Усовершенственная модель машины мцт

Функциональную возможность машины можно повысить, придав ей еще одно функциональное назначение, т.е. дополнительно снабдив ее бетонно-смесительным устройством. Для этого известная конструкция машины МЦТ, дополнительно снабжается установленными в донной части бункера встречно-вращающимися шнеками с возможностью вращения, от привода нагнетателя посредством ценной передачи. Это дополнение не только не усложняет конструкцию машины, но и упрощает ряд ее конструктивных узлов. Во-первых, нет необходимости в дополнительном приводе для шнеков, а достаточно в начале полого вала шнекового питателя предусмотреть звездочку для ценной передачи. Далее через дополнительный вал, расположенный между бункером и рамой нагнетателя вращения валов шнекового питателя и дополнительных шнеков в данной части бункера, что является необходимым условием для работы машины [8].

Во-вторых, в результате такой реконструкций отпадает необходимость в сложном скребковом механизме со сложной полиспастной системой с дополнительным при вводом (гидроцилиндром). Такая система необходимо была для принудительной подачи бетонной смеси с торца бункера к приемному окну шнекового питателя. Теперь эту функцию будут выполнять дополнительные шнеки-смесители. При этом компенсируется та высота в бункере, которая появляется в связи с установкой дополнительных шнеков-смесителей. Эта высота займет место гидроцилиндра и полиспастной системы скребкового механизма.

Общий вид усовершенствованной машины МЦТ изображено на рисунке 8; на рисунке 9 – рабочий орган машины – центробежный нагнетатель с бункером; на рисунке 10 – сечение А-А рисунка 9.

МЦТ в усовершенствованном варианте состоит из шасси 1 (ПДМ ПД- 2Б) на рукояти 2 которого смонтирована платформа 3 с нагнетателем 4 посредством гидроцилиндра 5 для выдерживания параллельности к почве выработки. Нагнетатель 4 установлен на раме 6, с возможностью вращения вокруг собственностей оси с помощью гидро-реечного механизма 7, на роликах 8. Сверху накопителя установлен бункер 9 для компонентов смеси, разгрузочное окно, которое сообщается с приемным бункером 10 нагнетателя. Боковые борта бункера выполнены шарнирно-сочлененными и снабжены гидроцилиндрами, а ­­­­дополнительные встречно-вращающиеся шнеки 12- с приводным валом 13 цепной передачи 14.

Машина работает следующим образом. В транспортном положении, и перед перегрузкой рабочее колесо 19 находится между шасси 1 и бункером 9. Это нужно для того, чтобы можно было его загрузить компонентами смеси при помощи погрузочно-доставочной машины. Перед началом работы нагнетатель 4 поворачивают вокруг собственной оси посредством гидро- реечного механизма 180 градусов. В зависимости от высоты торкретируемой выработки, нагнетатель 4 поднимают вверх или отпускают вниз рукоятью 2 и устанавливают.

1-Транспортное средство; 2- рукоять; 3- платформа; 4- нагнетатель; 5 гидроцилиндр; 6- рама; 7- гидрореечный механизм; 8- ролики; 9- дополнительный бункер; 10- приемный бункер; 11- гидроцилиндры; 15- гидромотор; 16- планетарный редуктор; 19- рабочее колесо; 26- подшипниковая опора; 27- направляющая.

Рисунок 8. Общий вид усовершенствованной машины МЦТ

9-Дополнительный бункер; 10- приемный бункер; 11- гидроцилиндры; 12- встречно- вращающиеся шнеки; 13- приводной вал; 14- цепная передача; 15- гидромотор; 16- планетарный редуктор; 17- шнековый питатель; 18- полый вал; 19- рабочее колесо; 20- направляющий аппарат; 21- вал; 22- кожуха; 23- корпус; 26- подшипниковая опора; 29- ведущая звездочка; 30- ведомая звездочка.

Рисунок 9. Рабочий орган машины МЦТ

Рисунок 10.Сечение А-А

Параллельно почве выработки посредством гидроцилиндра 5 при этом, в ходе работы нагнетатель 4 выдвигается относительно платформы 3 вдоль продольной оси машины для чего в платформе 3, предусмотрено направляющая 27, на раме установлены ролики. Выдвижение происходит при помощи гидроцилиндра, расположенного внутри платформы.

После фиксирования нагнетателя 4 в рабочем положении включают привод 15 нагнетателя (аксиально-поршневой гидромотор). При этом планетарный редуктор 16 передает полому валу 18 шнекового питателя 17 замедленное вращение, в валу 21 рабочего колеса 19- вращение, равное частоте вращения приводе 15. Одновременно с этим, замедленное, вращение через цепную передачу 14 и приводной вал 13 передается дополнительным встречно-вращающимся шнеком 12, и компоненты смеси, перемешиваясь, из бункера 9 через разгрузочное окно поступают в приемник бункера 10, а далее через шнековый питатель 17 и направляющий аппарат (импеллер) 20- в рабочее колесо 19, где, приобретая потенциальную энергию под действием центробежных сил, вылетают из щели 28 корпуса 23 рабочего колеса 19 и направляется к торкретируемой поверхности. При этом корпус 23 рабочего колеса 19 реверсируется, направляя струю от почвы выработки по периметру и до почвы противоположенной стороны через щель 28. По мере расходования бетонной смеси, боковые борта бункера складываются посредством гидроцилиндров 11, принудительно подовая смесь к дополнительным шнекам 12, которые принудительно падают смесь к разгрузочному окну, одновременно перемешивая ее.

После опорожнения бункера 9, все узлы приводят в исходное положение, и цикл повторяется. При этом, боковые борта бункера могут опускаться ниже горизонтальной плоскости, тем самым, увеличивая ширину бункера для загрузки из под ковша погрузочно-доставочной машины. После работы бункер 9 и нагнетатель 4 тщательно промывают.

Исследование надежности основных узлов МЦТ

В связи с тем, что на данный момент нет достаточной наработки машины МЦТ решено исследования на надежность основных узлов провести с помощью компьютерного моделирования условий работы этих узлов машины МЦТ.

Исследованию подвергались вал центробежного нагнетателя, как наиболее загруженная деталь и лопатки импеллера как наиболее изнашиваемые детали.

Методика компьютерного моделирования основных узлов машины

МЦТ

Учитывая, что машина центробежного торкретирования имеет ряд существенных особенностей связанных с применением центробежного нагнетателя необходимо исследовать работу ее элементов. Эти исследования были проведены с использованием компьютерного моделирования. Для этого были применена методика, базирующаяся на системном блочно- иерархическом подходе.

На (рисунке 8) представлены иерархические уровни и методы исследования машины центробежного торкретирования.

Иерархические уровни и методы исследования

машины центробежного торкретирования.

Иерархические уровни Микро уровень

Объекты анализа Физические процессы в элементах МЦТ

Анализ Анализ НДС параметров прочности элементов МЦТ

Методы анализа Метод конечных элементов

Рисунок 8.

На микро уровне производится анализ напряженно-деформированного состояния (НДС), элементов и узлов машины центробежного торкретирования (МЦТ). Конструкционное соответствие реальной машины и ее модели реализуется на основе использования численных методов анализа.

Использование методов микро моделирования позволяет решить ряд задач, связанных с НДС узлов машины с учетом технологических факторов (нагружение лопаток торкрет смесью, изменение частоты вращения, размера лопаток нагнетателя и др.)

Основной для компьютерного моделирования послужила программа ANSYS, основанная на методе конечных элементов (МКЭ). Она включает в себя большое число широких возможностей, таких как препроцессор, твердотельное моделирование, прочностей, тепловой, гидравлический и смешанные виды расчета, пост процессорную обработку результатов, графические возможности и задачи оптимального проектирования .

Программа ANSYS использует единую централизованную базу данных для хранения всех данных о модели и результатов расчета. Структура программы приведена на (рисунке 9).

Порядок работы с программой следующий:

Данные о модели (включая описание геометрии, конечно-элементное разбиение, материалы и.т.д.), записываются в базу данных с помощью препроцессора ANSYS. Решатель программы работает непосредственно с информацией, хранящейся в базе данных и записывает результаты в ту же базу данных. Пост процессорная обработка результатов расчета проводится с помощью программ постпроцессора, которые берут информацию непосредственно из базы данных.

Во время препроцессорной стадии задаются все данные, необходимые для расчета. Есть возможность выбора типа конечного элемента, задания свойств материала, создания твердотельных моделей и разбиение их на элементы, а также задать необходимые граничные условия.

После того как модель построена, задаются тип и параметры необходимого анализа, нагрузка и ее опции. Указанный тип анализа показывает, какие уравнения будут использованы для получения решения. Основные категории имеющихся типов анализа включают: прочностей, температурное определение магнитных и электрических полей, гидродинамический и смешанные.

Во время фазы пост процессорной обработки выполняются операции с результатами, полученными во время решения. Они могут включать в себя перемещения, температуры, напряжения, деформации, скорости и.т.д. Результаты можно получить в графическом виде или в табличной форме. Программа ANSYS содержит мощную подсистему геометрического моделирования, которая создает геометрию детали или конструкции независимо от ее конечно-элементной сетки.

С помощью данной задается область модели, как объем, который окружен поверхностями, линиями и точками. После задания модели, можно разбить ее конечно-элементной сеткой.

Структура программного комплекса ANSYS.

Рисунок 9.

Граничные условия и нагрузки могут прикладываться как к твердотельной модели, так и непосредственно к конечно-элементной сетке.

В программе ANSYS возможны два типа конечно-элементного разбиения параметрическое и автоматическое, оба могут быть осуществлены адаптивно. Если это необходимо, модель может быть легко изменена и сетка перестроена.

Использование данной модели позволяет без затрат машинного и рабочего времени пользователя провести анализ конструкции при различных способах нагружения и учетом работы всех элементов конструкции. Данный анализ позволяет выявить те элементы, которые необходимо исследовать далее. Из всех расчетов выбирается вариант наиболее неблагоприятного условия нагружения узлов МЦТ. Выбранный вариант будет служить основанием для проведения дальнейшего расчета. Далее выбирается элемент, который является наиболее нагруженным. На следующем шаге модель представляется как пространственная конструкция. Из этого анализа определяется зона максимальных напряжений и узел, для которого будет построена объемная модель с целью дальнейшего исследования, если это необходимо. Построение узлов конструкции на основе твердотельного моделирования дает возможность учета нелинейности материала, наличия трещинно-подобных дефектов и дает картину распределения напряжений и деформаций, близкую к реальной.

В результате автоматизированного анализа осуществляется уточнение несущей способности узлов машины центробежного торкретирования и разрабатывается ряд конструктивно-технологических мероприятий по ее повышению.