CC BY
64
3. Ситников Н. Б., Сатиатов А/ А Оптимизации показателей процесса бурения самозатачивающимся породоразрушаюшим инструментом // Изв. вузов. Горный журнал. 1997. ЛУ6 9-10. С. 73-77.
4. Ситников Н. Б.. Троп В. А.. Климарев О. В. Экспериментальное определение математической модели процесса бурения скважин // Изв. вузов. Горный журнал. 1990. № 12. С. 53-56.
5. Ситников Н Б. Влияние износа породоразрутающего инструмента на оптимальные значения режимных параметров при алмазном бурении екзажин // Изв. вузов. Горный журнал. 1990. Лз 9. С. 67-70.
6. Ситников И Б Влияние ограничений показатели процесса бурения геологоразведочных скважин // Известия Уральского горного института. Вып. 4. Сер.: Горная электромеханика. 1993. С. 142-149.
УДК 622.232
А. Г1. Комиссаров, B.C. Шестаков
МОДЕЛИРОВАНИЕ МЕХАНИЗМА РАБОЧЕГО ОБОРУДОВАНИЯ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО ЭКСКАВАТОРА
Механизм рабочего оборудования гидравлического экскаватора представляет собой совокупность трех механизмов I класса, последовательно соединенных и образующих незамкнутую кинематическую цепь (рис. 1). Соотвстсте-снно число степеней свободы механизма s = 3. Данный механизм относится к манипулятору, подзижные звенья которого (стрела, рукоять и ковш) снабжены приводами в виде гидроцилиндров Механизм рабочего оборудования обеспечивает перемещение ковша в любые точки в пределах рабочей зоны при соответствующей ориентации.
Кинематический анализ манипуляторов при s = 3 в общем виде сводится к решению задач аналитической геометрии. Из плана скоростей механизма рабочего оборудования (рис. 1,6) следует, что заданная траектория движения вершины режущей кромки ковша (точка "К") может быть реализована при бесконечно большом числе вариантов комбинаций векторов скоростей ведущих звеньев (штоков гидроцилиндров), при этом модули векторов меняют свои значения в каждой точке рабочей зоны.
Для упрощения кинематического анализа механизма рассматриваются механизмы 1 класса по отдельности или совокупность двух механизмов
Кинематический и силовой анализ выполняется в процессе проектирования новых моделей гидравлических экскаваторов при решении следующих задач:
определение рабочей зоны экскаватора при заданных геометрических параметрах рабочего оборудования и длинах цилиндров;
определение усилий на штокач цилиндров при заданных геометрических параметрах рабочего оборудования, положениях ковша и усилии копания;
определение возможных усилий копания зри заданных значениях давлений в гидроци-линдрах в пределах рабочей зоны;
определение усилий, действу ющих на штоки цилиндров, при транспортировании ковша;
определение реакций в шарнирах рабочего оборудования.
Исходными данными для решения указанных задач являются геометрические параметры рабочего оборудования, размеры гидроциличдров, производительности насосов и давление в гидроцилиндрах. Ьез применения ЭВМ эти задачи решались, в основном, графо-аналитичсским методом. что отнимало значительное время у конструкторов и не обеспечивало высокую точность. В процессе проектирования, при проработке вариантов исполнения рабочего оборудования, указанные параметры меняются в достаточно иироких пределах, при каждом изменении необходимо повторять практически все расчеты и построения. Так как каждый вариант отнимает значительное время, то проработка большого числа вариантов при поиске оптимального исполнения рабочего оборудования была практически трудно осуществима.
Исходя из назревшей необходимости перевода всех расчетов на ЭВМ, на кафедре горных машин УГГГА была проведена работа по созданию математической модели для решения приведенных задач. Для построения рабочей зоны и проведения исследований влияния на нее параметров рабочего оборудования в модели реализована схема рабочего оборудования - сбратная лопата, показанная на рис. 1, схема для расчета усилий показана на рис. 2.
а
Рис. 1. Схема к определению кинематических параметров (а) и тан скоростей (б)
Рис. 2. Схема к определению усилий
Исходные данные, используемые в модели, приведены в табл. 1.
Таблица I
Исходные данные для модели
Наименование параметр* № . Обозначение на схсмс
Геометрические параметры рабочего оборудования
1. Точки крепления к платформе
1.1. Координаты оси шарнира "пята стрелы • платформа" Хл
У А
1.2. Координаты оси шарнира "цилиндр стрелы • платформа' ХТ
Ут 1
2. Стрела
2.1. Расстояние между осями шарниров "пята стрелы" и "стрела - рукоять" АВ
2.2. Расстояние между осями шарниров "пята стрелы" и "шток цилиндра стрелы - стрела" АЕ
2.3. Расстояние между осями шарниров "стрма-рукоять" и "цилиндр стрелы - стрела" ВЕ
2.4. Расстояние между осями шарниров "пята стрелы" и "цилиндр рчкояти - стрела" АЕ
2.5. Расстояние между осями шарниров "стрма - рукоять" и "цилиндр рукояти - стрела" ВЕ
2.6. Расстояние от оси пяты стрелы до центра масс стрелы ли«
2.7. Расстояние от оси шарнира "стрела - руюять" до центра масс стрелы
3 Рукоять
3.1. Расстояние между осями шарниров "стрзла • рукоять" и "рукоять - ковш" ВС
3.2. Расстояние между осями шарниров "стрела - рукоять" и "шток цилиндра рукоятн-рукоять" ВР
3.3. Расстояние между осями шарниров "рукоять • ковш" и 'цилиндр рукояти - рукоять" СР
3.4. Расстояние между осями шарниров "стрсла - рукоять" и "цилиндр ковша - рукоять" вя
3.5. Расстояние между осями шарниров "рукоять • ковш" и "цилиндр ковша - рукоять" ся
3.6 Расстояние между осями шарниров "стрела - рукоять" и "рама ковша - рукоять" ВБ
3.7. Расстояние между осями шарниров "рукоять - ковш" и "рама ковша - рукоять" СБ
ГЗ.8. Расстояние между осями шарниров "рукоять - цилиндр ковша" и "рама ковша - рукоять" ЯБ
3.9. Расстояние от оси шарнира "стрела - рукоять" до центра масс рукояти в и
1 3.10. Расстояние от оси шарнира "рукоять - рама ковша" дс центра масс рукояти БЦтр
Окончание таблицы 1
Наименование параметра Обозначение на схеме
4. Ковш |
1 4.2. Расстояние между осями шарниров крепления ковша СО
4.3. Расстояние от вершины зуба ковша до оси шарнира "ковша - тяга" Кй
4.4. Расстояние от оси шарнира "рукоять - ковш" до центра масс ковша СЦт.
4.5. Расстояние от оси шарнира "ковш - тяга" до центра масс ковша оц„
5. Балансир ковша
5. 1. Расстояние между осями шарниров "рама ковша - рукоять" и "балансир - шток гндроци-линдра ковша" .К
5. 2. Расстояние между осями шарниров "балансир - рукоять" и "балансир -тяга ковш*" 5ЛУ
5. 3. Расстояние между осями шарниров "балансир - шток гидроцилиндра ковша" и "балансир 1 • тяга ковша" Ш
1 5.4. Длина тяги соединения ковша с рамой ковша ОМ
5. 5. Расстояние от оси шарнира "рукоять - балансир" до центра тяжести рамы ковша
5. 6 Расстояние от оси шарнира "цилиндр ковша - балансир" до центра тяжести балансира Шт
6. Цилиндры
6.1. Количество цилиндров стрелы
6.2. Диаметр цилиндра стрелы
6.3. Диаметр штока цилиндра стрелы
6.4. Количество цилиндров рукояти
6.5. Диаметр цилиндра рчкояти
6.6. Диаметр штока цилиндра рукояти
6 7. Количество цилиндров рукояти
6 8. Диа.чеф цилиндра ковша
6.9. Диаметр штока цилиндра ковша <4-
Силовые параметры
1. Сила тяжести груженого ковша, тс С.
2. Сила тяжести порожнего ковша, тс С„
3. Сила тяжести рукояти, тс СР
4. Сила тяжести стрелы, тс с.
5. Сила тяжести цилиндра стрелы, тг
6. Сила тяжести цилиндра рукояти, тс
7. Сила тяжести цилиндра ковша, тс
8. Сила тяжести тяги ковша 0.4. тс от/
9. Сила тяжести балансира ковша , тс е.;
10. Касательная составляющая усилия копания Яр, .тс Ро,
11. Коэффициент для расчета нормальной составляющей усилия копания Рог к
12.Сила тяжести ковша, принимаемая для расчетов С* ли.
Параметры гидропривода
1 Количество насосов к.
2 . Подача 1-го насоса при нулевом давлении, л мин О..
3 Подача 1-го насоса при давлении насчала работы регулятора производительности, л/мин а.
4 . Давление начала работы регу лятора производительности. МПа л.
5 Давление настройки прсдохрани-сльного клапана. МПа р„
Модель, используемая для расчета кинематических параметров, представляет собой систему выражений, обеспечивающих определение координат всех точек рабочего оборудования при изменении размеров гидроцилиндров стрелы, рукояти и ковша. Модель для силового анализа включает в себя выражения, полученные из уравнений равновесий элементов рабочего оборудования. Исходными данными для этой модели служат линейные размеры элементов рабочего оборудования. силы тяжести элементов и усилие копания. Эта модель применима для силового анализа при копании и при транспортировании ковша.
8 10 12 14 16 18
16
14
12
10
10
Рис. 3. Результаты расчета по определению траекторий копания и усилий на зубьях ковша
Разработанные модели реализованы в программе на Visual Basic для электронных таблиц. Microsoft Excel обеспечивает удобство работы пользователей по вводу и выводу данных, имеет функции анализа результатов и поэтому очень часто используется для выполнения инженерных расчетов. Для задания варианта расчета (копание поворотом ковша или рукояти, транспортирование ковша, вывод графиков и т. п.) применена форма с элементами управления.
Для построения траекторий движения вершины зуба ковша (построения рабочей зоны) по приведенной методике выполнены расчеты при изменении размеров цилиндра стрелы, рукояти и ковша от минимальных до максимальных значений с равным шагом.
В алгоритме программы реализовано три режима копания: копание поворотом ковша, копание поворотом рукояти, копание поворотом рукояти и ковша. В зависимости от выбранного режима автоматически формируется алгоритм расчета рабочей зоны.
Алгоритм вычислений режимг. копания поворотом ковша, поворотом ковиа и рукояти, организован гремя циклами. Во внешнем цикле с равным шагом меняется длина цилиндра стрелы от минимального до максимального значения. Для каждого значения длины цилиндра стрелы во втором цикле, также от минимального до максимального значения, меняется длина цилиндра рукояти. При каждом значении цилиндра рукояти в третьем (внутреннем цикле) мечяется с равным шагом от минимального до максимального значения длина цилиндра ковша, при каждом значении рассчитываются координаты вершины з\ба ковша, координаты всех звеньев рабочего оборудования. Результаты расчета выводятся в таблицу (пример для экскаватора с ковшом 5 м с данными для двух положений стрелы, двух положений рукояти и 5 положений ковша представлен в табл. 2).
Алгоритм вычислений режима копания поворотом рукояти организован также тремя циклами. Во внешнем цикле с равным шагом меняется длина цилиндра стрелы от минимального до максимального значения. Для каждого значения длины цилиндра стрелы во втором цикле также от минимального до максимального значения меняется длина цилиндра ковша. При каждом значении цилиндра ковша в третьем (внутреннем цикле) меняется с равным шагом от минимального до максимального значения длина цилиндра рукояти. Результаты расчета выводятся в ту же табл. 2. при этом результаты предыдущих расчетов удаляются.
По данным табл. 2 (при выбоэе задания с выводом изображений) автоматически строятся траектории, представленные на рис. 3.
Одновременно с расчетом координат точек при построении рабочей зоны выполняется рас-чег усилий. Результаты расчетов, также в виде примера для тех же точек, что и табл. 2, представлены в табл. 3.
Для определения максимальных усилий и реакций в программе введен блок запоминания в процессе расчетов максимальных и минимальных значений. Эти значения используются при проектировании металлоконструкций.
Таблица 2
________________Координаты точек рабочего оборудования ____ _______
Длина цилиндра, м_I__ Коорлнначы точек, м
стрелы Рукояти ковша X. У» X, У* А; У»
3.65 3.45 3.23 7.41 -2.80 8.16 -6.93 9.45 -8.95
3.65 3.45 3.65 7.41 -2.80 8.16 -6.93 7.86 -9.31
3.65 3.45 4.06 7.41 -2.80 8.16 -6.93 6.82 -8.92
3.65 3.45 4.48 7.41 -2.80 8.16 -6.93 6.06 -8.09
3.65 3.45 4.89 7.41 -2.80 8.16 -6.93 5.77 -6.74
3.65 5.65 3.23 7.41 -2.80 3.21 -2.87 1.01 -3.82
3.65 5.65 3.65 7.41 -2.80 3.21 -2.87 0.91 -2.19
3.65 5.65 4.06 7.41 -2.80 3.21 -2.87 1.47 -1.22
3.65 5.65 1 4.48 7.41 -2.80 3.21 -2.87 2.41 -0.61
3.65 5.65 | 4.89 7.41 -2.80 3.21 -2.87 3.79 -0.54
6.05 3.45 3.23 5.77 11.15 9.64 12.79 11.32 14.49
6.05 3.45 3.65 5.77 11.15 9.64 12.79 12.02 13.02
6.05 3.45 1 4.06 5.77 11.15 9.64 12.79 11.87 11.92
6.05 3.45 4.48 5.77 11.15 9.64 12.79 11.23 11.00
6.05 3.45 4.80 5.77 11.15 9.64 12.79 9.97 10.42
6.05 5.65 3.23 5.77 11.15 6.75 7.07 8.16 5.13
6.05 5.65 3.65 5.77 11.15 6.75 7.07 6.59 4.68
6.05 5.65 4.06 5.77 11.15 6.75 7.07 5.53 5.01
6.05 5.65 4.48 5.77 11.15 6.75 7.07 4.72 5.79
6.05 5.65 4.89 5.77 11.15 6.75 7.07 4.36 7.13
Таблица 3
Усилия и реакции мри копании поворотом ковша
1 Длина цилиндра. м Координаты вершины зубьев ковша, м Усилия на штоках, тс Усилие в D.M. тс Реакции к шарнирах, тс Усилие копания Ро 1. ТС
стрелы рукояти Ковша у. стрелы рукояти ковша Äc Л s
3.65 3.45 3.23 9.45 -8.95 -122 130 169 192 105 150 183 98 29.1
3.65 3.45 3.65 7.86 -9.31 -209 235 100 94 177 279 107 42.2
3.65 3.45 4.06 6.82 -8.92 -211 287 136 121 179 346 141 81 53.6
3.65 3.45 4.48 6.06 -8.09 37 226 170 137 103 300 175 '.15 58.1
3.65 3.45 4.89 5.77 -6.74 340 46 159 106 343 108 146 29 32.8
3.65 5.65 3.23 1.01 -3.82 51 176 169 192 74 212 171 .00 18.7
3.65 5.65 3.65 0.91 -2.19 133 289 89 82 139 339 48 23.1
3.65 5.65 4.06 1.47 -1.22 180 290 93 81 171 335 82 57 25.8
3.65 5.65 4.48 2.41 -0.61 238 289 131 104 208 325 114 S9 35.2
3.65 5.65 4.89 3.79 -0.54 221 186 170 ПО 187 203 123 137 34.8 ,
6.05 3.45 3.23 11.32 14.49 -63 32 170 187 93 14 177 94 17.6
6.05 3.45 3.65 12.02 13.02 -209 115 78 71 218 110 64 39 31.5
6.05 3.45 4.06 11.87 11.92 -208 184 109 95 206 205 106 63 49.5
6.05 3.45 4.48 11.23 11.00 93 177 169 136 101 227 174 111 67.6
6.05 3.45 4.89 9.97 10.42 341 -88 0 1 299 99 20 2 8.7
6.05 5.65 3.23 8.16 5.13 106 139 169 192 81 154 184 98 29.1
6.05 5.65 3.65 6.59 4.68 283 289 114 107 235 319 118 60 47.1 j
6.05 5.65 4.06 5.53 5.01 327 288 125 111 268 313 130 75 49.5
6.05 5.65 4.48 4.72 5.79 339 165 117 95 272 171 124 80 40.5
1 6.05 5.65 4.89 4.36 7.13 340 48 164 109 265 60 151 ! 33 34.5
Выроди.Таким образом, разработанная модель механизма рабочего оборудования обеспечивает расчет координат точек рабочей зоны при заданных конструктивных параметрах. усилий копания в точках этой зоны и нагрузку на элементы рабочего оборудования. Она может быть применима для. поиска оптимальных параметров по критерию массы с ограничением по реализации заданных функциональных режимов.
УДК 622.725; 656.2
А. В. Юдин. Г. Я. Кошев, А. В. Иванов
МОДЕЛИРОВАНИЕ КОМПЛЕКСА ОЧИСТКИ ИЗВЕСТНЯКА КАК СИСТЕМЫ
МАССОВОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ
Транспортно-перегрузочный комплекс очистки известняка от глины (КОИ) на Чаньвинском карьере рассмотрим как систему массового обслуживания (СМО) (1].
Теория массового обслуживания эассматривает системы, в которые через некоторые промежутки времени поступают транспортные средства, подлежащие разгрузке (обслуживанию) с постоянной или случайной продолжительностью. Случайный характер поступления автосамосвалов обусловлен тем, что в одни промежутки времени на входе в СМО скапливается очередь, и автосамосвалы покидают систему нераз груз и ь ш и м и ся, в другие - комплекс простаивает из-за отсутствия транспортных средств (бу нкер пуст).
