ВИКОРИСТАННЯ SOLIDWORKS SIMULATION ДЛЯ АНАЛІЗУ НАПРУЖЕНО-ДЕФОРМОВАНОГО СТАНУ МАНІПУЛЯТОРА ТЮБІНГОУКЛАДАЧА - Scientific conference
Main page
UA RU EN

Congratulation from Internet Conference!

Hello

Рік заснування видання - 2011

ВИКОРИСТАННЯ SOLIDWORKS SIMULATION ДЛЯ АНАЛІЗУ НАПРУЖЕНО-ДЕФОРМОВАНОГО СТАНУ МАНІПУЛЯТОРА ТЮБІНГОУКЛАДАЧА

19.10.2022 21:14

[3. Technical sciences]

Author: Заболотний Костянтин Сергійович, доктор технічних наук, професор, Національний технічний університет «Дніпровська політехніка», м. Дніпро; Панченко Олена Володимирівна, кандидат технічних наук, доцент, Національний технічний університет «Дніпровська політехніка», м. Дніпро; Жупієв Олександр Леонідович, старший викладач, Національний технічний університет «Дніпровська політехніка», м. Дніпро

Для будівництва тунелів використовують тюбінгоукладача – машини, які призначені для армування горизонтальних виробок за допомогою оброблення (тюбінги або залізобетонні блоки). Маніпулятор тюбінгоукладача (рис. 1) за допомогою обертальних кінематичних пар з'єднує ланки Lever arm 2, Shoulder 3 та Section 4 з вантажозахопленням. Вантажозахоплення призначене для монтажу в тунелі оброблення (Pin). Ланка Lever arm 2 з противагою 6 встановлюється на приводному валу гідромотора 1 (Support). Два силові гідроциліндри 5 (Engine) керують ланками 3 (Shoulder) і 4 (Section).





Рис. 1.

За завданням ПАТ «Дніпроважмаш» дослідженням динамічних та статичних параметрів тюбінгоукладачів займається наукова школа працівників НТУ «Дніпровська політехніка». Так, для динамічного аналізу таких механізмів, використано методи аналітичної механіки, які в загальному випадку дозволяють по заданій траєкторії руху виконавчого органу отримати зусилля в приводі. Але для того, щоб розрахувати напружено-деформований стан ланок механізму, необхідно виконати ресурсомісткий динамічний розрахунок [1, 2]. Завдання ускладнене тим, що ланки механізму рухаються за складним законом руху. Тому автори [3] обмежилися розглядом спрощених динамічних моделей механізму укладача УТК-2.

За вихідною документацією ПАТ «Дніпроважмаш» було побудовано у програмі SolidWorks твердотілу модель маніпулятора укладача УТ62.

З пробного розрахунку маніпулятора зі скінченноелементною сіткою, взятою за умовчанням видно, у місцях концентрації напруження неприпустимо високий градієнт. Крім цього, максимальне співвідношення сторін скінчених елементів досягає 75,6, що не допустимо за критерієм точності. Тому вжиті такі заходи: 

– задано максимальний розмір елемента 15 мм; 

– застосовано інструмент управління сіткою (1 мм – розмір елемента, 1,1 – відношення розміру елемента в одному шарі щодо розміру елемента в попередньому шарі) на кромках, поблизу яких виникають максимальні еквівалентні напруження (рис. 2).

 



Рис. 2. 

Розрахунковим випадком прийнято укладання тюбінга в околиці горизонтальної площини, що проходить через вісь тунелю діаметром 10,4 м. Навантаженням розглядалася вага тюбінга (920 кг) і вага захоплення під цей тюбінг (630 кг), прикладені до осі ланки Section.

За спрощеною розрахунковою схемою з урахуванням центрів ваги кожної ланки та їх мас виконано аналітичний розрахунок крутного моменту. Цей результат контролювався шляхом безпосереднього виміру даного параметра у програмі SolidWorks Simulation, для чого у комп'ютерній моделі  добудовано спеціальний важіль на валу маніпулятора. Розрахунок у програмі SolidWorks Simulation показав значення реактивного моменту на 10% більше значення, отриманого аналітичним шляхом, що є припустимим.

Аналіз напружено-деформованого стану (рис. 3), отриманого з розрахунку, показав: 1) найбільш навантажені місця кріплення вушок до ланки Lever arm (еквівалентні напруження становить 1080 МПа) та місця кріплення ребер вушок до ланки Shoulder (еквівалентні напруження набувають значення 860 МПа); 2) найменш навантаженою є ланка Section – еквівалентні напруження дорівнюють 8 МПа; 3) у всій конструкції складанної одиниці маніпулятора еквівалентні напруження, крім вищезазначених місць, не перевищують 50 МПа.






Рис. 3

Таким чином, можна зробити наступні висновки. Аналіз напружено-деформованого стану показує, що в маніпуляторі з одного боку є елементи, у яких еквівалентні напруження у багато разів перевищують допустимі, а з іншого боку є деталі з низькими еквівалентними напруженнями. Отже, вихідна конструкція маніпулятора тюбінгоукладача є не рівноміцною. Щоб забезпечити створення рівноміцної конструкції маніпулятор тюбингоукладчика необхідно обґрунтувати метод комп'ютерного аналізу напружено-деформованого стану механізму маніпулятора в процесі укладання оброблення, поставити та вирішити оптимізаційну задачу – визначити параметри маніпулятора тюбінгоукладача, що забезпечують доставку тюбінгу в задану позицію за критерієм досягнення мінімальної маси механізму та еквівалентної потужності приводу.

Література

1. Zabolotny K., Sirchenko A., Zhupiev O.  The development of idea of tunnel unit design with the use of morphological analysis. New Developments in Mining Engineering 2015. Teoretical and Practical Solutions of Mineral Resources Mining. – CRC Press/Balkema, 2015 – P. 205 – 211.

2. Zabolotnyi, K., Zhupiiev, O., Panchenko, O. Substantiation of parameters for the tunnel erector with two manipulators. Advanced Engineering Forum – Switzerland: Trans Tech Publications, 2017. – Vols. 25, 43-53. 

3. Zabolotnyi, K., Zhupiiev, O., Panchenko, O. & Tipikin A. Development of the concept of recurrent metamodeling to create projects of promising designs of mining machines. Ukrainian School of Mining Engineering – 2020: Materials E3S Web of Conferences. 23 October 2020. Vols. 201 (01019), 55–70. DOI: 10.1051/e3sconf/202020101019.




Creative Commons Attribution Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License
допомога Знайшли помилку? Виділіть помилковий текст мишкою і натисніть Ctrl + Enter

Another articles in this section

Сonferences

Conference 2024

Conference 2023

Conference 2022

Conference 2021



Міжнародна інтернет-конференція з економіки, інформаційних систем і технологій, психології та педагогіки

Наукова спільнота - інтернет конференції

:: LEX-LINE :: Юридична лінія

Інформаційне суспільство: технологічні, економічні та технічні аспекти становлення