CC BY
31
УДК 622.37 Т.А. Ткачева
НОВАЯ МЕТОДОЛОГИЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ИЗМЕНЧИВОСТИ КОЭФФИЦИЕНТА ГОТОВНОСТИ ГОРНОГО ОБОРУДОВАНИЯ
Впервые сформулирована и доказана теорема по коэффициенту готовности горнодобывающего оборудования, синтезирующего и отражающего всю полноту изменчивости горно-технологических процессов на любом месторождении полезных ископаемых существенно влияющих на экологию региона.
Ключевые слова: экология, эксплуатация, горно-добывающее оборудование, ремонтные работы.
/бережное и экологически продуха манное отношение к каждому месторождению полезных ископаемых, например, на основе точечных технологий его разработки, необходимая задача современной горной науки. Одной из ее составляющих является точное слежение и контроль за текущим технико-техно-логическим состоянием технологического горно-добывающего оборудования (ТГДО).
Коэффициент готовности ТГДО. Коэффициент готовности концептуально в период ограниченных средств на развитие горной техники должен рассматриваться шире как «показатель, отражающий сопряжение и взаимодействие многих крупных систем — Си РПО и эксплуатации, оценки вероятности восстановления горной техники, в т.ч. и экскаватора, в работоспособное состояние в произвольный момент времени и составляющий долю времени полезной ее работы на достаточно большом временном интервале, содержащем отказы и восстановление».
Собственно важна и величина Кг, а также его приращения ЛКг.
Изменения КгЭ определяется как
ЛКгэ= Кгэо - Кгэд , (1)
где КгЭо , КгЭд — базовый и действительный коэффициенты готовности.
Процесс формирования КгЭ и его изменений
Но вопрос заключается в том, как точнее интерпретировать его изменчивость, которая доказывается и аналитически, и статистически и системно [1].
Отметим несколько важнейших отличительных положений в обеспечении Кг.
Коэффициент готовности служит массовым критерием любой техники, в т.ч. и горной, но для формирования механизмов процессов ««Охраны ПРИРОДЫ» — «Восстановления» — «Добычи» — есть логическая специфика. Поэтому современная постановка проблем надежности, в том числе и в этой работе, коренным образом отличается от этих проблем прошлых лет. Все показатели имеют не только сложный временной и пространственный характер, но и существенную зависимость от функционирования сопредельных систем. И все это надо оценивать как по техническим, да и технологическим критериям сравнения эффективности процессов экскавации, которые в значительной мере зависят от технического состояния экскаваторов и правильности проведения их С и РПО.
значение
Кг
Кгп
ЗНАЧЕНИЕ
Кгп-1
А)
Сцммирцн>щиц /11 механизм
Кг
в)
Л - последовательное; Б - параллельное; В - встречно-пзраллелыгое
МЕХАНИЗМЫ ФОРМИРОВАНИЯ Кг ЭКСКАВАТОРА В РАЗЛИЧНЫХ УСЛОВИЯХ ЭКСПЛУАТАЦИИ И РПО
Рис. 1
С системной точки зрения разбиение «жизненного цикла» любого вида ТГДО на периоды может быть достаточно произвольным. Так, например, системы, технологии и периоды — «Разработка ТГДО», «Эксплуатация ТГДО» и «Сервисного и ремонтнопрофилактическое обслуживание (С РПО) ТГДО» имеют свои пространственно-временные характеристики, полноту и достоверность контроля, измерений и наблюдений. Здесь существенную роль может играть и используемый диапазон множителей. Так для больших величин, например, оценка объема памяти для слежения за показателями надежности — Тбайты, а для оценки диапазона размера кусковатости горной массы — от м, см до: — нм, — ам, — фм и другой размерности. Отметим, что горная пыль, имеющая наноразмерность частиц, существенно влияет на работу механизмов экскаваторов, конвейеров, буровых станков, подстанций и т.д.
Коэффициент готовности ---- КгТГДО
ТГДО как синтетический показатель
функционирования системы «горное предприятие — горно-добы-вающее оборудование — системы и средства измерений, контроля, наблюдений и управления» в общем виде определяется как
КгТГДО= ТрТГДО/(ТрТГДО+ТвТГДОХ
где ТрТГДО и ТвТГДО — время (период) работы и восстановления ТГДО, соответственно, в процессах эксплуатации и С РПО.
Показатели ТрТГДО и ТвТГДО обобщенно характеризуют все особенности процессов эксплуатации и С РПО ТГДО, хотя и опосредственно. Но это две взаимосвязанные и существенно взаимозависимые величины.
Показатели ТрТГДО и ТвТГДО достаточно объективно отражают уровень постоянного совершенствования технологий эксплуатации и С и РПО ТГДО в модернизируемых, например, точечных горных технологиях. Одним из направлений теоретического обоснования повышения уровня качества системы ремонта ТГДО на добывающих предприятиях, а значит необходимость вложения дополнитель-
ных средств, может быть предложен принцип детализации, который представим в виде технологического критерия
(2)
где Трем.опер, Тр,ол — длительность ремонтных операций по каждому виду ТГДО и составляющих ремонтных операций, соответственно; k — нижний уровень детализации его ремонта.
Верхний уровень возможности детализации ремонтных работ (операций) зависит от: технико-техноло-
гической оснащенности ремонтных служб горного предприятия, которые должны иметь и новые машиностроительные (например, нано-) и др. технологии; квалификации персонала и т.д.
Детализировать ТрТГДО можно представлением системной модели типа
тртгдо = тртгдо перегр + ТрТГДО норм,
где ТрТГДО перегр , ТрТГДО норм время работы
ТГДО при перегрузке и в номинальном режиме, соответственно.
Исследование изменчивости КГ ТГдО. КГ тГдО под воздействием множества факторов в пространстве и времени существенно изменяется (0.65—0.85). Т.е.
Кгс и рпо ТГДО Fкг с рпо тгдо(хС РПО,Ус РПО,
2С и РПО, tС РПo), (3)
КГэ ТГДО= FКг э гдо(хЭ,Уэ, 2Э, ЬХ
где Fкг с и рпо гдо, Fкг э тгдо-, ХС РПО,УРПО, 2С
рпо, к РПО, Хэ,Уэ, 2э, tэ — функционалы и пространственно-временные координаты систем С и РПО и эксплуатации соответственно.
Заметим далее, что пространства С и РПО и эксплуатации ТГДО различны. Условно пространство изменений и нарушений технического состояния (ТС) ТГДО представим интегрально как Пространство изменений
ТС ТГДО = | | | Vтгдo dV, (4)
УтГДО
где УтГдо — метрическое пространство С РПО ТГДО.
А с учетом координат пространства С РПО ТГДО дифференциально пространство изменений и нарушений ТС ГДО представим следующим образом: если
^ГГДО= АТГДО*ВТГДО*СТГДО,
то
дА-
dV=-
ТГДО
ТГДО
дВ
+-
ТГДО
дV
ТГДО
+
(5)
дУ
дСТГДО
+--------dСтгдo.
дУ
Так может быть точно метризовано пространство С РПО ТГДО. Для практики это дает возможность детального описания всех возникающих при эксплуатации ТГДО отказов, появляющихся и при ненормированных нагрузках, что характерно именно для горного производства.
Будем оценивать любое, даже самое незначительное изменение коэффициента готовности и обозначим его изменчивость через ЛКГ ТГДО. Считаем эту величину п-порядка малости, т.е. бесконечно малой величиной (б.м.в.)
ЛКг тгдо — е, где е — б.м.в. [2].
Для корректного описания всех изменений в указанных выше процессах, которые по техническому и технологическому уровню должны быть сопоставимыми, например, по оснащенности систем С РПО современными станками и средствами измерений, контроля и наблюдений, их изменчивость может быть представлена моделями вида
ЛКг тгдо — р —— е ТГДО — Р,
ЛКГ ТГДО — Э — е ТГДО — Э, (6)
ЛКГ ТГДО — С РПО — е ТГДО — С Р^ где ЛКГ ТГДО — Р, ЛКГ ТГДО — Э и ЛКГ ТГДО —
С РПО — абсолютные отклонения изменения состояния ТГДО на стадиях раз-
г Р-Э
Рис. 2: гР-Э(Ч); гРПО-Э00; гР- С и pПО(t) — коэффициенты корреляции
работки, эксплуатации и С и РПО, соответственно.
Чувствительность к фиксации любой, самой незначительной изменчивости КГ ТГДО — Р, КГ ТГДО — Э и КГ ТГДО —
С РПО в модели (6) должна быть одного порядка, а это значит, что величины отклонений ЛКГ ТГДО — Р, ЛКГ ТГДО — Э и
ЛК
Г ТГДО — С и РПО
ЛК
должны быть равноценными, эквивалентными. А на практике это означает, в частности, согласованность детализации управления как в процессе эксплуатации, так и С РПО ТГДО (рис. 1).
Граф взаимосвязи «разработки», «С РПО» и «эксплуатации» ТГДО
Отметим, что развитие системы С и РПО ТГДО на горно-добывающих в настоящее время экономических преобразований в стране имеет первостепенное и важное технико-техноло-гичеческое и социальное значение. Ремонтное предприятие по уровню оснащения должно быть выше, иметь высокую динамику обновления, а не таким же, а тем более хуже, чем предприятия, изготавливающие это оборудование.
Об эквивалентности оценки изменчивости показателей «жизненного цикла»
Вначале дадим некоторые определения.
Определение 1. Если отношение двух абсолютных отклонений коэффициентов готовности, а именно,
ЛКГ ТГДО — Р
..............само бесконечно мало,
Г ТГДО — Э
ЛКГ ТГДО — Р
т.е. Нт.................= 0,
ЛКГ ТГДО — Э
то величина абсолютного отклонения
ЛКГ ТГДО — Р
Есть величина высшего порядка малости относительно величины -
ЛКГ ТГДО — Э.
Определение 2. Если ЛКГ ТГДО — Р,
ЛКГ ТГДО — Э и ЛКГ ТГДО — С и РПО б. м. в.,
причем имеем модели вида
ЛКГ ТГДО — Р
Нт ■
■ =1
ЛК
Г ТГДО — С РПО
ЛКГ ТГДО — Э
Нт..................=1
ЛКГ ТГДО — С РПО ЛКГ ТГДО — Р
Нт..................=1
ЛКГ ТГДО — Э
то величины ЛКг ТГДО Р, ЛКг ТГДО э и
ЛКГ ТГдО — С РПО есть б.м.в одного и того же порядка и называются эквивалентными, т.е.
ЛК
Г ТГДО — Р
ЛК
ЛКг
Г ТГДО — С РПО
На практике это означает, что и в системах эксплуатации, и в С РПО ТГДО есть современные высоко чувствительные метрологические средства (10-6-1012), которые способны контролировать, фиксировать, наблюдать и корректировать все, возникающие отклонения производственных процессов. А это уже
уровень формирования новых нанотехнологических подходов в основном горном производстве.
В данной постановке задачи существует простой признак эквивалентности двух бесконечно малых величин. Для примера, докажем эквивалентность приращений Кг тгдо, характеризующих процессы эксплуатации и С и РПО
ТГД0, т.е. ЛКГ ТГДО — Э ~ ЛКГ ТГДО — С РПО.
Теорема. Для того, чтобы бесконечно малые величины ЛКГ ТГДО — Э и ЛКГ ТГДО — С и РП0 были эквивалентными, необходимо и достаточно, чтобы их разность была бесконечно малой величиной более высокого порядка, чем ЛКГ ТГДО — Э и
ЛКГ ТГДО — С РПО.
Доказательство.
Положим,
ДКГ ТГДО — Э - ДКГ ТГДО — С РП0=ЛКГ ТГДО -1.
Необходимость признака вытекает из того, что
ЛКГ ТГДО — 1
Нт.....................=
ЛКГ ТГДО — Э
ЛКГ ТГДО — Э-ЛКГ ТГДО — С РПО
=Нт.......................................=
ЛКГ ТГДО — Э ЛКГ ТГДО- С и РПО
=Нт(1........................)=0,
ЛКГ ТГДО — Э
ЛКГ ТГДО — Э
ибо по условию Нт.......................=1.
ЛКГ ТГДО — С РПО
Точно также доказываем, что
ЛКГ ТГДО — 1
Нт........................=0.
ЛКГ ТГДО — С РПО
Докажем достаточность признака. Пусть известно, что
ЛКГ ТГДО — 1
Нт........................=0,
ЛКГ ТГДО — Э ЛКГ ТГДО — Э ДКГ ТГДО — С РПО
т.е. Нт .....................................
=0.
ЛКг тгдо — э
(7)
ЛКГ ТГДО — 1
Из (7) следует, что Нт---------------=0,
ЛКГ ТГДО — Э
ЛКГ ТГДО — Э
т.е. Нт........................=1.
ДКг ТГДО — С РПО
Эти предельные равенства также получаются и том случае, если известно, что
ЛКГ ТГДО — 1
Нт........................=0.
ЛКГ ТГДО — С РПО
Что и требовалось доказать.
Для практики важно, что обеспечение надежности ТГДО возможно только при высокой технологичности всех периодов его «жизненного цикла» — разработка, изготовление, эксплуатация и С РПО [3].
Выводы
Гармоничное, экологически, экономически и социально значимое развитие техники и технологий качественной эксплуатации ТГДО на карьерах, разрезах, шахтах и рудниках обеспечивает: безопасность и эффективность горного производства только на основе новых технологий, включающих спутниковые и наземные наблюдения; точный контроль и измерения (для чего необходим новый, расширенный ряд классов точности средств измерения), правильную, математически обоснованную обработку результатов в процессах его С РПО и эксплуатации. И здесь появляются новые возможности теоретического обоснования учета влияния бесконечно большого количество факторов на КГ ГДО, определяющего и синтезирующего всю изменчивость горно-
технологических процессов. С учетом этого, экономично применение новых
машиностроительных, информациоло-гических и компьютерных технологий, опережающая модернизация ремонтной базы горных предприятий.
В представленной работе: 1. Поставлена задача разработки новой методологии исследований КгГдТ0. 2. Показана необходимость выявления проблем в точной доказательной оценке отклонений Кг от различных факторов. 3. Впервые сформулирована и доказана теорема по КгГ(ДТ0, синте-
1. Буссман Х. Разработка и реализация передовых технологий в Германии — рецепты глобального игрока. // Глюкауф. № 1(2). — С. 49—54.
зирующего и отражающего всю полноту изменчивости горно-технологических процессов на любом месторождении полезных ископаемых существенно влияющих на экологию региона.
Важность полученных результатов перспективна как теоретически — появляется возможность прогнозирования появления неполадок в горном оборудовании, так и практически для развития безопасного горного производства.
------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
2. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике для инженеров. — Наука. — 1988.
3. Горный журнал № 7. — 2007.
КОРОТКО ОБ АВТОРЕ --------------------------------
Ткачева Т.А. — Московский государственный открытый университет, msou_energy@list.ru
А
------------------------------------ ДИССЕРТАЦИИ
ТЕКУЩАЯ ИНФОРМАЦИЯ О ЗАЩИТАХ ДИССЕРТАЦИЙ ПО ГОРНОМУ ДЕЛУ И СМЕЖНЫМ ВОПРОСАМ
Автор Название работы Специальность Ученая степень
СИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ИНДУСТРИАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ И ВОСТОЧНЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ГОРНОРУДНЫЙ ИНСТИТУТ
ФЕДОРЕНКО Анатолий Иванович Разработка и обоснование технологии взрывного закрепления горных выработок на удароопасных железорудных месторождениях 25.00.22 к.т.н.
