ru kk ru en ru kk be kk ru en kk ru en kk ru kk kk kk kk kk ru kk bg kk kk en es ru en kk kk kk kk kk ru kk bg kk kk en es ru kk kk kk kk en el el el uk en el el el uk kk en kk kk ru ro kk kk kk kk en ru ru uk ro ru el ru el uk kk kk kk kk kk kk ru kk kk kk kk kk it kk kk ru uk kk kk kk ru kk kk kk bg kk kk kk ru kk kk kk ru kk bg kk kk kk bg kk it kk kk kk it kk kk kk kk kk kk kk it kk kk kk uk kk ru de uk en de uk kk kk kk kk ru kk kk kk ru kk kk kk kk kk kk ru ru ru ru ru ru ru ru en en en en en en de
ANSYS бағдарламасын қолдана отырып шахталық көтергіш машина арқалықтарының тежегіш конструкцияларындағы жарықтардың компьютерлік модельдеуі
Компьютерное моделирование трещин в конструкции тормозной балки шахтной подъемной машины с использованием программы ANSYS
Computer modeling of cracks in brake beam construction shaft hoisting machine with ANSYS software
Мехтиев А.Д., Булатбаев Ф.Н., Алькина А.Д., Югай В.В., Беличенко А.П.
Бұл мақала шахталық көтергіш көлігінің тежегіш құрылғы жұмысының беріктігін және тұрақтылық конструкциясының жоғарылығын қарастырады. ANSYS бағдарламасын қолдана отырып шахталық көтергіш көлігінің арқалық тежегіш конструкцияларын моделдеу. Жарықтың дамуына компьютерлік моделдеу орындалды. Ондағы жарықтардың өсу ұзындығынан байланысты төмендету беріктілік конструкциясы орнатылды. Ондағы жарықтардың өсу ұзындығынан конструкцияның бұзылуына әкеп соғатын, рұқсат етілген кернеу мәндерінің төмендету мәндері айқындалды.
Статья рассматривает вопросы повышения прочности конструкции и надежности работы тормозного устройства шахтной подъемной машины. Моделирование конструкции тормозной балки шахтной подъемной машины с использованием программы ANSYS. Выполнено компьютерное моделирование развития трещин. Установлены зависимости снижения запаса прочности конструкции от длины растущей в ней трещины. Определены значения снижения значений допустимых напряжений, приводящих к разрушению конструкции от длины растущей в ней трещины.
Article considers the issues of structural strength increasing and reliability of the braking devices mine winders. Simulation of brake beam construction the mine hoist using the ANSYS program. Computer simulation of cracks. The dependencies reduce the stock structural strength on the length of the growing crack in it. Values allowable stress values decrease, leading to structural failure on the length of the growing therein.
Кілт сөздер: тежегіш құрылғы, көтергіш көлік, модельдеу, ANSYS, беріктілік қоры, рұқсат етілген кернеу.
Ключевые слова: тормозное устройство, подъемная машина, моделирование, ANSYS, запас прочности, допустимое напряжение.
Key words: braking device, lifting machine, simulation, ANSYS, margin of safety, allowable voltage.
Сурет 1 – ANSYS бағдарламасында құрастырылған ШКК тежегіш құрылғысының №44 арқалығы және №14 компьютерлік моделі
Техникалық оңтайландыру жасағаннан кейін, тежегіш арқалық құрылымының 11 варианты, максималды қысым Q 10 MПа болғанда кернеу мен деформацияның аздаған көрсеткішін №26 модель байқатты (сурет 3). Жүктеме ережесі процессінде кернеу және қысым көрсеткіші 1 мен 2 зонада болады, ал тығын облысындағы максималды қысым көрсеткіші төменірек болатыны зерттеулер дәлелдеді.
Қабырға қалыңдығы δ=0,04 м №44-ші құрылымына қарағанда, қабырға қалыңдығы δ=0,02 м күшейткіш элементтерден тұратын №26 құрылымының беріктік қасиеті мықты. №25 және №13 құрылымдар қанағаттанарлық нәтиже көрсетті.
Сурет 2- Кернеу көрсеткіші σмах; σмах1; σмах2 Q=10 МПа болғанда, тежегіш арқалықтың әр түрлі құрылымына
Сурет 3 – БТУ №26 компьютерлі моделі
Циклонды жүктеме факторын есепке ала отырып, тежегіш арқалық металлының бұзылуына талдау жасалды. Ескі сызаттар пайда болуының негізгі факторы: кернеу мен деформация амплитудасы, циклдар ұзақтығы мен мөлшері. Бұзылу процессі басталғанда жасырын (жіңішке) сызаттан сыртқы (қалың) сызатқа өтуі байқалады, металлдың ескіруі металлдар жинақталған шекара облысында сызаттар көбеюімен түсіндіріледі, ол циклдан циклға дейін. Сызаттың басталу жобасы моделденген, ол күшейту элементі бар немесе күшейту элементі жоқ құрылымға тән (сурет 4).
Сурет 4 –БТУ №14 компьютерлі моделі, сызаттың басталуы
Арқалық элементіне жүктеме асимметриялы циклмен байланысқан. Оң көрсеткішке асимметрия коэффициентін жоғарлату , сызаттың жабылуын төмендетеді және ескі сызаттың өсу жылдамдығы көбейтеді. Коэффициент аралығының төмендеуі кернеу қарқындылығы және ескі сызаттың өсу жылдамдығы асимметрия циклының жабылуына сезімталдығы , кернеуде ескіру алдында максималды күшейеді.
Сызаттың жабылу деңгейі шартты екі группаға бөлінген келесі фактормен анықталады - құрылымдық және операциялық. Біріншісіне кернеу циклының параметірлері (тербелу өрісі, ассиметрия, жиілік), қоршаған орта (оның химиялық белсенділігі, ылғалдылығы, температурасы), және де жарық басындағы геометриясы мен өлшеулерімен анықталатын деформацияланған жағдайы. Негізгі құрлымдық факторлар (екінші топ)материалдық химиялық құрламы мен оның микроқұрылымдық қалпымен шартталған. Жарықты жинау кернеу қарқындылығының тербеу өрісінің коэффицентіне байланысты. Тежегіш аралықтың сенімділігін жоғарлату шешімділігі автоматизацияланған әдіс пен компьютерлік моделдеуді қолдана отырып «қауіпті жерлер»-ді анықтау және кернеу мен деформация мәндерін төмендетуінде шоғыранады.
Қираудың БТУ №4 компьютерлік моделдеуінің нәтижелері конструцияны беріктік қорының төмендеуінің жарық ұзындығының өсуіне тәуелділігін және конструкцияның қирауға әкелетін ұйғарындщы кернеу мәнінің төмендеуінің жарықтың ұзындығының өсуіне тәуелділігін алаға мүмкіндің береді.
а) Конструкциядағы жарық ұзындығының өсуіне байланысты конструкция төзімділігінің төмендеуі; б) Конструкцияны қирататын жарықтың өсуіне байланысты шекті кернеу мәнін анықтау
Сурет 5 – Конструкциядағы жарықтардың тәуелділігі
Пайда болған жарықтың басын жүктеу барысында бірталай кернеу мен деформация пайда болады, олардың үйлестірілуі нәтижесінде жарықтың өсуі бақыланады. Сол себепті тежегіш аралықтың бұзылуға төзімділік сандық сипаттамасын алу үшін кенрнеу мен деформация үйлестіріліуін білу қажет. Біздің тәжірибеміз жарық басындағы кернеу мен деформацияны үйлестірілу мүмкіндігін дәлелдеді, оған қоса конструкцияны күшейтуге кернеу шоғырлануының әсерін төмендету мүмкіндігін көрсетті.
Шаршау төзімділігін есептеуінің негізінде, тежегіш құрылғысының қирауы мен пайдалану уақытының төмендетуіне әкелетін көп циклды шаршауға қарсы конструкцияның төзімділігін анықтау болып табылады. Төзімділікті есептеу үш тәсілмен жасалынады: деформацияны есептеу, кернеу мен қирау шамасын есептеу.
Бұл тәсілдердің бәрі төзімділікті есептеу модулінде жітімді және ANSYS модельденген.
Шыдамдылық шегін цикл ассиметрия коэффиценті арқылы табамыз [1]
мұндағы – Циклдың минималды кернеуі, МПа;
– Циклдың максималды кернеуі,МПа.
Материалдың төзімділігін шегі әрқашанда оның беріктігінен әдетте 2-3 есе және аққыштық шегінен төмен. Көп циклды жүктеу метеллдың құрылымын әлсіретеді және қирау процесіне жағдай жасайды. Металл дәндерінде өзгелерден төзімділігі кемдеу жеке байланыстарда салыстырмалы аз кернеу мен деформация кезінде өзгермелі, көпретті жүктеу бірқалыпты жүктеуге қарағанда аса қауіпті.
Кернеудің көпретті өзгеруі кезінде бұл шөгулер миркоскопиялық жарыққа әкеліп соқтырады, аз-аздап үлкее олар конструкцияның қирауына жағдай жасайды. Күшейтуді қолдану циклдың ассиметриясын кішірейтуге мүмкіндік береді, бұл төзімділігін күшейте конструкцияның сенімділігін күшейтеді. Тежегін аралықтың жұмыс істеу сенімділігіне әсер ететін факторларды анықтайтын теңдеуді (1) дереккөзінің негізінде жасаймыз.
Тежегіш арқалық конструциясының көтергіш қасиетіне өлшем беру үшін келесі өрнекті құраймыз
мұндағы A – тежегіш арқалық конструкциясының күшейту коэффиценті;
Q – қысым, МПа;
DK – жобалаудың диаметрі, м;
l – жобалаудың ұзындығы, м;
n – жобалаудағы тесіктердің саны;
d –жобалаудағы тесіктердің диаметрі, м.
мұндағы σ'мах – түрлік жобалауда қысым кезінде пайда болатын кернеудің максимальді мәні, МПа;
σ'' мах – күшейтілген жобалауда қысым кезінде пайда болатын кернеудің максимальді мәні, МПа.
(1) формуланы қолдана отырып, жобалаудағы тежегіш арқалықтың максимальді қысымының өлшемін аламыз.
мұндағы Q''мах – түрлік жобалаудағы қысымының максимальді мәні, МПа;
Q' мах – күшейткіштік жобалаудағы қысымының максимальді мәні, МПа.
Жобалаудың резервтік күші [1] мынаған тең:
мұндағы σкрит.. – темірдің түріне арналған максимальді кернеудің сындық (критической) мәні, МПа;
σ фак.раб – тұрақты қысым кезінде пайда болатын максимальді кернеудің нақты мәні Q, МПа.
Бірқалыпты кернеудің коэффиценті [1] мынаған тең:
мұндағы MИЗ – иілу моменті, Н·м ;
WС – қарсылық қимасының моменті, Н·м.
Созылудағы жобалау кернеуі [1]:
Иілу кезіндегі беріктік коэффиценті:
мұндағы – ағын кернеуі, МПа;
– жүктеме кезіндегі кернеу, МПа.
Созылу кезіндегі беріктік коэффиценті
мұндағы – кернеу ағымы, МПа;
– жүктеме кезіндегі кернеу, МПа.
СТ 25 моделді болатқа арналған жобалаудың тежегіш арқалығының беріктігі бастапқы мәніне қарағанда кем дегенде үш есе көп болу керек σТ=210 МПа. Жеңдегі жобалау беріктігін максималды қысым кезінде туатын тежегіш құрылғысын есептейміз. Q=10МПа .
№14 жобалау үшін, ал қабырғаның қалыңдығы 20мм деп аламыз.
№26 жобалау үшін пластинамен күшейтілген қабырғаның қалыңдығы 20мм.
№44 жобалау үшін қабырғаның қалыңдығы 40мм.
Иілу кернеуі мен созылу кернеуінің мәндеріне байланысты шексіздік коэффициенті мынаған тең:
Мұндағы, – кернеуі кезіндегі жүктеме циклдарының саны;
m –қисық шаршау теңдеу дәрежесінің көрсеткіші;
– қисық сынығының нүктесіне сәйкес келетін циклдар саны;
Арқалық тежегіштің құрылымдық сенімділігін арттыратын факторлар жоғарыда келтірілген өрнектердің көмегімен анықталады(1,2,3). Есептеу нәтижесі суретте графикпен көрсетілген (сурет 7).
Сурет 6 – Құрылымның беріктік қоры
Қорытындылай келе, құрылымның төзімділік шегін ассиметрия циклының коэфициенті арқылы анықтауға болады. «жамау» типін нығайту нәтижесінде ассиметрия циклін төмендетуге және құрылымның көпциклдік шаршауға қарсы тұру мүмкіндігін 19 % - ға арттыруға болады.
Күштік қорының коэффициенті кеңейтілу кезінде шектеу кернеуінің ағынымен болат үшін СТ25 σт =280 МПа бойынша анықталады, күштік шектеуі σВ = 460 МПа. Қабырға қалыңдығын жобалауды 20 дан 40 мм-ге арттырғанда, күштілік қоры коэфициентінің өсуі бақыланады (сурет 8). 20 мм қабырға қалығдығымен құрылым үшін күштілік қорының құрылымын арттыратын , күштілік қор коэфициентінің 40 мм қабырға қалыңдығына тең болатын күшейту нұсқалары пайдаланылған. БТУ құрылымында кернеу концентраторлары болып тежегіш шыбықтадың технологиялық саңылау тығындары және ШПМ тежегіш арқалықтың үстіңгі және бүйірлік қырларының қосылу орны саналады. Жұмыс барысында бетінде БЖБ құрылымының шыңамдылығын төмендететін қиюлар, атыздар мен басқа да ақаулар пайда болады. Пайда болған шаршау жарықшақтары өздері қиюшы болып табылады және кернеу концентрациясын тудырады.
Жарықшақтар ұшы кернеу номиналдан қарағанда айтарлықтай жоғары болып табылады. Осы факторларды ескере отырып, БЖБ жобалауының жарықшақтармен төзімділігі азаяды. Тежегіш құрылғының қажетті сенімділігін қамтамасыз ету үшін дефектоскопиямен табылған шаршау сызаттарының қалыптасуына және көбеюіне қарсы тұратын күшейту элементтерін пайдалану керек. Орындалған зерттеуіміз, күштілік қорының арттыруын күшейту элементтерін және олардың қолдану тиімділігін пайдалану арқылы дәлелдеді. Қабырға қалыңдығын арттыру кезінде жедел жүктемесінде БЖБ жобалауында механикалық кернеудің мағынасы төмендейді, «Күшейту элементтері» қолданылған кезде конструкцияның күшейту коэфициентінің арттыруға ұқсас процесі қырып-жоюдың проблемалық орнында орындалады. Егер «Күшету элементтері» комбинациясын пайдаланса, онда БЖБ үшін 20 мм қабырға қалыңдығымен күштіліктің артуына және қырып-жою шаршауына қарсы тұру мүмкіндігіне БЖБ констуркциясының 40 мм қабырғадағысындай қол жеткізуге болады. «Күшейту элементтерін» қолдану арқылы БЖБ – ның күштілігін төмендетпей металсыйымдылығын ирелеңдіруге мүмкіндік туады.
Сурет 7 – 20 мм қалыңдықтағы қабырғаның күшейту конструкциясының тиіміділік нәтижесі
1. А.Д. Мехтиев, Ф.Н. Булатбаев, В.В. Лихачев В.В., В.В Югай В.В. Электромеханикалық жабдықтардың құрылымдық бөліктерінің техникалық деңгейін арттыру. Монография. – Қарағанды: ҚарМТУ баспасы, 2012.-187б.
2. А.Д. Мехтиев, З.Т. Акашев, Ф.Н. Булатбаев. Модульный принцип организации горного машиностроения. Монография. – Караганда: Изд-во КарГТУ, 2012.-282с.
Мехтиев Али Джаванширович, техника ғылымдарының кандидаты, «Энергетикалық жүйелер» кафедрасының меңгерушісі, Қарағанды мемлекеттік техникалық университеті, Қарағанды.
Булатбаев Феликс Назымович, техникалық ғылымдар кандидаты, энергетика, автоматика және телекоммуникациялар факультетінің деканы, Қарағанды мемлекеттік техникалық университеті, Қарағанды.
Югай Вячеслав Викторович, PhD докторы, «Байланыс жүйелері және технологиялары» кафедрасының меңгерушісі, Қарағанды мемлекеттік техникалық университеті, Қарағанды.
Алькина Алия Даулетхановна, «Құрылғы жасау» кафедрасының аға оқытушысы, Қарағанды мемлекеттік техникалық университеті, Қарағанды.
Беличенко Аркадий Петрович, «Энергетикалық жүйелер» кафедрасының аға оқытушысы, Қарағанды мемлекеттік техникалық университеті, Қарағанды.
Югай Вячеслав Викторович: 87003625437, slawa_v@mail.ru
Мехтиев Али Джаванширович, кандидат технических наук, заведующий кафедры «Энергетические системы», Карагандинский государственный технический университет, Караганда.
Булатбаев Феликс Назымович, кандидат технических наук, декан факультета энергетики, автоматики и телекоммуникации, Карагандинский государственный технический университет, Караганда.
Югай Вячеслав Викторович, доктор PhD, заведующий кафедры «Технологии и систем связи», Карагандинский государственный технический университет, Караганда.
Алькина Алия Даулетхановна, старший преподаватель кафедры «Приборостраение», Карагандинский государственный технический университет, Караганда.
Беличенко Аркадий Петрович, старший преподаватель кафедры «Энергетические системы», Карагандинский государственный технический университет, Караганда.
Югай Вячеслав Викторович: 87003625437, slawa_v@mail.ru
Mehdiyev Dzhavanshirovich Ali, Ph.D., Head of Department of "Energy Systems", Karaganda State Technical University, Karaganda.
Bulatbaev Nazymovich Felix, Ph.D., Dean of the Faculty of Energy, automation and telecommunications, Karaganda State Technical University, Karaganda.
Yugay Vyacheslav, Dr. PhD, Head of the Department "Technology and communication systems", Karaganda State Technical University, Karaganda.
Alkina Daulethanovna Alia, a senior lecturer of " Instrumentation", Karaganda State Technical University, Karaganda.
Belichenko Arkady Petrovich, senior teacher of "Energy Systems", Karaganda State Technical University, Karaganda.
Yugay Vyacheslav: 87003625437, slawa_v@mail.ru