Моделирование напряженно-деформированного состояния породы, создаваемого воздействием на неё исполнительного органа горной машины

Тип работы:
Реферат
Предмет:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

------------------------------- © В. В. Аксенов, А. Б. Ефременков,
В. Ю. Бегляков, 2011
В. В. Аксенов, А. Б. Ефременков, В.Ю. Бегляков
МОДЕЛИРОВАНИЕ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ ПОРОДЫ, СОЗДАВАЕМОГО ВОЗДЕЙСТВИЕМ НА НЕЁ ИСПОЛНИТЕЛЬНОГО ОРГАНА ГОРНОЙ МАШИНЫ
Рассмотрены методы математического моделирования взаимодействия исполнительного органа с породой забоя, и анализ полученных при этом картин напряженно-деформированного состояния (НДС) породы забоя.
Ключевые слова: горные машины, математическое моделирование горная порода.
Существует множество различных типов, конфигураций и конструктивных решений исполнительных органов горных машин. Чтобы сделать правильный выбор и определить рациональные параметры исполнительного органа горной машины при её проектировании необходимо оценить характер взаимодействия инструмента с породой забоя. Изготовление экспериментальных образцов и проведение испытаний в горных условиях связано с весьма значительными затратами и не всегда оправдано. К тому же, в настоящее время в нашей стране не существует испытательного полигона для горных машин.
Применение математического моделирования взаимодействия исполнительного органа с породой забоя, и анализ полученных при этом картин напряженно-деформированного состояния (НДС) породы забоя позволит провести теоретические исследования в этом направлении. Это позволит значительно сократить количество «неудачны» образцов горной машины на пути к созданию окончательного варианта.
Учитывая сложный характер нагружения забоя, для решения задачи математического моделирования в данном случае удобно применить методы численных расчетов, а именно метод конечных элементов (МКЭ).
При моделировании взаимодействия многорезцового инструмента с забоем можно приложить к модели нагрузку, имитирующую взаимодействие породы с каждым резцом исполнительного
органа с учетом схемы набора и угла поворота исполнительного органа относительно своей оси. Для таких исполнительных органов, как барабан коронка или шнек, это даст представление об НДС в породе забоя только для одного положения (угла поворота) исполнительного органа и только для одной схемы набора.
Если представить суммарную нагрузку от всех резцов исполнительного органа, как эквивалентные распределенные нормальную и касательную нагрузки, приложенные к поверхности контакта инструмента с забоем, то такая нагрузка в равной степени будет соответствовать любому положению исполнительного органа и любой схеме набора.
Для проверки применимости такой замены необходимо оценить сходность влияния распределенной нагрузки с влиянием суммарной нагрузки от нескольких резцов.
Для этого моделировались НДС цилиндрического образца породы диаметром D = 1200 мм и высотой L = 800 мм с различными схемами приложения нагрузки. Проводился сравнительный анализ результатов моделирования. На рис. 1 показаны схемы приложения нагрузок к моделям.
Нижний торец модели зафиксирован, а к верхнему прикладывались нагрузки по трем схемам:
1) концентрированная от одного резца в центре торца (рис. 1, б) —
2) концентрированные от группы резцов, равномерно расположенных по площади круга диаметром d = 893 мм (рис. 1, в) —
3) распределенная нагрузка по площади кольца диаметрами D/d = 893/200 мм и от одного резца в центре торца (рис. 1, г) —
В местах контакта резца с массивом прикладывались силы нормальная Pn = 10 кН и касательная Pt = 2,5 кН, распределенные нагрузки нормальная qn = 0,303 МПа и касательная qt = 0,076 МПа эквивалентные суммарной нагрузке от соответствующей группы резцов.
При моделировании для всех схем приложения нагрузки определялось распределение главных напряжений а3 по оси модели в зависимости от расстояния H до точки контакта центрального резца (рис. 1, а).
Рис. 1. Схемы приложения суммарной нагрузки: а) схема расположения рассматриваемой точки, б) один центральный резец, в) равномерное размещение группы резцов, г) центральный резец и распределенная нагрузка
1 + влияние суммарной нагрузки
2 —
^ -ф-влияние распределенной нагрузки
Рис. 2. Влияние суммарной и распределенной нагрузок
В табл. 1 приведены эпюры главных напряжений о3, для трех схем нагружения в различных диапазонах напряжений.
Таблица 1
Эпюры главных напряжений а3 для оценки влияния суммарной и распределенной нагрузок на НДС в локальной зоне__________________________________________________________________
Шкала Схемы нагружения модели
1 резец (рис. 1 6) Группа резцов (рис. 1 в) Распределенная нагрузка и 1 резец (рис. 1 г)
О.. 0,1 МПа
О… 0,2 МПа
О… 0,4 МПа
Таблица 2
Численные результаты моделирования НДС в локальной зоне
Н Значения главных напряжений & amp-з на расстоянии Н от контакта цен-
(мм)______________________________трального резца (МПа)
а3і & amp-3Е ^3іа д^Зіа ®3а
0 -7,275 -7,335 -0,060 -7,341 -0,066 -0,070
1 -5,748 -5,795 -0,047 -5,802 -0,054 -0,056
2 -4,737 -4,785 -0,048 -4,791 -0,054 -0,053
4 -3,076 -3,117 -0,041 -3,122 -0,046 -0,051
8 -2,121 -2,159 -0,038 -2,164 -0,043 -0,046
16 -1,157 -1,178 -0,021 -1,182 -0,025 -0,029
32 -0,408 -0,418 -0,010 -0,421 -0,013 -0,013
64 -0,134 -0,133 0,001 -0,132 0,002 0,001
100 -0,052 -0,033 0,019 -0,038 0,014 0,014
150 -0,021 0,005 0,026 0,001 0,022 0,022
Н — расстояние от поверхности в направлении породы
(731 — напряжения, вызываемые воздействием одного резца
а32 — напряжения, вызываемые суммарным воздействием 13-ти резцов
а31д — напряжения, вызываемые воздействием одного резца и распределенной
нагрузки
а3д — напряжения, вызываемые воздействием распределенной нагрузки 8(ГзЕ = а32 — & lt-г% и 5а3д = а31д — а31 влияние (изменения от приложения) суммарной и распределенной нагрузок
По общей картине НДС локальной зоны видно, что распределенная нагрузка оказывает влияние на НДС, сходное с влиянием группы резцов.
Численные результаты моделирования приведены в табл. 2.
На рис. 2 показаны графики влияний суммарной и распределенной нагрузок на НДС в локальной зоне. Влияние определялось как разница между значениями напряжений от воздействия соответствующей комплексной нагрузки и от воздействия одного центрального резца. Из графиков также видно что распределенная нагрузка оказывает влияние на НДС, сходное с влиянием группы резцов.
По результатам моделирования можно сделать следующие выводы:
1) распределенная нагрузка, эквивалентная суммарной, оказывает влияние на напряжения в локальных зонах, сходное по значению и распространению с влиянием суммарной нагрузки-
2) применение распределенных нагрузок может быть использовано, как инструмент при математическом моделировании взаимодействия исполнительного органа с горной породой.
---------------------------------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Логов А. Б., Замараев Р. Ю. Математические модели диагностики уникальных объектов/Новосибирск, — Издательство С О РАН, 1999. -228 с.
2. Ржевский В. В., Новик Г. Я. Основы физики горных пород. Изд. 2-е, переработанное. -М., «Недра», 1973. — 286 с. Н5Н=Д
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ
Аксенов В. В. — доктор технических наук, профессор, Юргинский технологический институт ТПУ, г. Юрга, v. aksenov@icc. kemsc. ru
Ефременков А. Б. — кандидат технических наук, доцент, Юргинский технологический институт ТПУ, г. Юрга.
Бегляков В. Ю. — ст. преподаватель, Юргинский технологический институт ТПУ, г. Юрга, begljakov@ramble. ru

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой