запасенная в аккумуляторе энергия используется для возврата пустой платформы в исходное положение, а также передается в пневмосис-тему манипулятора РТК.
Платформы с предложенными рекуператорами могут быть рекомендованы для применения не только в РТК, но и в пакетоформирующих машинах.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Жавнер, В.Л. Погрузочные манипуляторы [Текст] / В.Л. Жавнер, Э.И. Крамской; Под ред. проф. А.И. Колчина,— Л.: Машиностроение (Ле-нингр. отделение), 1975.
2. ГОСТ 9078-84 (СТ СЭВ 317-76), Поддоны плоские. Общие технические условия [Текст].
3. ГОСТ 26663-85. Пакеты транспортные, формирование с применением средств пакетирования. Общие технические требования [Текст].
УДК 681.516.73.001.57
Ю.Н. Кожубаев, О.В. Прокофьев, В.И. Филимонов
МОДЕЛИРОВАНИЕ ПОТОЧНО-ТРАНСПОРТНОИ СИСТЕМЫ ЛЕНТОЧНЫХ КОНВЕЙЕРОВ
Широкое использование конвейерного транспорта на шахтах и карьерах — один из важных факторов повышения технического уровня и эффективности функционирования горного производства. В последнее время на большинстве горных предприятий переходят на поточное транспортирование горной массы. Рост грузопотоков и длин транспортирования обусловил необходимость создания высокопроизводительных ленточных конвейеров большой длины и мощности с применением дорогих синтетических и резинотросовых лент. Это приводит к значительному увеличению стоимости конвейерной установки. В настоящее время коэффициент использования конвейерных установок на горных предприятиях составляет в среднем 50—70 % по производительности и 60—70 % по времени. Такое неэффективное использование конвейерных установок в чиле прочего связано с тем, что поступающие от горных машин грузопотоки характеризуются значительной неравномерностью по амплитуде и частоте поступления груза. Таким образом, проблема повышения экономической эффективности конвейерных установок при их эксплуатации на горных предприятиях весьма актуальна. Один из путей решения данной задачи сводится к согласованию режимов работы системы ленточных конвейеров с параметрами поступающего на него грузопотока.
Исследованию шахтных грузопотоков и определению их характеристик посвящены работы Л.Г. Шахмейстера [1], О.М. Зарецкого [2], В.А. Пономаренко [3], Р.В. Мерцалова [4]. Карьерные грузопотоки исследовались И.А. Шпа-куновым, Е.М. Козловым и др.
Многочисленные наблюдения [5 и др.], выполненные на шахтах и карьерах, показали, что грузопоток представляет собой процесс, состоящий из многократно чередующихся в течение смены периодов поступления полезного ископаемого и его отсутствия, причем длительность периодов случайна. Отсутствие груза на конвейере бывает связано с остановкой горной машины для осмотра, выполнения различных технологических операций, устранения технических неисправностей и т. д. Особенно неравномерны грузопотоки на угольных шахтах.
Под грузопотоком понимают количество груза, перемещаемого в единицу времени. Грузопоток, поступающий на конвейер, находится по формуле
(!)
ш
где /я^Д/) — масса горной породы.
Грузопоток с учетом скорости ленты у(/) формирует на ленте линейную плотность р(х,0 , кг/м, причем в начале ленты она равна
к |л"0 dt v{t)
где v{t) — скорость движения ленты конвейера. На выходе ленточного конвейера получаем
P(^)Ul=PBbixW> (3)
что с учетом скорости ленты v{t) преобразуется в выходной грузопоток
овых{()=^М=Рвых{()т, (4)
dt
Входная рвх (t) и выходная рвых(/) плотности при переменной скорости v(t) ленты связаны следующими соотношениями:
рвых« = рвх('-^)); (5)
J v(k)dX = L,
(6)
r-T(r)
ную линейную плотность — рлин тах . Тогда из (2), зная скорость движения ленты конвейера
утах(/) и максимальную линейную плотность р
грузопоток, поступающий на конвейер:
¿Чх(') dt
= РЛ
(7)
/ max
где т(?) —переменноезапаздывание,Ь — длина конвейера [6].
В эксплуатационно-технической документации зачастую приводятся ограничения в эксплуатации конвейера, в частности дается величина Робтах _ объемная плотность (кг/м3), максимально допустимая на конвейере, 0,кс тах — максимально допустимая эксплуатационная производительность, т/ч.
Однако в расчете на тяговое усилие ленточного конвейера возникают сложности при вычислении единицы объема, для которой заданы ограничения по максимальному весу транспортируемого материала. К примеру, в расчете ленточного конвейера затруднительно, зная максимально допустимую объемную плотность, определить максимальный возможный грузопоток при заданной скорости движения ленты.
Для необходимых расчетов и, в частности, для моделирования ленточного конвейера в паспортных данных следует приводить максималь-
Исходя из вышесказанного рекомендуется в эксплуатационно-технической документации в качестве параметра, ограничивающего режим работы конвейера, приводить не максимальную объемную плотность Робтах (кг/м3), а линейную
плотность рлинтах (кг/м).
Если не учитывать вязко-упругих свойств ленты и тягового фактора привода, то структуру конвейера можно представить в виде, изображенном на рис. 1, где v(t) — переменная скорость конвейера, одинаковая для всех элементов конвейера.
На рис. 2 представлена реализация структурной схемы конвейера в среде Matlab/Simulink [7].
На вход 1 блока транспортного запаздывания TZ (рис. 2) подается входной сигнал
=
:(/) 1
На вход 2 блока транс-
dt v{t)
портного запаздывания 72подается управляющий
сигнал —:—. Этот сигнал при переменной скоро-v(t)
сти физического смысла не имеет, но необходим как управляющий вход этого блока. На выходе блока TZ формируется рвых(?) = рвх(?-т(?)), где x(t) удовлетворяет соотношению (6).
Для анализа характеристик поточно-транспортной системы при различных грузопотоках, скоростях конвейеров и их длинах разработана соответствующая модель системы.
dm
(О
dm
Рис. 1. Структурная схема конвейера
L
Рис. 2. Реализация структурной схемы конвейера в среде Simulink
BUNKER
Рис. 3. Модель поточно-транспортной системы из шести ленточных конвейеров
На рис. 3 изображена модель поточно-транспортной системы из шести ленточных конвейеров, где У, 2, 3, 4— участковые конвейеры, а 5, 6— магистральные.
Модель каждого из шести конвейеров в системе выполнена в соответствии с рис. 2. Выходные грузопотоки с участковых конвейеров, суммируясь, поступают на магистральные конвейеры.
На рис. 4 приведены результаты моделирования процессов в поточно-транспортной системе при следующих исходных данных:
йтх
1,2
Л
= 100
У, 2 1 + ——ехр 100
' 2а2
2У\
, кг/с; (8)
уу
с1т-
5,4
Л
=
+
44 100
ехр
2а2
2У\
(9)
/у
Форма возмущений выбрана из соображений близости к реальным кратковременным возмущениям. В качестве наблюдаемых переменных (рис. 4) представлены грузопотоки, поскольку переход к линейной плотности можно осуществить, используя соотношения (2) и (4).
Грузопоток на выходе магистрального конвейера 6(рис. 4) увеличился более чем в 4 раза по отношению к его величине в установившемся эксплуатационном режиме. Плотность груза на ленте 6-го конвейера в установившемся режиме — 200 кг/м, а при возмущении — 890 кг/м. При наличии кратковременных малых возмущений только по скорости (У,_4 =0,ц,_6 =10%) грузопоток на выходе конвейера бувеличивает-ся с 400 до 500 кг/с. Изменение параметра а не влияет на амплитуды грузопотоков и плотности, но определяет длительность итоговых возмущений на выходе.
=
=
у5(Х) = 2
у6(Х) = 2
1--—ехр
100
1 ^3,4 1—-т^-ехр
' 2а2
100
1
1—т^-ехр
" 2а2
уУ
2У\
/у
100
2а2
2\А
уу
1__^ехр 100
/ *.2 ЛЛ
2а2
уу
(10)
(11)
(12)
(13)
В выражениях (8)—(13) обозначено: ^1,2 = ^з,4 = ^ОО % — относительные возмущения грузопотоков;
^1,2 = йз,4 = — относительные
возмущения скоростей конвейеров;
Ц2 =10с, =60,2с — значения времени максимумов возмущений грузопотоков и минимумов возмущений по скоростям участковых
конвейеров;
==
минимумов возмущений по скорости магистральных конвейеров;
а = 2 — характеристика длительности возмущения. Длительность колоколообразного возмущения составляет примерно 2а ■
Основные результаты работы следующие:
1. Предложены рекомендации по составлению эксплуатационно-технической документации ленточных конвейеров. В определении максимально допустимых параметров ленточных конвейеров предлагается вместо объемной плотности (кг/м") использовать линейную плотность (кг/м), что позволяет по формуле (7) определить требуемую величину максимального грузопотока, поступающего на конвейер.
2. Результаты моделирования поточно-транспортной системы показывают, что допустимые кратковременные вариации входных грузопотоков и параметры системы конвейеров в рабочих режимах при определенных комбинациях, неблагоприятных временных сочетаниях могут привести к аварийным ситуациям, к перегрузке отдельных конвейеров, особенно магистральных.
3. При наличии датчиков, позволяющих измерять величины грузопотоков — и скоростей — у(/), и при соответствующем интерфейсе данная модель может позволить в режиме реального времени отслеживать характеристики поточно-транспортной системы, в частности линейную плотность транспортируемой горной массы. Такая визуализация состояния системы позволит принимать своевременные решения при изменении внешних воздействий с целью контроля и поддержания необходимого уровня загрузки системы конвейеров, тем самым предот-
кГ/с ¿'»1ВЫ.Ч 200 0
А = 200%, fj. = 10%
dt
dm-
2 вых 200 dt
dm,
Звы* 200 dt
О
dm.
dnh.
4вы\ 200 dt
о 800
600
400
200
1600
1400
dt
1200
dm,
бвых
dt 1000
800
600
400
200
Conyeyor1
Conyeyor2
Conyeyor3
Conyeyor4
Conveyor 6
TV
A
A
A
Conveyor 5 J iiii
¡i i i i i i i i
20 40 60 80 100 120 140 160 180 t, с Рис. 4. Результаты моделирования поточно-транспортной системы
вращения аварийного режима работы. Особенно важно не допускать перегрузки поточно-транспортной системы, что может привести к разрыву лент и остановке всей системы с дальнейшими затратами времени на восстановление.
4. Построенная модель поточно-транспортной системы в среде МаШЬ/Зшийтк с возможностью задания входных грузопотоков и скоро-
стей конвейеров позволяет исследовать работу системы ленточных конвейеров не только в эксплуатационном режиме , но и при пуске и торможении.
5. При сформулированной цели управления построенная модель может быть основой для выбора структуры и параметров системы управления.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Шахмейстер, Л.Г. Теория и расчет ленточных конвейеров [Текст] / Л.Г. Шахмейстер, В.Г. Дмитриев,— М.: Машиностроение, 1987,— 336 с.
2. Зарецкий, О.М. Исследование неравномерности грузопотоков из очистных забоев угольных шахт и разработка методики расчета и выборки параметров привода выравнивающих бункер конвейеров [Текст]: дис. ... канд. тех. наук / О.М. Зарецкий,— М., 1979.
3. Пономаренко, В.А. Научные основы определения резервов пропускной способности и оптимизация систем подземного транспорта угольных шахт [Текст]: дис. ... докт. тех. наук / В.А. Пономаренко. — Донецк, 1965.
4. Мерцалов, Р.В. Исследование подземных грузопотоков и установление способов повышения эффективности использования шахтных конвейе-
ров |Текст|: дис. ... канд. тех. наук Р. В. Мерцалов,- М„ 1968.
5. Брагин, В.В. Формирование грузопотоков угля из комплексно-механизированных забоев [Текст] / В.В. Брагин, АЛ. Шевелев, Л.Д. Ларич-кин // Сб. научных трудов ассоциации "Кузбасуг-летехнология",— 1992. N° 5,— С. 16-29.
6. Филимонов, В.И. Моделирование переменного комбинированного запаздывания [Текст] /
B.И. Филимонов, О.В. Прокофьев, М.А. Беляев // Сб. научных трудов "Вычислительные, измерительные и управляющие системы",— СПб.: Изд-во Политехнического университета, 2007.—
C. 32-38.
7. Дэбни, Дж. 5тш1тк4 [Текст] / Дж. Дэбни, Т. Харман. — М.: Бином. Лаборатория базовых знаний, 2003,— 404 с.
УДК621.867.1 7
В.Н. Смирнов, C.B. Никитин
ЛОГИСТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЙ ВОЛНОВЫХ ПРОЦЕССОВ
Конвейеры — машины призванные перемещать объекты труда человека между рядом технологических операций. Их широкое использование обусловлено высокой производительностью и долговечностью, что и определяет жесткость предъявляемых к ним технических и эксплуатационных требований.
В машиностроении наиболее распространены цепные конвейеры. Среди многих проблем, связанных с их проектированием, следует отметить наиболее острую: определение динамических нагрузок, связанных с кинематикой зацепления привода.
Данной проблемой занимались многие известные ученые — Г.Г. Ганфштенгель, A.A. Долго-ленко, И.Г. Штокман. Но использование созданных ими методик, особенно при проектировании эскалаторов, часто дает завышенные значения нагрузок. Созданные в последнее время динамические модели не учитывают ряд важных факторов и могут быть применены к расчету динамических нагрузок в течение малого промежутка времени.
Указанные обстоятельства, необходимость более точного расчета динамических усилий и упрощения алгоритма их определения для рядового инженера вызвали потребность в создании новой обобщенной модели и ее реализации в виде программного продукта.
Разрабатываемая модель является «конструктором», элементы которого составляют расчетную модель машины. При этом отдельный элемент (модуль) — обособленная программная структура, использующая собственные математические методы и ресурсы компьютера, что позволяет выполнять расчет для нескольких модулей параллельно.
Создание такого конструктора требует удовлетворения некоторых принципов, которые можно назвать "логистическими" из-за организации информационных потоков и поддерживающих их управляющих сигналов. В их числе:
организация взаимосвязи разнотипных расчетных модулей узлов конвейера путем определения достаточного объема передаваемой информации;