CC BY
84
УДК 621.867.2:622
© В.Г. Дмитриев, П.А. Бажанов, 2011
В.Г. Дмитриев, П.А. Бажанов
ЭКОНОМИКО-МА ТЕМА ТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ЛЕНТОЧНОГО ТРУБЧАТОГО КОНВЕЙЕРА ДЛЯ ОПТИМИЗАЦИИ ЕГО ПАРАМЕТРОВ ПО ТЕХНИЧЕСКИМ КРИТЕРИЯМ
Описана математическая модель влияния эксплуатационных и конструктивных параметров ленточного трубчатого конвейера на энергоемкость транспортирования и удельную материалоемкость его конструкции. Обоснована система оптимизируемых конструктивных параметров конвейера и дан анализ их влияния на экономическую эффективно
Ключевые слова: конвейер трубчатый; экономическая эффективность; оптимизация параметров.
А
вторами обоснована система технических критериев для оценки эффективности и выбора оптимальных конструктивных параметров ленточного трубчатого конвейера (ЛТК). Выбранный многокритериальный подход к оптимизации параметров ЛТК объясняется тем, что единый обобщенный экономический критерий содержит неопределенные изменяющиеся во времени стоимостные коэффициенты.
В качестве первого технического критерия предлагается использовать удельную металлоемкость конструкции механической части конвейера:
К = ---_М_мех----- , (1)
1 10 QфLк • Тх
где Ммех - масса механической части конвейера, кг; Qт - техническая производительность конвейера, т/час; Ф - годовой фонд рабочего времени, ч; Lк - длина
конвейера, м; Т, - нормативный срок службы конвейера.
В качестве второго технического критерия предлагается использовать удельный массовый расход конвейерной ленты:
К =- Мл , т ,
10 3 QTФLK • Тк т • км где Мл - масса расходуемой за весь срок службы конвейера ленты, т;
3 Т
М = 2-10 3 -^Lq ,
л гр к 1л ’
л
qл - погонная масса ленты, кг/м; Т - нормативный срок службы ленты; Таким образом, получаем:
К 2 = ^л , (2)
2 QTФTLK
В качестве третьего технического критерия предлагается использовать удельную энергоемкость транспортирования:
где N - мощность электродвигателей, кВт.
В качестве метода многокритериальной оптимизации конструктивных параметров ЛТК предполагается использовать метод оптимизации по Парето, заключающийся в отборе множества эффективных вариантов одновременно по трем критериям с последующим дополнительным анализом этих вариантов и сопоставлением их с имеющимся опытом проектирования ЛТК. При этом комплексный критерий оптимальности имеет вид:
где \ и А2 - неопределенные множители (множители Лагранжа).
Естественно, параметры оптимального варианта зависят от множителей А2 и А , поэтому в дальнейшем необходим дополнительный анализ возможных значений множителей и, соответственно, возможных оптимальных значений конструктивных параметров ЛТК.
Для определения минимума критерия (4) необходимо выразить его составляющие через оптимизируемые параметры и заданные эксплуатационные и конструктивные характеристики ЛТК. При этом, очевидно, величины К1 , К2 и Кз в выражении (4) достаточно определить с точностью до постоянных коэффициентов.
Исходя из логики проектирования ЛТК с заданными длиной и технической производительностью, в качестве оптимизируемых конструктивных параметров ЛТК можно рассматривать: ширину ленты Вл , скорость движения ленты Ол , шаг
установки роликоопор I на грузовой ветви (на порожней нерабочей ветви он
обычно принимается равным I = (2 ^ 3)1 р ), коэффициент заполнения поперечного
сечения трубообразной ленты конвейера, предварительное минимальное натяжение ленты, удельную прочность ленты, толщину нижней обкладки ленты, диаметр роликов.
Так, например, ширина ленты и скорость ее движения связаны между собой необходимой технической производительностью конвейера, однако при этом необходимо учитывать, что каждый параметр по-разному влияет на сопротивление движению, а следовательно, на энергоемкость транспортирования, стоимость ленты и пр. Для ЛТК характерно более существенное влияние ширины ленты на общее сопротивление движению, по сравнению с конвейером традиционной конструкции.
Расстояние между роликоопорами I является важнейшим оптимизируемым
параметром всех ленточных конвейеров, влияющим существенным образом, как на металлоемкость конвейера, так и на энергоемкость процесса транспортирования груза. Кроме оптимизации величины I на прямолинейных участках, немаловажным является и вопрос выбора рационального расстояния между роликоопорами на
К3 = —^-----,^_^,
10 Qт Lк т • км
N кВт • ч
(3)
К0 = К1 + А2 К2 + А3 К3 ^ тт ,
(4)
криволинейных участках трассы, поскольку на этих участках возможно неустойчивое движение трубообразной ленты, поэтому этот параметр также подлежит оптимизации.
Коэффициент заполнения поперечного сечения ленты конвейера, исходя из имеющегося опыта проектирования и эксплуатации ЛТК, можно принять постоянным и равным 0,75. Величину предварительно минимального натяжения ленты целесообразно принимать минимально возможной, исходя из провеса ленты в точке наименьшего натяжения. Эту величину имеет смысл оптимизировать в случае, если рассматриваются различные варианты конструкции и расположения натяжного устройства.
Удельную прочность ленты также есть смысл оптимизировать только в указанном случае. В остальных случаях ее необходимо выбирать минимально возможной, исходя из минимальной стоимости ленты.
Значительное влияние диаметра роликов на сопротивление движению ленты является особенностью ЛТК. С целью снижения удельной энергоемкости процесса транспортирования приходится выбирать ролики большего диаметра, чем это необходимо по требованиям прочности и долговечности их подшипниковых узлов [1]. При этом, естественно, повышается металлоемкость конструкции конвейера.
Малая толщина нижней обкладки конвейерной ленты и ее модуль упругости также для ЛТК весьма важны с точки зрения сопротивления ее движению, так как эти параметры влияют как на коэффициент сопротивления движению ленты во взаимосвязи с диаметром роликов, так и на коэффициент сцепления ленты с барабаном, поэтому и их целесообразно отдельно не оптимизировать.
Таким образом, важнейшими оптимизируемыми параметрами ЛТК, в связи с его особенностями, должны быть ширина ленты, шаг роликоопор и диаметр роликов.
Развернутые выражения частных критериев К1 , К2 и К3 через указанные
параметры могут быть получены с использованием известных формул для ориентировочного тягового расчета, а также на основе эмпирических зависимостей, установленных для масс конструктивных элементов конвейеров традиционной конструкции.
--------------------------------------------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Дмитриев В.Г., Комарова Н.В. Оптимизация параметров ленточных конвейеров на ЭВМ // Изв. Вузов. Горный журнал, 1984, №6, с. 47-50.
2. Сергеева Н.В. Обоснование метода расчета распределенных сил сопротивления движению ленты на линейной части трубчатого конвейера для горных предприятий. Автореф. дисс. канд. техн. наук. шгЛ
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -------------------------------------------------------------------
Дмитриев В.Г. - профессор, доктор технических наук,
Бажанов П.А. - аспирант,
кафедра «Г орная механика и транспорт», Московский государственный горный университет, Moscow State Mining University, Russia, [email protected]
