CC BY
5
УДК 004.94:622
DOI: 10.24412/2071-6168-2022-3-316-319
СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ВИЛ ПОГРУЗЧИКА КОМПЬЮТЕРНЫМ
МОДЕЛИРОВАНИЕМ
Т.Е. Ковалёва
В работе проводятся дальнейшие исследования погрузчиков и их вил, которые применяются для перевозки и подъема грузов на широкой группе предприятий, в том числе горностроительных. Проводится сравнение нескольких типов вил, отличающихся по форме. Анализ проводится при помощи компьютерного моделирования в специальном программно-аналитическом комплексе. Получены графики выдерживаемой нагрузки, а также стадии изменения формы вил. Рассматриваются несколько видов вил, а именно полые с разной толщиной стенки, а также сплошные, так как эти типы являются наиболее встречающимися на практике. Делается вывод на основе аналитического сравнения и обработки компьютерных (графических и численных) данных о степени выдерживаемой нагрузке, характере изменения формы вил под нагрузкой, а также наиболее оптимальной формы вил транспортной машины. Также оцениваются полые вилы, представляющие собой металлические конструкции с разной толщиной стенки. Дается оценка всем типам вил, их целесообразности использования и назначения применения.
Ключевые слова: исследование, нагрузка, форма, математическое моделирование, вилы, погрузчик, полая, цельная, обработка информации.
Современное развитие компьютерных технологий, средств автоматизированного проектирования и эмуляционного моделирования позволяют проводить научные исследования в новом формате, нежели некоторое время назад. В настоящее время уже огромное число научных изысканий проводится в виртуальном пространстве с задействованием программно-аппаратных комплексов и систем [1-5]. Что положительно сказалось не только на трудоемкости исследований, но и на и качестве, точности и масштабности.
Вилы погрузчика могут иметь разную форму [6-10], могут быть изготовлены из разных материалов и, в связи с этим, воспринимают разную нагрузку и по-разному деформируются. Поэтому работы, касающиеся анализа элементов, которыми воспринимается нагрузка являются важными. Данное исследование будет проведено с помощью эмуляционного моделирования в программном комплексе Ansys, так как эта программа позволяет исследовать механику деформирования, что является основной задачей работы. Рассматривается 3 типа вил, отличающиеся конструкцией, а именно рассматриваются пустотелые вилы, выполненные из толстолистового материала прямоугольного сечения с полостью внутри, а также цельные вилы погрузчика без внутренних полостей. Материал у всех вил один и тот же, толщина и другие геометрические параметры одинаковы. И рассматривается 2 типа пустотелых вил, с толщиной стенки 5 и 6 мм. Нагрузка равномерно распределена по всей площади верхней поверхности вил, которые жестко закреплены и не могут перемещаться ни в каком направлении, что делает непосредственны вилы единственным возможным объектом, который может менять форму. Как показали моделирования, крепление выдерживает нагрузку и «слабым звеном» является место перегиба вил [1,2]. Данное моделирование повторяет все изначальные условия, осуществленные в предыдущих работах [1,2].
Основной задачей является определение нагрузки, при которой происходит разрушение конструкции, для этого были составлены графики сил (рис. 1), которые опираются на результаты компьютерного моделирования.
Согласно графикам, цельнометаллическая конструкция начинает претерпевать геометрические изменения при силе 2100 кН, а пустотелые выдерживают нагрузку более чем 4 раза меньше. Как и следовало ожидать, вилы с более толстой стенкой выдерживают нагрузку выше, чем вилы с меньшей толщиной стенки. В данном случае разница между 5 мм и 6 мм составила примерно 20%. Скачкообразность графика силы цельных вил связана с характером изменения формы под нагрузкой, а также из-за перестройки сетки конечных элементов.
Также важным является не только какую нагрузку выдержат вилы, но и как будет изменяться форма, для этого на рис. 2 приведены соответствующие изображения.
Системный анализ, управление и обработка информации
-5 мм --6 мм ——цельная
О 0,2 0,4 0,6 0,8 1
Бремя нагрузки, секунда
Рис. 1. Нагрузка
в
Рис. 2. Стадии изменения формы
Как показывают изображения изменения формы (рис. 2), во всех случаях деформируют только перегибы. Однако сплошные вилы деформируются несколько иначе, чем пустотелые. Основная конструкция вил, а именно вертикальная часть и крепление к машине не подвергаются деформационным изменениям.
Выводы:
1. Было проведено компьютерное эмуляционное моделирование нагружения различных видов вил;
2. Проведен сравнительный анализ конструкций на выдерживаемую нагрузку;
3. Сплошные вилы выдерживают более, чем 4 раза большую нагрузку, чем пустотелые.
4. Увеличение толщины материала полой вилы с 5 мм до 6 мм позволяет увеличить максимальную нагрузку на 20%;
4. Характер изменения формы вил примерно одинаковы;
5. Основная конструкция вил, а именно вертикальная часть и крепление к машине не подвергаются деформационным изменениям.
Список литературы
1. Ковалёва Т.Е. Математическое моделирование поведения вил подъемника при повышенных нагрузках // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. Тула: Изд-во ТулГУ. 2022. Вып. 2. С. 260-263.
2. Кочеткова А.С. Анализ и компьютерное моделирование подъемника при перегрузке // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2022. Вып. 2. С. 270-273.
3. Григорьев М.С., Ковалёва Т.Е., Тутов С.С. Анализ конструкции и особенности шагающего экскаватора, применяемого в горной промышленности // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2020. Вып. 6. С. 251-254.
4. Еремеев А.А., Изотов Е.А., Шаронина Е.В. Деформирование строительной двутавровой балки с гофрированной стенкой // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2020. Вып. 2. С. 139-142.
5. Кузнецов Ю.А., Тарасов Е.С., Смикалин Н.С. Применение и конструкции подъемно-транспортных машин при строительстве // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2019. Вып. 7. С. 80-84.
6. Лукьянов В.Г. Горные машины и проведение горно-разведочных выработок. Учебник для СПО. М.: Юрайт, 2016. 392 с.
7. Павлидис Т. Алгоритмы машинной графики и обработки изображений. М., 1986.
484 c.
8. Транспортные машины: метод. указания по выполнению курсового проекта для студентов специальности 150402 "Горные машины и оборудование" / Сост.: В.М. Юрченко. Кемерово, 2006. 32 с.
9. Горные машины и комплексы: учебник для вузов по спец. "Технол. икомплексная механизация подзем. разраб. месторождений полез. ископаемых" и "Горные машины и комплексы" / Под общ. ред. А. В.Топчиева. М.: Недра, 1971. 558 с.
10. Косилова А.Г., Сухов М.Ф. Технология производства подъемно-транспортных машин: Учебное пособие для машиностроительных вузов. 2-е изд., перераб. М.: Машиностроение, 1982.301 с.
Ковалёва Татьяна Евгеньевна, студент, tutowserg@yandex.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
COMPARATIVE ANALYSIS OF LOADER FORKS BY COMPUTER SIMULATION
T.E. Kovaleva
In the work, further research is being carried out on loaders and their forks, which are used to transport and lift goods in a wide group of enterprises, including mining and construction. A comparison is made of several types of pitchforks that differ in shape. The analysis is carried out using computer simulation in a special software-analytical complex. Graphs of withstand load are obtained, as well as the stages of change in the shape of the pitchfork. Several types of forks are considered, namely, hollow ones with different wall thicknesses, as well as solid ones, since these types are the most common in practice. The conclusion is made on the basis of analytical comparison and processing of computer (graphical and numerical) data on the degree of withstand load, the nature of the change in the shape of the fork under load, as well as the most optimal shape of the forks of the transport vehicle. Hollow forks, which are metal structures with different wall thicknesses, are also evaluated. An assessment is given of all types ofpitchforks, their feasibility and purpose of use.
Key words: study, load, shape, mathematical modeling, fork, loader, hollow, solid, information processing.
Kovaleva Tatyana Evgeyevna, student, tutowserg@yandex.ru, Russia, Tula, Tula State University
