книги / Моделирование технологических схем выемки калийных руд с закладкой
..pdfпреобразования грузопотоков горного предприятия, начиная с выемочных и кончая подъемными машинами.
Рассмотрим реализацию функционально-структурного метода с помощью потенциальных Т-преобразований грузопотока. На рис.
4.9показаны реализации комбайнового грузопотока (Лм(0,
грузопотока на выходе из самоходного вагона Ц*{1) |
и конвейе |
|
ра I/ (I) - при функционировании технологического звена |
||
”комбайн-самоходный вагон-конвейер”, для которого |
|
|
и™{1) = ЦуШ; |
|
|
= |
(/*•"«); |
|
и ™ и ) = |
Ч у ... и). |
(4.48) |
Преобразуя соответствующим образом входящий грузопоток в исходящий, каждый оператор Т реализует как бы свои связи применительно к потенциальному входу системы. Например, гру зопоток 1ГуЦ) является результатом воздействия комплекса
прямых и обратных связей звена ”вагон-конвейер” на потен циальный комбайновый грузопоток II™(I).
Очевидно, что Т-преобразования обусловливают при фиксиро ванном базовом времени моделирования
X |
(/*м(0с1( > |
х |
Ц*М)&1 > |
X |
и«лШ 1 > |
(4.49) |
т |
V |
т |
" |
т |
V |
|
Ь |
|
|
Б |
Б |
|
|
В соответствии с разработанной формализацией комбайновый грузопоток представляет собой потенциальную выходную реали-
зацию взаимодействия добычного комбайна с массивом полезного ископаемого, которая характеризуется комплексом абсолютных расчетных параметров:
,,<1> |
,<1> |
*г(1>, |
1/1°, V ( 1) , |
Эа), |
|
|
’ |
1п |
* п |
1н |
|
|
|
|
|
|
|
|||
где 1 / ^ - суммарный |
грузопоток |
за базовое |
время; (*** |
сум- |
||
^ |
|
|
( 1) |
- |
П |
|
марное время поступления грузопотока; Кп |
коэффициент по |
ступления грузопотока, равный отношению, суммарного времени
поступления грузопотока к ...базовому; |
- максимальный |
минутный грузопоток; Щ ’ - среднее |
значение минутного |
грузопотока; Щ»*. - среднее значение непрерывного минутного грузопотока; 0 й ' - параметр затухания неравномерности грузопотока при увеличении мерного интервала времени ре гистрации непрерывного грузопотока (индекс ”1” соответствует комбайновому грузопотоку).
В свою очередь, потенциальный комбайновый грузопоток яв ляется входным грузопотоком для самоходного вагона, который преобразует его в исходящий грузопоток, характеризующийся следующим комплексом расчетных параметров:
гг (2) Л2) *г(2), гг(2) жг(2) жт<2) Д2
где индекс ”2” соответствует грузопотоку самоходного вагона. Таким образом, Т-преобразование комбайнового грузопотока
в грузопоток самоходного вагона представляет собой смещение фазы реализации потока груза по оси времени на период, соот ветствующий длительности транспортирования, с одновременным "разрежением1* и перераспределением во времени. Смещение, "разрежение" и перераспределение реализации во времени, сос тавляющие сущность Т-преобразования, являются причиной ка чественного и количественного преобразования грузопотока как функции времени. Анализ и синтез горнотранспортного про цесса с помощью функциональных модулей Т-преобразований поз воляет объединить достоинства макро- и микромоделей, которые заключаются в корректном учете большого комплекса взаимоувя занных случайных и неслучайных факторов, прямых и обратных связей, характеризующих работу машин горного предприятия.
Кроме абсолютных параметров входящего и исходящего грузо потоков Т-преобразование характеризуется матрицей Ям коэффи циентов преобразования:
суммарного грузопотока
«*Е>и
п = г.ЦП
времени поступления
|
гг - |
г„ |
<*„У . |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
< * ,л ’ |
|
|
максимального минутного грузопотока |
|
||||
|
Гг = г.И» |
<01«их> |
|
|
|
|
( ^ т * х > у |
|
|||
непрерывного среднего грузопотока |
|
|
|||
|
Га = г |
(У |
и |
|
|
|
<*/1НКV |
|
|||
|
|
1н |
|
||
затухания неравномерности грузопотока |
|
||||
|
|
|
Э, |
|
|
|
|
|
и |
|
|
|
|
ГЭ ■ Р к • |
|
|
|
Таким образом, матрица примет вид: |
|
|
|||
М у ' у |
« п ' у |
< ^ « М „ ) |/ |
< ^ . и ) ц |
(4.50) |
|
л а |
|
|
|
|
|
(«р) |
|
|
|
Ш1И>К |
|
I V |
|
|
|
|
|
Коэффициенты |
преобразования |
и |
характеризуют |
||
|
|
|
" |
п |
степень “разрежения” грузопотока транспортной установкой.
Кроме того, гц |
определяет пропускную |
способность транспорт |
|
ной установки, |
а г„ - ее цикличность. |
Коэффициенты г.. |
и |
|
а ;1 |
^тах |
|
г^м устанавливают степень преобразования максимальной и
средней амплитуды грузопотока, а - степень изменения его
динамики. Практическая ценность приведенных параметров обоб щенной модели заключается в том, что коэффициенты преобразо вания могут использоваться для сравнительной оценки транс портных установок, а абсолютные параметры - для их выбора.
В соответствии с изложенным, функция оператора Т заклю чается в преобразовании грузопотока из одного промежуточного сечения в другое:
Т " п о ® |
(4.51) |
|
Под сечением горнотранспортной системы понимается услов ный ”срез“, описываемый параметрами грузопотока в соответст вующей произвольной точке системы. Горнотранспортная система
может иметь бесчисленное множество сечений. Поэтому в отли чие от произвольного сечения будем выделять расчетные сече ния, которые характеризуются параметрами грузопотока на сты ке двух установок. По параметрам грузопотока в расчетном се чении производится выбор транспортной установки, для которой данный грузопоток входной. Совокупность расчетных сечений системы машин предопределяет соответствующие комплексы рас четных параметров грузопотока в целях выбора и расчета тран спортных средств. Применительно к транспортным системам гор ных предприятий функция технологического процесса транспор тирования заключается в преобразовании совокупности входных забойных грузопотоков {{Лм} в сечениях на выходе из добычных участков в исходящие потоки (поток) полезного ископаемого {/р1К в сечениях (сечении) на выходе из горного предприятия и описывается следующим образом:
Т2 |
( Ю -*• 1/гш или {1ЛИ}Т2 1/РШ, |
<4,52) |
Г» |
|
|
где Т - интегральный оператор преобразования. |
структурой гор |
|
Интегральный |
оператор в соответствии со |
нотранспортной системы, которая может быть расчленена на составляющие, идентифицируемые элементами и операциями выем ки и транспортирования,, включает в себя операторы Т- преобразований грузопотока отдельными элементами процесса и
операторы объединения грузопотоков Т |
, т.е. |
Т2 а {Т, Т°). |
(4.53) |
Для неразветвленной горнотранспортной цепочки (рис. 4.10) функция процесса выемки и транспортирования может быть пред
ставлена в виде |
|
Г[{'Г}] = Т1г/1Т2^2..^/Тм ...С/рШ. |
(4.54) |
Вершинами графа обозначены параметры грузопотока в рас четных сечениях, а дугами - переходы из одного состояния в другое, осуществляемые Т-преобразованиями.
Формализация горнотранспортного процесса (4.54) также мо жет быть представлена как объединение функций преобразований отдельных элементов системы
г
Л{Т}] « Л и Л и А... и Рр - V Гг (4.55)
* 1
Рис. 4.10. Граф Т-преобразований не разветвленной горнотранспортной системы
Рис 4.11. Граф Т-пре- дбразований разветвленной горнотранспортной системы
Уа |
Ъ ипн |
и9
Для сложной иерархической структуры разветвленной системы выемки и транспорта последовательность преобразования грузо потока в соответствии с их структурообразованием в системе представляется в виде ориентированного графа - дерева (рис. 4.11). Отношение 1]&Уа в виде дуги обозначает одновремен ность выполнения процесса" объединения и преобразования гру зопотока 11г с грузопотоком 1/ 4. Функция и структура техноло гического процесса может быть представлена как
|
Л<Т}, |
{Т0'}] = Т ^ Т г^ТзЦ Т^ т Т |
|
|
|
Л5Т |
|
зПв'ТдЦд’Тш^оТТ, |
|
|
и пт м ^ Г а (ТиаТ1Мы...т^иг |
(4.56) |
||
Номер |
у вершины .стрелки, |
направленной вверх, |
указывает , |
|
на какой |
оператор Т |
должен |
быть направлен грузопоток и\ |
расположенный слева от стрелки, а номер у вершины стрелки,
направленной вниз, |
- какой грузопоток поступает |
на оператор |
Т , расположенный справа от стрелки. |
операторами |
|
Выражение (4.56) может быть записано только |
||
Т-преобразонаний, |
отображающими последовательность соот- |
|
Т , Т ^ ^ Т 3^ТЙГ7Т1Л у Г?оТ1,сгТ 1^ ' 1з<ГТ14...Тг |
(4.57) |
В общем случае результат функционирования системы выемоч ных и транспортных машин в виде итерированной функции будет иметь вид:
для неразветвленной системы (см. рис. 4.10)
и л м " " г = Р/ ШМ ’ Х? =
для разветвленной системы |
(см. |
рис. 4.11) |
|
- Р{ = |
= |
Р^ |
, (Р^-.ЛРи(РпШ п, 1/б, |
Х п)Х и)...)Х/2 ) ХН ) Х ^ Р {{Р/А (Р/ 2 (..Л Р и(Р и(Р ц(Р пШ ^Х ,) х
х РюШ9,Хю)Х и)Ха), РбШРгШь Х2>Л<1Ь, Х,)Хз)Х6, |
|
|
Х 0)Хи)...)Хр. ^ Х р1)Х р . |
(4.59) |
|
Соотношения вида (4,54) |
(4.59), характеризующие |
струк |
туру и функцию анализируемой системы, представляют собой формализованные математические модели технологических про цессов функционирования ВТК. Таким образом, на любом уровне расчленения процесса каждому структурному элементу соот ветствует своя функция преобразования. Декомпозиция структу ры технологического процесса транспортирования на составные части приводит к соответствующей декомпозиции общей функции процесса на отдельные подфункции. Для реализации идентичных горнотранспортных функций могут быть созданы системы с раз личной структурой, обладающие, естественно, различными тех нико-экономическими характеристиками. Это обстоятельство приводит к многовариантности задач синтеза горнотранспортных систем в соответствии с заданной функцией.
В результате проведения функционально-структурного анали за процесса выемки и транспортирования формируется представ ление о сложной расчетно-целостной структуре и функции сис темы выемочных и транспортных машин.
Определять параметры транспортных средств необходимо в строгой последовательности в соответствии с направлением движения грузопотоков. Параметры транспортной установки за висят от комплекса показателей входного грузопотока 1/у в
месте загрузки. Теоретически любое сечение горнотранспортной системы характеризуется входящими грузопотоками, которые, согласно принципу транспортирования, должны удовлетворять тождествам:
б' б
/ и о т ) |
= / |
<4.60) |
Б
в основе которых лежат условия
^1/(0 <*> ^ @пО+1)(0,
^У(Й-2)<д ^ д (М )< д |
(4.61) |
и |
|
|
|
|
|
|
|
{ V й * '< а , » » » ' |
|
|
|||
|
'< 'и м > « Х К « е ,< т > « > - |
« •“ > |
||||
вде (2п(0 и 0,(1) |
|
соответственно |
приемная |
способность |
и |
|
производительность |
транспортной установки; ГБ |
базовый |
пе |
|||
риод времени. |
|
|
|
|
|
|
В общем случае |
|
|
|
|
|
|
2(0 |
|
С0П5( при I |
€ |
Гр |
(4.63) |
|
|
при ( € |
То |
||||
< |
< |
|
|
|
где Гр и Го - соответственно время работы и простоя транс портной установки.
В дальнейшем соотношения (4.60) будем называть условием согласования грузопотоков, которые предопределяют принцип транспортирования заданной добычи.
Значительная динамика подземных грузопотоков и ненадеж ность работы транспортных средств является причиной наруше ния неравенств (4.61) - (4.63), следствие чего - рассогласо вание грузопотоков, нарушающее принцип транспортирования и взывающее потери добычи. В целях устранения потерь добычи, которые могут возникнуть вследствие рассогласования парамет ров грузопотоков, в транспортные цепочки необходимо вводить
дополнительные средства - промежуточные емкости. С точки зрения функционально-структурного строения систем транспорта функции промежуточных бункеров - это дополнительные Т- преобразования грузопотоков, призванные сохранить их согла
сование (рис. |
4.12). |
бункер |
реализует |
дополнительное |
|
Очевидно, |
промежуточный |
||||
Т-преобразование, |
заключающееся в |
|
|
||
|
^1Ш) |
= ^ уи+и ’ |
^с/а+1)" |
^ у(м у |
(4.64) |
Рис. 4. |
12. |
Дополнительное Т-преоб |
Промежуточный |
|
разование |
промежуточного |
бункера как |
||
элемента системы |
машин |
бункер |
Частным случаем дополнительного Т-преобразования с по мощью бункера является случай, когда имеет место простой (1+1) -й транспортной установки: й пЦ+1)(0 = (2э(.+1)(*) = О»
Условие (4.61) сохраняется, чт'о обеспечивает принцип транс портирования.
Синтез ВТК с помощью Т- и Т -преобразований позволяет на этапе проектирования обеспечить потребный уровень функцио нальной надежности и эффективности -системы выемочных и транспортных систем.
4.6. ФОРМАЛИЗОВАННАЯ МОДЕЛЬ И АДЕКВАТНАЯ СТРУКТУРА ПРОЦЕССА
Комплект моделей Т-преобразований должен быть, в соот ветствии с методом функционально-структурного моделирования, построен по модульному принципу, при котором все элементы системы выемочных и транспортных машин описываются едино образно в виде предложенной стандартной математической схе мы. В качестве такой схемы используется ранее описанная ими тационная стохастическая модель достаточно общего вида, ох ватывающая как детерминированные, так и вероятностные объек ты, функционирующие в непрерывном и дискретном времени. Дос тоинство выбранной схемы - возможность проведения эффектив ного количественного и качественного воспроизведения моделей функционирования элементов системы, а также практически не ограниченная степень приближения модели к реальному объекту при соответствующем ее усложнении.
В отличие от математического программирования имитацион ное моделирование пока не располагает структурированными принципами построения моделей. В этом плане использование органиграмм моделируемых процессов позволяет эффективно фор мализовать и, соответственно, осуществлять алгоритмизацию функционирования элементов системы выемочных и транспортных машин на основе потенциальных Т-преобразований. Реализован ные модели формируют выходной грузопоток из Т-преобразования в соответствии с некоторым заданным алгоритмом, который учи тывает не только вероятностную природу функционирования ма шины, но и реально существующую динамику подземных грузопо токов.
Исходя из анализируемых технологических систем выемки транспортирования калийных рудников и угольных шахт установ лен набор базовых Т-преобразований грузопотока, реализующих горнотранспортный процесс. В табл. 4.13 приведены условные обозначения и операторы базовых Т-преобразований. Каждое Т- преобразование характеризуется соответствующим вектором входных параметров, определяющих количественный фактор раз работанных моделей-модулей:
Таблица 4.13.
Базовые Т-преобразования грузопотоков
п)ы |
Составляющие |
|
Вид |
Услов Опера |
Код |
||||
элем ен т ы |
схемы |
Т~ореобрало |
ное |
тор- |
модуля |
||||
ч/п |
добычи и |
тран |
ваноя {преоб |
обозна преоб |
Г-преай- |
||||
|
спорт а |
|
разующий ЭЛ.) |
чение |
разо |
р аъава- |
|||
|
|
вания |
г ния |
||||||
1 |
|
2 |
|
|
3 |
У |
5 |
б |
|
|
|
|
|
|
Комбайн |
© |
у-км |
|
|
1 |
К |
П |
— |
*'. |
( входной |
ГО |
|||
|
|||||||||
|
грузопоток) |
|
|
||||||
г |
|
|
|
|
Б ункер- |
|
го |
||
|
|
— |
ии перееружатель |
ЕЗу - 5Л |
|||||
|
|
1Н] — «« |
Самоходный |
□ |
Т вг |
за |
|||
3 |
и .— |
вагон . |
|||||||
(автомобиль) |
|
и„ Г . . . . . . |
|
|
ь |
|
|
б З и |
\ \ ........ |
|
^ |
с з > |
и и |
Б |
|
|
у,. |
|
у и |
7 |
|
|
Конвейер „ (ленточный „
пластинчатый)
Конвейер скребковы й
Бункер - конвейер
Горный
б у н к е р - конвейер
V у-КЛ УО
Vт ке ф
;е те * Я) № ,52)
жуВКГ
БЗ
В |
|
|
|
|
Бункер- |
п |
|
у . 03 |
60 |
• с Н Ы |
Ь ^ |
вагон |
|
|
|||||
|
С киповой |
|
|
|
|||||
9 |
|
|
|
|
|
|
т ск |
|
|
|
|
|
|
подъем |
|
|
70 |
||
|
Ьф-“- (с бункером) |
01 |
|
||||||
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
Ленгочнь/й |
|
|
||
/0 |
и*г |
\ иу, |
и и |
конвейер(абъ- |
© |
у. КЛБ |
40 |
||
еоикение |
|||||||||
|
|
|
|
|
грузопотока) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Скребковый |
|
|
|
|
// |
и», |
♦ и,‘ |
|
конвейер(ооз |
|
у . кОБ |
41 |
||
|
единение |
|
|||||||
|
—♦0.11.1.] П П 1 |
грузопотока) |
© |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
Ленточный |
|
|
|
|
гг |
и^А иг> |
|
конвейер и |
у . К Л Б |
42 |
||||
|
объединение |
|
|
||||||
Г |
|
.............1 |
грузопотока |
|
|
ш, « / |
|||
|
|
|
| |
грузопотоков |
(У: |
|
|||
|
Ч |
|
_ ци |
Б ункер- |
|
|
|
|
|
13 |
|
конвейер и |
|
Т * к* |
& |
||||
|
|
объединение |
|
||||||
|
-“Х |
|
|
Горный бункер |
|
у.егхз |
|
||
1* |
|
|
конвейер и . |
|
БЗ |
||||
|
|
объединение |
|
|
|
||||
|
|
О^4, |
грузопотоков |
О т6 |
|
||||
|
|
Объединение |
01 |
||||||
1Б |
|
грузопотоков |
А™ = |
/ХГКМ |
А гм,. |
|
(А 1 , |
|||
А6" |
- |
<А?П, |
а !",. |
А® |
- |
(а ! , а ! |
|
X * * |
= |
|
\гКЛ |
(АГ,| А2 , |
|||
А 6* - |
|
|
|
А6®- |
(А?в, |
хгбв |
|
л г |
|||
X е * |
- |
<А?К, |
х ? .. |
•шг КМч ••Л. 16 />
..х !п>,
..А ?.),
...хГ),
..А^о),
..А & ,
На рис. 4.14 показана адекватная структура циклично поточного функционирования ВТК, соответствующая технологи ческой системе выемочных и транспортных машин, изображенной на рис. 4.1 Приведенная адекватная структура процесса лежит в основе конструирования операторной модели системы:
гр |
КМ |
гр бп гр В »р |
КС | | |
^ |
гр |
КМ гр |
бп гр в |
4 |
грК |
С Х ГЪ Я гг КМ |
гр бп |
гр |
В |
8 гр |
КС <Г\2 |
4 X 8 |
* 1 9 |
1 10 1 11 4 1 12 |