1, 2, 3… N – периферийные устройства

- формируется набор функциональных операторов, необходимых для синтеза структуры системы;

- формируются функциональные модули системы, реализующие конечный набор функций определенного уровня;

- формируются конструктивные модули системы.

Полный состав функциональных требований, определяемых "Правилами безопасности", нормативно-технической документацией, требованиями со стороны эксплуатации, предложениями разработчиков, представляет собой множество Т, которое необходимо распределить между мехатронным модулем и системой управления:

Т = {Т^М, Т^С}.

Процедура декомпозиции множества требований на подмножества Т^М и Т^С является наиболее ответственным и трудоемким этапом в процессе проектирования, т.к. она определяет структуру системы управления, а, следовательно, ее надежностные, стоимостные, эксплуатационные, технологические и другие важные свойства. Наиболее оправданной представляется структура, при которой информационная компонента мехатронного модуля (И_м) выполняет полный состав функциональных требований и через собственный интерфейс связана с периферийными устройствами, входящими в состав системы управления (И_с). Все элементы множества требований Т^М разделим на подмножества по функциональной ориентации. Полный функциональный вектор мехатронного модуля:

Т^М = {t_у^м, t_к^м, t_б ^м, t_с^м, t_и ^м, ...},

где t_у^м, t_к^м, t_б ^м, t_с^м, t_и ^м …- подмножества функций соответственно: управления, контроля, блокировки, сигнализации, информации и др.

Каждое подмножество состоит из единичных функциональных операторов :

t_у^м = { _у1^м_, ... _уz^м}

t_к^м = {_к1^м,... _кy^м}

t_и^м = {_и1^м, ... _иu^м}

…

Полный функциональный вектор для системы управления:

Т^с = {t_у^с, t_к^с, t_б ^с, t_с^с, t_и ^с, ...}

и подмножества функциональных операторов:

t_у^с = { _у1^с_, ... _уz^с}

t_к^с = {_к1^с,... _кy^с}

t_и^с = {_и1^с, ... _иu^с}

Список источников

1. Косарев В.В., Стадник Н.И., Косарев И.В., Мизин В.А., Приседский Е.В. Новое горно-шахтное оборудование для технического переоснащения угольных шахт // Уголь Украины.- 2007.- № 2.

2. Стадник Н. И., Бойко Г. Г., Рябченко А. С. Очистные комбайны УКД200 и УКД300 для эффективной отработки тонких пластов // Уголь Украины.- 2003.- № 9.

3. Костюков В.М., Сошенко И. Н. Высокопроизводительные очистные комбайны нового поколения КДК500 и КДК700 для пластов мощностью 1,35-4,3 м // Уголь Украины.- 2003.- № 9.

4. Андреев Г. В., Косарев И. В., Лелека И. Т., Довженко В. И. Скребковые конвейеры нового технического уровня // Уголь Украины.- 2003.- № 9.

5. Стадник Н.И., Ткачев В.В., Мезников А.В. Управление двухскоростными скребковыми конвейерами - Науково-технiчний збiрник “Гiрнича електротехнiка та автоматика”. Випуск № 75. – Днiпропетровськ, 2005. - С.62-68.

Техническая диагностика мехатронных горных машин

Тяжелые условия эксплуатации горных машин, а также высокий уровень динамической нагруженности приводят к снижению их срока эксплуатации. Количественная оценка надежности машин по одному из показателей – ресурсу – получила широкое распространение во всех отраслях техники. Одним из важных методов повышения надежности в условиях эксплуатации является техническое диагностирование.

В соответствии с [4] задачами технического диагностирования являются:

- контроль технического состояния (то есть проверка соответствия значений параметров объекта требованиям технической документации и определение на этой основе одного из заданных видов технического состояния на данный момент времени);

- поиск места и определение причин отказа (неисправности);

- прогнозирование технического состояния.

Расчет ресурса очистных и проходческих комбайнов ведут по тяжелонагруженным деталям и сборочным единицам – зубчатым колесам и подшипникам качения. Существуют следующие методы расчета ресурса машин [3]:

- расчетно-теоретический метод (позволяющий определить величину ресурса на основе предельного состояния по прочности конструкции объекта);

- статистические методы теории надежности, применяемые для прогнозирования ресурса машины, механизма, конструкции;

- расчет нагрузок (ресурса) с применением эквивалентных схем;

- энергетический метод, основанный на постулате, что вся энергия, теряемая в элементах машины, участвует в их разрушении, а каждая машина (деталь) может рассеять в своих элементах определенное постоянное количество энергии до наступления предельного состояния наиболее слабого звена.

Энергетический подход является перспективным при оценке ресурса системы выемочной машины.

С точки зрения практической реализации систем диагностирования преимущество имеют методы, базирующиеся на анализе электрических параметров, в частности, тока, напряжения, потребляемой и отдаваемой мощности, измерение которых возможно без непосредственного доступа к диагностируемому оборудованию, а также без установки первичных измерительных преобразователей в непосредственной близости от него. Кроме того, системы диагностирования, основанные на упомянутых методах, как правило, являются автоматическими, то есть обеспечивают проведение диагностирования (контроля) без участия человека [4].

Для оценки состояния очистного комбайна целесообразно использовать следующие параметры (показатели назначения):

- производительность (т/мин);

- ресурс (определяется объемом добычи за период эксплуатации [5]);

- тяговое усилие;

- удельный расход электроэнергии.

В качестве диагностируемых параметров для очистных комбайнов могут быть использованы:

- общая потребляемая мощность всех двигателей комбайна (кВт), в том числе в режиме проработки исполнительного органа (кВт) и в режиме перегона (кВт);

- скорость подачи (м/мин);

- количество рабочих циклов или путь, пройденный комбайном за определенный период времени (например, с начала ввода в эксплуатацию ); указанный параметр может регистрироваться за счет информации о местоположении комбайна или (для выбросоопасных пластов) .

На основе указанных диагностируемых параметров могут быть рассчитаны производительность и ресурс (объем добычи горной массы): может быть рассчитана следующим образом [6]:

(т/мин),

(1)

где - вынимаемая полезная мощность пласта, м;

- ширина захвата исполнительного органа, м;

- плотность угля, т/м³.

Ресурс :

(т),

(2)

где - путь, пройденный комбайном с момента ввода в эксплуатацию.

Ресурс может быть определен исходя из числа циклов работы комбайна (полос).

Целесообразно контролировать технико-экономическую долговечность, то есть продолжительность работы машины от ее ввода в эксплуатацию до того момента, когда общие затраты на эксплуатацию, а также издержки, связанные со снижением производственных функций, превзойдут экономический эффект от использования новой машины [1]. В качестве критерия эффективности работы комбайна можно использовать удельные энергозатраты на разрушение [6]:

(кВт·ч/т),

(3)

С учетом (1) удельные энергозатраты на разрушение могут быть определены следующим образом:

(кВт·ч/т),

(4)

- подсистема управления для осуществления функций управления, защиты и контроля на основе соответствующей аппаратуры и компьютерных устройств;

- подсистема пылеподавления.

Подсистема привода исполнительного органа (ИО) включает электродвигатели, редукторы и собственно ИО.

Подсистемы подачи в общем случае включают приводные двигатели, регуляторы скорости, редукторные кинематические цепи и движители механического типа не основе жестких или гибких тяговых органов [6]. Для комбайнов с гибким органом в виде калиброванной круглозвенной цепи в качестве приводных элементов движителя выступают звездочки. При наличии жесткого тягового органа в качестве приводных элементов движителя могут выступать зубчатые или цевочные колеса.

В состав подсистем подвески и перемещения ИО в общем случае входят подвижные узлы корпусных подсистем, перемещения которых обеспечивают соответствующие степени свободы исполнительных органов, и гидропривод с исполнительными гидроцилиндрами. Для ранее созданных очистных комбайнов с традиционной конструкцией в состав подсистемы подвески и перемещения ИО входят исполнительный орган, поворотный редуктор и гидропривод положения ИО на основе гидродомкрата. Для комбайнов нового поколения (например, КДК400, КДК500, КДК700, УКД300) в состав подсистемы подвески входят: исполнительный орган, поворотный блок резания (ПБР) и гидропривод регулирования положения ИО на основе гидродомкрата. В данном случае ПБР, конструктивно включающий приводной электродвигатель и редуктор, является основой и подсистемы привода, и подсистемы подвески ИО.

Универсальными оценочными параметрами, по которым определяется состояние любой из подсистем очистного комбайна, являются: температура нагрева масла в ванне редуктора, измерение шума и вибрации, потребляемой мощности, в том числе замеры потерь мощности [3, 7].

Исходя из сказанного, для диагностирования очистных комбайнов могут быть предложены следующие методы:

- замеры суммарной мощности, потребляемой электрооборудованием комбайна и скорости подачи и на основе этих данных определение удельного расхода электроэнергии (кВт·ч/т) в соответствии с (4);

- замеры потребляемой мощности в режиме проработки исполнительного органа (холостой ход, подача отключена). Указанный показатель является оценочным параметром состояния подсистемы привода исполнительных органов, поскольку показывает потери мощности в кинематической цепи в режиме холостого хода (основная часть потерь – в редукторе);

- замеры мощности в режиме перегона комбайна (исполнительный орган не работает). Указанный показатель является оценочным параметром состояния подсистемы привода подачи.

Упомянутые замеры должны осуществляться с определенной периодичностью (или непрерывно), что позволит осуществить прогнозирование состояния машины. На основании данных измерений должно производиться сравнение указанных данных с нормативными значениями. Список источников

1.Солод Г.И., Шахова К.И., Русихин В.И. Повышение долговечности горных машин. М.: Машиностроение, 1979, 184 с.

2. Андреева Л.И. Методы оценки технического состояния горно-транспортного оборудования на горно-добывающих предприятях / Горные машины и автоматика. – 2004. - № 10.

3. Артемьев А.А., Потапенко В.С., Иванов С.Л., Кремчеев Э.А., Поддубная А.А., Фокин А.С. К вопросу оценки ресурса элементов трансмиссий горных машин / – Горное оборудование и электромеханика. – 2007. - № 9.

4. ГОСТ 20911-89. Техническая диагностика. Термины и определения.

5. Отчет о научно-исследовательской работе «Исследование долговечности элементов машин с целью оценки их ресурса с помощью программного комплекса FATIGUE», г. Донецк, 2005 арх. № А/6414.

6. Горные машины для подземной добычи угля: Учебное пособие для вузов / П.А. Горбатов, Г.В. Петрушкин, Н.М. Лысенко, С.В. Павленко, В.В. Косарев; под общ. ред. П.А. Горбатова. – 2-е издание, перераб. и доп. – Донецк: Норд Компьютер, 2006. – 669 с.: илл.

7. Иванов М. Н. Детали машин. М.: Высшая школа,1984, 336 .: илл.

8. Глебов Н. А., Круглова Т. Н. Диагностирование и прогнозирование технического состояния технологического оборудования в условиях нечеткой информации / – Горное оборудование и электромеханика. – 2007. - № 10.

9. Бычков В.И., Пилецкий В.Г., Белостоцкий Б. Х. Контроль технического состояния конвейеров по мощности холостого хода / Уголь Украины. – 1993. - №11.

10. Диагностика технического состояния гидростоек / Б.А. Александров, Л.Ф. Кожухов, Р.П. Журавлёв. – Механизация очистных и проходческих работ: сб. науч. тр. / Кузбас. политехн. ин-т. – Кемерово, 1985. – с. 47–51.