившсть розробки машин. Був проведений розрахунок на мщшсть, ди-нам1чний анал1з та розрахунок за допомогою методу скшченних елеменпв у програмному комплекс! Autodesk Inventor. Також було отримано осцилограми опорних реакцш на ochobí визначених кшематичних пар. Побу-
довано графши плавного розгону навантажувача за певний пром1жок часу, визначено ма-тер1али та масов1 характеристики деталей.
Висновки
Пщ час дослщжень було шдтверджено переваги комп'ютерного моделювання робочих процес1в буд1вельних машин, основними з яких е:
- автоматичне формування математично! модел1 динамши руху мехашчно! системи за И шженерним описом;
- широкий виб1р б1блютеки компонента;
- здатнють виршувати питания в тих ви-падках, коли прямий ф1зичний експеримент е неможливим.
У подальших дослщженнях плануеться провести анатз адекватносп модел1 реальним машинам та бшьш ретельне дослщження впливу р1зномаштних фактор1в на результати комп'ютерного експерименту.
Лггература
1. Чершков О.В. Комп'ютерне моделювання та анал1з кшематичних особливо-стей робочого обладнання фронтального навантажувача / О.В. Чершков, 1.Г. Кириченко, A.I. Москаленко // Прикл. гео-метр1я та шж. графша. - 2010. - Вип. 86. - С. 107-111.
2. Москаленко А.И. Применение компьютерных технологий при моделировании переезда фронтального погрузчика через препятствие / А.И. Москаленко, О. В. Черников // Прикл. геометр1я та шж. графка. - 2011. - Вип. 88. - С. 234-238.
3. Чершков О.В. Дослщження руху фронтального навантажувача в пакет! Autodesk Inventor / О.В. Чершков, A.I. Москаленко, О.С. Оболенський // Прикл. геометр1я та шж. графша. - 2012. -Вип. 89. - С. 382-386.
4. Кириченко И.Г. Компьютерное моделирование дорожных машин / И.Г. Кириченко, О. В. Черников // Прогрессивная техника, технология и инженерное образование: материалы XIV Международной научно-технической конференции. - Севастополь, 25-28 июня 2013 г. - Киев: НТУУ «КПП», 2013. - Ч. 2. - С. 46-48.
5. Гузненков В.Н. Autodesk Inventor 2012. Трехмерное моделирование деталей и создание чертежей: учебное пособие / В.Н. Гузненков, П. А. Журбенко. - М.: Литресс, 2012. - 150 с.
Рецензент: О.В. Чершков, професор, д.т.н.,
ХНАДУ.
Стаття надшшла до редакцп 12 березня 2016 р.
