Визуализация и анализ информации на основе компьютерного моделирования испытаний кабины карьерного гусеничного экскаватора на соответствие требованиям безопасности
Ключевые слова:
добыча ископаемых, карьерный экскаватор, визуализация и анализ данных, виртуальная модель, эргономическое обеспечениеАннотация
На современном этапе развития мировой горнодобывающей промышленности определяющим фактором в достижении высоких технико-экономических показателей является комплексное решение теоретических и прикладных проблем горной сферы в контексте реализации основных подходов Индустрии 4.0. В статье решены вопросы системного анализа результатов компьютерного моделирования испытаний кабины карьерного гусеничного экскаватора на соответствие техническим требованиям, предъявляемым к кабине экскаватора. Цель исследования – выявить и наглядно продемонстрировать на разработанной модели места, наиболее подверженные деформации в конструкции кабины карьерного гусеничного экскаватора, с точки зрения эргономики и безопасности этой кабины как рабочего места. Одна из главных решаемых задач – локализация таких сегментов при возникновении динамических нагрузок. В программном комплексе AutodeskInventor разработана 3D-модель кабины для виртуального моделирования с применением метода конечных элементов и расчетов напряженно-деформированного состояния несущих элементов металлоконструкции кабины экскаватора. При разработке трехмерной модели кабины карьерного экскаватора учтена дополнительная информация, а именно: жесткое соединение сиденья с кабиной, толщина листов обшивки каркаса, необходимая площадь остекления. С учетом этих составляющих было проведено моделирование нагружения кабины карьерного экскаватора и визуализированы результаты компьютерных расчетов. Анализ результатов этого этапа работы показал обоснованность принятых технический решений в совершенствовании конструкции кабины и позволил разработать рекомендации для внесения изменений в проектируемые изделия.
Библиографические ссылки
Тарасов М.А. Моделирование параметров функционирования выемочной машины с вибрационным воздействием на горные породы // Устойчивое развитие горных территорий. 2019. Т. 11. № 1 (39). С. 85–97.
Седнев В.А., Копнышев С.Л., Седнев А.В. Исследование этапов процесса и обоснование математической модели расширения сферической полости в грунтах и горных породах // Устойчивое развитие горных территорий. 2020. Т. 12. № 2 (44). С. 302–314.
Моделирование и оптимизация режимов работы горных машин с использованием среды Matlab / В.С. Великанов,
И.Г. Усов, А.А. Абдрахманов и др. // Горный журнал. 2017. № 12. С. 78–81.
Осинцев Н.А. Управления безопасностью производства на рабочих местах с применением аппарата теории нечетких множеств // Вестн. Магнитогор. гос. техн. ун-та им. Г.И. Носова. 2008. № 4 (24). С. 83–85.
Velikanov V.S.,Kozyr A.V., Dyorina N.V. Engineering implementation of view objectives in mine excavator design // Procedia Engineering. 2017. Vol. 206. Pp. 1592–1596.
Aromaa S., K. Vaananen Suitability of virtual prototypes to support human factors/ergonomics evaluation during the design // Applied ergonomics. 2016. Vol. 56. Pp. 11–18.
Chakraborty P.R., Bise C.J. A virtual-reality-based model for task-training of equipment operators in the mining industry // Mineral resources engineering. 2000. Vol. 9, Ed. 4. Pp. 437–449.
Du Y., Dorneich M.C., Steward B. Virtual operator modeling method for excavator trenching // Automation in construction. 2016. Vol. 70. Pp. 14–25.
Mallam S.C., Lundh M., MacKinnon S.N. Evaluating a digital ship design tool prototype: Designers' perceptions of novel ergonomics software // Applied ergonomics. 2016. Vol. 59. Part A. Pp. 19–26.
Tokarczyk J. Method for virtual prototyping of cabins of mining machines operators // Archives of mining sciences. 2015. Vol. 60, Ed.1. Pp. 329–340.
Aromaa S., Goriachev V., Kymäläinen T. Virtual prototyping in the design of see through features in mobile machinery // Virtual Reality. 2020. Vol. 24, Ed. 1. Рp. 23-37. DOI 10.1007/s10055-019-00384-y.
A new method for calculating saddle seat height with an emphasis on optimal posture based on trigonometric relations / H. Babaei, M. Razeghi, A. Choobineh et al. // International journal of occupational safety and ergonomics. 2016. Vol. 22, Ed. 4. Pp. 565–571.
Balaji K., Alphin M.S. Computer-aided human factors analysis of the industrial vehicle driver cabin to improve occupational health // International journal of injury control and safety promotion. 2014. Vol. 23, Ed. 3. Pp. 240–248.
Evaluation of operator visibility in three different cabins type Far-East combine harvesters / D.H. Lee, Y.J. Kim, C.H. Choi et al. // International journal of agricultural and biological engineering. 2016. Vol. 9, Ed. 4. Pp. 33–44.
Horberry T., Burgess-Limerick R., Cooke T., Steiner L. Improving mining equipment safety through human-centered design // Ergonomics in design: Quarterly of human factors applications. 2016. Vol. 24, Ed. 3. Pp. 29–34.
Karlinski J., Rusinski E., Smolnicki T. Protective structures for construction and mining machine operators // Automation in construction. 2008. Vol. 17, Ed. 3. Pp. 232–244.
Kushwaha D.K., KaneP.V. Ergonomic assessment and workstation design of shipping crane cabin in steel industry // International journal of industrial ergonomics. 2015. Vol. 52. Pp. 29–39.
Schutte P.C., SmithJ.R. Practical ergonomics in mechanized mining // Journal of the South African institute of mining and metallurgy. 2002. Vol. 102, Ed.3. Pp. 145–149.
Vibration analysis on driver's seat of agricultural tractors during tillage tests / T. Gialamas, I. Gravalos, D. Kateris et al. // Spanish journal of agricultural research. 2016. Vol. 14, Ed. 4: e0210. DOI 10.5424/sjar/2016144-9664.
Виртуальные испытания – инструмент оценки безопасности конструкций АТС / М.С. Высоцкий, Е.А. Багаев, С.С. Баулин и др. // Автомобильная промышленность. 2011. № 2. С. 38–40.
Вьюшина М.Н., Жура В.П., Кривенко А.Е. Математическая модель человека в системе «Оператор – горная машина» // Горн. информ.-аналит. бюл. 1996. № 4. С. 91–93.
Журавлев А.В. Разработка математической модели несущей системы кабины с использованием современных систем инженерного анализа // Международный научный журнал. 2012. № 1. С. 89–91.
Журавлёв А.В., Козловская М.А. Результаты экспериментальных исследований несущего каркаса кабины опытного образца малогабаритного транспортного средства // Междунар. техн.-экон. журнал. 2011. № 2. С. 128–133.
Зузов В.Н., Шабан Б. Совершенствование кабин грузовых автомобилей на стадии проектирования для удовлетворения требованиям пассивной безопасности // Инженерный журнал: наука и инновации : электрон. журн. 2013. № 12. URL: http://engjournal.ru/articles/1130/1130.pdf (Дата обращения 4.07.2022).
Красюков Н.Ф., Оганьян Э.С., Ноздрачева В.А. Моделирование нагруженности конструкции кабины машиниста при столкновении локомотива с препятствием // Тяжелое машиностроение. 2006. № 8. С. 34–35.
Красюков Н.Ф., Протопопов А.Л., Шашкова Е.В. Численное моделирование эксплуатационной нагруженности экипажных частей // Вестн. науч.-исслед. и конструктор.-технолог. ин-та подвижного состава. 2012. № 4. С. 104–113.
Методы определения ресурса и циклической прочности конструкций экипажной части локомотивов / Н.А. Махутов, В.А. Гапанович, В.С. Коссов и др. // Транспорт: наука, техника, управление. 2016. № 10. С. 3–12.
Дзоценидзе Т.Д., Козловская М.А., Загарин Д.А. Новый технический облик автомобилей и тракторов как способ преодоления кризисных явлений в отечественном машиностроении // Автомобильная промышленность. 2020. № 10. С. 13–18.
Результаты испытаний гусеничного трактора ВТ-155Д с новой верхней надстройкой / Т.Д. Дзоценидзе, О.В. Ульянов, М.А. Козловская // Тракторы и сельхозмашины. 2011. № 12. С. 7–9.
Шмелев А.В., Лисовский Э.В., Короткий В.С. Основы методики виртуального моделирования испытаний кабин грузовых автомобилей по требованиям пассивной безопасности // Механика машин, механизмов и материалов. 2015. № 3 (32). С. 64–72.
Dzotsenidze T.D., Zagarin D.A., Kozlovskaya M.A. Use of profiled tubes to create three- dimensional frame-and-panel systems for tractors and automobiles // Metallurgist. 2014. Vol. 58, № 7-8. Рp. 717–723.
Mirzaamiri R., Esfahanian M., Ziaei-Rad S. Crash Test Simulation and Structure Improvement of IKCO 2624 Truck According to ECE-R29 Regulation // International Journal of Automotive Engineering. 2012. Vol. 2. № 3. Рp. 180–192. URL: http://ijae.iust.ac.ir/article-1-145-en.pdf (дата обращения 18.06.2022).
