CC BY
14
Рассматриваемый процесс M, - это генерируемая последовательность импульсов at при условии, что М, зависит от M,_i. Предполагается, что с помощью линейного фильтра щ(б), можно трансформировать ряд at в процесс М', т.е.:
м',= L + а, + Vi(a,-i) + Уг(а-г) +... = L + щ(Б)а,, где L - параметр, определяющий волатильность процесса, который связан с резким его изменением в силу прочих обстоятельств, не рассматриваемых в модели; щ(В) = 1 + щ1В + щ2В2 +... - линейный
оператор, преобразующий at в M' ; B - оператор сдвига,
ВтМ' =М'г_т. На рис. 6 представлено прогнозное C(t) и реальное
значение ЕСВ на рассматриваемом промежутке устойчивого поведения.
Необходимо учитывать, что прогноз является достоверным при отсутствии факторов, которые вызывают резкие изменения цен ЕСВ, например, решения стран выйти из Киотского протокола, появление альянсов или картелей, демпингующих цены на углеродном рынке и т.д. Предложенный подход позволяет получать достоверные прогнозные оценки цен в зависимости от обобщенных тенденций, в топливно-энергетическом комплексе.
- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Тайлаков В.О. Формирование оптимального портфеля проектов совместного осуществления угледобывающих компаний / О.В. Тайлаков, Д.В. Исламов, Д.Н. Застрелов, В.О. Тайлаков // Горный Информационно-аналитический бюллетень. Тематическое приложение Метан 2006. - Москва: МГГУ, 2006, - с. 50-54.
2. Тайлаков В.О. Модели оценки возможной прибыли инвестора и условия реализации инвестиционных проектов в угольной промышленности / Д.В. Исламов, Д.Н. Застрелов, В.О. Тайлаков // Горный Информационно-аналитический бюллетень. Тематическое приложение Метан 2006. - Москва: МГГУ, 2006. - с. 4349.
3. Логов А.Б., Замараев Р.Ю., Логов А.А. Анализ функционирования промышленных объектов в фазовом пространстве. Институт угля и углехимии СО РАН, Кемерово: 2004, 168 с. ЕШ
— Коротко об авторах -
Логов А.Б. - д-р техн. наук, проф., Тайлаков В.О. - канд. техн. наук, Институт угля и углехимии СО РАН. --© В.В. Москвичев, С.В. Доронин,
62
2008
УДК 622.232.8
В.В. Москвичев, С.В. Доронин
НОВЫЕ ПОДХОДЫ К ПРОЕКТНЫМ РАСЧЕТАМ В ГОРНОМ МАШИНОСТРОЕНИИ
Эффективность добычи полезных ископаемых непосредственным образом связана с надежностью технологического оборудования, горнодобывающей и транспортной техники. В настоящее время для обеспечения надежности и работоспособности этой техники требуется проведение исследований свойств и особенностей машин и оборудования, ранее не учитывавшихся при их проектировании и эксплуатации. Традиционная концепция оценки и использования показателей надежности машин не позволила обеспечить требуемые высокие уровни безотказности и безаварийности оборудования. В первую очередь это связано с общепринятыми положениями о сплошности и бездефектности конструкционных материалов и недопустимости работы с эксплуатационными повреждениями (рис. 1).
Одним из путей решения этой проблемы является учет и использование понятия живучести машин при их проекти-ровании и эксплуатации. Физической основой живучести как свойства объекта сохранять свою работоспособность при наличии повреждений и частичных разрушений является наличие достаточно длительного периода безопасного развития эксплуатационных повреждений до наступления предельного состояния. В настоящее время постепенный отход от концепции недопустимости дефектов и повреждений становится общепринятым и требует развития новых подходов к проектным расчетам.
Постановка задач, связанных с оценкой живучести технических систем (ТС), реализуется на различных этапах создания и эксплуатации ТС путем проведения: 1) дополнительных исследований на стадии проектирования; 2) поиска оптимальных решений при конструировании; 3) исследований напряженно-деформированного состояния (НДС).
63
Рис. 1. Традиционная концепция оценки и использования показателей надежности
1. Основными задачами исследований на стадии проектирования являются:
• комплексное моделирование аварийных ситуаций конструкций, включающее как исследование внешних причин и условий аварий и катастроф, так и протекающих в ТС внутренних силовых, деформационных, энергетических процессов;
• исследование технологической и эксплуатационной дефектности конструкций, включая вероятностное моделирование процессов формирования технологической дефектности, выявление физических закономерностей случайного характера рассеяния размеров и расположения дефектов, статистический анализ данных неразрушающего контроля.
2. Новые задачи конструирования направлены на повышение отказоустойчивости и живучести и предполагают:
• исследование живучести типовых конструктивных форм, разработку узлов, обладающих повышенной живучестью;
• разработку комплекса технических устройств, приборов, аппаратуры, повышающих безопасность эксплуатации конструкций и их живучесть в условиях аварийных ситуаций.
3. Новые задачи исследований напряженно-деформированного состояния заключаются в общем анализе НДС (в номинальных условиях нагружения; при нарушениях правил технической эксплуатации с учетом возникновения дополнительных силовых воздействий и существенного изменения условий опира-ния и сопротивления среды; в условиях аварийных ситуаций при изменении геометрии конструкций и разрушении отдельных несущих элементов); исследованиях локального НДС в области технологических дефектов и эксплуатационных трещин; получении вероятностных оценок характеристик НДС.
В рамках задач первой группы получены следующие основные результаты.
Разработана методология моделирования аварийных ситуаций, включающая в себя сценарную диаграмму, позволяющую формализовать все этапы формирования и протекании аварии в их взаимосвязи (рис. 2, а), методику многовариантного моделирования структуры повреждаемой конструкции (рис. 2, б) и прогнозирования сценария развития аварийной ситуации.
65
2_3
к
Возникновение (Г) критического предельного состояния
а
б
Рис. 2. Моделирование аварийных ситуаций: а - сценарная диаграмма; б -структурная модель разрушения
Накоплен значительный объем статистических данных нераз-рушающего контроля и технической диагностики несущих конструкций, позволивший построить вероятностные модели геометрических параметров, характеризующих местоположение, форму, размеры дефектов, что является информационной базой для исследования живучести конструкций с реальным уровнем дефектности.
При решении задач в области конструирования основные результаты получены в следующих направлениях.
1. Выполнен расчетно-экспериментальный анализ живучести ряда конструкций горнодобывающего и транспортного оборудования: металлоконструкций надстройки, рабочего оборудования, опорных рам и деталей карьерных и шагающих экскаваторов, бурового оборудования, барабанов ленточных конвейеров, трубчато-балочных мостовых перегружателей, большегрузных автосамосвалов, а также подъемно-транспорт-ных машин и металлургического оборудования.
2. Разработана и реализована методика расчетного обоснования параметров технических средств повышения живучести несущих конструкций.
66
Таблица 1
Показатели живучести
Условия Система
конструк- деталь, элемент конст- конструкция; струк-
ционный рукции; конструктивная тура; много-
материал форма элементная система
Номиналь-
ный режим
нагружения. Комплекс
Штатные ус- физико-
ловия экс- механиче- Показа- Сис-
плуатации ских харак- тели ин- темные
Аварийная теристик тенсив- запасы
ситуация. конструк- ности де- проч-
Иницииро- ционного Компенса- градации ности Компен-
вание аварии материала ционные сационные
Аварийные, показатели показатели
катастрофи-
ческие раз-
рушения
В качестве простейших технических средств рассматриваются дополнительные предохранительные защитные элементы, срабатывающие (разрушающиеся) при перегрузках и опасности повреждения основных элементов несущей конструкции.
Указанные результаты получены на базе многолетних систематических исследований напряженно-деформированного состояния конструкций различного назначения и, в свою очередь, являются основой внедрения расчетов живучести в инженерное проектирование горнодобывающего и транспортного оборудования.
Предложены три группы количественных показателей живучести, формулируемые для различных условий, режимов эксплуатации и различных иерархических уровней несущей конструкции (табл. 1). Этими показателями являются системные запасы прочности, компенсационные показатели и показатели интенсивности деградации. Они являются общими и могут использоваться для конструкций любого типа. Вместе с тем, для отдельных конструкций в некоторых случаях необходима формулировка специальных показателей живучести, учитывающих специфику конструктивных форм и условий их эксплуатации.
67
Таблица 2
Запасы прочности надстройки при разрушении отдельных элементов
Обрыв стержня Коэффициенты запаса в стержнях надстройки
1 2 3 4 5 6 7 8
1 0 >10 >10 >10 >10 >10 >10 >10
2 >10 0 >10 >10 >10 >10 >10 >10
3 >10 >10 0 >10 >10 >10 >10 >10
4 1,7 1,7 1,7 0 1,7 1,7 1,7 1,7
5 1,45 1,45 1,45 1,45 0 1,45 1,45 1,45
6 >10 >10 >10 >10 >10 0 >10 >10
7 2,76 2,76 2,76 2,76 1,9 6,15 0 >10
8 >10 >10 >10 >10 6,15 >10 >10 0
Например, для конструкции стержневого типа - надстройки шагающего экскаватора (рис. 3) - наиболее информативным показателем живучести является минимальный запас прочности при разрушении отдельных элементов. Если при поочередном разрушении всех элементов запас прочности превышает единицу (табл. 2), живучесть конструкции обеспечена.
68
Рис. 4. Модели рам автосамосвалов БелАЗ: а - 7549; б - 7420; в - 75191; г -7548а
Сравнительный анализ живучести конструктивных форм направлен на поиск наиболее устойчивого к повреждениям варианта конструкции. Применительно к рамам карьерных автосамосвалов сформулирован ряд дополнительных специальных показателей, учитывающих специфику условий эксплуатации этих конструкций:
- усталостная долговечность при загрузке автосамосвала экскаватором;
- усталостная долговечность при движении автосамосвала по дорогам с определенным микропрофилем;
- усталостная долговечность рамы автосамосвала как элемента экскаваторно-автомобильного комплекса;
- число циклов до разрушения рамы с дефектами при движении автосамосвала по дорогам с определенным микропрофилем;
- чувствительность НДС рамы к наличию дефекта.
Это позволило сравнить живучесть различных модификаций рам (рис. 4) при загрузке автосамосвала экскаватором, при движе-
69
нии автосамосвала по карьерным автодорогам с учетом их фактического экспериментально измеренного микропрофиля, чувствительность рам к наличию дефектов и число циклов до разрушения при наличии эксплуатационной трещины. В конечном итоге было выполнено ранжирование рам по степени живучести.
Применительно к нижним рамам карьерных экскаваторов живучесть рассматривается в аварийной ситуации блокирования ковша непреодолимым препятствием и резкого увеличения нагрузок. В этом случае в качестве компенсационных показателей живучести рассматривается интенсивность роста ряда силовых, деформационных и энергетических параметров относительно своего номинального значения.
Полученные результаты открывают новые возможности для анализа поведения конструкций при выполнении проектных расчетов. Они сводятся к рассмотрению при проектировании конструкций нескольких альтернативных вариантов, анализу эффективности конструкторских решений в условиях возможных перегрузок, связанных с усложнением горно-техни-ческих условий, нарушениями технологии, организации горных работ, ошибками персонала и другими причинами.
Реализацию предполагаемых подходов при создании горнодобывающей техники и комплексное использование получаемых результатов обеспечивают снижение простоев оборудования, затрат на восстановление работоспособного состояния, снижение потерь объемов добычи полезного ископаемого, исключение тяжелых аварий и крупных разрушений вследствие проектного анализа сценариев аварийных ситуаций, повышение надежности и отказоустойчивости оборудования как результат проектирования конструкций высокой живучести, продление остаточного ресурса за счет эксплуатации в течение периода безопасного развития дефектов и повреждений, рационализацию процедур технического диагностирования и ремонта путем получения прогнозных оценок показателей живучести .ЕШ
— Коротко об авторах -
Москвичев В.В., Доронин С.В. - Красноярский научный центр СО РАН.
70
