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

Необходимо отметить существенный вклад в теорию работы ковшовых погрузчиков и подземных экскаваторов коллектива лаборатории ИГД Казахской АН ССР под руководством д-ра техн. наук С.С. Музгина [45–47]. Им впервые получены закономерности взаимодействия ковша со штабелем крупнокускового материала, обращено внимание на стохастический характер закономерностей, а также на влияние масштабного фактора,

то есть соотношение размеров рабочего органа и куска погружаемого материала. Необходимо отметить работы доцента Ю.Ф. Фабричного, выполненные также для анализа процессов взаимодействия ковша с крупнокусковой горной массой [48].

Значительные по объёму и содержанию научно-исследовательские работы в области механизации погрузки горной массы выполнены в научной школе Новочеркасского политехнического института, ныне ЮРГТУ (НПИ) [32, 33, 49–62, 63–65]. Под руководством профессора В.Г. Михайлова, а затем доцентов О.П. Иванова и В.Г. Сильня проведены масштабные теоретические и экспериментальные исследования рабочих процессов ковшовых погрузочных машин и машин с парными нагребающими лапами. Следует отметить работы в области теории взаимодействия ковша со штабелем доцентов О.Д. Гагина, В.Д. Ерейского, в области динамики процессов внедрения и зачерпывания профессора Г.Ш. Хазановича, доцентов С.И. Носенко, В.А. Щербакова.

В диссертационной работе В.Д. Ерейского впервые установлено непосредственное влияние крупности кусков d на формирование зоны предельного напряжённого состояния перед элементами ковша при внедрении и зачерпывании [64]. В математических моделях сопротивлений внедрению и зачерпыванию введены функции влияния эффективного диаметра куска перед рабочей кромкой ковша. Таким образом, положено начало исследованиям влияния случайных факторов на закономерности рабочих процессов.

Вместе с тем, в упоминающихся работах не рассматриваются вопросы формирования законов распределения размеров куска как случайной величины. Поэтому полученные зависимости W = f(d) не позволяют проводить имитационное моделирование процесса погрузки. Требуется разработка специальных адекватных процедур формирования случайной величины D из штабеля, гранулометрический состав которого, в свою очередь, представляет собой некоторое распределение размера куска.

Значительный вклад в теорию работы ковшовых погрузочных машин внесли исследования доцента О.Д. Гагина [52–54]. В этих работах получили обоснование математические модели сопротивлений внедрению для ковшей разнообразных геометрических форм, в том числе с отклонёнными от вертикали боковыми стенками. В последующих работах О.Д. Гагиным были сделаны предположения о стохастическом характере зависимости W= f(s), где s – глубина внедрения элементов ковша. Однако дальнейшего развития эта идея не получила.

Начало изучения работы ковшовых погрузочных машин в динамике положили работы учёных Украины – Б.П. Семко [66, 67], С.А. Полуянского, А.А. Дихтяря, Ю.П. Савицкого, а также учёных НПИ – Г.Ш. Хазановича, С.И. Носенко и В.А. Щербакова [33, 55–57]. Для целей настоящей работы особое значение имеют исследования процессов динамики внедрения и зачерпывания, которые позволяют имитировать на моделях реальный эффект наполнения ковша и производительность машины.

В рассматриваемых работах изучались процессы в детерминированной постановке. Первые предложения о возможности учёта случайных воздействий сформулированы в докторской диссертации Г.Ш. Хазановича [33]. Однако и в этой работе не был сформулирован методический подход, позволяющий рассматривать в динамике случайный процесс погрузки.

Важнейшее значение для создания имитационной модели процессов работы ППТМ имеют закономерности наполнения ковша. Этим вопросам посвящены работы Г.В. Родионова [33, 36], В.Г. Сильня [50, 51], В.Д. Ерейского [63]. Следует отметить, что процессы наполнения рассматривались для ковшей закрытой конструкции, имеющих две боковые стенки, препятствующие ссыпанию материала. Для ковшей с открытыми боковыми стенками или без них процессы ссыпания являются определяющими. Теория наполнения ковшей такого типа к настоящему времени не разработана, поэтому реальное наполнение ковша и его предельную вместимость определяют по приближённым моделям. Это препятствует разработке имитационных моделей функционирования погрузочных машин с боковой разгрузкой ковша.

Исследования рабочих процессов погрузочных машин с парными нагребающими лапами нашли отражение в трудах профессоров Я.Б. Кальницкого, Г.Ш. Хазановича, доцентов Е.А. Крисаченко, И.Ф. Рюмина, С.Е. Лоховинина и др. [68–77]. В диссертационной работе Е.А. Крисаченко [71] впервые установлено влияние среднего размера куска на объём сдвигаемого слоя при работе нагребающих лап. Это позволило уточнить математические модели производительности и нагрузок в приводе нагребающих лап. Однако, как и в случае с ковшовыми машинами, методика генерирования среднего размера куска из штабеля известного гранулометрического состава не получила развития. Поэтому моделирование рабочих процессов машин типа ПНБ в динамике оставалось практически неразрешимой задачей.

Впервые имитационное моделирование процесса погрузки машинами с нагребающими лапами выполнено в диссертационной работе С.Е. Лоховинина под руководством и при участии Г.Ш. Хазановича [74–76]. В этих исследованиях доказано влияние так называемого «объёма материала в активной зоне» на формирование разового захвата и момента на валу ведущего диска. Однако наблюдаемый в опытах случайный процесс формирования нагрузок не нашёл отражение в математических моделях. Расчёты объёмов захвата и мгновенных нагрузок выполнялись с использованием детерминистского подхода, при котором средний размер куска горной массы сохранялся неизменным. Таким образом, имитационное моделирование практически сводилось к исследованию поведения системы «погрузочная машина – штабель – система управления» без учёта реальных внешних воздействий, имеющих фактически случайный характер. Это приводило к ошибкам, значение которых оценить не представлялось возможным.

Аналогичная ситуация сложилась и при изучении рабочих процессов специализированных проходческих перегружателей с клиновым тягово-транспортирующим органом [78–82]. Исследования, выполненные на натурных экспериментальных установках, показали, что формирование грузопотока клиновым ТТО носит вероятностный характер. Главным возмущающим воздействием является, как и в случае с машинами типа ПНБ, изменение случайного размера куска. Однако математические модели формирования грузопотока и нагрузок рассматривались также при усреднённом значении крупности горной массы.

Изучению надёжности горных машин посвящены исследования учёных многих научных школ [83, 84]. В настоящее время под руководством ведущих учёных АН РФ сформировано крупное научное направление в машиноведении, устанавливающее взаимосвязи надёжности и эффективности в технике [85]. Однако исследования надёжности шахтных погрузочных и призабойных транспортных машин не получили пока должного развития. Следует отметить лишь научное направление в этой области, которое возглавлял канд. техн. наук С.И. Носенко [86–91, 92]. Под его руководством и при непосредственном участии его учеников О.С. Сапунова [92], В.Г. Черных [87–89] на многих шахтах Российской части Донбасса собраны и обобщены показатели надёжности машин 1ПНБ-2, 2ПНБ-2, ППМ-4, 1ППН-5 и др. Этот материал может быть использован для формирования имитационных моделей функционирования ППТМ. Он содержит функции распределения вероятности безотказной работы погрузочных машин, распределения времени восстановления и необходимые числовые характеристики.

 Скачать реферат