РАЗДЕЛ 2
МЕТОДОЛОГИЯ ВЫБОРА ПАРАМЕТРОВ НАГРУЖЕННОГО
СОСТОЯНИЯ НАПРЯЖЁННО - ДЕФОРМИРОВАННЫХ ОБЪЕКТОВ
2.1. Основы методологии исследований НДО и целевая функция ИИС
Все принятые во внимание классы напряжённо-деформированных объектов, представленные на рис. 2.1. разделены по назначению:
Добычные комплексы включают комбайн и секции механизированной крепи, предназначенные для добычи полезного ископаемого, выполняют функции разрушения угольного массива и поддержания рабочего пространства соответственно. Основой нормального функционирования является отсутствие простоев по причине ликвидации последствий обрушений пород кровли и угольного массива в призабойное пространство.
Накопительные ёмкости всех разновидностей геометрических форм и конструкций, предназначены для обеспечения движения сырья, материалов или других сухих или жидких веществ за определённый технологический цикл. Выполняют функции накопления, хранения и передачи содержимого. Основой нормального функционирования является отсутствие простоев по причине зависаний, налипаний, слёживаемости и т.п.
Дозаторы сухих и жидких компонентов, предназначены для порционной передачи содержимого между объектами технологической линии. Выполняют функции объёмного или весового дозирования. Основой нормального функционирования является отсутствие простоев, по причине ликвидации нарушений порционной выдачи компонентов, обусловленных свойствами компонентов к слёживаемости, застыванию, налипанию и т.п.
Устройства - прототипы НДО - это измерительные механизмы, воспринимающие и передающие усилия, обусловленные свойствами сухих и жидких веществ и сред. Предназначены для определения их состояния, в зависимости от изменчивости этих свойств, таких как плотность, вязкость, влажность и др. Выполняют функции восприятия и передачи информации от преобразователя сил при взаимодействии чувствительного элемента с контролируемой средой. Основой нормального функционирования объектов является бесперебойная выдача информации в условиях высоких температур, налипания и прочих воздействий среды на чувствительный элемент. При этом будут ликвидированы простои, обусловленные ручными способами определения параметров контролируемых сред. Таким образом, несмотря на то, что функциональное назначение рассмотренных НДО различное, все они могут быть объединены единой целью, связанной с ликвидацией технологических простоев по причине нарушения их устойчивой работы при взаимодействии с контролируемой средой.
Общим для упомянутых объектов является подчиненность одним и тем же законам нагружения - разгружения и для определения их состояния контролируемыми параметрами должны быть сила, перемещение и положение (рис.2.2.). Каждый из этих параметров применительно к виду объекта будет иметь разное смысловое назначение.
Применительно к сложному механизму консольного типа, например секции механизированной крепи, если датчики установлены под гидропатроном или в местах стыковки с основным перекрытием, будут получены сведения о величине опорных реакций, а на их основании ? о нагруженном состоянии консоли. Для накопительных ёмкостей датчики силы в опорных конструкциях также дадут сведения о величине опорных реакций, а на их основании ? о массе содержимого. Сведения о массовых или архимедовых силах могут быть получены от датчиков силы, встроенных в силопередающие узлы измерительных устройств и контролирующие величины опорных реакций, или от датчиков перемещения, а на их основании о плотности, влажности и т. п.
Рис. 2.2. Контролируемые параметры НДО
На основании сведений о контролируемых параметрах оценивается состояние каждого из объектов при наличии математических моделей целевого назначения, устанавливающих взаимосвязь между параметрами объекта и ИИС. Исходя из вышеизложенного, целевым назначением ИИС определения нагруженного состояния НДО является минимум простоев по причине нарушения устойчивости этого состояния. Точность принятия решений системы для всех классов будет определяться такими факторами как: Ти - точность системы измерения параметров; Тк - точность принятых конструктивных решений, однозначно определяющих механизм взаимодействия объекта и системы; Ту - точность определения значений уставок для взаимной адаптации или граничных значений для характеристики представительных ситуаций нагруженного состояния. Тогда i-я причина простоя Пi может быть представлена как Пi=f(Ти, Тк, Ту), а суммарный простой по всем значимым причинам будет:
Целевой функцией ИИС определения и поддержания оптимального нагруженного состояния НДО можно считать минимальный суммарный простой:
Так как каждая из причин является функцией от параметров Ти, Тк, Ту , то зная эти зависимости, можно найти оптимальные параметры (Ти, Тк, Ту) системы. Минимум функции означает, что производная по одному из параметров равна нулю. Беря производную по трем переменным, получаем систему из трех уравнений, решением которой являются параметры оптимальной системы:
Определяемыми могут быть параметры НДО, представленные на рис. 2.3. Ими являются количественные (масса, объём, уровень) или качественные (плотность, влажность, удельный вес) параметры. Для получения этих параметров в реальном времени в заданной координате функционирования объекта необходимо наличие сопутствующих процесс параметров, таких, например, как местоположение равнодействующей сил, взаимное положение объектов, скорость и направление движения объекта и т.п.
Рис. 2.3. Определяемые параметры НДО
Эти параметры для всех видов рассматриваемых объектов необходимы и достаточны не только для контроля и анализа состояния НДО в динамике, но и для поддержания этого состояния объекта в заданных пределах. Методологией по разработке теории определения нагруженного состояния предусматриваются исследования НДО, позволяющие установить граничные значения параметров, закономерности их функционирования, способы получения механизмов оптимального взаимодействия с контролируемой средой и