CC BY
32
ГОРНЫЕ МАШИНЫ И КОМПЛЕКСЫ
УДК 622.285
Г.Д. Буялич, В.В. Воеводин, К.Г. Буялич
ВЛИЯНИЕ РАЗМЕРНОСТИ МОДЕЛИ НА РАСЧЁТ ПАРАМЕТРОВ ЦИЛИНДРОВ ГИДРОСТОЕК
Одним из основных элементов механизированной крепи, определяющим её работоспособность в целом, является гидростойка. Наиболее полную картину её поведения в различных условия даёт методика, основанная на методе конечных элементов [1-3]. Данный метод позволяет моделировать цилиндр гидростойки несколькими способами (рис. 1):
• двумерными конечными элементами с использованием осесимметрии (условно назовем 2Б осесимметричная модель);
• трёхмерными конечными
Рис. 1. Модели цилиндра гидростойки: а) 2Б осесимметричная; б) 3Б четверть; в) 3Б половина; г) 3Б полная
элементами с использованием повторной симметрии (3Б четверть);
• трёхмерными конечными
элементами с использованием отражающей симметрии
(3Б половина);
• построением полной модели с помощью трёхмерных конечных элементов (3Б полная).
В работе проведён сравнительный анализ перечисленных видов моделей на примере расчёта цилиндра гидростойки крепи М130. Двумерная осесимметричная модель (рис. 2, а) состояла из плоских конечных элементов с опцией осесиммет-рии и двумя степенями свободы в каждом узле - перемещения в направлении осей X и У. Для уменьшения ошибки, вызываемой формой элементов, в подавляющем большинстве случаев использовались только равносторонние четырёхузловые конечные элементы. По толщине стенки цилиндра строилось три таких элемента, а опора разбивалась конечными элементами с ребром, равным не более одной шестой толщины стенки цилиндра. Для полного подобия трёхмерные модели создавались путем вращения двумерной осесимметричной модели вокруг осевой линии цилиндра соответственно на 90, 180 и 3600.
(рис. 2, б, в, г). При вращении плоские конечные элементы преобразовывались в трёхмерные восьмиузловые с тремя степенями свободы - перемещения в направлении осей X, У и 2. При этом на каждые 900 созда-
а б
Рис. 2. Разбиение на конечные элементы моделей: а) 2Б осесимметричной; б) 3Б четверти; в) 3Б половины; г) 3Б полной
Таблица
Параметр Модели цилиндра гидростойки
2Б осесимметричная 3Б четверть 3Б половина 3Б полная
Количество узлов 1948 13167 24652 45464
Кол-во конечных элементов 1719 10200 20628 41256
Количество уравнений 3858 35228 69413 135024
Горные машины и комплексы
43
dR-
0,16
0,14
0,12
0,1
0,08
0,06
0,04
0,02
0
-0,02
/
\
\
2 хар. т. \
¿г" пол южение первого уплотнения >шня со стороны поршневой
пор
полости 1
3 хар. т.
0 0,1835 0,367 0,5505 0,734 0,9175 1,101
Рис. 3. Расположение характерных точек
3500
29900
56300 82700 109100 135500
Количество уравнений, шт.
Рис. 4. Время расчёта модели цилиндра
м
1948 12827 23706 34585 45464
Количество узлов, шт.
Рис. 5. Необходимое дисковое пространство для хранения модели
валось шесть конечных элементов вдоль дуги.
Имитация взаимодействия опоры гидростойки с верняком производилась наложением в верхней части сферической опоры ограничения на перемещение в осевом направлении. Распределённая нагрузка, численно равная номинальному рабочему давлению в 50 МП, прикладывалась к внутренней стенке цилиндра от днища до первого уплотнения поршня со стороны поршневой полости. Плоскости симметрии моделировались запретом перемещения в перпендикулярном им направлениях.
Основные расчётные характеристики конечно-элементных моделей приведены в таблице.
Для сравнения между собой различных вариантов моделей в
качестве характеристик были приняты: время расчёта, размер файлов модели и радиальные деформации в трёх характерных точках (рис. 3): 1 - максимальные радиальные деформации; 2 - радиальные деформации в средней точке между первым уплотнением поршня со стороны поршневой полости гидростойки и дном; 3
- максимальная деформация на обжатие. Значения в характерных точках всех трёхмерных моделей полностью совпали, а разница результатов с двумерной осесимметричной моделью составила в характерной точке 1- 0,079 %, в точке 2-
0,173 % и в точке 3- 3,086 %.
Время расчёта имеет параболическую зависимость от количества решаемых уравнений, которая была получена при расчёте моделей в линейной постановке на ПК AMD Duron 1000 со 128 Мб ОЗУ (рис. 4). При решении нелинейной задачи, т. е. с учётом упругопластических свойств материала, время
расчёта возрастает более чем 10 раз и для 3D полной модели оно составляет чуть более 13 час 20 мин.
Размер файлов модели (информация о модели и результаты расчёта) имеет линейную зависимость от количества узлов (рис. 5). Эта зависимость приведена для одного сохраняемого шага решения (последнего), т. е. если задача нелинейная и есть необходимость сохранения всех или части шагов (подшагов), то требуемый объём дискового пространства увеличивается прямо пропорционально количеству сохраняемых шагов.
Полученные значения в характерных точках показывают хорошую сходимость результатов между собой. В связи с этим можно сделать следующие рекомендации: по возможности
использовать двумерную осесимметричную модель, т. к. она требует намного меньше дискового пространства для хранения информации о модели и времени расчёта (примерно в 300 раз меньше по сравнению с 3D полной моделью); применять трёхмерные модели только в случае учёта неосесимметричных
внешних сил, связей, элементов и проч.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Буялич Г.Д. Определение деформаций рабочего цилиндра шахтной гидростойки / Г. Д. Буялич, В.В. Воеводин // Вестн. КузГТУ, 2000. - №6. - С.70-71.
2. Буялич Г.Д. Определение напряжённо-деформированного состояния гидростоек / Г.Д. Буялич, В.В. Воеводин // Природные и интеллектуальные ресурсы Сибири. Сибресурс - 2001: Материалы IV ме-ждунар. науч.-практ. конф. - Кемерово: ГУ КузГТУ, 2001. - С.199-201.
3. Воеводин В.В. Предварительный выбор параметров шахтных гидростоек / В.В. Воеводин // Информационные недра Кузбасса: Тр. науч.-практ. конф. - Кемерово: Кемер. гос. ун-т, 2003. - С.68-69.
□ Авторы статьи:
Буялич Воеводин Буялич
Геннадий Даниилович Владимир Васильевич Константин Геннадьевич
- канд.техн.наук, доц. каф. «Горные ма- - старший преподаватель каф. «Гор- - студент гр. МК-995.
шины и комплексы» ные машины и комплексы»
УДК 622.25/.26.002.5 В.Ф. Горбунов, С.В. Старцев, В.Ю. Садовец
ЩИТОВЫЕ ПРОХОДЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ НОВОГО ПОКОЛЕНИЯ: ВИНТОПОВОРОТНЫЙ АГРЕГАТ ЭЛАНГ САМОЛЕТНОЙ КОМПОНОВКИ
Состояние дел в области создания горнопроходческих машин тесно связано с имеющимися возможностями машиностроительной базы. Вместе с тем, в Кузбассе, да и во всей зауральской зоне не построено ни одного завода, производящего горнопроходческие машины. В настоящее время
существующие заводы горношахтного оборудования освоили выпуск существующих проходческих комбайнов и комплексов. Отсутствие связей между средствами механизации операций отделения горной массы, удаления ее из забоя и закрепления вновь образованного пространства выработки обу-
словливает обособленное функционирование этих комбайнов и комплексов, изготавливающихся на этих предприятиях.
Повышение показателей горно-подготовительных работ может быть достигнуто за счет широкого внедрения принципиально новых функциональных машин и, прежде всего, ком-
