Details

Объект исследования – рукоять погрузочно-доставочной машины (ПДМ). Цель работы – анализ напряжённо-деформированного состояния рукояти ПДМ и оптимизация её сечений для обеспечения требуемой прочности и жёсткости. Задачи, решаемые в ходе выполнения работы: 1. Проведение обзора типовых конструкций погрузочно-доставочных машин с акцентом на Z-образную кинематическую схему. 2. Анализ требований к прочности и безопасности шахтных погрузчиков, обоснование расчётных нагрузок. 3. Построение балочной модели рукояти в ANSYS Workbench и проведение статического прочностного расчёта. 4. Параметрическая оптимизация сечений основных несущих элементов. 5. Оболочечный анализ симметричной и полной модели. 6. Расчёт аварийных режимов нагружения (неравномерная нагрузка на ковш, боковой удар о стену выработки). 7. Усталостный расчёт и определение ресурса конструкции. В результате проведённых расчётов подтверждена работоспособность конструкции. Начальное сечение не обеспечивает требуемой прочности и жёсткости. Проведённая оптимизация сечений позволила снизить напряжения и перемещения до допустимых значений. Оболочечный анализ подтвердил корректность полученных результатов. Анализ аварийных сценариев показал работоспособность конструкции. Итоговая оптимизация коромысла позволила дополнительно повысить запас прочности. Практическая значимость работы заключается в разработке методики конечно-элементного моделирования и параметрической оптимизации рукояти ПДМ, которая может быть использована при проектировании и модернизации аналогичного оборудования для подземных горных работ.

Object of study – the load-haul-dump machine control handle (LHD). Objective – analysis of the stress strain state of the LHD boom and optimization of its cross sections to ensure the required strength and stiffness. Tasks performed in the course of the work: 1. Review of typical LHD designs with emphasis on the Z link kinematic scheme. 2. Analysis of strength and safety requirements for underground loaders, justification of design loads. 3. Construction of a beam model of the boom in ANSYS Workbench and static strength analysis. 4. Parametric optimization of cross sections of the main load bearing elements. 5. Shell analysis of the symmetric and full model. 6. Calculation of emergency loading modes (uneven bucket load, side impact on the mine wall). 7. Fatigue analysis and determination of the structure life. As a result of the calculations the operability of the structure was confirmed. The initial cross section does not provide the required strength and stiffness. The optimization of cross sections reduced stresses and displacements to acceptable values. Shell analysis confirmed the validity of the obtained results. Analysis of emergency scenarios showed the operability of the structure. The final optimization of the bell crank additionally increased the safety factor. Practical significance – the developed methodology for finite element modeling and parametric optimization of the LHD boom can be used in the design and modernization of similar equipment for underground mining operations.