Научная электронная библиотека
Монографии, изданные в издательстве Российской Академии Естествознания

АВТОПРОЕКТИРОВАНИЕ ГОРНЫХ МАШИН В 3D: ПРОЕКТНО-МОДЕЛЬНЫЙ ПОДХОД

Бейсембаев К. М., Жолдыбаева Г. С., Дёмин В. Ф., Малыбаев Н. С., Шманов М. Н.,

4.2. Разработка козырька механизированной крепи с применением контактного решения

Исследование контактных давлений в осях козырька механизированной крепи педставляет сложную задачу, которая решается с применением контакт-элементов. Здесь учитывается так называемая целевая и контактная поверхность. Первая представляет собой поверхность, в которой рассчитываются деформации, вторая – постоянна. Поэтому в качестве целевой выбирают поверхность из более деформируемого материала, и она рассчитывается на нелинейные деформации (это имеет место на самом деле), для чего её разбивают на достаточно мелкие конечные элементы. Кроме того, учитывают возможности относительного скольжения поверхностей контакта и следовательно коэффициенты трения. Таким образом, постановка задачи соответсвует реальности. Т.е. правильно отображаются деформации объёмной металлоконструкции, имеющей рёбра и листы, корректно моделируется работа шарниров и проушин козырька, обеспечивающих проворот козырька вдоль оси. И наконец, реальны нагрузки на козырёк, которые можно задать, отклоняясь от симметричной схемы и в соответствии с [6]. Для того, чтобы было легче разобраться в особенностях проектирования козырька, начнём с простой конструкции имеющих одно центральное ребро, к которому через ось крепятся две проушины перекрытия. Ребро покрывается плитой с дополнительным креплением между ними поперечными пластинами. Такая схема характерна для крепей использумых на тонких пластах, когда козырёк может быть узким. Далее полученный козырёк можно скопировать и вставить параллельно первому с таким шагом, что бы общая ширина стала равной козырьку применяемому на пластах средней мощности, а если необходимо то между ними вставляется проставка в виде плиты и соответствующие поперечные ребра. Затем вся конструкция «склеивается» (рис. 4.9, 4.9).

4_8.tif 4_9.tif

Рис. 4.8. Простая схема Рис. 4.9. Сложная схема

Приведем программу для моделирования козырька слева на рис. 72.

!Ребро LARC,1,7,100,200, !дуга Ребра

LSTR, 1, 5

LSTR, 5, 101

LSTR, 101, 7

LSTR, 101, 4

LSTR, 4,3

Lstr,3,7

al,12,11,13,10 !сделали 1 часть ребра

al,7,8,9,10 !сделали 2 часть ребра

aglue,3,4 !склеили две части ребра

! вторая проушина

k,41,0,0,-31

k,51,-150,100,-31!

k,52,0,100,-31

k,53,0,-100,-31

k,54,-150,-100,-31

k,55,100,0,-31

LARC,52,55,41,100,

!*

LARC,55,53,41,100,

LSTR, 53,52

AL,16,14,15

LSTR, 53,52 !2ЧАСТЬ проушины

LSTR, 53,54

LSTR, 54,51

LSTR, 51,52

AL,16,19,17,18 !2Проушина 2 часть

aglue,5,6 !склеили две части 2 поушины

FLST,2,2,5,ORDE,2

FITEM,2,5

FITEM,2,-6

VEXT,P51X, ,,0,0,30,,,,

FLST,2,2,5,ORDE,2

FITEM,2,1

FITEM,2,-2

VEXT,P51X, ,,0,0,30,,,,

FLST,2,2,5,ORDE,2

FITEM,2,3

FITEM,2,-4

VEXT,P51X, ,,0,0,30,,,,

CYLIND,35,,-35,65,0,360,

VSBV, 6, 7 ! вырезать цилиндр из ребра

CYLIND,35, ,-35,65,0,360,

FLST,2,2,6,ORDE,2

FITEM,2,3

FITEM,2,-4

VSBV,P51X, 6 ! вырезать цилиндр из 1проушины

CYLIND,35, ,-35,65,0,360,

FLST,2,2,6,ORDE,2

FITEM,2,1

FITEM,2,-2

VSBV,P51X, 3 ! вырезать цилиндр из 2 проушины

CYLIND,35,,-35,65,0,360, ! вставить палец и соединить конструкцию шарниром

FLST,2,2,6,ORDE,2 !склеить палец и ребро

FITEM,2,1

FITEM,2,8

VGLUE,P51X

cyl4,-20,-200,35,0,0,360,32 ! вставить цилиндр для нагрузок

VSBV, 8, 1

Lesize,16,7

Lesize,3,7

Lesize,20,7

Lesize,33,7

Lesize,55,7

Lesize,56,7

Lesize,57,7

Lesize,58,7

Lesize,59,7

Lesize,61,7

Lesize,67,7

Lesize,60,7

Lesize,66,7

Lesize,69,7

Lesize,65,7

Lesize,68,7

Lesize,62,7

Lesize,78,7

Lesize,70,7

Lesize,76,7

Lesize,79,7

Lesize,77,7

Lesize,83,7

Lesize,84,7

Lesize,81,7

Lesize,85,7

Lesize,86,7

Lesize,82,7

Lesize,95,7

Lesize,97,7

Lesize,94,7

Lesize,96,7

Lesize,91,7

Lesize,93,7

Lesize,92,7

Lesize,98,7

Lesize,99,7

Lesize,102,7

Lesize,101,7

Lesize,100,7

block,-100,930,130,160,-515, 485!создание верхней плиты козырька

FLST,2,2,6,ORDE,2 ! склеивание верхней плиты с узлами ребра

FITEM,2,1

FITEM,2,5

VGLUE,P51X

FLST,2,2,6,ORDE,2

FITEM,2,3

FITEM,2,8

VGLUE,P51X

!создание рёбер верхней плиты козырька

block,90,820,80,100,-330,0 !х1,х2,у1,у2,ц1,ц2

block,90,820,80,100,360,30

!склеивание рёбер верхней плиты козырька с ребром центра

FLST,2,2,6,ORDE,2

FITEM,2,5

FITEM,2,8

VGLUE,P51X

FLST,2,2,6,ORDE,2

FITEM,2,10

FITEM,2,12

VGLUE,P51X

!создание вертикальных боковых рёбер верхней плиты козырька

block,90,820,80,130,-330,-350 !х1,х2,у1,у2,z1,z2

block,90,820,80,130,360,380

FLST,2,2,6,ORDE,2

FITEM,2,5

FITEM,2,12

VGLUE,P51X

FLST,2,2,6,ORDE,2

FITEM,2,1

FITEM,2,13

VGLUE,P51X

FLST,2,2,6,ORDE,2

FITEM,2,10

FITEM,2,-11

VGLUE,P51X

FLST,2,2,6,ORDE,2

FITEM,2,1

FITEM,2,12

VGLUE,P51X

MSHKEY,0

MSHAPE,1,3D

VMESH,all!построение зон контакта

! /COM, CONTACT PAIR CREATION – START

CM,_NODECM,NODE

CM,_ELEMCM,ELEM

CM,_KPCM,KP

CM,_LINECM,LINE

CM,_AREACM,AREA

CM,_VOLUCM,VOLU

! /GSAV,cwz,gsav,,temp

MP,MU,1,0.2

MAT,1

MP,EMIS,1,7.88860905221e-031

R,3

REAL,3

ET,2,170

ET,3,174

R,3,,,10,0.05,0,

RMORE,,,1.0E20,0.0,1.0,

RMORE,0.0,0,1.0,,1.0,0.5

RMORE,0,1.0,1.0,0.0,,1.0

KEYOPT,3,4,0

KEYOPT,3,5,0

KEYOPT,3,7,0

KEYOPT,3,8,0

KEYOPT,3,9,0

KEYOPT,3,10,2

KEYOPT,3,11,0

KEYOPT,3,12,0

KEYOPT,3,2,0

KEYOPT,2,5,0

! Generate the target surface

ASEL,S,,,32

ASEL,A,,,33

ASEL,A,,,41

ASEL,A,,,42

ASEL,A,,,45

ASEL,A,,,46

ASEL,A,,,50

ASEL,A,,,51

CM,_TARGET,AREA

TYPE,2

NSLA,S,1

ESLN,S,0

ESLL,U

ESEL,U,ENAME,,188,189

ESURF

CMSEL,S,_ELEMCM

! Generate the contact surface

ASEL,S,,,7

ASEL,A,,,8

ASEL,A,,,11

ASEL,A,,,15

CM,_CONTACT,AREA

TYPE,3

NSLA,S,1

ESLN,S,0

ESURF

ALLSEL

ESEL,ALL

ESEL,S,TYPE,,2

ESEL,A,TYPE,,3

ESEL,R,REAL,,3

ESEL,ALL

ESEL,S,TYPE,,2

ESEL,A,TYPE,,3

ESEL,R,REAL,,3

CMSEL,A,_NODECM

CMDEL,_NODECM

CMSEL,A,_ELEMCM

CMDEL,_ELEMCM

CMSEL,S,_KPCM

CMDEL,_KPCM

CMSEL,S,_LINECM

CMDEL,_LINECM

CMSEL,S,_AREACM

CMDEL,_AREACM

CMSEL,S,_VOLUCM

CMDEL,_VOLUCM

! /GRES,cwz,gsav

CMDEL,_TARGET

CMDEL,_CONTACT

finish

/solu

!нагрузки и граничные условия

FLST,2,2,5,ORDE,2

FITEM,2,13

FITEM,2,22

!*

/GO

DA,P51X,ALL,

FLST,2,1,4,ORDE,1

FITEM,2,115

!*

/GO

DL,P51X, ,UY,

FLST,2,2,3,ORDE,2

FITEM,2,64

FITEM,2,71

!*

/GO

FK,P51X,FX,4000

SOLVE

На рис. 4.10–4.19 использование менеджера контактов.

4_10.tif

Рис. 4.10. К созданию контактной пары

Решение сопроводим рисунками, которые относятся только к проектированию контактной пары. Она создавалась после построения ребра и проушин (рис. 4.8). Для этого следует разбить область контакта на возможно меньшие конечные элементы, что достигнуто в программе выделнением площадей у зоны контакта и назначением размера разбиения.

4_11.tif

Рис. 4.11. К созданию контактной пары

Полученная конечно элементная сетка приведена на рис. 4.10.

Меню для подготовки к определению целевой поверхности (рис. 4.12), где следует выполнить показанные установки, нажать Pick Tagret... выбрать целевую поверхность – поверхность отверстия. В данном случае на двух проушинах выбираем 4 площади и после нажатия ОК следует:

Next; Areas; Pick Contact.

4_12.tif

Рис. 4.12. Использование менеджера контактов

4_13.tif

Рис. 4.13. Использование менеджера контактов

Указывается контактная поверхность (поверхности пальца (оси) – их две), затем:

ОК;

Next;

затем выполняются установки, приведенные на рис. 4.14, после нажатия Optional Ssettings Basic определяем значения по рис. 4.15 (вместо 0,5 берём 0,05), затем нажимаем OK, Create, Finish, рис. 4.16.

4_14.tif

Рис. 4.14. Использование менеджера контактов

4_15.tif

Рис. 4.15. Использование менеджера контактов

4_16.tif

Рис. 4.16. Использование менеджера контактов

Для получения изображения контактной пары нажать Plot

Нагружение выполняется так же, как и в других моделях. Нагрузку от гидропатрона управления козырьком прикладываем горизонтально к нижней проушине ребра. Считаем, что козырёк контактирует с кровлей передним торцом слева или справа от оси симметрии, что представляет самый сложный случай несимметричного нагружения.

Напряжения и деформации металлоконструкции определяем обычным способом, а контактные напряжения в следующем порядке:

U_M: Select → Entities → Elements → Bu Element Name

Ввести название контакт – элементов 174

M_M: Ceneral Postprog → PlotResults → Contour → Plot Nodal → Solu Contact → TotalStresSTOT → Ok.

На рис. 4.17 и 4.19 картина контактных напряжений

Далее приведены рисунки для напряжений и деформации широкого козырька, при этом палец, в отличии от первого случая, для левой и правой пары проушин принят для упрощения единым (рис. 4.18 и 4.20).

Задание:

– построить проект козырька на рис. 4.9 справа;

– получить контактные напряжения;

– построить аннимацию по разработке с движением картины контактных напряжений по кольцевому контакту при распоре козырька в кровлю за счёт действия силы на одной из проушин поворачивающей козырек вокруг шарнира;

– что не соответствует вашим представлениям о деформации реального к зырька на рис. 4.18, 4.20.

4_17.tif

Рис. 4.17. Контактые напряжения

4_18.tif

Рис. 4.18. Деформации

4_19.tif

Рис. 4.19. Контактные напряжения в двуопорном козырьке

4_20.tif

Рис. 4.20. Деформации двуопорного козырька


Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074