авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 | 3 |
-- [ Страница 1 ] --

Д.А. ЮНГМЕЙСТЕР

ФОРМИРОВАНИЕ

КОМПЛЕКСОВ

ГОРНЫХ МАШИН

НА ОСНОВЕ

МОРФОЛОГИЧЕСКОГО

АНАЛИЗА

Санкт-Петербург

2002

Министерство образования Российской Федерации

Санкт-Петербургский государственный горный институтим. Г. В. Плеханова

(технический университет)

Д.А. ЮНГМЕЙСТЕР

ФОРМИРОВАНИЕ

КОМПЛЕКСОВ

ГОРНЫХ МАШИН

НА ОСНОВЕ МОРФОЛОГИЧЕСКОГО АНАЛИЗА Санкт-Петербург 2002 УДК 622.232 ББК 34.42 Ю50 Излагаются проблемы совершенствования конструкций добычных и проходческих комплексов. Приведен способ выбора квазиоптимальных конструкций альтернативных комплексов и методы определения их рациональных параметров. Представле ны новые механо-математические модели, обоснования по вы бору параметров горных машин и области их эффективного ис пользования.

Монография предназначена для специалистов научно исследовательских институтов и заводов горного машинострое ния и может быть рекомендована студентам старших курсов специальности 170100 “Горные машины и оборудование”.

Научный редактор проф. Р.Ф. Нагаев Рецензенты: проф. Ю.В.Громов (ВНИМИ), канд. тех. на ук А.Н.Коровников (ОАО “Механобр-техника”).

Юнгмейстер Д.А.

Ю50. Формирование комплексов горных машин на ос нове морфологического анализа / Санкт-Петербургский госу дарственный горный институт (технический университет). СПб, 2002. 142 с.

ISBN 5-94211-076-Х УДК 622. ББК 34. © Санкт-Петербургский горный ISBN 5-94211-076-Х институт им. Г.В. Плеханова, 2002 г.

ВВЕДЕНИЕ Добывающая отрасль в Российской Федерации всегда играла ведущую роль в экономике, а горное машиностроение было направлено на создание разнообразной отечественной тех ники при необходимых объемах производства. Однако особен ности политической ситуации 90-х гг. XX в. резко изменили по ложение – значительная доля заводов горного машиностроения оказалась за рубежом (Горловский, Ясиноватский, Краснолуч ский и др.);

сложная экономическая ситуация не всегда позволя ет даже благополучным с финансовой точки зрения горно добывающим объединениям покупать дорогостоящую технику западных фирм. Эксплуатируемая техника в значительной сте пени изношена и устарела;

двойные технологии для горной промышленности при использовании конверсионных мероприя тий работают неэффективно. Кроме того, в разработке новых образцов горной техники четко наметился кризис идей. Все это вызывает необходимость проведения исследований с целью соз дания и освоения новых технологий и образцов отечественной техники, эффективность которых обосновывается на предпро ектных стадиях. Так, например, в настоящее время кризис в раз работке новых конструкций комплексов горных машин (ГМ) проявляется в отсутствии путей повышения производительности очистных механизированных комплексов (ОМК) традиционной компоновки: скорость комбайна часто ограничивается скоро стью крепления;

монтаж-демонтаж комплексов занимает значи тельную долю времени отработки столба;

заметны трудности использования комплексов в сложных горно-геологических ус ловиях.

Выявляется необходимость создания новых комплексов, альтернативных ОМК, особенно для отработки пластовых ме сторождений в усложненных горно-геологических условиях.

При этом в качестве добычной машины целесообразно приме нять универсальный проходческо-добычной комбайн, имеющий расширенную область применения и базирующийся на узлах, в том числе разработанных по технологиям ВПК.

Для снижения сроков и стоимости НИОКР и определе ния перспективных направлений создания новой горно добывающей техники необходимо проведение исследований для формализации предпроектных стадий (техническое предложе ние, ТЭО);

необходимы новые подходы к конструированию и новые идеи по разработке полезных ископаемых: САПР, ре сурсные расчеты, параметрическая оптимизация, исследования новых технологических схем и способов разработки, в том чис ле морских месторождений.

Тенденции совершенствования существующей и пер спективной горно-добывающей техники позволяют определить основные идеи и пути выбора или создания качественно новой техники. Известные методики определения оптимальной компо новки комплексов машин или оптимального соотношения пара метров системы последовательно соединенных машин имеют существенные недостатки, что требует разработки новой мето дики выбора варианта компоновки комплекса из всех техниче ски возможных для горно-добывающей промышленности, осно ванной на формализованном морфологическом анализе компо новок комплексов горных машин.

Это даст реальные решения по обоснованию типов кон струкций, в том числе проходческо-добычных комплексов с вы сокопроизводительным транспортом;

проходческо-добычных комбайнов универсальных (ПДКУ) с использованием узлов во енной техники и специальной системы ведения горных работ;

конвейерного транспорта (многоприводные конвейеры (МПЛК) с промежуточными приводами повышенного тягового усилия);

добычной техники для разработки придонных месторождений Мирового океана (с использованием узлов и механизмов, конст рукции которых отлажены и применяются в известных горных машинах, но приспособлены для подводных условий).

По каждому из направлений создания и совершенство вания горной техники необходимо выполнение теоретических и экспериментальных работ, в том числе с использованием ориги нальных программ для ЭВМ и стендовых испытаний основных узлов новых машин, анализа и синтеза качественно новых ре шений в проектировании добычного оборудования.

Глава 1. АНАЛИЗ ОБЩИХ НАПРАВЛЕНИЙ И МЕТОДИЧЕСКИХ ОСНОВ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ КОМПЛЕКСОВ ГОРНЫХ МАШИН 1.1. ОЧИСТНЫЕ МЕХАНИЗИРОВАННЫЕ КОМПЛЕКСЫ Анализ использования и совершенствования работы очистных механизированных комплексов (ОМК) показывает, что они имеют очень высокую стоимость, и поэтому их приме нение целесообразно только для горно-геологических условий, позволяющих работать с высокой производительностью. Ака демик В.В. Ржевский указывал на утопичность традиционных взглядов о возможности более полной выемки запасов с мини мумом потерь угля. Он считал, что следствием таких взглядов является возникновение экономически неэффективных и техни чески сложных решений по управлению кровлей, созданию мощных крепей, дорогостоящей и тяжелой техники угледобычи.

В частности было отмечено: мировой опыт показывает, что под земная выемка только до 40-60 % запасов с оставлением под держивающих целиков (то есть потери заведомо планируются) во многом упрощает подземную угледобычу, особенно на пла стах мощностью 1,5 м и более, и делает ее в несколько раз эко номичнее и безопаснее;

производительность труда растет в 24 раза [69]. Отработка камерным способом является альтерна тивой ОМК, при этом требуется разработка новых технологий и техники. В дальнейшем альтернативные технологии и комплек сы будут называться альтернативными добычными комплекса ми (АДК).

В США и в Австралии на мощных пластах с благоприят ными горно-геологическими условиями производительность ОМК достигает 15000 т в смену, при этом рекорд США состав ляет 28 000 т в смену. Поэтому на пластах, особенно при слож ных горно-геологических условиях, где производительность ОМК не превышает 1500 т в смену, целесообразно использовать более дешевые, альтернативные ОМК средства, такие, напри мер, как струговые модули, предлагаемые в Воркутинском фи лиале (ВФ) СПГГИ [16], или проходческо-добычные комбайны с системой ленточных конвейеров и камерной системой разра ботки. Альтернативные технология и техника ведения добыч ных работ технически и экономически оправданы при следую щих условиях:

производительность 1000-1500 т в сутки (для тонких пластов);

невозможность эффективного использования дорого стоящих ОМК;

пласты с геологическими нарушениями;

наличие на горном предприятии большого объема заба лансовых запасов полезного ископаемого (находящихся за контурами основных панелей или блоков и допускающих их разработку);

при разработке пластов, опасных по геогазодинамиче ским явлениям.

По объемам добычи в пределах России область приме нения таких специальных технологий может быть оценена в размере до 5 % от общей добычи угля, что составит (при добыче подземным способом в 1988 году – 350 млн т угля [69]) около 18 млн т в год.

Как указано в [26, 31, 34, 35, 69], существуют принципи альные сложности в совершенствовании конструкций горных машин по традиционным направлениям. Современные добыч ные комбайны, скорость подачи которых может быть 10 м/мин и более, часто не могут работать с максимальной производитель ностью, так как их скорость ограничивается скоростью крепле ния, даже в благоприятных горно-геологических условиях. В табл. 1.1 указаны недостатки конструкций ОМК и дан прогноз эффективности их преодоления.

Выбор и обоснование оптимальных структурных схем АДК, которые должны выполняться в направлении устранения существующих недостатков серийных ОМК (рис. 1.1), особенно таких, как несоответствие по производительности крепи, ком байна и конвейера;

невозможность использования ОМК в слож ных горно-геологических условиях (сбросы пласта, интенсивное пучение почвы и др.), предопределяет необходимость разработ ки АДК, включающего следующие технические средства:

мощный проходческо-добычной комбайн фронтального действия с навесным оборудованием для упрощенных вари антов крепления;

транспортные средства, обладающие большим резервом по производительности, характеризующиеся малой метал лоемкостью и простотой монтажа, способные работать в выработках любого сечения и с любыми соотношениями уклонов.

Такие АДК могут широко применяться и при проходке выработок, и в камерных добычных системах, т.е. обладают не обходимой универсальностью.

Таблица 1. Недостатки конструкции ОМК и возможные пути их преодоления № Недостатки конструкций и Возможные пути преодоления п/п эксплуатации комплексов Интенсификация работ в ог- Применение камерных систем раниченном пространстве по Применение фронтальных агрегатов длине лавы Снижение длины лавы Три различные машины в Сокращение числа машин в комплексе ОМК создают сложности при путем совмещения операций автоматизации комплекса в Применение фронтальных агрегатов целом Использование комплексов без концевых Сложности в проведении операций, например, за счет применения концевых операций фронтальных агрегатов Использование систем без гидравличе Скорость крепления ограни- ской крепи (камерные системы разработ чивает скорость подачи ком- ки) байна Применение ОМК только в благоприят ных горно-геологических условиях Высокие металлоемкость и Применение АДК масса ОМК В обзорных работах, например [21, 69, 83], указывается, что главным направлением совершенствования комбайновой добычи можно считать создание комбайнов с поперечным рас положением электродвигателей исполнительного органа (ИО) для пластов мощностью 1,2-4 м, отказ от цепного гидравличе ского привода подачи путем замены его на электромеханиче ский, компоновка ИО с планетарным редуктором и соосно рас положенным электродвигателем [96].

ОЧИСТНЫЕ МЕХАНИЗИРОВАННЫЕ КОМПЛЕКСЫ Крепление (крепь) Отбойка (комбайн) Транспорт (конвейер) Низкая скорость креп- Наличие людей в Ограничение лаве и опасность ления производительности травмирования Наличие людей в Невозможность выез- Большая металлоем лаве да на штрек кость Большой объм под- Большая длительность Низкая наджность соединения рештаков готовительных работ концевых операций Повышенная металло- Опасность Переизмельчение угля емкость травмирования людей Большая Источник шума, виб- Источник шума продолжительность рации, пылевыделения монтажных работ Невозможность по- Сложность широкой вышения усилия рас- унификации пора Большие габариты и Высокая стоимость вес Невозможность ис- Сложность удержания пользования в слож- кровли над корпусом ных условиях Рис. 1.1 Недостатки основных машин ОМК традиционной компоновки Фронтальная технология выемки [16, 31, 73], которая имеет значительное преимущество перед традиционной выем кой ОМК, заключающееся в высокоэффективном резании оди ночными резцами в направлении напластования в отжатой зоне, не нашли широкого применения. Это связано с невозможностью в настоящее время освоить сложные и трудоемкие заказы по созданию новой горной техники по экономическим соображе ниям. Фронтальные агрегаты, предложенные, например, в ВФ СПГГИ требуют разработки уникальных новых маслостанций, систем управления и призабойных транспортных средств.

До сих пор повсеместно применяются методики расчета параметров добычных комбайнов, основанные на работах проф. Е.З. Позина [60], представленные в виде ОСТов [54 и др.].

Эти методики используют понятие сопротивляемости угля реза нию, причем ее величина в процессе расчетов принимается не изменной. В некоторых случаях это противоречит фактической зависимости прочности породы от скорости ее деформирования [27, 50, 84], поэтому актуальной задачей является разработка универсальной методики, позволяющей учитывать фактическую прочность породы, зависящую от режимных параметров ком байна.

В настоящее время известно несколько различных мето дик по определению усилия на остром резце Z0 ГМ при разру шении пород, крепость которых не превышает 10 МПа. Все эти методики имеют различные области применения, опираются на разные параметры, в них по-разному представлен такой важный показатель как крепость породы. Известна зависимость Z0 от контактной прочности и ряда других параметров [33]. В форму ле ЦНИИПодземмаш для породы также используется контакт ная прочность, а в формуле того же института для угля приме няется сопротивляемость угля резанию Aр. Как уже отмечалось, наиболее известна методика ИГД им. А.А. Скочинского [54, 60], где также применяется Aр.

В работе [106] представлены рисунки с указанием рас четной величины силы резания на резце в зависимости от скоро сти подачи Vп, рассчитанные для различных условий. Скорость подачи Vп представлена в формулах, по которым строились гра фики, в неявном виде, так как она линейно зависит от толщины стружки h, причем коэффициент пропорциональности может быть выбран одинаковым для всех указанных методик.

Расчеты производились для резца РКС-2 при коэффици ентах обнажения забоя Кз и отжима Кот, равными единице, при шаге резания t = 5 см, числе оборотов n = 1 с-1, при углах накло на резцов в плоскости резания, равных нулю.

Процесс разрушения горной породы режущим инстру ментом добычных машин подвержен влиянию большого числа факторов, которые в настоящее время учитываются с помощью эмпирических формул. Расчеты, выполненные по различным методикам, показывают большой разброс значений силы на рез це в зависимости от скорости подачи при прочих равных усло виях.

Таким образом, расчет ГМ, в том числе моделирование работы их исполнительных органов, целесообразно производить с использованием либо методики [54], либо уточненной обоб щенной методики.

1.2. ПРОХОДЧЕСКАЯ ТЕХНИКА Мировая практика показывает, что комбайновая проход ка выработок позволяет значительно повысить безопасность и комфортность труда, при этом трудоемкость снижается почти в 2 раза, а скорость проходки возрастает почти в 3 раза в сравне нии с БВР [66]. За рубежом широко используются тяжелые про ходческие комбайны с массой до 120 т и мощностью ИО до 400 кВт [88]. На шахтах Германии 67 % всех комбайнов состав ляют комбайны тяжелого типа, с помощью которых осуществ ляется проведение выработок по породам повышенной крепо сти.

Комбайны избирательного действия имеют ограничен ные возможности совершенствования конструкции, при этом необходимость возведения крепи значительно снижает теорети ческую производительность комбайна по отбойке, механиче ский способ отделения породы от массива отграничен крепо стью породы до f = 7…8. Кроме того, комбайновая проходка выработок по углю при сложном строении пласта вызывает сложности при транспортировке отбитой горной массы (при больших уклонах невозможно применение самоходных вагонов, ленточные конвейеры при больших перепадах пласта угля по высоте требуют установки дополнительных устройств для удержания ленты на ставе или сокращения длины конвейеров в одном ставе, то есть транспортировки горной массы каскадом ленточных конвейеров). На рис. 1.2 представлены факторы, ог раничивающие возможность применения комбайновых ком плексов традиционного исполнения. Как указывается в работах [57, 93], где дается анализ тенденций развития проходческих комбайнов избирательного действия, принцип механического разрушения себя исчерпал и необходима разработка новой тех ники при использовании иных принципов разрушения (исполь зование комбинированных способов): ударно-импульсного, ме хано-гидравлического и др.

Например, в Англии фирмами «Доско» и «Андерсон»

испытаны комбайны, оборудованные системами водонапорных установок;

при этом были применены уникальные детали, улучшающие характеристики высоконапорной струи для интен сификации разрушения породы: сопла из искусственного сап фира, каналы для подвода воды, покрытые никелем, и др. Про веденные испытания показали рост способности комбайнов по разрушению породы приблизительно в 2 раза (появляется воз можность разрушать породы крепостью до 13), пылеобразова ние снижается примерно на 70 %, устраняются возможности ис крообразования [93]. Однако гидромеханический способ разру шения имеет недостатки: значительное повышение удельных энергозатрат на разрушение, наличие водяной завесы вокруг ко ронки, значительное усложнение конструкции комбайнов. В об ласти совершенствования конструкций с механогидравлически ми резцами известные работы выполнены проф. В.А. Бреннером в ТГУ [10], при этом конструкции ИО и насосные системы от личаются более простой конструкцией, чем зарубежные анало ги. Также разработкой новых комбайнов успешно занимаются проф. Л.С. Ушаков [91] и др. В ДонГТУ предложена конструк ция проходческого комплекса, где за базу принят крепеуста новщик с магазинами арок крепи, манипуляторами и гидроци линдрами перемещения, при этом исполнительный орган по от бойке породы представляет собой поворотную рукоять со шне ком [46].

Реальные машины, о которых говорилось выше, не ис пользуют дополнительных средств для снижения крепости по род, а также на них не предусмотрены устройства для снижения вероятности проявления динамических и газодинамических яв лений (ДЯ и ГДЯ);

кроме того, в комплексах не обосновывается конструкция транспортирующей машины в случае применения их с большей производительностью (более 10 т/мин).

ПРОХОДЧЕСКИЕ КОМБАЙНОВЫЕ КОМПЛЕКСЫ Крепление (крепь) Отбойка (комбайн) Транспорт (конвейер) Oграничение Oграничение по Oграничение производительности крепости производительности комбайна Цикличность работы Сложность Сложность перегрузки маневровых операций с комбайна Ограничение Несимметричность Необходимость пере габаритов комбайна по длине грузочных пунктов Сложность Переизмельчение проветривания угля Большое число Сложность типовых размеров применения стандартных средств Рис. 1.2. Факторы, ограничивающие возможность применения проходческих комбайновых комплексов традиционного исполнения Комбайны с поперечно-режущими ИО обычно исполь зуются при работе по крепким породам, для разработки пород малой крепости целесообразнее применять комбайны с про дольно-режущими ИО. Комбайны иностранных фирм оборуду ются дополнительными устройствами для механизации вспомо гательных работ: монтажа крепежных рам, анкеров, вентилято ров и др.

В настоящее время на добывающих предприятиях на блюдается постоянное усложнение горно-геологических усло вий, особенно при проведении проходческих работ, увеличива ются глубина разработки, крепость пород, температура шахтно го воздуха и др. Поэтому необходимо постоянное качественное совершенствование проходческих комбайнов.

Как указано в работе [88], целесообразно применять вместо существующего большого числа наименований и типо размеров проходческих комбайнов типажный ряд из четырех типоразмеров комбайнов, причем за основу (главный параметр оптимизации) предложено принять мощность привода ИО. Так, институтом Гипроуглемаш созданы новые комбайны КП-15, КП-20, КП-25 и КП-60. Предполагается [88, 98], что внедрение на шахтах РФ этих комбайнов позволит повысить до 70 % уро вень комбайновой проходки.

АДК, включающие проходческо-добычной универсаль ный комбайн (ПДКУ), структурная схема которых составлена для сложных горно-геологических условий, должны обладать высокой производительностью: не менее 10 м3/мин по углю или до 3 м3/мин при крепости пород f = 7...8, поэтому выбор транс портирующей машины, способной работать с такой производи тельностью, должен удовлетворять следующим требованиям [29, 63]:

запас по производительности не менее 20 % от макси мальной производительности комбайна;

непрерывные во времени грузопотоки (непрерывные средства транспорта);

габариты, способные вписаться в выработки малых се чений и различных форм;

отсутствие вредного влияния на окружающую среду (шахтную атмосферу) и обслуживающий персонал;

мобильность, универсальность, простота монтажа;

возможность автоматизации работ по отбойке горной массы, ее транспортировке из призабойного пространства и креплению выработки.

Из перечня необходимых требований следует, что все разновидности самоходных транспортных средств не способны их удовлетворить, так как не выполняются требования по по вышенной маневренности, универсальности, простоте автомати зации и др.

Скребковый конвейер и скреперные установки также не отвечают требованиям, позволяющим включать их в состав со временных АДК, так как с их помощью невозможно реализовать задачи мобильности и простоты монтажа.

В полной мере этим требованиям отвечают только лен точные конвейеры, особенно многоприводные, так как этот вид транспорта позволяет при любой производительности просто вписывать установку в сечение выработки;

их приводы имеют малые габариты;

удлинение (наращивание) става можно произ водить достаточно просто и быстро;

отсутствуют перегрузочные устройства;

установки могут работать в выработках, пройден ных по пластам со сложной гипсометрией.

1.3. СРЕДСТВА ТРАНСПОРТА Повышение производительности добычных участков, длины транспортирования, требований к качеству транспорти руемого материала обусловливает рассмотрение в качестве ос новных следующие виды подземного транспорта: рельсовый ло комотивный и, особенно, конвейерный [79]. Конвейерный транспорт, в отличие от локомотивного, обеспечивает повыше ние технико-экономической эффективности с ростом произво дительности [15, 58, 59, 79]. Скребковые конвейеры как основ ное средство доставки материала в составе ОМК в последнее время являются мощными установками со следующими пара метрами: производительность более 1000 т/ч, длина более 200 м.

При дальнейшем увеличении грузопотоков в ОМК, к сожале нию, резко проявляются недостатки скребковых конвейеров, связанные со способом перемещения груза (волочение): повы шенные силы сопротивления движению;

чрезмерные энергоза траты на транспортирование;

низкий срок службы, вследствие износа;

переизмельчение материала. Это требует поиска новых, альтернативных средств призабойного транспорта, а также со вершенствования конструкций скребковых конвейеров, напри мер, путем покрытия тяговых цепей низкофрикционным мате риалом, использованием прочных и износостойких синтетиче ских материалов, что, однако, неизбежно вызовет увеличение стоимости конвейеров.

На рудниках скреперная доставка широко заменяется на самоходный транспорт [58, 69, 79]: самоходные вагоны и ков шовые погрузчики с грузоподъемностью 25 т используются на рудниках Норильска, ПО “Апатит” и др. Самоходный транс порт, однако, обладает существенными недостатками:

ограниченной производительностью (до 800 т в смену);

высокими стоимостью и эксплуатационными затратами (расход шин, топлива, необходимость проветривания выра боток и т.д.).

В связи с этим до сих пор не решена проблема замены цикличного транспорта на рудниках на непрерывный, способ ный транспортировать крупнокусковой материал. В этом на правлении известны работы института “Гипроникель” [53], раз работавшего ленточно-тележечные конвейеры и мощные вибро питатели. Вибротранспорт, как показано в работе [18], имеет большие перспективы при разработке нетрадиционных способов транспортирования.

Совершенствование конвейерного транспорта, как пока зывает анализ литературных источников [79], идет по следую щим направлениям:

многократное удлинение телескопической части;

установка промежуточных приводов [14, 85, 86];

применение опор скольжения;

использование высокопрочных синтетических лент на основе арамида.

Использование в качестве промежуточных приводов обычных барабанных не имеет перспектив широкого использования, так как обычные барабанные приводы отрицательно влияют на эксплуатационные качества протяженных ленточных конвейеров, а именно:

требуются перегрузочные пункты, где имеет место пере измельчение материала;

невозможно их использование при большой длине (большом натяжении несущей ленты), так как на каждом приводе наблюдается дополнительное повышение сопро тивления движению ленты;

наличие большого числа промежуточных барабанных приводов повышает вероятность расслоения ленты в ре зультате огибания барабанов, что значительно снижает срок службы несущей ленты.

Локомотивный транспорт, вытесняемый конвейерным, сохраняется в магистральных горизонтальных слабонаклонных выработках;

его совершенствование идет по пути повышения вместимости вагонеток с донной разгрузкой, создания составов из шарнирно-соединенных секций с погрузкой на ходу, приме нения электровозов от сети повышенной частоты [79].

В качестве транспорта, в том числе и вертикального, ис пользуется гидротранспорт или подъем материала в водовоз душной струе так называемыми эрлифтами. Эти виды транспор та используются при добыче полезных ископаемых со дна моря [17, 24].

1.4. ГОРНО-ДОБЫВАЮЩИЕ МАШИНЫ НЕТРАДИЦИОННОГО ИСПОЛНЕНИЯ Анализ литературных источников показывает возмож ность создания альтернативных добычных комплексов (АДК) на основе технической реализации новых приоритетных направле ний фундаментальных исследований в области горного дела [4, 43, 62, 69]:

1. Скважинные способы добычи угля или продуктов, по лучаемых из него.

2. Сжигание под землей полезного ископаемого – техно логия комплексного извлечения горючего газа и тепловой энер гии “Угле-газ”, называемой также подземной газификацией угля (ПГУ). Станции ПГУ успешно действуют в Кузбассе, Средней Азии, Туле.

3. Технология добычи углеводородов на основе гидроге низации подземных твердых ископаемых за счет снижения прочности и изменения химико-физического состояния угля в результате физического, химического и микробиологического воздействия на пласт. Такие технологии находятся в стадии ла бораторных исследований [80].

В последнее время предлагаются весьма различные спо собы получения новых видов топлива, в том числе путем сжи жения или газификации углей [79]. Теоретически в качестве альтернативы существующим методам механической добычи полезных ископаемых может быть предложен некоторый гипо тетический способ добычи, например, угля, с помощью его сжижения или гидрогенизации в подземных условиях. Это по требует разработки совершенно нового класса машин, рабо тающих при высоких температурах (до 600 С), воздействии на уголь различных по химическому составу катализаторов (желе за, йода, соединений молибдена и никеля и др.), а также повы шенного давления, ядерного магнитного резонанса и т.д. Струк турные модели АДК, основанные на перечисленных выше спо собах, в настоящее время трудно поддаются точному описанию на уровне отдельных аппаратов и машин. Поэтому в настоящей работе АДК этого класса рассматриваться не будут.

Последние 30 лет интенсивно разрабатывались принци пы создания новых технологий и их технические реализации по разработке месторождений полезных ископаемых, расположен ных на дне Мирового океана [51]. К сожалению, в настоящее время большинство таких работ из-за недостатка финансирова ния выполняется не в полном объеме. В настоящее время разра ботана классификация технических средств, способных выпол нять основные функции при создании глубоководных добычных комплексов (ГДК) для различных типов пород, глубины моря и условий эксплуатации, данная классификация основана на ре зультатах анализа работ институтов “ВНИИПрозолото” [24, 41], МГГУ [11, 51, 70], СПГГИ [7, 47, 89, 90], и других исследовате лей [48].

Как показал анализ вариантов ГДК [24, 108], комплексы оборудования для добычи полезных ископаемых на морском дне всегда включают донные агрегаты для переноса по задан ным траекториям добычных ИО, выполняющих основные тех нологические операции по добыче полезных ископаемых (раз рушение, захват, транспортирование и передача в главную транспортную систему). Анализ донных агрегатов показал пер спективность использования шагающих машин [89], способных перемещать добычные ИО при различной несущей способности грунтов и требуемых подводных технологий ведения добычных работ.

Как следует из классификации, для обеспечения работы придонных станций (машин) необходимо использовать техноло гические транспортные системы (ТТС), которые могут быть мо дернизированы в добычные транспортные системы (ДТС). ТТС необходимы для обеспечения спуска и подъема сменных моду лей придонной станции (машины) [28]. ДТС необходимы для непрерывной транспортировки полезного ископаемого из бун кера, находящегося на придонной станции (машине). Известно, что во многих случаях, особенно для больших глубин, именно создание работоспособной ДТС является слабым местом при разработке ГДК [24, 76]. Глубоководные драги (драги Масуды), как отмечалось в [51], при обеспечении ковшей улучшенными гидродинамическими средствами, эффективнее трубопроводных ДТС, так как в последних, кроме полезного ископаемого, необ ходимо перемещать средство-носитель (воздух, воду, летучие среды и т.д.). Именно канатно-ковшовые подъемники, устанав ливаемые на надводных кораблях, являются наиболее простым ГДК и будут использоваться в ближайшее время для разработки конкреций и илов шельфа. Перспективными также могут яв ляться следующие ДТС:

канатные или цепные драги с высокими гидродинамиче скими свойствами для снижения сопротивления движению ковшей и разведению ветвей драги в разные стороны;

ленточные элеваторы, снабженные легкими и прочными лентами с основой из синтетических материалов – ароми дов, имеющих “карманы”, наполняемые либо дискретными источниками газовых пузырей, либо связанными в опреде ленных местах с централизованной системой подачи возду ха;

даже наземные ленточные элеваторы, где невозможно использование архимедовой силы и гидродинамики, имеют высоту подъема до 300 м, поэтому для шельфа создание та кой установки возможно и в настоящее время;

многочерпаковые драги с промежуточными приводами, которые рассредоточены по несущему канату, на котором они закреплены и связаны с поплавковыми системами;

лен ты обеих ветвей драги в местах установки привода прижи маются к тяговым лентам, а в местах без приводов удержи ваются около каната. Такая ДТС применима для больших глубин, так как натяжение в несущих лентах драги разгру жается тяговыми;

здесь также возможно использование “зонтиковых” и тяговых лент для создания лент с нулевой плавучестью;

ДТС в виде “зонтиковой” системы, у которой несущим органом является непрерывно замкнутый канат с ковшами и раскрывающимися “зонтиками”, наполняемыми газом или материалами с плотностью меньшей, чем у воды;

транспорт в легких средах – подъемники в виде двух концентрично расположенных труб [11, 24], в центральную полость которых закачиваются полые стеклошарики или парафин, нефть, керосин и т.д., а в полости между наружной и внутренней трубой вверх движется пульпа – смесь полез ного ископаемого, воды и легкой среды.

Очевидно, что в ближайшее время могут быть разрабо таны добычные комплексы для малых глубин (шельфа), способ ные конкурировать с шахтами или рудниками, добывающими однотипный материал на материке, так как в некоторых случаях это окажется экономически более целесообразным. При этом потребуется создание уникальных машин, связанных в слож нейший комплекс.

1.5. АНАЛИЗ МЕТОДИЧЕСКИХ СРЕДСТВ ВЫБОРА ОПТИМАЛЬНЫХ КОМПОНОВОК НОВЫХ ГОРНО ДОБЫВАЮЩИХ КОМПЛЕКСОВ Работы таких ученых, как Ю.Д. Арсеньев, В.И. Солод, А.С. Бурчаков, В.М. Рачек, В.И. Морозов и др. посвящены раз работке методов выбора оптимальных компоновок новых ком плексов машин.

Так, в работах Ю.Д. Арсеньева [5] предложен метод ба зовой точки, однако этот метод не позволяет учитывать в анали зе неформализованные критерии, такие как, например, безопас ность ведения работ, экологическая чистота и т.д. Метод базо вой точки позволяет только производить параметрическую оп тимизацию по физическим параметрам с переходом на эконо мические функционалы.

В работах В.М. Рачека [67] и сходных с ними работах В.И. Морозова рассматриваются методы выбора оптимальных конструкций комплексов машин по минимуму пооперационных удельных энергозатрат за цикл работы добычного комплекса.

При этом необходимы данные по комплексу-прототипу. Такие методы учитывают только энергозатраты и не учитывают дру гие показатели работы машин.

Во многих работах, таких, например, как [2, 5, 9, 44, 74], рассматривается многокритериальная оценка эффективности использования объектов (машин) при известных корреляцион ной связи между критериями, целевой функции по отдельным критериям и функциональной зависимости между физическими и экономическими параметрами. Однако функциональная связь между техническими и экономическими параметрами почти всегда носит весьма неустойчивый характер. Она зависит от экономической стабильности отраслей промышленности, вре мени и объема производства, поэтому прогнозы эффективности использования машин такими методами не всегда могут быть достоверными и всеобъемлющими.

Выбор оптимального типа комплекса во многих работах производится с помощью метода экспертных оценок, примене ние которого считается субъективным [65]. Для повышения объективности такого метода используют различные способы, такие как тщательный подбор экспертов, использование коэф фициента конкордации и др.

В работах А.С. Бурчакова [12, 13] и других исследовате лей, посвященных обоснованию способов ведения горных работ и синтезу новых технических средств для их осуществления предлагается обрабатывать варианты реализации новых техно логий с помощью графов. Так, в [73] предложено на основании классификации технологических схем флангово-фронтальной и фронтальной выемки с применением выемочных машин фрон тальных (ВМФ) выбирать оптимальный вариант по рациональ ному числу выемочных машин с учетом фактора надежности с использованием многоступенчатой схемы компоновки варианта.

Однако, в этих работах не указываются принципы отбрасывания неэффективных вариантов и выбора оптимального. Разработан ные конструкции ВМФ1 и ВМФ2 могут рассматриваться как аналоги разрабатываемого в настоящее время в ВФ СПГГИ фронтального агрегата (о котором говорилось выше) и имеют схожие недостатки.

Выбору решения изобретательских задач посвящены многочисленные работы Г.С. Альтшуллера [3], в которых пред лагается использовать для этих целей так называемую теорию решения изобретательских задач (ТРИЗ), основанной на алго ритме решения изобретательских задач (АРИЗ).

Весьма интересные и полезные работы Г.С. Альтшуллера направлены, в основном, на решение чисто конструкторских задач, не позволяют одновременно выбирать оптимальные технологические, технические и экономические параметры объекта. Кроме того, ТРИЗ является сводом правил, а не конкретной математической процедурой, поэтому процесс выбора оптимального варианта объекта не совмещен с решени ем конкретных технических задач по расчету фактических па раметров машин.

За последнее десятилетие интенсивно разрабатывается новое направление в программотехнике – CASE [25]. СASE технология универсальна по области применения и является ме тодологией анализа сложных систем, в том числе систем про граммного обеспечения. Однако, применение CASE для реше ния конструкторских задач осложнено отсутствием баз данных и сложностью совмещения процедур CASE-анализа и компью терных программ по расчету технических параметров машин.

Многие исследователи, такие как, например, А.И. Половинкин [61], научно обосновывают высокую эффек тивность использования морфологического анализа для реше ния задач инженерного творчества, в том числе инженерного конструирования, однако, рассматривается, как правило, качест венная сторона проблемы без количественных оценок эффек тивности использования рекомендуемых вариантов.

Глава 2. ОСНОВЫ ТЕОРИИ МОРФОЛОГИЧЕСКОГО АНАЛИЗА ДЛЯ ВЫБОРА НОВЫХ КОМПЛЕКСОВ ГОРНЫХ МАШИН 2.1. ПРОБЛЕМА И ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ СИСТЕМЫ ИНЖЕНЕРНОГО КОНСТРУИРОВАНИЯ Выбор принципиально новых конструкций комплексов оборудования требует поиска путей формирования процессов разработки идей новых конструкций. Этот подход нужен при создании интеллектуальных САПР и систем инженерного кон струирования, внедрение которых дало бы возможность значи тельно сократить сроки подготовки документации по поиско вым НИР и ТЭО новых образцов комплексов машин, резко со кратить время выпуска нового оборудования, снизить риск раз работки морально устаревших образцов [97, 107].

Проблема создания формализованных систем конструи рования связана с использованием, формализацией и доведени ем до инженерного применения одного из методов прогнозиро вания [94]. Известно [65], что методы прогнозирования делятся на интуитивные и формализованные. Интуитивное прогнозиро вание применяется для объектов либо слишком простых, либо таких сложных, что аналитический учет всех факторов невоз можен. В таких случаях прибегают к опросу экспертов;

возмож ны индивидуальные и коллективные экспертные оценки. Струк турные взаимосвязи между объектами, явлениями и концепция ми целесообразно исследовать с помощью морфологического анализа, который относится к группе системно-структурных ме тодов прогнозирования. Наиболее сложным моментом морфо логического анализа, как указано в [65], является определение конкретных решений задач или выбор рациональных вариантов при заданных целях с точки зрения их функциональной ценно сти.

Процедура формализации поиска идеи облика новых комплексов горных машин при использовании новейших техно логий и машин (агрегатов), не апробированных на практике, требует применения разновидности экспертной системы, осно ванной на комплексном, морфологическом анализе структурно расчлененной схемы нового комплекса (машины). Эта процеду ра должна включать в себя морфологический анализ (например, по методу Цвикки [111]) и отбор с помощью специальной (на пример, экспертной) системы наиболее перспективных вариан тов решения конкретной задачи. Все алгоритмы должны легко реализовываться в виде программ для компьютерной обработки при сведении к минимуму субъективности экспертных оценок с помощью специального математического аппарата.

Создание нового комплекса машин или машины в на стоящее время регламентировано ГОСТами, где определена по следовательность этапов:

НИР, патентный поиск;

техническое задание (ТЗ);

техпредложение (варианты реализации ТЗ, ТЭО);

эскизный проект;

техпроект;

рабочий проект.

Процесс разработки конструкторской документации длительный и дорогостоящий. Часто ошибки в его начале (на стадии НИР-ТЭО) приводят к созданию физически новой, но морально устаревшей машины. При широком внедрении САПР и ЭВМ становится возможным значительно расширить и углу бить первоначальный этап разработки, смоделировать работу машины, сделать правильный выбор ее структурной модели и компоновки, обосновать необходимость создания и область применения.

Экономико-математическое и имитационное моделиро вание оправдано в качестве инструмента САПР, но данные виды моделирования имеют ряд недостатков:

1. Нельзя оценить эффективность создания принципи ально новых машин, так как в моделях очень сложно использо вать описание несуществующих процессов или узлов (машин).

2. Не учитывают экологические последствия использо вания сложной, крупномасштабной техники в незагрязненных природных условиях.

3. Невозможно точно определить величины исходных параметров для ввода в ЭВМ при описании сложных стохасти ческих процессов (часто при выполнении сложных расчетов до ля ошибок при вводе в ЭВМ исходных данных доходит до 75 %).

4. Весьма сложно обосновывать или моделировать кон версионные экономичные и ресурсосберегающие технологии изготовления комплексов машин, выпуск которых может произ водиться заводами-автоматами в течение многих лет, так как учет опыта эксплуатации, доводка машины часто накладывают на процесс моделирования непреодолимые трудности. Поэтому не случайно появление нового типа вычислительных систем – интеллектуальных САПР и экспертных систем. Такие системы для горного машиностроения могли бы явиться начальным зве ном НИР, формализирующим процесс генерации идей новых машин и связующим звеном во всех САПР при разработке принципиально новых сложных комплексов машин.

Так, например САПР “Шнек” ИГД имени А.А. Скочинского, САПР “Крепь” МГГУ, САПР “Комбайн” СПГГИ (ТУ) и другие позволяют оптимизировать конструкции существующих машин, но не позволяют генерировать идеи но вых конструкций.

Очевидна необходимость разработки САПР эвристиче ского этапа НИР – гибридной системы или системы инженерно го конструирования (по проф. Д.А. Поспелову), в дальнейшем будем сокращенно называть ее СИНК (SEND). Использование СИНК требуется перед каждой формализацией идеи новой ма шины или обоснования ее структурной модели, для обращения к САПР более низкого уровня. Структура взаимодействия СИНК и САПР показана на рис. 2.1 (по проф. В.М. Рачеку [67]).

Пример взаимодействия СИНК и САПР горного маши ностроения показан на рис. 2.2. Универсальная СИНК должна быть согласована с технической политикой промышленности и должна быть направлена на решение конкретной задачи, харак теризующей условия и исходные предпосылки технического пе ревооружения промышленности, в том числе создание новой техники. На рис. 2.3 показана схема увязки задач для создания новых АДК.

СИНК Формализация идеи машины и обращение к САПР Анализ результатов Разработка ТЗ проектирования на машины соответствие цели Изучение возможности корректировки параметров машины Рис. 2.1. Схема взаимодействия СИНК и САПР СИНК “Производство” САПР САПР САПР … “Шахта” “Карьер” “Завод” СИНК СИНК СИНК СИНК … “Проходка” “Добыча” “Транспорт” “Подъм” САПР САПР САПР САПР САПР … “Крепь” “Ком- “Кон- “Откатка” “Самоходное байн” вейер” оборудование” САПР САПР “Шнек” “Очистка” … САПР “Редуктор” … Рис. 2.2. Пример взаимодействия СИНК и САПР для горной промышленности Постановка задачи внедрения в производство нового АДК Техническая политика и выбор характеристик внешних и горно геологических условий ТЕХНИЧЕСКАЯ ПОЛИТИКА Модернизация Создание новых Покупка существующих отечественных зарубежных отечественных образцов АДК образцов АДК образцов ЗАДАЧИ Для известных Для новых горно Для известных горно Для нормальных горно- геологических геологических геологических условий с новыми условий с новыми горно условий с новыми характеристиками, характеристиками, геологических характеристиками, состоящих из новых состоящих из условий с за- состоящих из машин модернизированных новых машин машин с новыми данными харак- параметрами теристиками, состоящих из известных ма шин с новыми технического предложения и бизнес-плана Разработка параметрами нового проекта Рис. 2.3. Схема увязки задач для создания новых АДК.

2.2. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ МОРФОЛОГИЧЕСКОГО АНАЛИЗА Укрупненная блок-схема работы СИНК показана на рис.

2.4. В блоках 1 и 3 (рис. 2.4) при формулировке цели использо вания СИНК и при применении экспертных или других систем с обобщенной структурой учета параметров должно быть регла ментировано следующее:

1. Производительность АДК (или добычной машины):

сравниваемые АДК должны иметь близкие по значению произ водительности и превышать производительность прототипа;

Q 10 т/ч – геолого-разведочные машины;

Q = 10100 т/ч – проходческие или строительные машины;

Q 100 т/ч – добыч ные машины.

2. Условия применения (способ разработки) АДК:

разработка угольных месторождений (шахта или разрез);

разработка рудных месторождений (рудник или карьер);

морские разработки.

3. Выбор прототипа – комплекса машин современного уровня, для которого имеется опыт эксплуатации в аналогичных или близких условиях. Определяются важнейшие параметры прототипа, анализируются и выделяются основные функции (операции), выполняемые комплексом и его узлами (машинами).

Сравнение всех вариантов АДК необходимо производить с та ким прототипом. После выбора варианта-прототипа a 0 0 ( a1, a2,...,an ) составляется матрица A0, элементы которой aij являются абсолютными величинами j-го параметра i-й функции прототипа. Матрица имеет размерность kn, где k - число пара метров, характеризующих работу прототипа, а n - число функ ций. Алгоритм развернутого морфологического анализа дан в табл. 2.1.

Таблица 2. Алгоритм развернутого морфологического анализа Действия над математиче- Примечания, допущения, Упрощенный алго Этап Обозначение в общем виде скими объектами ссылки ритм (MORF) Для исходных данных по- Будем считать, что основ- Методом объедине 1 F1, F2, Fi,...,Fn i = 1...n (r1, r2,... rj,... rm) ri Fi, сле разбора аналогов ана- ная морфологическая таб- ния и упрощения лизируемый процесс раз- лица является прямоуголь- функций производит j =1...m деляется на n функций (F). ной матрицей, т.е. число ся переход к процес Для каждой функции фор- реализаций по каждой су, состоящему из мулируется m технических функции одинаково трех функций: n = реализаций, rij – наимено вание j-ой реализации i-ой функции. Получается ос новная морфологическая таблица a1 (a11, a12, a13) Матрица вариантов АДК A Матрица A формируется с 2 a11 a12... a1n составляется из N струк- учетом задач создания aN (aN1, aN2, aN3), А a 21 a 22... a2n, турных схем АДК, состав- АДК, технической полити- i = 1…3, j = 1...N,............ ляемых путем сочетания по ки и временных требова- a0 (a10, a2, a3 ) a m1 a m 2... a mn одной технической реали- ний разработки АДК i = 1...n, l = 1...N, N = nm зации ri из каждой функ a11 F1, a12 F2, a1n Fn, ции Fi. Получается N вари a1 (a11, a12,...) антов al АДК.

Выбирается комплекс a0 (a10, a2,..., an ) 0 прототип - a Действия над математиче- Примечания, допущения, Упрощенный алго Этап Обозначение в общем виде скими объектами ссылки ритм (MORF) Для матрицы-строки про- Анализ параметров произ- j = 1...k = 0 a10i a10n 3 a11 a12...

тотипа a0 составляются водится по принципу неза- 0 0 0 0 0 a11 a12 a a21 a22... a2i a2 n A0..............., размерные матрицы-строки висимости и объективности A a0 a0 a 0 21 22 пооперационных (пофунк- информации.

a01 a02... a0 a0 0 0 a31 a32 a j j ji jn В алгоритме MORF выде циональных) затрат: a10 – 0 0 0 ak 1 ak 2... aki akn ляются три важнейших па матрица-строка поопера i = 1...n, j = 1...k, раметра ционных энергозатрат, Дж;

00 o a1, a2,..., ak A a2 – матрица-строка поопе 0 a1 P,..., ak Pk рационных стоимостей и т.д. Рассматривается мак симальное число парамет ров P1, P2,..., после анализа выбирается k матриц-строк и формируется матрица A пооперационных затрат прототипа Элементы матриц A1,... не Для каждого a1, a2,...,aN 4 A1 = a1, A2 = aij,..., A1 = a1, A2 = aij,..., ij ij разработанных вариантов варианта АДК (число вари A = = a,..., A = a,..., l l АДК часто не могут быть антов N0 N) составляются l l ij ij A = a, i = 1...n, A = a, i = 1...n, определены. Поэтому целе размерные матрицы A1,...

N0 N сообразен переход к без ij ij N0 N аналогично A0 для k пара размерным матрицам, по j = =1...k, j = 1...k, метров P1,...Pk казывающим качественные l = 1...N0, N0 N l = 1...N0, N0 = оценки Действия над математиче- Примечания, допущения, Упрощенный алго Этап Обозначение в общем виде скими объектами ссылки ритм (MORF) al Размерные матрицы A1,...

5 Aб a1,..., Aб aij,., l ij Aб a1,..., 0, 0 1 ij переводятся в безразмер aij 1 l ij a, aij l l N ную форму, при этом полу- Aб N aij ij 1, a0 1 чаются матрицы, содержа ij l = 1,..., N0 = щие числа в двоичной сис Aб aij,., Aб N aij N l l теме Aбl i F i, j P j, i = 1, 2, 4,...

Формируются приоритеты Для алгоритма MORF ве j = 1, 2, 4,...

(шкалы важности) функций личины приоритетов уста i = 1...n, j = 1...k i и приоритеты парамет- навливаются в двоичной Для нечетких шкал ров j системе, что позволяет необходим перебор формировать суммарные вариантов приорите оценки путем сдвигания на тов разряд элементарных оце нок a a При больших n, k и N0, а Безразмерные матрицы Aб l l Tl Tl 7,, j i ij j i ij l также при изменении в j i j i с учетом приоритетов большом диапазоне задача l = 1,..., N0 l = 1... i Fi, j Pj, преобразу в общем виде практически ются в скаляр Tl (преобра не имеет решения (требует зование “тензора эффек чрезмерно больших вре тивности”) менных и материальных затрат), поэтому целесооб разен переход к упрощен ному алгоритму, например, MORF Действия над математиче- Примечания, допущения, Упрощенный алго Этап Обозначение в общем виде скими объектами ссылки ритм (MORF) min Tl aопт min Tl aопт Минимальное значение безразмерных матриц, пре образованных в скаляр, со ответствует оптимальному варианту (структурной схеме) АДК ЗАКАЗЧИК Определение цели создания нового комплекса, важнейших узлов, прототипа Отбор критериев Определение основных сравнения.


Разработка действий (функций) по Эксперты шкалы соотношения циклограмме прототипа важности критериев 02 ТАБЛИЦА Определение групп МОРФОЛОГИЧЕСКОГО вариантов с однородной Эксперты АНАЛИЗА структурой узлов (машины) Выбор главного узла Анализ на минимум Исключение одного действия (функции) Определение соотношения (шкалы) операций важности узлов (машин) Эксперты по выполнению данного действия (функции) Банк вариантов 3-го варианта по технологии Банк вариантов Разработка морфологических таблиц, матриц сравнения для данного банка Вариант эвм вариантов абсурден 18 Исключается из анализа Сравнение по узлам (машинам) и функциям (действиям). Определение Нет элементов матриц. Выполнение Банк варианта Анализ вектор-строк матриц на вариантов 1-го эвм минимум суммарной оценки возможно в 20 приоритета настоящее время Патентоспособные Неперспективные Нет Перспективные Выполнение Банк варианта вариантов 2-го возможно в приоритета ближайшее время Точное сравнение альтернативных вариантов по параметрам в абсолютных единицах Рис. 2.4. Укрупннная схема СИНК 4. Уровень решаемой задачи (см. рис. 2.3) – обоснование в соответствии с современной технической политикой необхо димой глубины функций создаваемого нового АДК, то есть ус танавливается возможность использования эффективных, в том числе и зарубежных машин, или необходимость модернизации существующих, или разработка принципиально новых.

Разбиение сложных объектов на детали (например, АДК – на машины, функции – на операции) позволяет вместо анализа сложных объектов решать элементарные задачи на уровне “лучше-хуже” для упрощенных объектов сравнения и заменять интуитивные решения фактическими отношениями.

В блоке 2 (рис. 2.4) рассматривается необходимость ана лиза узлов (машин) по следующим критериям: минимальной стоимости, минимальной энергоемкости, максимальной надеж ности, максимальной экологической чистоты и др. С привлече нием экспертов образуются шкалы соотношения критериев (приоритетов функций) и шкалы соотношения групп по каждо му критерию (приоритетов параметров).

Возможен отказ от принципа аддитивности при образо вании общей оценки эффективности.

В блоке 4 (рис. 2.4) образуется таблица морфологическо го анализа, например, по Цвикки [65, 111], для изучения путей создания новых структурных моделей комплексов. По методу Цвикки, весь процесс, выполняемый комплексом машин, разби вается на ряд укрупненных технологических операций (функ ций), в дальнейшем операций, и для них указываются все воз можные конструктивные реализации этих операций.

В качестве примера рассмотрим принцип построения морфологической таблицы для анализа структурных моделей комплекса по разработке подземных угольных месторождений.

В этом случае процесс выемки угля будет включать в себя сле дующие основные операции: отделение угля от массива (О), транспортировка угля к откаточному штреку (Т), крепление призабойного пространства (К). Основная морфологическая таблица показана на рис. 2.5.

Основные функции (операции) и их технические реализации Отбойка (отделение № полезного ископаемо- Крепление Транспортирование го от массива) Комбайн со шнеком Гидрофицированная Скребковый конвейер (О1), резание стругом крепь (К1), индивиду- (Т1), скрепер (Т2), (О2), комбайн с буро- альные стойки (К2), ленточный конвейер вым исполнительным механическая крепь (Т3), волновой или органом (О3), отбойка (К3), крепь со стойка- виброконвейер (Т4), ударным ИО (О4), от- ми электрического гидротранспорт (Т5), бойка роботом с при- действия (К4), пнев- пневмотранспорт (Т6), менением БВР (О5), мокрепь (К5), крепле- нагребающие лапы комбайн с гидромони- ние средой (К6), под- (Т7), комбинирован тором (О6), комбайн с держание кровли на ный транспорт (Т8), комбинированным ИО целиках (К7), крепле- гравитационный (О7), комбайн совме- ние сеткой (К8), ан- транспорт (Т9), сред щн с крепью (О8), керная крепь (К9), ства транспорта кине отбойка совмещена с крепление кинемати- матически или конст другими машинами чески или конструк- руктивно связанные с кинематически (О9), тивно связано с дру- другими функцио то же с конструктив- гими функциональны- нальными машинами ной связью (О10) и т.д. ми машинами (К10) и (К10) и т.д.

т.д.

О1 К1 (прототип) Т 1 О2 К2 Т 2 О3 К3 Т 3 О4 К4 Т 4 О5 К5 Т 5 О6 К6 Т 6 О7 К7 Т 7 О8 К8 Т О9 К9 Т ПДКУ О10 К10 Т 10 ПДКУ Рис. 2.5. Основная морфологическая таблица для анализа структурных схем АДК по добычи угля в подземных условиях Операция (О) достигается применением следующих спо собов: О1 – механическая отбойка;

О2 – гидроотбойка;

О3 – хи мическое размягчение угля и т.д.

При необходимости каждый из способов можно разбить на более мелкие конструктивные решения: О11 – резание шне ком;

О12 – резание стругом;

О13 – отбойка ударным инструмен том;

О14 – отбойка взрывом;

О15 – комбинированный способ и т.д.

Для операции Т рассматриваются: Т1 – механическое волочение (Т11 – скребковый конвейер, Т12 – скрепер, Т13 – ленточный конвейер);

Т2 – потоком жидкости (Т21 – гидро транспорт, Т22 – импульсными струями) и т.д.

Для операции К соответственно: К1 – крепление меха ническое (К11 – индивидуальная крепь, К12 – гидрофицирован ная крепь, К13 – электрофицированная крепь и т.д.);

К2 – удер жание кровли на целиках;

К3 – удержание кровли искусствен ной средой (К31 – нагнетанием воздуха, К32 – нагнетанием во ды) и т.д.

Соединением по одному конструктивному решению из каждой позиции О, Т и К можно получить большое число вари антов комплексов. Например, О11 – Т11 – К12 являются основ ными машинами современного механизированного комплекса типа КМ-87 УМЭ. Морфологический анализ полученных комплексов помогает выбрать технически реализуемые варианты, а из них – наиболее интересные.

В блоке 19 (рис. 2.4) на основании шкал соотношение групп критериев сравнения (блоки 2, 5) и шкал соотношения важности узлов (машин) комплекса (блок 9) производится срав нение с помощью экспертов или ЭВМ (методом моделирования мнений экспертов по программе MORF) по каждому i-му узлу j й машины k-го комплекса эффективности использования этого узла с использованием данного узла прототипа.

2.3. БАЗОВЫЕ ФУНКЦИИ И ФОРМИРОВАНИЕ ОСНОВНОЙ МОРФОЛОГИЧЕСКОЙ ТАБЛИЦЫ Определение базовых функций комплекса. При опре делении базовых функций (операций), выполняемых искомым комплексом должно соблюдаться условие минимально доста точного числа базовых функций. Каждая такая функция реали зуется одним из узлов, входящим в состав комплекса. Если ка кой-либо узел, в свою очередь, разбивается на несколько подуз лов, а выполняемая им операция – на подоперации, то эффек тивнее провести сначала укрупненный анализ по операциям, а потом частный анализ по подоперациям. Предоставление же по доперации ранга операции приводит к тому, что анализ стано вится слишком громоздким, а следовательно, более трудоемким и менее достоверным.

В табл. 2.1 функции обозначены как F1, F2,..., Fi,..., Fn, где n – число функций. Каждая функция может быть реали зована большим числом технических решений (r1, r2,... rj,...

rm) ri Fi, j = 1...m.

Все варианты АДК состоят из машин (агрегатов), дейст вия которых могут быть разбиты на n выполняемых операций.

Каждая i-я операция может быть выражена через m тех нических реализаций.

Таким образом, получается матрица размером mn, ко торая называется полной таблицей морфологического анализа (рис. 2.5).

Заполнение таблицы морфологического анализа. Ка ждая выбранная базовая функция может быть реализована од ним или несколькими способами. Выбор того, каким образом будет реализована каждая функция, и есть выбор компоновки комплекса. Таблица морфологического анализа имеет столько же строк, сколько базовых функций. Элементами строк являют ся варианты реализации соответствующей функции. Вообще го воря, у разных функций может быть неодинаковое количество реализаций. В таком случае таблица морфологического анализа не будет являться матрицей. Но, чтобы иметь возможность при менить к нашей задаче элементы матричного и тензорного ана лиза, условимся задаваться для всех функций равным числом реализаций m. При необходимости можно составить несколько таблиц морфологического анализа и, произведя их раздельную обработку, получить те же самые результаты.

Определение параметров (характеристик) работы комплекса. Выбор параметров, характеризующих работу ком плекса, по которым производится сравнение зависит от кон кретных условий, в которых будет работать комплекс, и произ водится из тех же соображений, что и выбор базовых функций.

Как будет видно из дальнейшего изложения, в роли таких пара метров могут выступать понятия, не имеющие абсолютного численного выражения. В табл. 2.1 параметры обозначены, как P1, P2,..., Pi,..., Pk, где k – число параметров.

Анализ размерных матриц-строк и определение па раметров. Матрица А, состоящая из элементов, не имеющих размерности, может быть преобразована в k матриц, элементы которых имеют размерность в соответствии с функциями, вы полняемыми АДК, при условии реализации их конкретными техническими решениями:

В качестве матриц типа А1,..., Аk, имеющих размерность, могут использоваться:

матрица энергозатрат А1 с элементами a1ij;

матрица удельных энергозатрат А2 с элементами a2ij;

матрица пооперационной производительности А3 (в слу чае различия по производительности отдельных машин АДК);

матрица временных затрат А4 с элементами a4ij ( если цикл состоит из повторяющихся операций);

матрица пооперационного срока службы (ресурса) А5;

матрица пооперационного травматизма А6;

матрица пооперационных стоимостных затрат А7;

матрица металлоемкости функциональных машин А8;

матрица поузловых показателей надежности А9 и так да лее, Аk.


Анализ размерных матриц и выбор параметров. Как показывает анализ взаимозависимости пооперационных матриц между такими матрицами существуют взаимные переходы. По этому для окончательного выбора функций и параметров для анализа необходимо учитывать следующие соотношения:

1 aij aij aij при T = const, Q = const, 1. (2.1) aij т.е. при выполнении основного допущения достаточно выбора либо А1, либо А2.

2. С учетом гипотезы Линника [42] должно выполняться следующее условие соответствия матриц:

1 2 aij aij aij, (2.2) поэтому, когда имеются зависимости, связывающие ресурс ма шины с видом нагрузки, типа материала и т.д., а также матрица пооперационных удельных энергозатрат, можно определить эле менты матрицы А1.

3. Матрица пооперационных стоимостных затрат может быть получена из матрицы металлоемкости в результате сле дующего матричного перемножения А6 = А7Aij (при до пущении постоянства зависимости цены изделия от его массы);

где Aij – эмпирические коэффициенты. Матрица показателей на дежности А9 может быть получена с учетом А3 и времени про стоев из-за отказов.

4. При анализе АДК для подземных условий особо важ но выделение в отдельный параметр показателя пооперацион ной безопасности или пооперационного травматизма.

Оценка безопасности мало коррелирует с другими по операционными матрицами, поэтому оценка безопасности осо бенно добычных машин должна непременно присутствовать в анализе АДК, а ее приоритет должен быть максимально высок.

Элемент a6ij матрицы А6 может быть оценен как функция от чис ла обслуживающего персонала.

Одной из основных причин включения в морфологиче ский анализ параметра, связанного с энергоемкостью операций (энергоемкость), является тот факт, что в наиболее энергоемкой операции – отбойке породы – удельная энергоемкость Hw явля ется величиной, физически связанной с крепостью разрушаемых пород.

В отличие от таких параметров АДК, как стоимость и безопасность, не имеющих фактической величины для несуще ствующих вариантов, энергозатраты – это параметр, величину которого можно определить с достаточной точностью. Кроме того, удельные энергозатраты связаны с прочностью разрабаты ваемой породы и определяют, с одной стороны, спектр областей использования АДК по прочности разрабатываемых пород, а с другой – такие важные режимные параметры добычной маши ны, как скорость подачи и скорость резания. Поэтому целесооб разно окончательное сравнение вариантов (на второй стадии анализа) добычных машин производить по условию поопераци онного минимума удельных энергозатрат:

HWij aij min. (2.3) Для этой цели обоснована необходимость использования и разработки компьютерных программ CUTTO, KOR и др., по зволяющих оптимизировать структурные схемы исполнитель ных органов машин.

Таким образом, анализ энергозатрат при выполнении всех операций является наиболее необходимым. Очевидна важ ность решения задач обоснования зависимости удельных энер гозатрат от прочности породы и скорости деформирования;

для транспортных машин – зависимости удельных энергозатрат от числа приводов, скорости волн деформации в лентах, соотноше ния наклонных и горизонтальных участков, а также от произво дительности.

Принципы заполнения размерных матриц. Для расче тов пооперационных энергозатрат Ai используются при необхо димости формулы расчета полезных работ i-й операции. Так, например:

1) для гидравлических машин при известных давлении Pi(ti) и расходе Ri(ti) t1 t P (t )R (t )dt ;

Ai (2.4) 1 1 1 t 2) при известных затратах мощности машин, выпол няющих i-ые операции Ni(ti) и времени работы ti:

ti t N (t )dt ;

Ai (2.5) i i t 3) для транспортирующих машин при известных зависи мости угла действия силы от расстояния i(li), длине li, коэффи циенте трения f и зависимости силы от расстояния Fi(li):

li Ai Fi li ( f cos i li sin i li )dli ;

(2.6) 4) для грузоподъемных элементов при известных высоте подъема hi, зависимости усилия подъема от высоты Fi(hi) и ко эффициенте трения в шкивах hi Ai Fi (hi ) dhi ;

(2.7) и так далее.

Для стоимостных показателей возможно применение эмпирических формул вида cij C0 C1 Ni ;

(2.8) где cij – элемент матрицы Аp, C0 и C1 – эмпирические коэффици енты, Ni – физический параметр, например мощность привода.

Такие формулы широко применяются при экономико математическом моделировании [15].

2.4. ОБРАБОТКА ОСНОВНОЙ МОРФОЛОГИЧЕСКОЙ ТАБЛИЦЫ Формирование матриц-строк пооперационных затрат вариантов. Для каждого a1, a2,...,aN 0 варианта АДК (число ва риантов N0 N) составляются размерные матрицы A1, А2, и т.д.

Аналогично A0 для k параметров P1,...Pk, которые могут быть получены выбором соответствующих строк из матриц А1,..., Аk для конкретного варианта al.

Обработка матриц вариантов. Размерные матрицы А1,..., Аk переводятся в безразмерную форму (табл. 2.1, п. 2), при этом получаются матрицы, содержащие числа в двоичной сис теме Aбl, являющиеся безразмерными оценками, полученными путем сравнения с матрицей прототипа A0, то есть получаем n в степени m матриц Aбl размерностью n k.

Заполнение этих матриц может быть осуществлено дву мя способами:

Составлением k матриц n m, соответствующих каждо му параметру. Их элементы alij являются величиной l-го пара метра j-ой реализации i-ой функции. В дальнейшем можно с по мощью ЭВМ подставлять данные значения в матрицы вариантов Al. Этот метод имеет один существенный недостаток: поскольку все величины рассчитываются для отдельно взятых элементов комплекса (без взаимоувязки), то не предусматривается воз можная несовместимость их в составе комплекса. Таким обра зом, можно получить хорошую оценку для заведомо абсурдного варианта.

Непосредственным заполнением оценками “0” и “1” элементов матриц Aбl. Это более трудоемко, чем в первом ва рианте, но гарантирует отфильтровывание заведомо абсурдных вариантов.

Выбор схемы заполнения матриц Aбl зависит от кон кретной задачи.

Оценка также может выставляться по принципу [19,20]:

0, если aij меньше aij l 1, если aij больше aij l l/ aij, l 10, если aij значительно больше aij (на порядок в двоичной системе) l где aij – соответственно величина для i-й функции j-го параметра l-го комплекса;

aij – то же для прототипа.

Матрицы Aбl анализируются по критерию п. 5 табл. 2.1, или:

.... ;

1 2 T1... 2 3 (2.9) 1 1 1 j i i i где 1i – коэффициенты значимости показателей функ ции (шкалы важности функций или приоритеты функций).

Теоретически количество различных критериев, анало гичных Tl, может быть бесконечно большим (в любом случае значительно больше, чем k!) при выставлении приоритетов в широком диапазоне и использовании большого числа функций и параметров.

Критерии Tl являются преобразованными в скаляр без размерными матрицами, суммирование элементов которых должно производиться особым образом с учетом приоритетов важности функций и параметров.

В случае, когда приоритеты по машинам (агрегатам) или функциям действия этих машин выражаются в двоичной систе ме исчисления, критерии Т могут быть выражены также числом в двоичной системе исчисления, при этом, если оценки выстав ляются отдельно в каждом разряде, в целом критерии Т выра жаются одним числом в двоичной системе. Поэтому составле ние шкалы приоритетов является важнейшей системой преобра зования при решении данной задачи;

упрощение шкалы приори тетов позволяет решать эту задачу чисто аналитически.

Определение шкал функциональных и параметриче ских приоритетов. Для дифференцированного учета оценок различных функций и параметров необходимо задаться систе мой приоритетов. Приоритет является условной численной ве личиной, показывающей, насколько важна та или иная функция или параметр.

Приоритет дает возможность более существенной функ ции или параметру оказать возможно большее влияние на фор мирование окончательной комплексной оценки. Расстановка приоритетов является, пожалуй, наиболее ответственным эта пом во всем алгоритме, поскольку при одних и тех же данных разные соотношения приоритетов дают совершено различные результаты. Например, предположим, искомый комплекс вы полняет три базовые операции F1, F2, F3. Выполнение операций характеризуется тремя параметрами Р1, Р2, Р3. На рис. 2.6 пока зано влияние на итоговую оценку частных оценок шкал приори тетов [38-40].

На рис. 2.6, а показана диаграмма важности оценок при отсутствии приоритетов по функциям и параметрам. Диаграмма важности оценок, показанная на рис. 2.6, б, составлена при на личии приоритетов, как по функциям, так и по параметрам. Как видно из рис. 2.6, б, оценка F1 на два порядка в двоичной системе важ нее F3 и на один порядок – F2;

оценка параметра Р3 на два поряд ка важнее оценки Р1 и на один – оценки Р2.

б) a) F1 F2 F3 P1 P2 P 1 1 1 1 2 P1 P2 P3 F1 F2 F 1 1 1 4 2 F1 P1***** 11 % F1 P1**** 8 % F2 P1***** 11 % F2 P1** 4 % F3 P1***** 11 % F3 P1 * 2 % F1 P2***** 11 % F1 P2******** 16 % F2 P2***** 11 % F2 P2**** 8 % F3 P2***** 11 % F3 P2** 4 % F1 P3***** 11 % F1 P3**************** 33 % F2 P3***** 11 % F2 P3******** 16 % F3 P3***** 11 % F3 P3**** 8 % Рис. 2.6. Диаграммы важности оценок при отсутствии приоритетов по функциям и параметрам (а) и при наличии приоритетов (б).

Как видно из рис. 2.6, б, наличие приоритетов позволяет выделять главные и второстепенные параметры и функции:

оценка F1 по Р3 (функции 1 по параметру 3) является наиболее весомой из девяти прочих оценок. Это может упростить прове дение морфологического анализа, а также дает возможность ус тановить направление оптимального конструирования АДК. В табл. 2.2 показаны примеры преобразования безразмерных мат риц 3 3 в скаляр при различных вариантах расстановки при оритетов функций и параметров.

Таблица 2. Примеры преобразования матрицы оценок Варианты расстановки приоритетов № п/п С приоритетом Операция Без С приоритетом функций и парамет приоритетов функций ров 11 = 100;

12 = 10;

11 = 100;

12 = 10;

13 = 1.

13 = 1. Оценка по 11 : 12 : 13 = 4:2: первой функции 1 = 100;

2 = 10;

сдвигается в тре тий разряд двоич- 3 = 1.

11 = 12 = ного числа, оценка 1 : 2 : 3 = 1:1: = 13 = 1 второй функции Оценка второго па 1 = 1;

2 = 1;

сдвигается во вто- раметра сдвигается Величины 3 = 1;

рой разряд двоич 1 на один разряд в приоритетов ного числа, оценка двоичной системе 1 : 2 : 3 = первой функции относительно оценки = 1:1: остается в первом первого параметра, разряде двоичного оценка третьего па числа. раметра сдвигается 11 : 12 : 13 = 4:2:1 на один разряд отно 1 : 2 : 3 = 1:1:1 сительно оценки второго параметра.

Характеристика оптимизации Минимизация Aбl 1 1 Матрица оценок / Преобразова- l a1 0 0 1 1 / / l l a1 1 a1 ние матрицы l/ 1 1 1 a2 / / l l a2 111 a2 4 Aбl по стро- / l a3 1 0 0 1 / / l l a3 100 a3 кам Преобразова- ние столбца T1 T1 1 111 100 матрицы Aбl в T1 1 1 1 101 1 двоичной сис- теме Суммарная оценка в деся 6 5 12 тичной систе ме Рассмотрим конкретный числовой пример. Так, было ус тановлено, что затраты на приводные станции, ленту и став лен точного конвейера приближенно относятся как 4:2:1 для сле дующих исходных данных: = 180;

L = 4000 м;

Q = 6000 т/ч, где – угол установки конвейерной линии;

L – длина транспорти рования;

Q – часовая производительность (приоритеты опреде лены в результате предварительных исследований) 15.

Выявленное соотношение позволило преобразовать оценки суждений экспертов в трехразрядное число, выраженное в двоичной системе исчисления, т.е. расположить узлы МПЛК по важности. Например, если эксперт посчитал, что оценка за / l трат на привод имеет оценку a11 1, оценка затрат на ленту – / / l l a12 1 и оценка затрат на став – a13 0, то для первой группы затрат при использовании первого типа ПП имеем общую оцен / l ку по всем узлам a1 110. Аналогично для второй группы за / / l l трат a2 011;

а для третьей – a3 111, то общая оценка при применении в МПЛК первого типа ПП будет равна T1 = 110 + 011 + 111 = 10000 или 16 в десятичной системе. Подробнее этот пример рассмотрен в работе [85].

В общем виде при задании шкалы важности параметров l l l в двоичной системе в виде a1i : a2i : a3i = 4:2:1 общая оценка по l-му варианту выразится величиной также в двоичной системе исчисления:

Место трехразрядной оценки по третьей ail = 000 000 группе критериев Место трехразрядной оценки по второй группе критериев Место трехразрядной оценки по первой группе критериев Так, если проводится оценка по критериям: экологического воздействия, ненадежности и стоимости вариантов, экспертам необходимо соотнести эти три критерия по важности, разрабо тать шкалу их соотношения. То же необходимо сделать для функций комплекса – соотнести функции (машины) по важно сти.

Предположим, что все сравниваемые варианты комплексов имеют одинаковую структуру и состоят из трех основных ма шин (имеют три функции). Известно (установлено исследова ниями или экспертами), что для всех вариантов соотношение функций (машин) по важности равно 1:1:1.

Установлено также, что при сравнении необходимо учиты вать следующие критерии: экологическое воздействие, нена дежность и стоимость.

Изменение отношений (приоритетов) должно быть направле но в одну сторону для всех критериев, одинаково характеризуя качество варианта. При этом задается соотношение функций по важности: 4:2:1. Функция стоимости имеет группы: 1 – стои мость НИР и проектных работ;

2 – эксплуатационные затраты;

– капитальные затраты;

при этом группы соотнесены по важно сти шкалой 8:2:1.

При нахождении суммарных оценок, согласно полученным соотношениям (шкалам), целесообразно использовать следую щие приемы:

если соотношение функций по важности отсутствует, то суммарная оценка для определенного варианта по одному параметру должна суммироваться арифметически;

суммарная оценка по параметру, например, стоимости, или по любому другому, разделенному на группы, опреде ляется с учетом шкалы соотношения групп.

Так, если, например, задано соотношение групп aij1 : aij2 : aij3 8 : 2 : 1, l l l то при получении суммарной оценки оценку по первой группе необходимо сдвигать относительно оценки по второй группе на два разряда и на три разряда по отношению к третьей. Пусть оценка по третьей группе 1001, оценка по второй – 1101, по пер вой – 1000, тогда общая оценка по критерию исчисляется сле дующим образом:

/ l aij 1100011.

l Итоговая оценка ai выставляется в соответствии со шкалой важ ности параметров 4:2:1.

2.5. УПРОЩЕННЫЙ АЛГОРИТМ МОРФОЛОГИЧЕСКОГО АНАЛИЗА С МАТРИЦАМИ 3 3 (MORF) Полный компьютерный анализ Tl по п. 7 табл. 2.1 при больших n, k и N0, а также при изменении в большом диапазо не весьма затруднен. Задача в общем виде практически не имеет решения, поскольку требует чрезмерно больших временных и материальных затрат, поэтому целесообразен переход к упро щенному алгоритму, например, MORF, где рассматриваются матрицы размером 3 3 (три функции и три параметра).

Принципы обработки основной морфологической таблицы:

диалоговый режим общения;

варианты (АДК) должны иметь одинаковые способы реализаций по функциям и параметрам;

вариант (АДК) считается наиболее эффективным, если он характеризуется минимальным числом функций, макси мальным числом реализаций по каждой функции (особенно для функции с максимальным приоритетом важности), мак симальным числом патентов по реализациям, возможно стью использования новейших способов реализации по ос новным функциям.

Формализованный морфологический анализ требует двухстадийного рассмотрения морфологической таблицы:

I стадия – отбрасывание малоэффективных вариантов, дополнение новыми функциями и реализациями (генерация но вых реализаций);

II стадия – разделение на перспективные, реальные и па тентоспособные варианты, оформление матриц размером 3 3.

Использование морфологического анализа предполагает следующие допущения:

варианты технических реализаций функций АДК долж ны быть совместимы друг с другом во избежание появления абсурдных вариантов;

в качестве параметров могут выступать показатели или характеристики машин (механизмов), не имеющие непо средственного физического выражения, например, “эколо гическая безопасность”;

возможен рациональный переход от основной морфоло гической матрицы к множеству матриц 3 3;

объективность оценок в матрицах 3 3 подтверждается использованием отношений фактических величин из раз мерных пооперационных матриц;

минимальное значение безразмерных матриц, свернутых в скаляр с учтом приоритетов, соответствует оптимально му варианту (оптимальной структурной схеме АДК);

выбор объективных шкал приоритетов по функциям и параметрам возможен на основании анализа функциониро вания варианта-прототипа (комплекса-прототипа).

Субъективность экспертных оценок при морфологиче ском анализе снижается за счет:

наличия размерных матриц А1 для анализируемых вари антов и A0 для прототипа;

анализа преобразованных в скаляр безразмерных матриц на основе сравнения таблиц весомости приоритетов;

дробления функций на более мелкие операции, для ко торых очевидна оценка для сравнения с прототипом;

выбора ведущей функции, которая имеет наибольший вес (рис. 2.6);

просчитывания нескольких вариантов с различными оценками для спорных мест (компьютерная замена оценок и 1 и замена приоритетов);

выбора оптимального варианта, при котором при раз личных шкалах приоритетов сохраняется минимальная суммарная оценка.

Алгоритм программы MORF по выбору типа комплекса (табл. 2.1) имеет нижеприведенный вид:

1. Постановка задачи – по какой системе производится отбор вариантов:

возможность создания комплекса в настоящее время;

возможность создания комплекса в ближайшем буду щем;

возможность создания комплекса в отдаленном будущем (использование узлов, не освоенных промышленностью).

2. Выбор прототипа – существующего комплекса новой (новейшей) конструкции, параметры которого известны.

3. Формирование для прототипа таблицы величин ос новных параметров машин (узлов), входящих в комплекс прототип.

4. Формирование морфологической таблицы.

5. Формирование квадратных матриц 3 3.

6. Выбор ограниченного числа матриц (с учетом п.1).

7. Выбор альтернативных вариантов и их сравнение с прототипом.

8. Нахождение оптимальных вариантов для заданных приоритетов по п. 7 с учетом п. 8 табл. 2.1.

9. При необходимости – изменение приоритетов и по вторение п.8.

10. Анализ результатов выполнения программы и общие выводы.

Глава 3. РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ НОВОГО ПРОХОДЧЕСКО-ДОБЫЧНОГО КОМПЛЕКСА 3.1. ОБОСНОВАНИЕ КОМПОНОВКИ АЛЬТЕРНАТИВНОГО ДОБЫЧНОГО КОМПЛЕКСА Как отмечалось в разделе 1.1, выбор оптимальной ком поновки (структурной модели) АДК для отработки участков пластов по камерной системе или залегающих в сложных горно геологических условиях (забалансовые запасы и охранные це лики) шахт и рудников, является весьма актуальной задачей, решению которой посвящено большое число исследований, на пример, [73]. Так, например, на поле шахты “Воргашорская” ох ранные целики оставляются в зонах горно-геологических нару шений с амплитудой более 10 м. Их ширина по опыту работы шахты составляет по 50 м в обе стороны от нарушения.

Как указывалось выше, в этом случае может быть при менена наиболее эффективная камерная система добычи. Рас смотрим какие средства механизации (АДК) оптимальны в дан ном случае. В качестве прототипа примем обычный ОМК типа 2ОКП-70. Ниже представлена таблица для морфологического анализа (табл. 3.1), содержащая наиболее типичные варианты реализации основных операций, из которой могут быть получе ны 27 различных АДК.



Pages:   || 2 | 3 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.