Моделирование рабочих процессов погрузочно-транспортных модулей с учетом случайного характера внешних воздействий

В Шахтинском институте ЮРГТУ (НПИ) на кафедре «Технологические машины и оборудование» разработан общий методический подход к моделированию процессов проведения выработки буровзрывным способом [28–31]. Целью работы является разработка программно-технических средств, с помощью которых в интерактивном режиме создаётся проект проведения горной выработки, отвечающей одному из критериев: наивысшая пр

оизводительность труда, максимальная производительность системы (скорость проведения выработки) или минимальные удельные затраты при заданной совокупности горно-геологических и технологических ограничений. Показано, что общее построение такой системы должно содержать этапы геометрического, кинематического и силового моделирования.

По заданным критериям и ограничениям оценивается каждый вариант комплекта, комплекса или агрегата. Предложенная методика является долговременной программой работы, реализация которой планируется поэтапно по схеме: процесс – технологическая подсистема – одиночная выработка – шахта – региональная компания (рис. 1.2).

Рис. 1.2. Программа исследований и разработок в области имитационного моделирования горнопроходческого оборудования

Анализ опыта применения имитационного моделирования в горных технологиях в целом и в горнопроходческих системах в частности показывает, что последняя, как объект имитационного моделирования, имеет ряд существенных особенностей:

1) каждый из элементов проходческого цикла (разрушение – удаление – крепление) характеризуется принципиально отличающимися физическими закономерностями рабочих процессов взаимодействия с внешней средой;

2) в каждый данный момент подсистемы находятся в различных состояниях: работа, ремонт, ожидание и т.д., в различных точках рабочего пространства;

3) при использовании различных видов проходческого оборудования возможны и реализуются различные условия совмещения операций во времени, функций операторов и орудий труда;

4) множество вариантов технологического оборудования, пригодного для использования в данных условиях: бурильного, погрузочного, призабойного транспортного, крепеустановочного, вспомогательного;

5) существенное влияние случайных воздействий при осуществлении технологических процессов.

Эти особенности, как показано ранее, предопределяют сложность системы и её имитационной модели, необходимость на данном этапе разработки процедур моделирования отдельных процессов.

1.3 Анализ состояния разработки математических моделей, описывающих функционирование проходческих погрузочно-транспортных модулей

Создание общей методологии выбора рациональных вариантов горнопроходческого оборудования целесообразно начать с погрузочно-транс-портной подсистемы. По трудоёмкости эта подсистема занимает 25–35 % трудозатрат проходческого цикла. Именно ППТМ в значительной мере определяет стохастические неопределённости в проходческой системе:

1) взаимодействие погрузочных и транспортных машин со штабелем горной массы, имеющих гранулометрический состав как случайную функцию размера куска;

2) удельная трудоёмкость ручных вспомогательных операций, представляющих собой случайные величины, характеристики которых зависят от горнотехнических и технологических условий проведения выработки;

3) случайные потоки отказов и восстановлений оборудования – погрузочного и призабойного транспортного.

Как показано выше, для горнопроходческой системы в целом и отдельных подсистем, в качестве целевой функции могут быть приняты: удельная трудоёмкость проведения выработки , чел.-мин/м3, производительность системы, то есть приведённая скорость проведения выработки , м3/ч, или удельная стоимость готовой выработки C, руб./м3. Принципиально постановка оптимизационной задачи выбора горнопроходческого оборудования аналогична для любого из перечисленных критериев. Вместе с тем, минимизация удельных суммарных затрат потребует создания достоверной базы данных по каждой из составляющих, что в условиях нестабильных цен на оборудование, материалы и рабочую силу практически невозможно. Финансовые ресурсы заказчика могут быть приняты в качестве принуждающей связи при оценке и сравнении вариантов.

Наиболее полно технико-экономические свойства проходческой системы можно оценить с помощью удельной трудоёмкости . Этот критериальный показатель, как показано в работах [32, 33], определяет, с одной стороны, основную составляющую затрат – затраты живого труда (заработную плату), с другой – позволяет установить связь с производительностью системы при известном числе операторов. При минимальном значении удельной трудоёмкости проведения выработки известного поперечного сечения можно обеспечить в большинстве случаев наибольшие скорости проходки (за счёт увеличения численности проходческой бригады и совмещения операций). Таким образом, показатель  является адекватной характеристикой технических и экономических свойств проходческой системы и её подсистем, в частности, погрузочно-транспортной подсистемы.

Как показано в п. 1.1, удельная трудоёмкость процесса определяется производительностью технологической машины за чистое время погруз- ки R, с учётом влияния горно-технологических условий КГГ, коэффициента машинного времени Км и трудозатрат на вспомогательные операции Ni. В формулу [5] не введён в явном виде коэффициент готовности подсистемы и затраты труда на ликвидацию отказов. Однако эта процедура может быть выполнена дополнительно при моделировании процесса формирования производительности машины и суммарной трудоёмкости процесса.

Применительно к работе ППТМ с погрузочными машинами ковшового типа формирование производительности R(t) есть случайный процесс последовательного отделения от штабеля единичного случайного объёма Vкj и передача его на сопряжённое транспортное средство через случайный отрезок времени Tцj. Для ППТМ с машинами непрерывного действия необходимо описать формирование случайного грузопотока q(t) и передачу его на транспортное средство.

Вопросам расчёта производительности погрузочных и призабойных транспортных машин посвящены исследования многих научно-исследовательских институтов СССР и РФ, выполненные за последние 50 лет: ИГД СО АН СССР (РФ); ЦНИИПодземмаш; Гипроникель; ИУ СО АН СССР (РФ); ИГТМ АН УССР; ИГД АН КазССР; МГРИ; ЮРГТУ (НПИ); ХГИ и ряда других. Значительный вклад в решение проблемы адекватного описания рабочих процессов внесли известные руководители научных школ доктора технических наук, профессора Н.В. Тихонов, Г.В. Родионов, А.А. Соловьев, С.С. Музгин, П.А. Михирев, Г.М. Водяник, А.Д. Костылев, В.Д. Горбунов, Г.Ш. Хазанович, Ю.М. Ляшенко, В.И. Бунин, А.С. Носенко; кандидаты технических наук О.П. Иванов, В.Г. Сильня, Б.П. Семко, О.Д. Гагин, С.И. Носенко, В.Д. Ерейский, Н.А. Рюмин, Е.А. Крисаченко, П.Д. Кравченко, В.А. Турушин, С.Е. Лоховинин, А.А. Остановский, Р.В. Кар-гин и другие.

Впервые комплексные исследования процесса взаимодействия ковша со штабелем кускового материала выполнены в 50-х гг. ХХ в. в ИГД СО АН СССР под руководством проф. Г.В. Родионова [34–37, 38–41]. Получены зависимости сопротивлений внедрению от глубины внедрения [38, 39], сопротивлений зачерпыванию от угла поворота [40, 41] и первые математические модели наполнения ковша [38], а также разработана первая методика выбора параметров ковшовых погрузочных машин [37]. Этими исследованиями были продолжены экспериментальные работы Н.В. Тихонова, которые проводились в МГРИ [42], и О.П. Иванова – в НПИ (ныне ЮРГТУ (НПИ)) [43]. В 1962 г. вышла в свет первая обобщающая монография [44].

 Скачать реферат