Анализ работы погрузочных и разгрузочных комплексов в горной промышленности Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

УДК 622.23.05

И.В. Воскресенский

АНАЛИЗ РАБОТЫ ПОГРУЗОЧНЫХ И РАЗГРУЗОЧНЫХ КОМПЛЕКСОВ В ГОРНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

Современный период развития техники характеризуется разработкой и внедрением сложных технических систем и комплексов.

Под сложностью обычно понимается сложенность системы из отдельных элементов и процесс их взаимодействия. Взаимодействие элементов и их свойства изменяются во времени. Сложность системы определяется не столько количеством элементов, сколько количеством связей между самими элементами, между системой и средой.

Сложные динамические системы являются существенно нелинейными системами, математическое описание которых на современном этапе не всегда возможно.

В процессе эксплуатации возникает потребность в периодическом обслуживании, цель которого сохранить способность системы выполнять свои функции. На основании информации о поведении системы организуется управление её состоянием, с учетом результатов которого корректируется последующее управление системой.

В предлагаемой работе анализируется поведение сложных систем, к которым относятся погрузочно-разгрузочные комплексы в горной промышленности, и их элементов. На практике реализация полученных результатов приведет к анализу и синтезу структуры комплекса с позиций системного подхода.

Основная задача анализа эксплуатации погрузочно-разгрузочных комплексов состоит в научном прогнозировании его состояний и выработке с помощью специальных моделей и математических методов рекомендаций по организации их эксплуатации. На рис. 1 и 2 представлены обобщенные схемы погрузочных и разгрузочных комплексов, применяемых в горной и горно-перерабатывающей промышленности.

На основании структурного анализа комплексов погрузки и разгрузки и их содержательного описания разработаны параметрические модели в соответствии с целями формирования и функционирования комплекса. Поведение системы характеризуется показателями: числом и последовательностью технологических операций в системе; структурой системы; техническими параметрами элементов системы, как материальных объектов.

Основные параметры комплекса: Qг, и Qc - годовой и суточный грузопоток по прибытию; млн.тонн; М интервал поступления подвижного состава в систему; Хм - интенсивность поступление маршрутов или автомобилей под выгрузку (погрузку); Рзп -вероятность занятости путей и маневровых площадок на фронте выгрузки (аналогичные параметры характеризуют параметры фронтов погрузки); Ъ/р - время, необходимое для работы с вагонами или автомобилями до

Рис. 1. Общая структура комплекса по погрузке массовых грузов

подачи на грузовой фронт; Ропп - вероятность отсутствия подвижного состава для погрузки или разгрузки; {выфОГ) - время выгрузки ( погрузки) подвижного состава на грузовом фронте; Рзгр - вероятность занятости грузового фронта подвижным составом; ЕОс - ёмкость оперативного склада; ЕО - ёмкость основного склада; Рзс

- вероятность того, что склад заполнен; ХскО и Хск - интенсивность поступления грузов на оперативный и основной склады с производства и грузового фронта; М - число каналов обслуживания подвижного состава; /

- число технологических операций с грузом и подвижным составом в системе; пО и щ - число различных типов машин, механизмов и устройств в системе и на каждой технологической операции; 2^ - часовая техническая производительность машин и механизмов; Тп - обобщенная надежность машин, механизмов и устройств в системе; Квр - режим использования комплекса по времени.

Процессы грузопереработки в комплексах являются стохастическим как в части поступления (отправления) грузов, так и в части обслуживания

Рис. 2. Общая структура комплекса по выгрузке массовых грузов

автомобилей и вагонов в системе. Поэтому для исследования процессов, протекающих в них, применимы методы исследования операций, в частности: теория вероятности и математической статистики, теория массо-

вого обслуживания, теория надежности, имитационное моделирование.

Для исследования работы комплексов применена теория надежности. При расчете структуры системы методами теории надежности необходимо

учитывать ее особенности. Одна из главных особенностей системы - территориальная разобщенность и техническая автономность устройств, машин и механизмов, составляющих систему.

Все отказы системы, т.е. причины остановки процесса погрузки или разгрузки, по природе возникновения могут быть техническими или технологическими. Технологические отказы - это остановка производительного процесса, связанная с выполнением в системе вспомогательных функций по погрузке-выгрузке грузов.

Модель комплексов для целей расчета надежности представляется в виде блок-схемы. Блок-схема системы показывает схематически обозначенную взаимосвязь между отдельными устройствами и механизмами системы, выполняющими определенные технологические операции процесса.

Модель комплекса разрабатывается на стадии формализации задачи и должна обладать следующими свойствами: независимостью результатов решения от конкретного физического истолкования смысла элементов этой модели, содержательностью, дедуктивностью.

Важным для теории надежности является случай, когда:

F(t) = 1 - e~M; f(t) = A- e q(t) = ц •e

-X.

G() = 1 - e

-U •

(1)

где X - интенсивность отказов; д интенсивность восстановления. Принимая надёжность комплекса

X

ц

■ + ■

X + ц X + ц

e

(2)

а вероятность

(3)

Р( + т) = e ~л(+Т = e ~Лт р()

получаем вероятность безотказной работы на заданном участке (, t + т):

P(t + т) =

ц

+ ■

X

-

(4)

Величины X и ц для стационарного процесса при t вычисля-

ются по формулам:

X = = const; ц = — = const. (5)

Тср Т в

Величины ТСр и тв для элементов

системы определяются в результате математической обработки хроно-метражных наблюдений.

Надежность Яго последовательных

(основных) систем оценивается по зависимости:

(6)

i=1

При простейшем потоке отказов:

-^т! +Xd)t j-.—(X т2 + Xo2 )-t

• e

• • •

exp

- t| т + С

(7)

Надежность Ягр резервированных

подсистем зависит от количества резервирующих элементов (при Тс! < 1):

Кг. =

1 -П (1 - e-X ')

1 _

min[l,(m + 1) • e-Xcit ]

(8)

Общей формулы для расчета показателей надежности комбинированной структуры нет, так как конфигурация структур модулей может быть самой разнообразной. Комплексы, имеющие комбинированные структуры, могут быть приведены к основным после первого этапа деления на простые (основные) подсистемы.

-XT

e

-(X тп + Xcn И

1

1

X

к ■ Р

0,10 -

Рис. 3. Плотность распределения времени безотказной работы(А) и восстановления работоспособности (Б)

0,08 -

0,06

0,04 -

0,02 -

,мин

Исследование надёжности работы реальных комплексов приводились на крупных горно-обогатительных комплексах (Коршуновском и Соколов-ско-Сарбайском ГОК), на угольных обогатительных фабриках (ЦОФ «Сибирь», Беловская, Осинниковская), на тепловых электростанциях (Томусин-ская, Беловская, Назаровская, Новосибирская и др.).

Исследованы комплексы: погрузки сыпучих (угля) материалов - с бункерной погрузкой, с полубункерной и без-бункерной погрузкой; с экскаваторной (грейферной) погрузкой; выгрузки сыпучих (угля) материалов - с различными видами вагоноопрокидывателей; с эс-

такадой с емкостными и безъемкостными приемными устройствами; с повышенным путем. Объем исходной информации, необходимой для получения моделей взаимодействия между элементами, рассчитывается по методикам планирования эксперимента.

Как показали исследования, надежность работы комплексов подчиняется экспоненциальному (реже другим) законам распределения как в части интенсивности отказов, так и в части в восстановления. На рис. 3 приводится пример плотности распределения времени безотказной работы (А) и времени восстановления (Б) комплекса вагоноопрокидывателя.

Показатели надежности и часовой производительности комплекса вагоноопрокидывателя

Блок-схема Надежность Яп

Вс] В] ваг/час

1. Основная блок-схема 0,894 0,713 0,637 17,20

2. Системное резервирование 0,868 1,000 0,868 23,44

3. Резервирована только ПН 0,931 0,843 0,785 21,19

4. Резервирована группа (ВРС - Р - Б ) 1,000 0,699 0,699 18,87

5. Резервирована только ЁУ 1,000 0,651 0,651 17,58

6. Резервирован только К 0,698 1,000 0,698 18,85

7. Резервирован только С 1,000 0,656 0,656 17,71

8. Полное поэлементное резервирование элементов комплекса 1,000 0,995 0,995 26,86

Как показывают исследования, около 80 % времени отказов приходится на технологические, т.е. выполнение вспомогательных операций, несовместимых с выполнением главных

функций комплекса. Следовательно, на производительность комплекса можно влиять, управляя его структурой.

На рис. 4 приведены возможные структуры комплекса вагоноопроки-

дывателя, а табл. 1 - показатели надежности и производительности для каждой из структур.

Как видно из таблицы, производительность комплексов в значительной степени зависит от их структуры, что позволяет организационно-техническими мерами влиять на их производительность, не меняя количества кана-

лов обслуживания, т.е. производительность комплексов (в примере -вагоноопрокидывателя) может увеличиваться за счет развития их периферии, а не за счет увеличения их количества, что обусловливает экономическую целесообразность развития периферии основных механизмов комплексов. ШИЗ

— Коротко об авторах-----------------------------------------------------

Воскресенский Игорь Владимирович - аспирант, инженер, Сибирский государственный индустриальный университет, Новокузнецк.

---------------------------------- © И.В. Воскресенский, 2007

УДК 622.23.05

И.В. Воскресенский

ОПТИМИЗАЦИЯ СТРУКТУРЫ ПОГРУЗОЧНЫХ И РАЗГРУЗОЧНЫХ КОМПЛЕКСОВ В ГОРНОДОБЫВАЮЩЕЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

Объектом исследования является погрузочный или разгрузочный комплекс, представляющий собой совокупность машин, механизмов и устройств, территориально разобщенных и технически автономных, связанных выполнением единого технологического процесса погрузки или

разгрузки массовых навалочных грузов. В общем виде комплексы состоит их трех подсистем: подсистема подачи порожнего подвижного состава; подсистема подачи груза к месту погрузки; подсистема выхода груженого подвижного состава (для погрузочных систем); для разгрузочных - подсис-