Математичекая модель модуля оптимизации цикла обработки забоя системой интелекта мехатронного проходческого комбайна

Математичекая модель модуля оптимизации цикла обработки забоя системой интелекта мехатронного проходческого комбайна

Запропоновано адаптивна оптимізація циклу обробки забою прохідницьким комбайном виборчої дії за критерієм темпу проходки. Зростання темпів проходки забезпечується за рахунок максимальної і рівномірного завантаження привода по потужності в межах циклу і більш повного використання номінальної потужнос...

Повний опис

Збережено в:
Бібліографічні деталі
Дата:2012
Автор: Шабаев, О.Е.
Формат: Стаття
Мова:Russian
Опубліковано: Український науково-дослідницький і проектно-конструкторський інститут гірничої геології, геомеханіки і маркшейдерської справи НАН України 2012
Назва видання:Наукові праці УкрНДМІ НАН України
Онлайн доступ:http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/57112
Теги: Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:Математичекая модель модуля оптимизации цикла обработки забоя системой интелекта мехатронного проходческого комбайна / О.Е. Шабаев // Наукові праці УкрНДМІ НАН України. — 2012. — № 11. — С. 137-152. — Бібліогр.: 5 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
id irk-123456789-57112
record_format dspace
spelling irk-123456789-571122014-03-04T03:01:30Z Математичекая модель модуля оптимизации цикла обработки забоя системой интелекта мехатронного проходческого комбайна Шабаев, О.Е. Запропоновано адаптивна оптимізація циклу обробки забою прохідницьким комбайном виборчої дії за критерієм темпу проходки. Зростання темпів проходки забезпечується за рахунок максимальної і рівномірного завантаження привода по потужності в межах циклу і більш повного використання номінальної потужності двигуна за цикл обробки вибою з урахуванням альтернатив регулювання навантаження як за рахунок висоти шару, так і за рахунок швидкостей подачі і обертання коронок. Adaptational optimization of the cycle of processing of the face by the selective roadheader by the penetration rate was proposed. The increase of the penetration rates is achieved by the maximum and even loading of the power drive within a cycle, and greater use of motor power at the cycle of processing of the face, considering possible alterations of the load control by the bed height, by the feed and crowns rotation rates. 2012 Article Математичекая модель модуля оптимизации цикла обработки забоя системой интелекта мехатронного проходческого комбайна / О.Е. Шабаев // Наукові праці УкрНДМІ НАН України. — 2012. — № 11. — С. 137-152. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. 1996-885X http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/57112 622.232 ru Наукові праці УкрНДМІ НАН України Український науково-дослідницький і проектно-конструкторський інститут гірничої геології, геомеханіки і маркшейдерської справи НАН України
institution Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection DSpace DC
language Russian
description Запропоновано адаптивна оптимізація циклу обробки забою прохідницьким комбайном виборчої дії за критерієм темпу проходки. Зростання темпів проходки забезпечується за рахунок максимальної і рівномірного завантаження привода по потужності в межах циклу і більш повного використання номінальної потужності двигуна за цикл обробки вибою з урахуванням альтернатив регулювання навантаження як за рахунок висоти шару, так і за рахунок швидкостей подачі і обертання коронок.
format Article
author Шабаев, О.Е.
spellingShingle Шабаев, О.Е.
Математичекая модель модуля оптимизации цикла обработки забоя системой интелекта мехатронного проходческого комбайна
Наукові праці УкрНДМІ НАН України
author_facet Шабаев, О.Е.
author_sort Шабаев, О.Е.
title Математичекая модель модуля оптимизации цикла обработки забоя системой интелекта мехатронного проходческого комбайна
title_short Математичекая модель модуля оптимизации цикла обработки забоя системой интелекта мехатронного проходческого комбайна
title_full Математичекая модель модуля оптимизации цикла обработки забоя системой интелекта мехатронного проходческого комбайна
title_fullStr Математичекая модель модуля оптимизации цикла обработки забоя системой интелекта мехатронного проходческого комбайна
title_full_unstemmed Математичекая модель модуля оптимизации цикла обработки забоя системой интелекта мехатронного проходческого комбайна
title_sort математичекая модель модуля оптимизации цикла обработки забоя системой интелекта мехатронного проходческого комбайна
publisher Український науково-дослідницький і проектно-конструкторський інститут гірничої геології, геомеханіки і маркшейдерської справи НАН України
publishDate 2012
url http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/57112
citation_txt Математичекая модель модуля оптимизации цикла обработки забоя системой интелекта мехатронного проходческого комбайна / О.Е. Шабаев // Наукові праці УкрНДМІ НАН України. — 2012. — № 11. — С. 137-152. — Бібліогр.: 5 назв. — рос.
series Наукові праці УкрНДМІ НАН України
work_keys_str_mv AT šabaevoe matematičekaâmodelʹmodulâoptimizaciiciklaobrabotkizaboâsistemojintelektamehatronnogoprohodčeskogokombajna
first_indexed 2025-07-05T08:23:01Z
last_indexed 2025-07-05T08:23:01Z
_version_ 1836794545020338176
fulltext Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 11, 2012 Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 11, 2012 137 УДК 622.232 МАТЕМАТИЧЕКАЯ МОДЕЛЬ МОДУЛЯ ОПТИМИЗАЦИИ ЦИКЛА ОБРАБОТКИ ЗАБОЯ СИСТЕМОЙ ИНТЕЛЕКТА МЕХАТРОННОГО ПРОХОДЧЕСКОГО КОМБАЙНА Шабаев О. Е. (ДонНТУ, г. Донецк, Украина) Запропоновано адаптивна оптимізація циклу обробки забою прохідницьким комбайном виборчої дії за критерієм темпу про- ходки. Зростання темпів проходки забезпечується за рахунок максимальної і рівномірного завантаження привода по потуж- ності в межах циклу і більш повного використання номінальної потужності двигуна за цикл обробки вибою з урахуванням аль- тернатив регулювання навантаження як за рахунок висоти ша- ру, так і за рахунок швидкостей подачі і обертання коронок. Adaptational optimization of the cycle of processing of the face by the selective roadheader by the penetration rate was proposed. The increase of the penetration rates is achieved by the maximum and even loading of the power drive within a cycle, and greater use of mo- tor power at the cycle of processing of the face, considering possible alterations of the load control by the bed height, by the feed and crowns rotation rates. Проблема и ее связь с научными или практическими за- дачами Среди проблем, стоящих перед угольной промышленностью и влияющих на добычу угля в отрасли, наиболее острой остается проблема ускорения темпов проведения подготовительных выра- боток, обеспечивающих необходимую и своевременную подго- товку фронта очистных работ. Наиболее весомый фактор, огра- ничивающий дальнейший рост темпов проходки – неучет систе- Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 11, 2012 Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 11, 2012 138 мой управления целого ряда особенностей конструкции и про- цесса функционирования комбайна [1], что является допустимым при низких темпах проходки, однако неприемлемо в перспективе. Для обеспечения высоких темпов проходки при приемлемых уровнях металлоемкости и энерговооруженности комбайн дол- жен проектироваться как мехатронная система с интеллектуаль- ной системой управления, обеспечивающей наряду с прочими функциями решение задач адаптивной оптимизации цикла обра- ботки и параметров режима разрушения забоя. Анализ исследований и публикаций. В связи с изменяющимися горно-геологическими условия- ми добычных забоев, которые не всегда могут быть априорно из- вестными, целесообразно применение принципа адаптации [2], реализация которого для очистных комбайнов предполагает обеспечение рациональных режимов разрушения забоя при мак- симальном использовании мощности привода за счет регулиро- вания скоростей вращения и подачи исполнительных органов [3]. Характерной особенностью проходческих комбайнов является дополнительная возможность регулирования нагрузки за счет из- менения параметров сечения забоя, разрушаемого коронкой [4]. Вместе с тем, формирующие это сечение режимные параметры исполнительного органа - глубина зарубки и шаг фрезерования (высота разрушаемого слоя), определяются принятой схемой об- работки забоя, которая выбирается оператором на базе личного опыта. В результате не смотря на то, что система автоматики мо- жет обеспечить рациональные значения скоростей подачи и вра- щения исполнительного органа, часть режимных параметров имеют произвольные значения, что не позволяет реализовать ра- циональный режим. Данный недостаток может быть практически исключен путем совместной адаптивной оптимизации цикла об- работки и параметров режима разрушения забоя проходческим комбайном как мехатронным объектом [5]. Постановка задачи. На основании вышеизложенного актуальной научной про- блемой является разработка метода адаптивной оптимизации цикла обработки и параметров режима разрушения забоя ме- Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 11, 2012 Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 11, 2012 139 хатронным проходческим комбайном избирательного действия по критерию темпа проходки, для чего следует: – формализовать забой, обрабатываемый исполнительным органом комбайна; – разработать математическую модель оптимизации цикла обработки и параметров режима разрушения забоя; – разработать метод оптимизации цикла обработки и пара- метров режима разрушения забоя по критерию темпа проходки; – оценить эффективность разработанного метода. Изложение материала и результаты. Формализация забоя, обрабатываемого исполнительным органом комбайна Для разработки математической модели адаптивной опти- мизации цикла обработки и параметров режима разрушения за- боя необходимо получить математическое описание обрабатыва- емого исполнительным органом забоя с учетом его структурных особенностей. Как правило, забой состоит из нескольких пластов с различными физико-механическими свойствами. В результате привод резания работает с неравномерной нагрузкой, интенсив- ность которой оценивается эквивалентной по нагреву двигателя мощностью. Проходческие комбайны избирательного действия разру- шают забой горизонтальными слоями при их оснащении как осе- выми, так и аксиальными резцовыми коронками. При этом ос- новной удельный вес в цикле обработки забоя имеют режимы бо- кового реза, значительно меньший – режимы вертикальной и фронтальной зарубки. В связи с конструктивными особенностями исполнительный орган с аксиальными коронками требует в про- цессе разрушения забоя дополнительного маневрирования, с це- лью разрушения целиков породы, образующихся между корон- ками после фронтальной и вертикальной зарубки. Все существующие схемы обработки забоя могут быть схе- матизированы (рис. 1) на основе следующих допущений: 1) забой условно разделяем на N горизонтальних слоев, каждый из которых разрушается в процессе соответствующего бокового реза. Высота i-го слоя равна шагу фрезерования в про- цессе i-го бокового реза ΔНi; Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 11, 2012 Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 11, 2012 140 Рис. 1. Схема проходческого забоя 2) за счет рациональных режимов резания энергоемкость процесса разрушения при боковом резе и вертикальной зарубке в пласт породы изменяется незначительно, что в сочетании с при- мерно одинаковыми производительностями разрушения дает возможность при расчете эквивалентной по нагреву двигателя мощности считать, что весь рассматриваемый слой породы раз- рушается в режиме бокового реза; 3) в забое можно выделить nпл пластов породы с различными физико-механическими свойствами. Принимаем, что в пределах каждого реза пласты разрушаются последовательно (без смеши- вания в переходных зонах). Рассчитанная при таком допущении эквивалентная мощность будет несколько завышена, что допу- стимо, так как приводит к более жесткому ограничению по нагреву двигателя; 4) один из слоев соответствует режиму фронтальной заруб- ки, поэтому его высота определяется параметрами коронки и глу- биной зарубки; 5) фронтальная зарубка осуществляется в наиболее слабый пласт (как правило – угольный), а объем разрушаемой в этом ре- Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 11, 2012 Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 11, 2012 141 жиме породы незначителен. Поэтому при расчете эквивалентной мощности за цикл обработки забоя считаем, что этот объем поро- ды разрушается в режиме бокового реза. Контур выработки задается функцией ( )zyкв в зависимости от формы сечения выработки для арочной формы: ( )       −−      = h0< z при 2 h0> z при 2 )( 2 0 2 hz В В zy в в кв , где Вв – ширина выработки; ho – высота вертикальной стенки выработки. Нижняя граница j-го пласта (рис. 1) выражается уравнением: ,ytgzz oj ⋅β−= где β – угол падения пласта; ojz – высота нижней границы пласта по центру выработки. Уравнение нижней границы i-го слоя имеет вид: . 1 1 ∑ − = ∆= i k ki Hz Координата точки пересечения нижней границы j-го пласта со средней линией i-го слоя, которая проходит на 2iH∆ выше нижней границы: β      ∆− ∆ −= ∑ − = ctgH H zy i k k i ojij 1 12 . Для исключения точек ijy , выходящих за контур выработки, следует принять: ( ) ( ) ( ) ( )   −<− > = . ; iквijiкв iквijiкв ij zyyприzy zyyприzy y Тогда длина i-го реза, соответствующая разрушению j-го пласта: ijjiij yyl −= + )1( . Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 11, 2012 Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 11, 2012 142 Вследствие особенностей кинематики стреловидного ис- полнительного органа глубина его зарубки в забой изменяется в процессе обработки забоя в зависимости от углов подъема и по- ворота стрелы: ,111)( 11 22 22 22                       + −              + −∆+ −−−+− −++              + −              + −∆+ −=′ RL y RL zHz BRL RL RL y RL zHz BB с cpij с cii с с с cpij с cii ij где cz – высота оси подъема стрелы от почвы выработки; B – глубина зарубки вдоль продольной оси выработки на высоте cz от почвы; сL – длина стрелы; R – максимальный радиус поперечно-осевой коронки по вершинам резцов (для продольно-осевых - длина коронки); yсрij – координата средней точки участка i-го реза, соответ- ствующей разрушению j-го пласта. Для определения производительности разрушения забоя, что необходимо при расчете удельных энергозатрат и прогнози- ровании нагрузок, используется величина площади проекции се- чения забоя, разрушаемого коронкой, на плоскость, перпендику- лярную направлению подачи. Эта величина зависит от парамет- ров иоP и формы коронки, а также от параметров схемы разруше- ния забоя. При боковом резе эта площадь может быть определена как iijij HBS ∆′= . При вертикальной зарубке площадь проекции сечения забоя, разрушаемого коронкой, на плоскость, перпендикулярную направлению подачи: ( )иоiijвзвзij PHBSS ,,∆′= . Математическая модель оптимизации цикла обработки и параметров режима разрушения забоя Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 11, 2012 Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 11, 2012 143 Параметрами оптимизации являются: B – глубина зарубки исполнительного органа; iH∆ – шаги фрезерования и количество N горизонтальных резов; ijnV , ijω – скорости подачи и вращения коронок при разрушении j-го пласта в процессе i-го реза;iфз, nфз– номер горизонтального слоя, в который осуществляется фрон- тальная зарубка и количество боковых резов, за которое вынима- ется данный слой; Vпвзij, ωвзij – скорости подачи и вращения коро- нок при вертикальной зарубке в j-й пласт i-го слоя. Целевой функцией для решения этой задачи является темп проходки выработки: ( ) max 1 1 → ∆+      ∆+ = ∑ ∑ = = фз N i взi n j ij м пр ttt Bk XV пл , где мk – коэффициент машинного времени комбайна; В – глубина зарубки коронок; взit∆ , фзt∆ – длительности вертикальной зарубки в i-тый слой и фронтальной зарубки; ijt – длительность разрушения j-го пласта в процессе i-го ре- за, ijnijij Vlt /= . При разработке математической модели оптимизации цикла обработки и параметров режима разрушения забоя необходимо учитывать следующие ограничения: – ограничение по условию необходимой высоты выработки: – ограничение, учитывающее рез, соответствующий фрон- тальной зарубке исполнительного органа: – ограничения на толщину стружки по радиальному вылету резца; – ограничения на глубину зарубки и шаг фрезерования, обу- словленные допустимым уровнем динамической нагрузки на ис- полнительном органе и рациональным уровнем энергозатрат, а также конструкцией коронки: – ограничения на скорость вращения коронки, обусловлен- ное абразивностью разрушаемой породы; Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 11, 2012 Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 11, 2012 144 – ограничение по нагреву двигателя привода резания, при- чем из-за небольшой длительности цикла обработки забоя воз- можна перегрузка двигателя в некоторых режимах разрушения. При этом необходимо учитывать эквивалентную по нагреву дви- гателя мощность за цикл обработки забоя эквN , которая не должна быть больше номинальной мощности двигателя с учетом режима его работы номN ; – ограничения по устойчивому моменту двигателя в режи- мах бокового реза и вертикальной зарубки. Таким образом, математическая модель оптимизации цикла обработки и параметров режима разрушения забоя по критерию темпа проходки имеет вид: ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )                            ≤<>−ω≤ωω ∆≤∆≤∆≤≤≤ ω π ≤ ω π ∆=∆=∆       ∆′+∆′ ≤ ηω       ∆′+∆′ ≤ ⋅ηω ω′⋅∆′= ω∆∆=≤ == → ∆+      ∆+ = ωω∆ ∑ ∑ ∑∑ ∑ ∑ ∑ = = == = = = .0,0,,,;, ;,; 2 ; 2 ;,; ; ),(1),( ,min ; ),(1),( ,min ;,,,, ;,,,; :)..1,..1( max, },,,,,,,,,{ max maxminmaxminmaxmax 1 1 11 1 2 1 1 NiNцелыеniN HHHBBBs V s V PBHHHH HBkkHBk UUM M u N HBkkHBk UUM M u N VBWPHBSVN VHBWVHBNNtNt njNiяхограниченипри ttt Bk XVкоторомпри VniVNHBXНайти фзфзфзjвзjij iвз взj nвв ij n N i иоoiBi iijвчвзjдiijнчвзj нфкр доп pвзij взij iijвчjдiijнчj нфкр доп pij ij взпвзijвзjиоiijвзпвзвзij ijnijniijном N i n j ij N i n j ijij пл фз N i взi n j ij м пр взпвзфзфзijni jij фз ijijij ijij плпл пл ijijij где Wj, Wвзj – зависимости удельных энергозатрат от пара- метров процесса разрушения j-го пласта в режимах бокового реза и вертикальной зарубки соответственно; Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 11, 2012 Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 11, 2012 145 Nj, Nвзj – мощности, развиваемые приводом резания при раз- рушении j-го пласта в процессе i-го бокового реза и i-й верти- кальной зарубки соответственно; pu,η – к.п.д. и передаточное число редуктора привода реза- ния; Мдоп – допускаемый момент двигателя (задается системой интеллекта); Мкр – критический момент двигателя; Uф, Uн – фактическое и номинальное напряжение питающей сети; kд – коэффициент преобразования динамической системой двигателя высокочастотной составляющей момента сопротивле- ния на валу двигателя; kнчj, kвчj, kнчвзj, kвчвзj – функции коэффициентов неравномерно- сти низкочастотной и высокочастотной составляющих момента сопротивления на валу двигателя от параметров режима разру- шения забоя при разрушении j-го пласта в процессе i-го бокового реза и i-й вертикальной зарубки соответственно; ΔН0 – функция высоты слоя, соответствующего фронталь- ной зарубке исполнительного органа, от глубины зарубки и па- раметров коронки иоP ; maxs , взsmax – максимальная подача за оборот коронки по ра- диальному вылету резца в режимах бокового реза и вертикальной зарубки; maxmin ,BB , maxmin , HH ∆∆ – пределы допустимых значений глубины зарубки исполнительного органа в забой и высоты раз- рушаемого слоя (определяются конструкцией исполнительного органа); jmaxω – максимальная скорость вращения коронки, при ко- торой обеспечиваются приемлемые интенсивность абразивного износа и искрообразование на резцах при разрушении породы j- го пласта. Функции jW , jвзW , нчjk , нчвзjk , вчjk , вчвзjk определяются путем самообучения (во время наладки комбайна в конкретном забое путем натурного эксперимента); функция ( )zyкв задается опера- Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 11, 2012 Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 11, 2012 146 тором в зависимости от формы сечения выработки; функции ( )взS , oH∆ определяются конструкцией исполнительного органа и могут быть заданы еще на этапе проектирования комбайна; значения коэффициента машинного времени мk и номинальной мощности двигателя номN уточняются в процессе эксплуатации комбайна. Метод оптимизации цикла обработки и параметров режима разрушения забоя Эффективное решение разработанной математической мо- дели оптимизации цикла обработки и параметров режима разру- шения по критерию темпа проходки предполагает выполнение следующих требований: • обеспечение максимальной и равномерной загрузки при- вода по мощности в пределах цикла; • обеспечение максимального использования номинальной (тепловой) мощности приводного двигателя за цикл обработки забоя; • максимальное использование устойчивого момента в каж- дом резе; • максимально возможная глубина зарубки исполнительно- го органа; • рассмотрение альтернатив регулирования нагрузки, как за счет высоты слоя, так и за счет скоростей подачи и вращения ко- ронок. Алгоритм оптимизации цикла обработки и параметров ре- жима разрушения забоя: 1. Глубина зарубки принимается максимальной, при кото- рой возможна вертикальная зарубка в наиболее прочный пласт забоя. 2. Выбор для всех слоев и пластов забоя максимально воз- можных значений подачи за оборот и толщины разрушаемого слоя, при которых момент двигателя не превышает устойчивый и допускаемый моменты. Возможны варианты: в первую очередь подбирается значение толщины слоя, а затем подача за оборот (ΔH→s) либо наоборот (s→ΔH). Толщина слоя принимается ми- Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 11, 2012 Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 11, 2012 147 нимальной из значений, полученных для пластов, попадающих в рассматриваемый слой. 3. Подбор толщин слоев в соответствии с заданной высотой выработки. В случае, если высота выработки превышает задан- ную более чем на допустимую величину квδ , снижается значение допускаемого момента и осуществляется переход на этап 2. 4. Регулирование мощности двигателя за счет уменьшения частоты его вращения. В случае необходимости регулирования для каждого слоя и пласта забоя осуществляется снижение часто- ты вращения коронки до величины, обеспечивающей текущую мощность не более максимального значения, при котором экви- валентная мощность не превышает номинальную. В случае, если регулирование частоты вращения коронки не предусмотрено, это достигается постепенным снижением допускаемого момента. 5. Анализ значения эквивалентной мощности и в случае необходимости корректировка параметров цикла обработки и режима работы исполнительного органа (переход этап 2). Описанный алгоритм был реализован в системе Mathcad в виде расчетного листа, позволяющего по заданным условиям эксплуатации комбайна, параметрам привода и исполнительного органа анализировать темпы проходки выработки при примене- нии различных принципов управления. Характерно, что в приве- денном алгоритме не используется целевая функция решаемой задачи оптимизации. Максимум темпов проходки достигается как совместный эффект от выполнения ряда требований, приведен- ных в начале пункта. Анализ эффективности адаптивной оптимизации цикла обработки и параметров режима разрушения забоя Установление эффекта от применения разработанного алго- ритма адаптивной оптимизации выполнялось для комбайна типа КПД в следующих условиях эксплуатации комбайна: площадь сечения выработки в проходке 15 м2; смешанный забой из трех пластов (порода почвы, уголь, порода кровли) с примерно рав- ными долями пластов. Следует рассматривать сочетания прочно- сти пород (кровля-почва-уголь, в относительных единицах, за ба- зу принята максимальная прочность по технической характери- Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 11, 2012 Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 11, 2012 148 стике комбайна): а) 1-1/4-1/8; б) 1/2-1/4-1/8; в) 1/4-1/4-1/8; угол падения угольного пласта 12 град, мощность пласта 1,3 м. Следует рассмотреть альтернативные принципы управле- ния: – адаптивное – с учетом прогнозирования нагрузки привода в пределах цикла обработки забоя, при этом за счет кратковре- менных перегрузок привода по моменту и мощности обеспечива- ется более полное использование установленной мощности при- вода при равномерной нагрузке; – автоматизированное – с регулированием скорости подачи исполнительного органа по току статора двигателя. При этом мо- мент двигателя не превышает номинального значения, заданного уставкой аппаратуры автоматики. Такой принцип применяется в существующих регуляторах нагрузки; – ручное – управление машинистом. Скорость вращения ко- ронок при этом не изменяется, а скорость подачи может снижать- ся при обработке прочной породы за счет сброса рабочей жидко- сти через предохранительный клапан гидросистемы. В отличие от автоматизированного, при данном принципе управления есть возможность перегружать приводной двигатель (принята воз- можность перегрузки в 1,3 раза). Чтобы учесть неточность инту- итивного управления комбайном, эквивалентная мощность при- вода ограничивается 80 % от номинальной. Для учета неточности обработки контура выработки, харак- терной для автоматизированного и ручного принципов управле- ния, при их анализе принят перебор по контуру выработки мкв 05,0=∆ . Параметры исполнительного органа и его привода приняты в соответствии с технической характеристикой комбайна КПД. Для оптимизации были заданы функции jW , взjW , нчjk , вчjk , нчвзjk и вчвзjk , полученные для этого комбайна расчетным путем по дан- ным резания углецементного и породного блоков. Анализ результатов моделирования позволяет сделать вы- вод, что применение принципов адаптивной оптимизации в си- стеме управления позволяет обеспечить для проходческого ком- байна повышение темпов проходки в 1,4-2,5 раза. Этот вывод Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 11, 2012 Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 11, 2012 149 справедлив для всех рассмотренных забоев и может быть проил- люстрирован гистограммой на рисунке 2. Рис. 2. Темп проходки в зависимости от принципов управ- ления комбайном Рост темпов проходки обеспечивается за счет: – повышения уровня использования установленной мощно- сти приводного двигателя, что можно проиллюстрировать на примере контурного графика изменения мощности, развиваемой двигателем привода резания (в относительных единицах) в зави- симости от положения исполнительного органа в забое (рис. 3). Сравниваются автоматизированный (а) и адаптивный (б) принци- пы управления. В первом случае сначала осуществляется подбор высоты разрушаемого слоя (шага фрезерования), а затем – подачи за оборот коронки (автоматически в процессе регулирования нагрузки). Во втором случае, напротив, первоначально осуществ- ляется подбор подачи за оборот коронки, а затем – шага фрезеро- вания. На графике видно, как за счет повышения уровня исполь- зования мощности в кровле с временной перегрузкой на 21 % Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 11, 2012 Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 11, 2012 150 обеспечивается увеличение коэффициента использования тепло- вой мощности с 0,62 до 0,99; – более эффективного по энергозатратам режима разруше- ния забоя боковым резом, в качестве примера (см. рис. 4): при ав- томатизированном принципе управления (а) превышение удель- ных энергозатрат над рациональными значениями составляет до 133 %, а при адаптивном (б) – всего на 30 %. Рис. 3. Повышение использования мощности за счет пере- грузок Рис. 4. Реализация рациональных режимов разрушения Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 11, 2012 Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 11, 2012 151 Выводы и направление дальнейших исследований Обеспечение высоких показателей производительности при приемлемых уровнях металлоемкости и энерговооруженности выемочных машин может быть достигнуто путем их оснащения интеллектуальной системой управления, которая реализует адап- тивную оптимизацию рабочего процесса комбайна на основе те- кущей информации о состоянии силовых систем машины, дан- ных о параметрах внешней среды. Разработаны математическая модель и метод оптимизации цикла обработки и параметров ре- жима разрушения забоя исполнительным органом проходческого комбайна по критерию темпа проходки, реализация которой по- казала, что применение принципов адаптивной оптимизации в системе управления позволяет обеспечить для проходческого комбайна повышение темпов проходки в 1,4-2,5 раза. Рост тем- пов проходки обеспечивается за счет повышения уровня исполь- зования установленной мощности приводного двигателя и более эффективного по энергозатратам режима разрушения забоя боко- вым резом. СПИСОК ССЫЛОК 1. Семенченко А.К., Шабаев О.Е., Семенченко Д.А., Хицен- ко Н.В. Перспективы развития проходческих комбайнов // Горная техника 2006. Каталог-справочник. – С-Пб: ООО «Славутич». – С. 8 – 15. 2. Курносов В. Г., Красик Я. Л. Системы и средства автоматиза- ции за-бойного оборудования. // Наукові праці Донецького національного технічного університету. Серія: Обчислюваль- на техніка та автоматизація. Випуск 48. – Донецьк, 2002. – С. 120 – 128. 3. Берон А.И., Траубе Е.С., Крюков И.В. Пути создания регули- руемого электропривода угледобывающих машин // Оптими- зация режимов работы исполнительных органов угледобыва- ющих машин. – М.: Наука. – 1967. – С. 146 – 157. 4. Семенченко А.К., Хиценко Н.В. Оценка эффективности спо- собов регулирования нагрузки на привод резания комбайна Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 11, 2012 Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 11, 2012 152 типа П110 в условиях Донбасса // Вісті Донецького гірничого інституту. – 2004. – № 2 – С. 109 – 115. 5. Шабаев О.Е., Семенченко А.К., Степаненко Е.Ю., Хицен- ко Н.В. Оценка эффективности проходческого комбайна с ин- теллектуальной системой «управление-подача» исполнитель- ного органа. – Вісті Донецького гірничого інституту: Всеук- раїнський науково-технічний журнал гірничого профілю, № 1, 2009. – С. 207 – 218.

Схожі ресурси