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).
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.
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.
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.
Рис. 4.12. Использование менеджера контактов
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.
Рис. 4.14. Использование менеджера контактов
Рис. 4.15. Использование менеджера контактов
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.
Рис. 4.17. Контактые напряжения
Рис. 4.18. Деформации
Рис. 4.19. Контактные напряжения в двуопорном козырьке
Рис. 4.20. Деформации двуопорного козырька