Моделирование поточно-транспортной системы ленточных конвейеров Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

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;