Моделирование рабочих процессов погрузочно-транспортных модулей с учетом случайного характера внешних воздействий
Проходческая система как объект имитационного моделирования. Обзор методов и процедур, используемых в практике имитационного моделирования. Имитационное моделирование производительности погрузки и транспорта при использовании ковшовых погрузочных машин.
| Рубрика | Транспорт |
| Вид | дипломная работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 21.02.2011 |
| Размер файла | 6,2 M |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Максимальная вместимость ковша Vк.max позволяет установить предельную производительность погрузочной машины при минимальной продолжительности цикла черпания и оценить соответствие паспортных данных реальным. Фактический объём груза, остающийся в ковше после очередного черпания, Vк.з., даст возможность оценить соответствие параметров механизмов внедрения и черпания и вместимости ковша.
Анализ геометрических форм тел ссыпания и размеров ковша позволил выявить два принципиально различных случая (рис. 3.18):
1) ширина ковша такова, что объёмы ссыпания V1 и V2 не пересекаются; при этом ковш может быть заполнен на максимальную высоту lн;
2) ширина ковша Bк меньше Bк.min, объёмы ссыпания V1 и V2 пересекаются, максимально возможный уровень заполнения снижается до lQ.
Схема расчёта объёмов V построена по унифицированному принципу. Все тела ссыпания представлены усечёнными призмами с основаниями в виде треугольников, для которых имеются достаточно простые методы вычисления объёмов.
На рисунке 3.18 и в приводимых ниже формулах обозначено: 1, 2, 3, 4 - участки торцевого сечения ковша, для которых определяются соответствующие площади F1…F4; Bк - ширина ковша; hст - высота задней стенки ковша; Sст - средняя длина боковой стенки ковша; к - угол отклонения днища ковша от вертикали в период перед разгрузкой ковша; Lкc - длина днища ковша; Lкcc - длина горизонтальная верхней стенки; c - угол ссыпания груза на открытых поверхностях; c - угол ссыпания груза в стеснённой области между стенками ковша; lн, lQ - высота точки заполнения ковша для различных вариантов; Vк1 - объём ссыпания через открытую сторону ковша; Vк2 - то же через сторону ковша с боковой стенкой.
Случай 1. Максимальная вместимость ковша Vк.max:
- минимальная ширина, при которой объёмы ссыпания V1 и V2 не имеют общих зон:
, (3.49)
где lн - максимальное положение верхней точки заполнения:
lн = 0,5(hст tgc + Lксс (tgк tgc + 1) + Lкс); (3.50)
- если Bк Bк.min, то lн = lx и Vк.max определяется по формулам:
Vк.max = Fmax Bк - V1 - V2; (3.51)
- максимальная площадь торцевой фигуры:
Fmax = F1 + F2 - F3 - F4; (3.52)
где F1= hст lн; (3.53)
F2 = 0,5 tgк; (3.54)
F3 = 0,5 (lн - lкс)2 tgc; (3.55)
F4 = 0,5 (lн - lксс)2 (tgк + ctgc); (3.56)
- максимальные объёмы ссыпания:
; (3.57)
где i = 1 - открытая сторона ковша; i = 2 - сторона ковша с боковой стенкой;
; (3.58)
; (3.59)
; (3.60)
; (3.61)
- коэффициент потерь:
. (3.62)
Случай 2. Вместимость ковша Vк.max1 при Bк < Bк.min:
- уровень заполнения ковша грузом:
;
- оценка положения уровня груза относительно Lксс, Lкс и Sст, варианты:
(а) Lксс Lх < Lн; (б) Lкс Lх < Lксс;
(в) Sст Lх < Lкс; (г) 0 Lх < Sст;
- торцевая площадь:
(а) ; (б) ; (в) и (г) .
Площади F1…F4 определяются по (3.53) - (3.56) при lн = lQ:
- объёмы ссыпания:
а) Vi = V1i + V2i - V3i - V4i; б) Vi = V1i + V2i - V3i;
в) и г) Vi = V1i + V2i.
Объёмы V1i…V4i определяются по (3.58) - (3.60) при lн = lQ.
Реальная вместимость ковша:
Vк.max1 = F1 Bк. - V1 - V2.
Математические модели для расчёта фактического объёма груза, остающегося в ковше после черпания Vкз, коэффициент потерь п.
Общие соотношения
Vкз = Fзач Ксм Bк. - ,
где V1 и V2 - ранее определённые объёмы ссыпания через боковые стороны ковша; V3 - объём, который не может поместиться в ковше из-за недостаточной вместимости:
V3 = Fзач Ксм Bк. - Vк.max, при Bк. Bк.min;
V3 = Fзач Ксм Bк. - Vк.max1, при Bк. < Bк.min.
Объёмы V1 и V2 определяются по соотношениям (3.49) - (3.61) в зависимости от уровня заполнения ковша lx:
при Bк. Bк.min и V3 > 0 > lx = lн;
при Bк. < Bк.min и V3 > 0 > lx = lQ.
Если V3 < 0, то lx находится внутри диапазонов (а), (б), (в), (г). Конкретное значение lx определяется решением уравнения:
F(lx) = Fзач Ксм,
где F(lx) - торцевая площадь в зависимости от уравнения lx для вариантов (а), (б), (в), (г). Далее по унифицированным ранее приведённым моделям рассчитываются площади Fi и объёмы Vi,j.
Разработан алгоритм и программа в среде MathCad, позволяющая решать обе задачи (рис. 3.19). Программа построена так, что унифицированные операции вычисления площадей, объёмов ссыпания и уровня заполнения ковша выполняются отдельными подпрограммами.
Предлагаемая методика даёт возможность определить реальную вместимость ковша и фактический объём груза, остающийся в ковше после очередного черпания в функции глубины внедрения.
В целях проверки функционирования математических моделей и логики построения программы выполнен тестовый пример по анализу ковша машины МПК-3 (Bк = 1,0 м; Lксс = 1,1 м; Lкс = 0,85 м; hст = 0,6 м; Sст = 0,5 м; к = 35о; с = 45о; с = 50о; Kсм = 1,4, крепость породы f = 7, 10, 13). Результаты моделирования приведены в таблицах 3.5 и 3.6. Глубина внедрения изменяется в пределах 0,3-1,0 м, что соответствует реальным значениям при погрузке различных пород.
Рис. 3.19. Алгоритм расчёта вместимости ковша Vк.max или Vк.max1 и объёма, оставшегося в ковше после очередного черпания Vк.з
(начало; окончание см. на с. 84)
Рис. 3.19. Окончание (начало см. на с. 86)
Таблица 3.5
Максимальная вместимость ковша
|
Обозначения |
Численные значения |
|
|
Bк.min, м |
2,366 >> Bк |
|
|
lx, м |
lx = lQ = 0,846 |
|
|
V1i, м3 |
V11 = 0,18; V12 = 0,119; V13 = V14 = 0 |
|
|
V2i, м3 |
V21 = 0,03; V22 = 0,228; V23 = V24 = 0 |
|
|
Vк.max |
0,758 |
|
|
Vк.max |
0,421 (по паспорту 0,6) |
|
|
п |
V / Vк.max = 0,44 |
Таблица 3.6
Фактический объём груза, остающийся в ковше
|
Sвн |
0,3 |
0,4 |
0,5 |
0,6 |
0,7 |
0,8 |
0,9 |
1,0 |
|
|
Fзач, м2 |
0,051 |
0,089 |
0,135 |
0,190 |
0,253 |
0,324 |
0,402 |
0,487 |
|
|
Vк.з, м3 |
0,071 |
0,125 |
0,189 |
0,266 |
0,354 |
0,454 |
0,563 |
0,682 |
|
|
lx, м |
0,112 |
0,187 |
0,272 |
0,365 |
0,464 |
0,508 |
0,673 |
0,781 |
|
|
V, м3 |
0 |
0,010 |
0,023 |
0,043 |
0,074 |
0,171 |
0,219 |
0,336 |
|
|
Vк.з, м3 |
0,071 |
0,115 |
0,166 |
0,223 |
0,280 |
0,323 |
0,344 |
0,346 |
|
|
п(Sвн) |
0 |
0,08 |
0,12 |
0,16 |
0,21 |
0,29 |
0,39 |
0,51 |
|
|
Sвн, м |
f = 7 |
f = 10 |
f = 13 |
||||||
|
0,82 |
0,69 |
0,60 |
|||||||
|
Vк.з, м3 |
0,33 |
0,27 |
0,22 |
Результаты моделирования показали следующее:
1) фактическая вместимость ковша значительно ниже паспортной, то есть в документации указаны завышенные данные по вместимости ковша;
2) коэффициент потерь груза при 100%-м заполнении ковша достигает 0,44; ссыпание происходит в основном через открытую сторону ковша;
3) высокий уровень потерь груза объясняется, прежде всего, недостаточной шириной ковша и, как следствие, малой высотой заполнения ковша;
4) реальное заполнение ковша при погрузке породы крепостью 7; 10; 13 единиц не превышает 0,33 м3, что составляет около половины паспортной вместимости; главная причина такого положения - в ошибочном выборе центра вращения ковша и невозможности использовать энерговооружённость механизма подъёма ковша.
В результате выполненных исследований на имитационных моделях и оценки их адекватности по экспериментальным данным получены следующие результаты.
1. Уточнены известные математические модели сопротивлений внедрению и зачерпыванию. Обобщены выражения сопротивлений внедрению и черпанию на ковше с одной боковой стенкой; впервые введено влияние высоты штабеля в функции глубины внедрения ковша. Получены универсальные соотношения, позволяющие моделировать сопротивления ковшей произвольной формы в широком диапазоне условий применения.
2. Рассмотрены методы расчёта глубины внедрения с учётом ограничений по напорному усилию, кинетической энергии системы и возможностям привода механизма подъёма. Обоснована возможность при моделировании использовать упрощённые методы динамического расчёта. Доказана адекватность математических моделей по данным исследований других авторов.
3. Теория процесса наполнения ковшей уточнена с учётом процесса ссыпания материала через боковые стенки. Показано, что неадекватное отражение в моделях процесса ссыпания ведёт к значительным ошибкам при определении вместимости ковша и реального объёма зачерпывания.
4. Подготовлена необходимая исходная информация в виде математических моделей и процедур для разработки инженерной методики выбора рациональных вариантов ППТМ в конкретных условиях эксплуатации.
4. ИМИТАЦИОННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ПОГРУЗКИ И ТРАНСПОРТА ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ КОВШОВЫХ ПОГРУЗОЧНЫХ МАШИН
4.1. Общее построение имитационной модели формирования потока случайных объёмов черпания
Ковшовые погрузочные машины находят широкое применение при погрузке крепких крупнокусковых пород [99]. Относятся к числу машин периодического действия, формирующих объём черпания (объём захвата) в результате последовательного поциклового чередования процессов внедрения, зачерпывания, наполнения (с учётом ссыпания) и перемещения машины и ковша вне штабеля. В качестве объёктов дальнейших исследований приняты машины групп 1ППН-5, МПК-3 и МПК-1000Т, имеющие в настоящее время наибольшее распространение и перспективу применения в обозримом будущем. В последние годы в мировой практике всё более широкое применение находят машины с боковой разгрузкой ковша и поворотной телескопной рукоятью. Однако эти машины обладают значительной конструктивной сложностью и высокой стоимостью, поэтому в отечественной практике имеют пока ограниченное применение и рассматриваются как перспективные.
Величина единичного захвата ковшом Vi зависит от множества факторов, которые можно разделить на условия погрузки и совокупность параметров машины, её приводов и погрузочного органа. Как показано выше, условия погрузки определяются свойствами штабеля, среди которых необходимо выделить свойства, имеющие стохастический характер, прежде всего, взаимодействующий с ковшом состав горной массы по крупности кусков. Влияние параметров машины проявляется, прежде всего, через её конструктивную схему, которая определяется типом напорного механизма и способом разгрузки ковша.
Отметим, что реализуемая в каждом цикле черпания глубина внедрения определяется не только напорными усилиями, включая динамическую составляющую, но и возможностями механизма зачерпывания. Поэтому при моделировании процесса погрузки необходимо учитывать ограничения, накладываемые силовыми и энергетическими возможностями двух основных механизмов.
Формирование объёма захвата в конечной стадии цикла черпания зависит от траектории движения передней кромки ковша, возможностей совмещения процессов внедрения и зачерпывания, а также, в не меньшей степени, от потерь груза при заполнении ковша. Процессам ссыпания материала через боковые стороны ковша не уделялось должного внимания в расчётах производительности. Вместе с тем, как показали производственные наблюдения и теоретические расчёты, потери от ссыпания могут составлять более 50 % геометрического объёма ковша.
Поток единичных черпаний Vi представляет собой последовательность случайных чисел. Но формирование производительности ковшовой машины - это не только объёмы черпаний, но и продолжительность циклов Tц.i, которые включают затраты времени на захват груза, перемещение машины (или погрузочного органа) к транспортному средству и обратно и разгрузку ковша. Величина Tц.i в общем случае также является случайной, так как расстояния перемещения машины или ковша зависят от положения штабеля после очередного цикла, а оно, в свою очередь, определяется объёмом черпания Vi.
Таким образом, чтобы сформировать на имитационной модели производительность ковшовой погрузочной машины за чистое время работы, необходимо рассмотреть в единстве процессы взаимодействия ковша со штабелем - внедрение, черпание, наполнение и перемещение машины (или погрузочного органа). Далее, в соответствии с общим алгоритмом (рис. 2.1), необходимо выполнять преобразование потока черпаний Vi(t) призабойным транспортным оборудованием. Для получения выходных характеристик ППТМ - производительности Q и удельной трудоёмкости за общее время погрузки на грузопоток накладываются затраты времени и трудозатраты вспомогательных операций.
Таким образом, поток единичных черпаний, формируемый ковшовой погрузочной машиной любого из рассматриваемых конструктивных типов, представляют собой случайные последовательности двух видов:
1) объём единичных черпаний Vкj, j (0, K), K - общее число черпаний для выгрузки штабеля объёмом Vho; очевидно, что ;
2) чистая продолжительность отдельных циклов черпания Tцj, j (0, K), очевидно, что = Tп, где Тп - продолжительность выгрузки штабеля.
В действительности случайные величины Vкj и Tцj взаимозависимы, то есть после каждого конкретного значения объёма черпаний Vкj следует определённая продолжительность цикла Tцj. Вместе с тем, моделирование процессов Vкj и Tцj можно проводить независимо друг от друга.
Зная и , можно вычислить среднюю производительность за чистое время погрузки Qч как отношение этих величин; Qч является, как ранее показано, одним из исходных данных, необходимых для расчёта критериальных показателей процесса погрузки. Для построения модели эксплуатационной производительности следует учесть потери времени на вспомогательные операции и ликвидацию отказов.
Вопросам определения объёмов черпания ковшом из штабеля посвящены исследования известных учёных - Г.В. Родионова, А.Д. Костылева, С.С. Музгина, П.А. Михирева, Г.Ш. Хазановича, О.П. Иванова, В.Г. Сильня, О.Д. Гагина, В.Д. Ерейского [34-65]. Разработаны методы расчёта, базирующиеся в основном на обобщении результатов экспериментальных исследований. Созданы базовые модели сопротивлений внедрению Wвн, моментов сопротивлений зачерпыванию Мз, наполнения ковша Vк, а также методы расчёта глубины внедрения Sвн в динамическом процессе.
Однако использование эмпирических зависимостей Wвн(S), Мз(S), Vк(S, Tp) не позволяет определить реальный объём единичного захвата ковшом по следующим причинам. Во-первых, не учитывается влияние случайных факторов, в частности, размер куска перед кромками ковша. Во-вторых, опытные зависимости не увязаны в единую систему расчётных моделей, содержащих последовательность действий и необходимых силовых и энергетических ограничений, определяемых параметрами погрузочной машины.
Таким образом, совокупность математических моделей для формирования объёма единичного захвата должна состоять из специальных соотношений и процедур:
1) построение зависимости сопротивлений внедрению ковша от глубины внедрения с учётом влияния технологических и конструктивных факторов - Wвн(S);
2) методика расчёта глубины внедрения ковша в штабель Sвн под действием напорного усилия, развиваемого ходовым механизмом или независимым механизмом напора с учётом динамики процесса внедрения;
3) построение зависимости максимального момента сопротивлений зачерпыванию в функции глубины внедрения Mз.mах(S) с учётом влияния технологических и конструктивных факторов;
4) методика расчёта допустимой глубины внедрения по фактору максимальных силовых возможностей механизма черпания Smах.з;
5) построение зависимости объёма единичного захвата ковшом в функции глубины внедрения при раздельной траектории движения передней кромки ковша Vк(S, Tp);
6) определение поциклового объёма единичного черпания Vкj для допустимой по возможностям механизмов напора и зачерпывания глубины внедрения с учётом реальной вместимости ковша и возможной потери груза из-за ссыпания.
Перечисленные зависимости и ограничения получены в главе 3.
При моделировании процесса формирования производительности ШПМ ковшового типа важно представлять тип и характеристику призабойного транспортного средства, технологию взаимодействия его с ШПМ в процессе погрузки, так как это определяет изменение продолжительности цикла черпания как случайного процесса, а также необходимые затраты на удлинение транспортной подсистемы или её передислокации.
В сочетании с ШПМ ковшового типа могут использоваться все известные призабойные транспортные средства [1, 5]: одиночные вагонетки или «мини-составы» в сочетании со средствами их обмена; перегружатели для загрузки малых составов с осевым или боковым расположением; конвейерные линии с наращиванием или телескопические; самоходные вагоны или конвейерные бункер-вагонетки. Конструкция ШПМ и крепость горной массы предопределяет варианты использования призабойного транспортного оборудования. В качестве объектов для разработки моделей и исследования поцикловой продолжительности единичного черпания могут быть приняты следующие варианты погрузочно-транспортных модулей (табл. 4.1).
Таблица 4.1
Варианты погрузочно-транспортных модулей, принятые к исследованию и моделированию
|
Погрузочная машина |
Призабойный проходческий транспорт |
Дополнительные операции |
|
|
1ППН-5 |
Одиночные вагонетки различной ёмкости в одно- или двухпутевой выработке шириной Вв Впогр. |
Обмен вагонеток при погрузке, формирование составов вагонеток, удлинение рельсового пути |
|
|
МПК-3 |
Неподвижный перегружатель с боковой загрузкой «мини-состава» из вагонеток различной ёмкости |
Обмен «мини-составов», передвижка перегружателя |
|
|
МПК-3 |
«Мини-составы» вагонеток различной ёмкости, с различным числом вагонеток «в мини-составе» |
Обмен «мини-составов» |
|
|
МПК-1000Т |
Передвижной проходческий перегружатель или взрывонавалочный перегружатель с передачей груза на конвейерную линию |
Передвижка проходческого перегружателя, увеличение конвейерной линии |
Поцикловая продолжительность единичного черпания Тцj представляет собой случайную величину, состоящую в общем случае из ряда слагаемых. Для каждого типа ШПМ в сочетании с видом призабойного транспорта необходимо построить график последовательных и совмещённых перемещений погрузочного органа и машин во времени, а также учесть нормативные технологические перерывы, обусловленные взаимодействием погрузочной машины с призабойным транспортом.
Основным фактором, влияющим на изменение продолжительности цикла Тцj, являются слагаемые продолжительности движения tдв и tдв, так как в процессе выгрузки штабеля длина перемещения машины изменяется.
Аналогичное влияние оказывает изменение во времени места разгрузки ковша (например, МПК-3 в сочетании с мини-составом). Для адекватного определения в модели формирования Тцj указанных факторов необходимо прогнозировать схему выгрузки штабеля и изменение его положения относительно места разгрузки ковша. Решение такой задачи требует геометрического описания форм штабеля после взрывных работ и её изменения после очередного черпания.
Итак, общая структура математической модели поцикловой продолжительности единичного черпания должна включать следующие процедуры:
- положение ППТМ перед началом погрузки, включая форму и размер штабеля, расположение погрузочной машины и оборудования призабойного транспорта;
- схему выгрузки штабеля и изменение его положения по мере реализации единичных черпаний Vкj; изменение величин tдв и tдв в процессе выгрузки штабеля и загрузки вагонеток;
- определение продолжительности элементов цикла черпания по кинематическим характеристикам погрузочной машины (линейные и угловые скорости, линейные и угловые перемещения машины и погрузочного органа);
- построение временного графика цикла черпания с учётом возможного совмещения операций и необходимых технологических пере-рывов.
4.2 Математические модели поцикловой продолжительности единичных черпаний
В соответствии с вышеобоснованной структурой модели продолжительности единичных черпаний Тцj должны быть рассмотрены варианты погрузочно-транспортных модулей, представленные в таблице 4.1. Для каждого из вариантов ППТМ необходимо выполнить процедуры, состав которых обоснован в п. 4.1.
Ниже для примера рассматривается подробно вариант ППТМ в составе погрузочной машины на колёсно-рельсовом ходу с шарнирной поворотной рукоятью и одиночных вагонеток, прицепленных к машине.
Возможна погрузка в одно- или двухпутевой выработке шириной Вв Впогр, где Вв - ширина выработки по почве, Впогр - ширина фронта погрузки ШПМ. Технологическая схема погрузочно-транспортного модуля (один из вариантов) приведена на рисунке 4.1, схема обмена вагонеток - на рисунке 4.2.
Представленная схема относится к числу широко применяемых при проведении двухпутевых выработок, обеспечивающих минимальные затраты времени на обмен гружёной вагонетки на порожнюю. Порядок функционирования ППТМ в период проходческого цикла - общеизвестен.
Рис. 4.1. Технологическая схема погрузочно-транспортного модуля ШПМ 1ППН-5 при погрузке в одиночные вагонетки (призабойная часть выработки):
1 - погрузочная машина; 2 - вагонетка под погрузкой;
3 - вагонетка, подготовленная к обмену; 4 - переносная врезная стрелка;
5 - маневровая лебёдка; 6 - проход для людей; 7 - маневровый локомотив
Рис. 4.2. Технологическая схема обмена вагонеток:
1 - погрузочная машина; 2 - вагонетка под загрузкой; 3 - порожняя часть состава;
4 - переносная врезная стрелка; 5 - маневровая лебёдка; 6 - гружёная часть состава;
7 - переносной съезд; 8 - электровоз маневровый (или тележка маневровая)
При формировании случайного потока черпаний Vкj и поцикловой продолжительности единичных черпаний Тцj в состав цикла входят следующие операции: цикл черпания - разгон машины, внедрение ковша в штабель, зачерпывание, подъём стрелы, разгрузка ковша, движение машины от штабеля, возвращение ковша в исходное состояние; цикл обмена вагонетки - прицепка, загрузка вагонетки, отцепка, перемещение гружёной вагонетки до стрелочного перевода маневровым локомотивом (с одновременным растягиванием каната маневровой лебёдки), прицепка к канату порожней вагонетки, подача вагонетки канатом к погрузочной машине, отцепка каната.
Каждая из перечисленных составляющих, по существу, является случайной величиной. Продолжительность концевых операций - прицепка, отцепка вагонетки - можно считать достаточно стабильными. Перемещение вагонетки к погрузочной машине и стрелочному переводу изменяется в связи с удлинением пути движения по мере выгрузки штабеля. Кроме того, в каждом проходческом цикле расстояние увеличивается на величину подвигания забоя за цикл. Определим элементы цикла, необходимые для решения задачи.
Минимальное расстояние Lp.min:
Lp.min = Lшт + Lм + Lэ + lм,
где Lшт - длина штабеля, м; Lм - длина машины с прицепленной вагонеткой, м; Lэ - длина электровоза или маневровой тележки, м; lм - необходимый запас для маневрирования, м (lм = 2,5-3 м).
Максимальное расстояние от стрелочного перевода до забоя определяется принятым шагом переноски стрелочного перевода и съезда Lпер. Величина Lпер определяет продолжительность обмена гружёной вагонетки на порожнюю: чем больше Lпер, тем больше времени затрачивается на перемещение гружёной и порожней вагонеток. Вместе с тем, с увеличением Lпер снижаются удельные затраты на перенос стрелки и съезда. Таким образом, определение рационального значения Lпер - это технико-экономи-ческая задача, выходящая за рамки настоящей работы. Как правило, принимают Lпер = 50-70 м. Тогда длина откатки составит: при минимальном расстоянии Lp.min погрузка у начала штабеля Lотк.1 = lм; то же при погрузке у забоя Lотк.2 = lм + Lшт; при максимальном расстоянии Lp.max погрузка у начала штабеля Lотк.3 = lм + Lпер, то же при погрузке у забоя:
Lотк.4 = lм + Lшт +Lпер.
Следовательно, продолжительность циклов черпаний Тцj изменяется в широких пределах как внутри конкретного цикла, так и между ними. Если принять, что продолжительность концевых операций tк по обмену вагонетки - прицепка, отцепка, прохождение стрелочного перевода в каждом процессе обмена вагонетки - величина примерно постоянная, то общая продолжительность составит tобм = tк + tдв.гр + tдв.пор, где tдв.гр, tдв.пор - длительность движения гружёной, порожней вагонетки в процессе обмена. Полагая получим общую продолжительность несовмещённых операций обмена, отнесённых к одной вагонетке:
tобм = tк + Lотк [(1/ср.гр) + (1/ср.пор)],
где ср.гр, ср.пор - средняя скорость перемещения вагонетки в призабойной зоне - гружёной, порожней.
Моделирование процесса показывает, что производительность рассматриваемого ППТМ изменяется в широких пределах и зависит не только от объёма единичного черпания Vкj, чистой продолжительности цикла черпания Тцj, но и в значительной мере от длительности обменных операций.
Таким образом, для построения имитационной модели поциклового формирования производительности ППТМ необходимо рассмотреть процессы: единичные черпания в соответствии с рациональной схемой выгрузки штабеля (объёма Vкj и длины Lшт); загрузку каждой вагонетки случайными объёмами Vкj до выполнения условия , где - допустимое относительное расхождение фактического и нормативного заполнения вагонетки; обмен гружёной вагонетки на порожнюю при изменяющемся расстоянии откатки Lотк по мере выгрузки штабеля, подвигания забоя и переноса разминовки и съезда. Окончание выгрузки штабеля соответствует выполнению условия , где - допустимая относительная ошибка.
Аналогичным образом могут быть рассмотрены и другие технологические схемы ППТМ. Подробное изложение программы расчёта Тцj с учётом случайного изменения объёма черпания Vкj и профиля штабеля приведена в «Инженерной методике…», п. 5.2.
4.3. Исследование и оценка предельных возможностей проходческого специализированного перегружателя
В связи с разработкой перспективных конструкций специализированных проходческих перегружателей, в частности с клиновым тягово-транспортирующим органом (ТТО), исследуется пропускная способность этих транспортных машин при стохастическом характере формирования входного грузопотока.
Для конвейеров-перегружателей с клиновым ТТО реализуется порционный принцип транспортирования. В результате комплексных исследований конвейеров с клиновыми ТТО [78-82] разработаны детерминированные математические модели, описывающие рабочий процесс. К параметрам конвейера относятся величины, представленные на рисунке 4.3.
Основные закономерности рабочего процесса сводятся к следующему [81]:
- эквивалентная высота клиньев
; (4.1)
- коэффициенты проникающей способности клиньев
К2 = 1 - 0,1(tgп / tgм), К4 = 1 - 0,187(tgн / tgм), (4.2)
- формирование грузопотока подчиняется рекуррентному соотношению после окончания i-го цикла работы ТТО:
Vi,j = V(i-1),j + Vвых.i, (j-1) + VШПМ.i, j - Vвых.i, j, (4.3)
где dср - средний размер куска материала, находящегося в данной ячейке;
Vi,j - объём материала, сформированный в j-й ячейке после i-го цикла работы подвижного клина;
V(i-1),j - то же, оставшийся в j-й ячейке после окончания (i-1)-го цикла;
Vвых.i, (j-1), Vвых.i, j - объёмы, образующиеся на выходе (j-1)-й и j-й ячейке после i-го цикла работы клинового ТТО; (VШПМ.)i, j - поступление извне в j-ю ячейку в i-м цикле.
Рис. 4.3. Схема конвейера с клиновым ТТО:
hп, hн - высота стенки клиньев; н, п - углы заострения клиньев;
м - угол трения материала о поверхность клиньев; Bкл - ширина желоба (в свету);
- свободный ход подвижного клина; Dц - диаметр поршня приводных гидроцилиндров; Qнп - расход насоса маслостанции, м3/с.
По этим данным можно определить: длину ячейки lя = + hп/tgп + hн/tgн; продолжительность цикла Tц = / 2Qнп
Задача моделирования процесса развития поциклового грузопотока сводится к следующему. К началу процесса моделирования порционного грузопотока известны объёмы V(i-1),j и VШПМ.j. Нужно найти объём в j-й ячейке Vi,j, для чего необходимо определить объёмы на выходе из ячеек j-1 и j в i-м цикле проталкивания. Согласно экспериментальным данным:
, (4.4)
где j = 0, 1, 2, …, JJ, JJ - число ячеек в конвейере; Vэкв.п - эквивалентный объем груза в ячейке. Этот объём не зависит от номера ячейки и определяется как некоторая базовая величина:
. (4.5)
Средний размер куска транспортируемого материала, находящегося в данной j-й ячейке dср, в детерминированном варианте моделирования не зависит от номера ячейки и величины объёма груза в ней, то есть dср = const. Поэтому в формулах для расчёта величине dср индексы не присваиваются.
При формировании dср как случайной величины этот показатель должен иметь индексы j - номер ячейки, i-1 - номер цикла, после которого сформировался dср. Таким образом, для стохастического процесса приведённые ранее формулы имеют вид:
; (4.6)
; (4.7)
, (4.8)
где dсрi-1,j - средний размер куска, сформировавшийся в j-й ячейке после (i-1)-го цикла;
, (4.9)
где K1,i,j - коэффициент влияния высоты слоя материала на выходе из j-й ячейки в i-м цикле:
, (4.10)
где A1 = 4,3 - коэффициент, характеризующий предельную высоту слоя материала; а1 - параметр экспоненты, а1 = 0,38; Hсл,i-1,j - высота слоя материала, находящегося в j-й ячейке после (i-1)-го цикла;
; (4.11)
, (4.12)
где а3 - параметр экспоненты, характеризующей работу неподвижного клина, а3 = 0,12; K - коэффициент влияния угла наклона перегружателя:
, C - параметр, C = 0,7.
Ниже показано более детальное формирование среднего случайного размера куска в каждом из выделенных объёмов Vi,j и Vвых.i, j на основе результатов имитационного моделирования dср в малом объёме (п. 2.4).
Оценка пропускной способности проходческого клинового перегружателя при случайном порционном поступлении груза на вход может быть произведена на основе следующих положений. Пусть в ячейку перегружателя j = 0 поступает случайный порционный грузопоток VШПМ.i, j = 0; i = 0; 1; 2;…; I; VШПМ.0,0; VШПМ.1,0; …; VШПМ.I,0 . Каждая порция VШПМ.i,0 имеет случайный размер куска. Из этих поступлений формируется грузопоток клинового перегружателя по известному рекуррентному соотношению (4.3).
В соответствии с этим соотношением происходит при смешивании объёмов образование среднего случайного размера куска dср.i,j с учётом последовательной передачи груза от одной ячейки к другой и пополнения объёма извне от VШПМ.i,j. Если в j-й ячейке остаточный объём груза после (i-1)-го цикла равен i -1, j то во всём объёме j-й ячейки смешивается груз, средний случайный размер куска в котором равен dср.i -1,j. При этом, когда совершается i-й цикл работы ТТО и из ячейки j формируется выходной объём Vвых.i, j , все параметры процесса должны определяться для dср.i -1, j.
Отделившийся объём Vвых.i,j < Vi -1,j; этот полный локальный объём имеет средний кусок dвых.i, j, который должен генерироваться как из штабеля со средним куском dср.i -1,j, по нормальному закону с вых.i, j, определяемой по графику K = f(V) - п. 2.4.
Итак, получим dвых.i,j с объёмом Vвых.i,j. Этот объём Vвых.i,j попадает в ячейку j+1, в которой был остаточный объём Vi, j+1 со средним куском dср.i, j+1.
В ячейке (j+1) образуется объём Vi, j+1 = Vi-1, j+1 + Vвых.i, j - Vвых.i, j+1. Каждая составляющая имеет свой средний размер куска. Тогда средний случайный размер куска в остаточном объёме Vi, j+1 составит
. (4.13).
Следовательно, в дополнение к описанному выше детерминированному подходу должны быть реализованы три правила:
1) выходной объём Vвых.i,j формируется со средним размером куска остаточного объёма в ячейке после (i-1)-го цикла, то есть из объёма Vi-1,j со средним куском dср.i -1, j;
2) определившийся выходной объём Vвых.i,j имеет свой случайный размер куска, который генерируется по нормальному закону из «штабеля» с математическим ожиданием dср.i-1,j и среднеквадратическим отклонением Vвых.i,j;
3) в ячейке (j+1) создаётся остаточный объём Vi, j+1 по объёму рекуррентного соотношения; для него dср.i, j+1 определяется как средневзвешенный. На базе этих рассуждений и общей теории клинового ТТО разработаны алгоритм (рис. 4.4) и имитационная модель. Программа расчёта, составленная в среде Mathcad, представлена в приложении 2.
Рис. 4.4. Алгоритм расчёта случайного грузопотока
клинового перегружателя, работающего в составе ППТМ
с погрузочной машиной типа ПНБ
(начало; продолжение и окончание см. на с. 99 и 100)
Рис. 4.4. Продолжение (начало см. на с. 98, окончание - на с. 100)
Рис. 4.4. Окончание (начало см. на с. 98)
В отличие от детерминированной схемы на вход клинового ТТО подаётся случайный объём груза от погрузочной машины типа ПНБ - VШПМ.i,j, каждая порция которого имеет случайный средний размер куска dШПМ.i,j. Генерирование случайных значений VШПМ и dШПМ может выполняться либо при моделировании работы погрузочной машины в соответствии с математическими и имитационными моделями, приведёнными выше (п. 2.4), либо прямым способом - генератором случайных чисел по нормальному закону с известными числовыми характеристиками - Vср.ШПМ; Vср и dср; dср. Последний вариант предпочтителен при оценке предельных возможностей клинового конвейера в различных режимах подачи на него груза.
В таблицах 4.2 и 4.3 приводятся данные имитационного моделирования для условий: погрузочная машина 2ПНБ-2, штабель F4(d), dср = 0,2 м.
Таблица 4.2 Результаты моделирования пропускной способности клинового перегружателя Vср.ШПМ = VПНБ2 = 0,231 м3/цикл
|
, м3 |
Номера ячеек, j |
|||||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
|||
|
Номера циклов работы ТТО, i |
0 |
|||||
|
1 |
||||||
|
2 |
||||||
|
3 |
||||||
|
4 |
||||||
|
5 |
||||||
|
6 |
||||||
|
7 |
||||||
|
8 |
||||||
|
9 |
Таблица 4.3
Результаты моделирования пропускной способности клинового перегружателя Vср.ШПМ = VПНБ2 = 0,335 м3/цикл
|
, м3 |
Номера ячеек, j |
|||||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
|||
|
Номера циклов работы ТТО, i |
0 |
|||||
|
1 |
||||||
|
2 |
||||||
|
3 |
||||||
|
4 |
||||||
|
5 |
||||||
|
6 |
||||||
|
7 |
||||||
|
8 |
||||||
|
9 |
Средний объём груза, поступающий в ячейку j = 0, соответствует номинальной производительности машины 2ПНБ-2 (Vср.ШПМ = 0,223 м3) - qср = 2,5 м3/мин и повышенной в 1,5 раза производительности - qср = 3,75 м3/мин (Vср.ШПМ = 0,335 м3/цикл ТТО). Образец одной из реализаций процесса моделирования работы перегружателя при случайном характере поступающего грузопотока показан на рисунке 4.5.
На рисунке 4.6 приведена графическая интерпретация процесса формирования производительности перегружателя на выходе последней ячейки. Рассмотрим 4 варианта перегружателей:
1 - JJ = 4, Lo = 6 м; 2 - JJ =8, Lo =12 м;
3 - JJ = 12, Lo = 18 м; 4 - JJ = 16, Lo = 24 м.
|
Формирование объёма груза на выходе |
Формирование высоты слоя на выходе |
Изменение объёма груза и высоты слоя в ячейках по номерам циклов ТТО
Изменение случайного среднего размера кусков на выходе
Рис. 4.5. Результаты моделирования рабочего процесса клинового ТТО
в среде Mathcad
Рис. 4.6. Формирование грузопотока клиновым ТТО при погрузке
() и манёврах ()
На рисунке 4.7 проиллюстрировано соотношение объёмов горной массы, поступивших на вход перегружателя (линия VШПМ), и выгруженных через последнюю ячейку для тех же четырёх вариантов ТТО.
Как видно из таблиц 4.2 и 4.3 и графиков, во всех вариантах пропускная способность ТТО соответствует производительности на входе. Ограничивающим фактором является максимальная высота слоя транспортируемого груза: VШПМ = 0,231 м3/цикл (q = 2,58 м3/мин) Hсл.max = 0,37 м; при VШПМ = 0,335 м3/цикл (q = 3,75 м3/мин) Hсл.max = 0,46 м.
Рис. 4.7. Зависимость объёмов, выгруженных ТТО через последнюю ячейку, от номера цикла ТТО; VШПМ - накопленный объём груза
При увеличении длины перегружателя растёт время запаздывания выхода материала через конечную ячейку. Однако это обстоятельство не снижает качества функционирования перегружателя, так как значительная доля объёма груза транспортируется к выходу в период паузы в подаче груза на перегружатель.
Функционирование перегружателя при случайном изменении размера куска представлено в приложении 2. Моделирование рабочего процесса выполнено для оценки влияния следующих факторов: число ячеек перегружателя JJ = 4; 8; 12; 16; входной грузопоток ШПМ (Mвх) = 0,231; 0,335 м3/цикл; входной грузопоток ШПМ (Mвх) = 0,231; 0,335 м3/цикл; коэффициент вариации входного грузопотока =0,2; 0,3; 0,4; средний размер куска в штабеле dср(MDср) = 0,2; 0,3; 0,4 м; количество циклов ТТО, в течение которых на вход подаётся груз К = II; К = II/3.
Подобные документы
Анализ транспортных систем с помощью математического моделирования. Локальные характеристики автотранспортных потоков. Моделирование транспортного потока в окрестности сужения улично-дорожной сети. Стохастическое перемешивание при подходе к узкому месту.
практическая работа [1010,5 K], добавлен 08.12.2012Сущность понятия "модель". Моделирование как метод научного познания, особенность. Элементы процесса моделирования. Моделирование работы ДВС на основе влияния размеров камер сгорания. Основные характеристики двигателей. Анализ форм камер сгорания.
реферат [183,8 K], добавлен 12.04.2010Плавность хода как один из основных эксплуатационно-технических показателей транспортных средств. Знакомство с особенностями и этапами моделирования плавности хода трактора Т-150К. Рассмотрение способов определения максимальных значений ходов подвески.
курсовая работа [1,9 M], добавлен 16.12.2015Система автоведения поездов (САВП) для автоматизации процесса управления их движением. Выбор структурной схемы, распределение функций между уровнями. Основные законы управления регуляторов времени хода. Управление с помощью имитационного моделирования.
курсовая работа [1,6 M], добавлен 16.01.2014Обзор тепловозных дизелей и существующих методов их совершенствования. Обоснование выбора прототипа. Расчет процесса сгорания, эффективных показателей двигателя. Технология создания компьютерных обучающих программ с применением трехмерного моделирования.
дипломная работа [1,0 M], добавлен 18.11.2013Характеристика, сферы применения железнодорожного, автомобильного и водяного транспорта. Моделирование возможных каналов распределения и расчет их основных параметров. Установление транспортных логистических цепей, удовлетворяющих критериям предпочтения.
курсовая работа [155,4 K], добавлен 24.04.2013Размещение оборудования в основных и вспомогательных цехах предприятия. Средства механизации погрузочно-разгрузочных и подъёмно-транспортных работ. Определение требуемого количества транспорта. Расчет тягового усилия тележки. Выбор транспортных средств.
дипломная работа [2,7 M], добавлен 08.03.2015Обеспечение безопасности движения судов. Описании бокового движения, полусвязанная и связанная системы координат. Синтез системы робастной стабилизации путевого угла судов на воздушной подушке. Система имитационного моделирования бокового движения.
реферат [1,2 M], добавлен 22.02.2012Виды производительности транспортных машин. Общее сопротивление движению самоходной машины. Силы тяги, сопротивления и натяжения при движении замкнутого гибкого тягового органа. Мощность двигателя привода. Сила тяги и сопротивления при перемещении грузов.
контрольная работа [1,3 M], добавлен 25.07.2013Сравнение технико-эксплуатационных характеристик используемых коммивояжером видов транспорта. Расчет и сравнение времени следования коммивояжера при использовании железнодорожного и автомобильного транспорта. Расчет материальных затрат коммивояжера.
курсовая работа [60,9 K], добавлен 23.12.2013
