РАЗДЕЛ 2
РАЗРАБОТКА СТРУКТУРНОЙ МОДЕЛИ ТРАНСПОРТНОГО ОБОРУДОВАНИЯ ПОГРУЗОЧНО-РАЗГРУЗОЧНОГО УЗЛА И ВЕРОЯТНОСТНО-СТАТИСТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ НАГРУЖЕНИЯ МЕХАНИЗМОВ ГОРНО-ТРАНСПОРТНЫХ МАШИН ПРИ ВЫДАЧЕ И ДОЗИРОВАНИИ ИЗ БУНКЕРОВ НАСЫПНЫХ ГРУЗОВ
В разделе решается задача разработки структурной модели транспортного оборудования погрузочно-разгрузочного узла и вероятностно-статистической модели нагружения механизмов горно-транспортных машин при выдаче и дозировании из бункеров насыпных грузов. Рассматриваются допущения, принятые при обосновании модельных представлений рабочих процессов, протекающих в ГТМ. Основные научные результаты, изложенные в разделе, опубликованы в работах [218, 224, 234, 236].
2.1. Структурная модель транспортного оборудования погрузочно-разгрузочного узла
Проектирование новых конструкций горно-транспортных машин непрерывного действия, характеризующихся сложным профилем става, глубокой интегрированностью с транспортируемым насыпным грузом или особыми условиями эксплуатации, в том числе, при транспортировании насыпных грузов с частицами повышенной крупности, приводит к необходимости выполнения дополнительных расчётов, не предусмотренных типовыми методиками для конвейеров стандартного исполнения, в которых тяговое усилие рассчитывается относительно линейных участков трассы. К такому оборудованию, в первую очередь, относятся горно-транспортные машины непрерывного действия погрузочно-разгрузочных узлов (ПРУ), дробильно-перегрузочных узлов (ДПП) горных производств: ленточные конвейеры-питатели (ЛКП) и питатели (ЛП), ленточные конвейеры-накопители и т.д., которые в процессе работы непосредственно воспринимают рабочими органами воздействие массива насыпного груза, находящегося в бункере и проходных сечениях, их работоспособность определяется взаимосвязанностью параметров механических систем горно-транспортной машины (ГТМ) и аппарата формирования движения насыпного груза. Для анализа функционирования горно-транспортных машин именно такого класса в настоящей работе автором развивается методология численного моделирования как метода исследования машины и процессов транспортирования.
Рис. 2.1. Структура образования динамических моделей механизмов и систем горно-транспортной машины на примере ленточного
конвейера-питателя
Основной подход к анализу и синтезу горно-транспортных машин проиллюстрирован на примере ЛП и ЛКП (рис. 2.1).
а)
б)
в)Рис. 2.2. Схема образования динамической модели ленточного конвейера-питателя:
а) расчётная схема; б) схемы расчёта деформирования насыпного груза (1 - загрузочная часть, 2 - линейная часть, 3 - разгрузка на барабане); в) динамическая модель основного механизма и механизма натяжения ленты Выделением совокупности моделей механизмов и систем и процессов взаимодействия с насыпным грузом на этапе анализа обеспечивается исследование силового воздействия массива насыпного груза на рабочие органы машин от деформирования, а определение динамических параметров механизмов в условиях случайного проявления деформационных свойств насыпного груза осуществляется на этапе синтеза модели. Схема синтеза динамической модели в соответствии с предлагаемой методологией на примере основного механизма ленточного конвейера-питателя приведена на рис. 2.2.
Последовательный анализ процесса движения насыпного груза (см. рис. 2.2б) в бункере и на участке загрузки, на линейной части, в пункте разгрузки обеспечивает обоснование и выбор геометрии аппарата формирования движения и расчёт нагрузок на рабочий орган ГТМ.
Синтез динамической модели каждого из механизмов, как совокупности дискретных и распределённых масс, объединённых в соответствии с принципиальной кинематической схемой (см. рис. 2.2в) и нагруженных внешними силами, включающими и силовое воздействие от деформирования транспортируемого насыпного груза, является заключительным этапом исследования рабочих процессов ГТМ, обеспечивающий оптимизацию их структуры и параметров в соответствии с заданными горнотехническими условиями конкретных производств.
Таким образом, идея работы состоит в использовании вероятностной оценки деформационных свойств насыпного груза для описания нагрузок на рабочий орган и динамическом синтезе интегрированной системы "транспортная машина - деформируемый груз" численным моделированием процесса выдачи, дозирования и транспортирования.
2.2. Разработка вероятностной модели деформирования насыпного груза
2.2.1. Трудности математического моделирования нагружения рабочих органов ГТМ при деформировании НГ во многом обусловлены физико-механическим содержанием процесса, в котором происходит взаимодействие совокупности дискретных перемещаемых частиц различной формы и размеров в непрерывном изменяющемся объёме.
Рис. 2.3. Схема изменения формы упаковки частиц в процессе деформирования НГ В условиях, когда влияние дробления частиц является несущественным и общее деформирование может быть представлено только взаимным скольжением и вращением отдельных частиц, для локальной структуры (рис. 2.3) переход из состояния 1 в состояние 2 заключается в изменении вектора координат от начального значения конфигурации частиц A1B1C1 к конечному A2B2C2.
При этом вектор перемещений упаковки частиц
(2.1)
содержит как упругую (обратимую) деформацию собственно частиц насыпного груза , так и необратимую деформацию их взаимного смещения
. (2.2)
Проблемы моделирования заключаются в трудностях составления дифференциальных уравнений движения, исходя из (2.2), в котором составляющие заведомо не являются непрерывными в объёме деформирования, разрывны и носят случайный характер.
Одним из методов преодоления указанной сложности является использование предположений о непрерывности математического ожидания функции устойчивости упаковки частиц к изменению взаимного расположения частиц в деформируемом объёме, основанных на вероятностном подходе к оценке деформационных параметров НГ. Реал