Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по техническим специальностям
На правах рукописи
Бажанов Павел Анатольевич
ОБОСНОВАНИЕ И ВЫБОР РАЦИОНАЛЬНЫХ КОНСТРУКТИВНЫХ ПАРАМЕТРОВ ЛИНЕЙНОЙ ЧАСТИ ЛЕНТОЧНОГО ТРУБЧАТОГО КОНВЕЙЕРА ДЛЯ ГОРНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
Специальность 05.05.06 - Горные машины
Автореферат
диссертации на соискание учёной степени
кандидата технических наук
Москва 2012
Работа выполнена в ФГБОУ ВПО Московский государственный горный университет на кафедре Горная механика и транспорт (ГМТ МГГУ).
Научный руководитель: доктор технических наук, профессор
Дмитриев Валерий Григорьевич (профессор
ГМТ МГГУ)
Официальные оппоненты: Подэрни Роман Юрьевич, доктор технических
наук, профессор кафедры Горные машины и
оборудование Московского государственного
горного университета;
Кулагин Дмитрий Сергеевич,
кандидат технических наук, исполнительный директор ООО Системы контроля и измерительная техника
Ведущая организация: ОАО Объединенные машиностроительные технологии
Защита состоится __5_ апреля 2012 г. в ннн12 часов на заседании диссертационного совета Д 212.128.09, созданного на базе Московского государственного горного университета по адресу: 119991, Москва, ГСП-1, Ленинский проспект, дом 6, E-mail: ud@msmu.ru
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного горного университета
Автореферат разослан л_2__ марта 2012 г.
Ученый секретарь
диссертационного совета, канд. техн. наук, профессор Е.Е. Шешко
Общая характеристика работы
Актуальность работы. В настоящее время важной проблемой при создании транспортных машин является экологическая защита окружающей среды от их вредного воздействия.
енточный трубчатый конвейер (ЛТК) - транспортная машина, обеспечивающая высокую степень защиты окружающей среды от транспортируемого груза вследствие герметичности внутреннего объема, при которой транспортируемый груз изолируется от окружающей среды.
На горных предприятиях трубчатые конвейеры могут использоваться на поверхностных комплексах шахт и карьеров, при транспортировании пылящих сортов угля от горного предприятия до ТЭЦ, во внутренних помещениях обогатительных фабрик и пр.
енточные трубчатые конвейеры широко применяются во многих отраснлях промышленности, имеют различную производительность, транспортинруют грузы различной насыпной плотности. Однако в настоящее время в научно-технической литературе отсутствуют какие-либо обоснованные реконмендации по выбору конструктивных параметров линейной части ЛТК, в частности, таких как ширина ленты, ее целесообразная скорость, расстояние между роликоопорами, диаметры ронликов на грузовой и порожней ветвях и др. Поэтому разработка обоснованнного метода расчета и выбора оптимальных взаимосвязанных конструктивных параметров линейной части ленточных трубчатых конвейенров для горной промышленности является актуальной научной задачей.
Целью работы является создание математической модели оптимизации, описынвающей эффективность применения ЛТК по разработанным техническим критериям и использующаяся для комплексного обоснования оптимальных взаимосвязанных конструктивных параметров линейной части ЛТК.
Идея работы состоит в том, что при создании математической модели оптимизации конструктивных параметров линейной части ЛТК, позволяющей оценить эффективность его применения, использованы разработанные технические критерии оптимизации и существующие аналитические зависимости и рекомендации, применяемые при расчете ЛТК.
Научные положения, выносимые на защиту:
- математическая модель оптимизации взаимосвязанных конструктив-ных параметров линейной части ЛТК, позволяющая оценить эффективность применения ЛТК на основании разработанных технических критериев;
- параметрическая модель линейной части ЛТК, учитывающая особенности ее конструкции и эксплуатации и позволяющая обосновать перечень оптимизируемых параметров линейной части ЛТК;
- аналитические выражения в виде позиномов от оптимизируемых параметров, используемые для построения целевой функции специального вида и позволяющие решить задачу по обоснованию рациональных парамет-ров линейной части ЛТК методом геометрического программирования;
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждаются корректным использованием математического анализа, теории геометрического программирования и оптимизации, теории упругости, теории сыпучей среды, а также результатами экспериментального моделирования, полученными на ЭВМ методом конечных элементов.
Научная новизна состоит в создании математической модели оптимизации, позволяющей оценить эффективность применения ЛТК по сформулированным техническим критериям, в разработке параметрической модели линейной части ЛТК, учитывающей особенности его конструкции и функционирования, в построении целевой функции специального вида, позволившей оптимизировать параметры линейной части ЛТК методом геометрического программирования.
Научное значение работы состоит в разработке параметрической модели линейной части ЛТК и обосновании метода оптимизации ее взаимосвязанных конструктивных параметров.
Практическое значение выполненных исследований заключается в разработке методики расчета оптимальных взаимосвязанных конструктивнных параметров линейной части ЛТК.
Реализация выводов и рекомендаций работы. Методика расчета рациональных параметров ленточных трубчатых конвейеров принята ОАО Объединенные машиностроительные технологии для использования при проектировании ленточных трубчатых конвейеров. Результаты работы использованы в учебном процессе при чтении лекций студентам специальности 05.05.06 - Горные машины.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и получили одобрение на международных научно-технических симпозиумах Неделя горняка (МГГУ, Москва, 2009-2011), на кафедре Горная механика и транспорт (МГГУ, 2011)
Публикации. По результатам выполненных исследований опубликованы три научные статьи в издании, рекомендованном ВАК РФ.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованных источников из 96 наименований и включает 13 рисунков и 16 таблиц.
Основное содержание работы
Объектом исследования в данной работе является ленточный трубчатый конвейер, для которого разработан метод оптимизации взаимосвязанных конструктивных параметров его линейной части (рис. 1).
В первой главе выполнен обзор и критический анализ современных методов оптимизации параметров ленточных конвейеров традиционной конструкции.
Проанализированы основные подходы, используемые при оптимизации параметров конвейеров традиционной конструкции, дана оценка принимаемых при этом целевых функций и критериев оптимальности. Обзор работ по проблеме оптимизации параметров ленточных конвейеров позволил
закнлючить, что оптинминзацию паранметнров ЛТК целесообразно выполннять по техническим критериям, для чего необходимо разнрабонтать модель оценки эфнфективности примененния ЛТК по этим кринтериям, а также разранботать соответснтвуюнщие аналитические описания уже сущест-вующих зависимостей.
Исследованиями ленточных трубчатых конвейеров, на основании которых установлены многие закономерности, использованные в данной работе, занимались И. Антоняк, В.И. Галкин, Л. Гладышевич, В.Г. Дмитриев, А.В. Дьяченко, А.П. Егоров, М.С. Ефимов, Д.С. Кулагин, Х. Либервирб, М. Ревер, А. Матон, Н.В. Сергеева и др.
В соответствии со сказанным выше в главе сформулированы следующие задачи исследования:
- обосновать минимально необходимое множество технических критериев оптимизации параметров линейной части ЛТК;
- разработать математическую модель оценки эффективности применения ЛТК по техническим критериям;
- разработать параметрическую модель линейной части ЛТК, учитывающую особенности ее конструкции и функционирования, и обосновать перечень оптимизируемых параметров;
- на основе аналитической аппроксимации существующих рекомендаций и зависимостей для расчета и выбора параметров ЛТК, а также с использованием разработанной параметрической модели и модели оценки эффективности применения ЛТК получить аналитические выражения для целевой функции и ограничений на оптимизируемые параметры в виде системы позиномов от этих параметров;
- разработать методику расчета рациональных конструктивных параметров линейной части ЛТК.
Во второй главе разработана экономико-математическая модель эффективности применения ленточного трубчатого конвейера.
Эффективность работы горнотранспортного оборудования обычно оценнивают по приведенным затратам на транспортирование 1 тонны груза на раснстояние 1 км. Однако этот обобщенный экономический критерий содержит неопределенные, изменяющиеся во времени стоимостные коэффициенты, поэтому в главе первоначально рассмотрены его составляющие безотносинтельно к величине коэффициентов, с которыми они входят в сумму затрат.
При таком анализе допустимо отдельно не рассматривать норматив эффективности капиталовложений, так как стоимость основных фондов учитывается в сумме амортизационных отчислений. В этом случае задача может быть сведена к анализу составляющих себестоимости транспортирования груза:
,руб/т , (1)
где - затраты на заработную плату рабочих, руб.; - затраты на электроэнергию, руб.; - амортизационные отчисления: , - стоимость основных фондов, руб.; - нормативный коэффициент амортизации, руб; - затраты на материалы, руб.; - затраты на ремонт, руб.; - прочие затраты, руб.; - годовая масса перемещенного груза, т. К затратам прочие расходы - отнесены налоги, сборы, отчисления в фонды и пр. При отсутствии фактических данных рекомендуется принимать их величину равной 10-20% от суммы указанных выше затрат.
В главе получены аналитические выражения для всех видов затрат, перечисленных в формуле (1). Так, например, стоимость основных фондов (капитальных затрат) на металлоконструкцию ЛТК равна:
, руб, (2)
где - средняя стоимость 1 кг металлоконструкции конвейера, руб/кг; - масса металлоконструкции ЛТК, кг.
В массе металлоконструкции ЛТК учтены: масса става , масса роликов , приводных и натяжных устройств с барабанами , и масса рамы привода . Аналитическое выражение для массы металлоконструкции ЛТК получено в виде:
, кг, (3)
где - ширина ленты, м; - расстояние между роликоопорами, м; - длина конвейера, м; - диаметр роликов, м; - тяговое усилие -го барабана, ;Ц тяговый фактор -го барабана; - угол обхвата лентой неприводного барабана.
При составлении аналитического выражения (3) использованы отечественные данные, а также данные таких фирм - производителей ЛТК, как Phoenix, Convex, Ruhlmeca и др. На рис.2 приведены аппроксимирующие графики зависимости некоторых составляющих общей массы металлоконструкции ЛТК-.
В работе для аппроксимации разного рода зависимостей использовался пакет Mathcad, раздел Аппроксимация функций; отклонение аппрок-симирующей кривой от расчетных значений составило в среднем 7-13 %.
Поскольку доля каждого компонента в общих затратах ЛТК достаточно точно определяется техническими параметрами конвейера, в работе использован многокритериальный подход к решению задачи по обоснованию
рациональных параметров линейной части ЛТК по трем техническим критериям ( и), записанным в виде:
- удельная металлоемкость конструкции линейной части ЛТК:
(4)
где - техническая производительность конвейера, т/ч; - годовой фонд рабочего времени, ч; - нормативный срок службы конвейера, годы;
- удельный расход конвейерной ленты:
исходное выражение для критерия имеет вид
, (5)
где - расход ленты за весь срок службы конвейера, ; - коэффициент, учитывающий зависимость стоимости 1 ленты от ее прочности; - коэффициент, учитывающий зависимость стоимости 1 ленты от ее ширины.
Были определены численные значения коэффициентов , , а также величины и , и после преобразования для второго критерия получено следующее выражение:
, , (6)
где - коэффициент, не зависящий от параметров конвейера; - разрывная прочность ленты, Н/мм ширины 1 прокладки; - скорость ленты, м/с, - сопротивление движению ленты на грузовой ветви, Н,
- удельная энергоемкость транспортирования груза
, (7)
где - установленная мощность двигателей, кВт, - тяговое усилие, Н.
В соответствии с тремя независимыми критериями в работе использован метод оптимизации, при котором комплексный критерий оптимальности имеет вид
, (8)
где , , - неопределенные множители Лагранжа.
В результате анализа критерия установлено, что при проектировании линейной части ЛТК с заданными длиной и технической производительностью, а также с учетом особенностей его работы наиболее важными оптимизируемыми параметрами линейной части являются: ширина ленты и ее скорость, расстояние между роликоопорами и диаметр роликов.
Существенное влияние на критерий оптимальности , а следовательно, и на параметры линейной части ЛТК оказывает технический критерий , пропорциональный согласно выражению (17) тяговому усилию привода , которое определяется на основании тягового расчета. В работе все тяговые расчеты ЛТК выполнялись с использованием разработанного на кафедре Горной механики и транспорта МГГУ уточненного метода с учетом зави-симости коэффициентов сопротивления движению на грузовой и порож-ней ветвях от натяжения ленты и ее скорости, расстояния между ролико-опорами, диаметра роликов, типа ленты и ее механических свойств и пр.
В третьей главе описаны экспериментальные исследования, выполненные на ЭВМ и необходимые для получения аналитических зависимостей сил сопротивления движению ленты от оптимизируемых параметров. За основу в этих исследованиях приняты результаты работ, выполненных на кафедре Горной механики и транспорта МГГУ (Сергеева Н.В., Егоров А.П., Кулагин Д.С., Дьяченко А.В. и др.), однако диапазон изменения исследуемых параметров конвейера был существенно расширен.
В этих работах принят подход, согласно которому общая сила сопротивления движению на единичной роликоопоре грузовой и порожней ветвей состоит из составляющих: - сила сопротивления от вращения роликов, - сила сопротивления от вдавливания роликов в нижнюю обкладку ленты, - сила сопротивления от деформирования груза и ленты в пролете между роликоопорами. Зависимости для этих сил, полученные нами, а также в выполненных ранее работах, приведены к виду, удобному для использования при оптимизации конструктивных параметров линейной части ЛТК.
Выражение для силы сопротивления от вращения шести роликов современной конструкции на грузовой ветви получено в виде
, Н, (9)
где - диаметр ролика грузовой ветви, м; - коэффициент, учитывающий зависимость свойств применяемого смазочного материала от температуры .
Суммарная сила сопротивления движению от вдавливания шести роликов грузовой ветви в нижнюю обкладку ленты записана в виде
Н, (10)
где - толщина и модуль упругости нижней обкладки ленты, - ко-эффициент, учитывающий зависимость модуля упругости резины от темпе-ратуры, - коэффициент, учитывающий реологические свойства ленты.
Соответственно для порожней ветви ЛТК (при наличии на конвейере устройства для переворота ленты)
Н, (11)
где - диаметр роликов порож-ней ветви, м.
В формуле (10) учтено, что при номинальной произво-дительности ЛТК между нагрузками на нижний (1) - , нижний боковой (2) - и верхний боковой (3) - ролики сущест-вуют примерные соотношения (для ширины ленты В1м), (рис.1, сечение А-А).
Для получения ряда новых расширенных зависимостей силы сопротивления от оптимизируемых конструктивных параметров выполнено моденлирование на ЭВМ в пакете ANSYS участка линейной части трубчатого конвейера (рис.1). На основании обработки данных моделирования для силы сопротивления движению на грузовой ветви (где зависимость коэффициента приведена на рис.3) получены следующие аппроксимирующие выражения:
при применении на ЛТК резинотканевой ленты
(12)
при применении резинотросовой ленты
(13)
Таким образом, суммарная сила сопротивления движению на единичной роликоопоре грузовой ветви при применении соответствующих типов лент равна:
- для резинотканевой ленты
,Н; (14)
- для резинотросовой ленты
,Н; (15)
- на порожней ветви для любого типа ленты и при отсутствии на ней груза ():
,Н. (16)
В работе выполнен анализ влияния натяжения ленты на силу сопротивления , который показал, что для конвейеров произво-дительностью свыше 500 т/ч и при натяжении ленты кН этой составляющей в дальнейших исследованиях можно пренебречь; сомножитель в формулах (14) и (15) принят равным единице.
Суммарные распределенные по длине линейной части ЛТК силы сопротивления движению на грузовой и порожней ветвях при наклонной установке конвейера под углом равны (уклонный конвейер):
(17)
, (18)
где - длина конвейера, м.
Таким образом, в главе для всех принятых технических критериев получены аналитические выражения в виде степенных многочленов с поло-жительными коэффициентами, в которых присутствуют взаимосвязанные параметры линейной части ЛТК, подлежащие оптимизации.
В четвертой главе разработана математическая модель оптимизации, описывающая эффективность применения ЛТК по разработанным тех-ническим критериям и использованная для комплексного обоснования опти-мальных взаимосвязанных конструктивных параметров линейной части ЛТК.
В качестве критерия принят общий технический критерий оптимальности (формула (8)); при этом критерий , представляющий собой сумму трех технических критериев, описываемых степенными многочленами с положительными коэффициентами, является позиномом. Для решения задач, связанных с минимизацией позиномов, наиболее удобным является метод геометрического программирования.
Для решения задачи методом геометрического программирования критерий оптимальности представлен в виде суммы определенного числа компонентов (в нашем случае ):
, (19)
при этом компоненты критерия оптимальности описаны степенными функциями:
,
где коэффициенты - положительные числа, показатели степени - произвольные действительные числа, параметры - положительные переменные.
Оптимизируемыми величинами, при которых достигается минимум критерия оптимальности, являются: ширина ленты и ее скорость (или погонная нагрузка ), расстояние между роликоопорами и диаметр роликов ; таким образом .
Для исследования задачи минимизации позинома использовано обобщенное геометрическое неравенство:
, (20)
где - некоторые произвольные положительные веса компонентов , причем
,
т.е. сумма весов компонентов, входящих в целевую функцию, должна быть равна единице.
Согласно принятому методу, если левая часть выражения (20) является суммой позиномов, составляющих целевую функцию и ограничения прямой задачи, то правая часть равенства (20) должна быть представлена в следующем виде:
, (21)
где , .
Если выбрать веса таким образом, чтобы все показатели в формуле (21) обратились в нуль, то в этом случае функция не зависит от переменных и обращается в двойственную функцию . В соответствии с теорией двойственности геометрического программирования минимальное значение функции равно максимальному значению двойственной функции: .
Двойственная задача геометрического программирования сформулирована в следующем виде:
, (22)
где ; ; ;
При этом .
Далее на основании полученных в работе зависимостей сил сопротивления движению ленты от конструктивных и расчетных параметров ЛТК (формулы (14), (15), (16), (17) и (18)) при записи технических критериев эффективности и , ширина ленты и скорость ее движения были выражены через погонную нагрузку от груза (при 75%-том заполнении сечения трубообразной ленты грузом):
, м, (23)
где - коэффициент, равный ;
тогда оптимизируемыми параметрами становятся величины , и .
В этом случае технический критерий записан в виде:
(24)
где - коэффициент, не зависящий от параметров конвейера, - тяговый фактор.
Для критерия получено следующее выражение:
(25)
где - коэффициент, не зависящий от оптимизируемых параметров конвейера.
В критерии выделена наиболее существенная переменная составляющая массы металлоконструкции конвейера , равная:
,кг(26)
Тогда критерий с точностью до постоянной составляющей записан в виде
(27)
где - коэффициент, не зависящий от оптимизируемых параметров линейной части конвейера.
С учетом полученных выражений общий критерий оптимальности записан в виде:
(28)
где - неопределенные множители Лагранжа.
При учете критерия в виде формулы (26) для общего критерия оптимальности получено выражение:
. (29)
В этом случае функция имеет вид:
, (30)
где (или ), ;
показатели степени при переменных равны:
(31)
Анализ системы (31) показал, что имеются ненулевые положительные наборы переменных, удовлетворяющие системе уравнений(31), но выделение из них оптимального набора приводит к необходимости решения системы сложных нелинейных уравнений, поэтому в работе автор в соответствии с теорией ограничился рассмотрением получающихся при этом отношений подобия в общем виде:
| (32) |
где и - константы, определяемые техническими параметрами конвейера.
Первые пять соотношений из системы (32) были использованы для определения оптимальных значений . Так, выражение для рационального значения погонной нагрузки получено в виде
(33)
В работе показано, что в системе (32) одна из величин - или - является избыточной и зависящей от коэффициентов ; при этом величины являются независимыми константами, поэтому для установления новых соотношений подобия пригодны лишь первые три выражения системы (32). В соответствии с этим выполнены преобразования, позволившие получить следующее соотношение
(34)
Выполненные расчеты числовых значений общего критерия оптимальности показали, что оптимального значения диаметра роликов не существует: чем больше величина , тем меньше величина критерия оптимальности . На основании этого диаметр роликов рекомендуется принимать максимально возможным, исходя из конструктивных соображений, т.е. при анализе считать его не варьируемой, а задаваемой величиной. В этом случае оптимизируемыми величинами являются погонная нагрузка и расстояние между роликоопорами (или ширина ленты и ее скорость и расстояние между роликоопорами ).
С использованием системы соотношений (32) в работе получены выражения для оптимальных параметров:
- для погонной нагрузки
; (35)
- для расстояния между роликоопорами
, (36)
Таким образом, на основании математической модели оптимизации, созданной с использованием разработанных технических критериев, установлены оптимальные взаимосвязанные конструктивные параметры линейной части ЛТК.
В диссертационной работе рассмотрены числовые примеры по определению оптимальных параметров линейной части горизонтального ленточного трубчатого конвейера длиной 1000 м и производительностью 300, 500 и 1000 т/ч, транспортирующего насыпной груз плотностью кг/м, с тяговым фактором А=2,5 и оснащенного резинотканевой лентой.
На рис. 46 приведены рассчитанные по этим данным графики зависимости оптимальных значений конструктивных параметров линейной части ЛТК от производительности конвейера и диаметра роликов , построенные на основании формул (23), (35) и (36). Как отмечалось выше, реализовать конструкцию линейной части конвейера с оптимальным диаметром роликов не представляется возможным, поскольку критерий оптимальности по этому параметру в заданном ограничением диапазоне () не имеет оптимума.
Отметим, что с увеличением производительности конвейера (рис. 4) оптимальная скорость движения ленты первоначально растет, а затем стабилизируется на некотором значении. Несмотря на уменьшение оптимального расстояния между роликоопорами при росте производительности, оптимальное значение нагрузки на пролет между роликоопорами растет вследствие роста оптимального значения ширины ленты.
Как следует из графиков на рис. 5, для увеличения производительности ЛТК () целесообразно увеличивать ширину ленты конвейера, а не скорость ее движения; при этом также целесообразно увеличивать и диаметр роликов.
Наряду с полученными выше зависимостями, при которых достигается минимум общего технического критерия оптимальности , были определенны удельные приведенные затраты в стоимостном выражении в точке этого минимума, а также его окрестностях при варьировании величин и .
Расчетные формулы для трех технических критериев в их стоимостном выражении как трех составляющих приведенных затрат приняты в следующем виде:
(37)
Для определенных ранее оптимальных значений ширины ленты и расстояния между роликоопорами при различных принятых диаметрах роликов получены численные значения минимальных суммарных удельных приведенных затрат в виде точек ; кроме того, получен ряд значений функции в области вокруг значения при варьировании параметров и при постоянном . Эти точки объединены некоторой поверхностью, форма которой подтверждает существование глобального минимума у функции , совпадающего с минимумом, определенным по техническому критерию (рис.7,8).
Таким образом, в работе показано: во-первых, минимум технического критерия оптимальности совпадает с минимумом удельных приведенных затрат ; во-вторых, при варьировании переменных величин и в допустимом диапазоне их изменения минимум удельных приведенных затрат является единственным.
Далее отметим, что при изменении диаметра роликов происходит изменение расположения точки минимума целевой функции, при этом на всех графиках увеличение приводит к уменьшению минимальной величины . С повышением производительности ЛТК оптимальное расстояние между роликоопорами уменьшается (рис.7,б и 8,б) и при производительности конвейера порядка 2000 т/ч и более весьма близко к принимаемому в настоящее время на практике (м).
При существующих расстояниях между роликоопорами ЛТК (1,01,5м) удельные приведенные затраты в среднем на 1015% больше, чем при оптимальном расстоянии. Однако к столь значительному оптимальному расстоянию между роликоопорами следует относиться осторожно, т.к. большие расстояния могут привести к неустойчивому вращательному движению трубообразной ленты, ее автоколебаниям и потере герметичности внутреннего объема.
На основании выполненных исследований разработана методика определения оптимальных конструктивных параметров линейной части ленточного трубчатого конвейера. Методика принята ОАО Объединенные машиностроительные технологии к использованию при расчетах ленточных трубчатых конвейеров.
Заключение
В результате выполненных исследований дано решение актуальной научной задачи по созданию математической модели оптимизации, описы-вающей эффективность применения ЛТК по разработанным техническим критериям и использованной для комплексного обоснования оптимальных взаимосвязанных конструктивных параметров линейной части ЛТК.
Результаты и выводы, полученные лично автором:
1. Для оценки эффективности применения ленточного трубчатого конвейера принят экономический критерий в виде удельных приведенных затрат. Экономический критерий, содержащий неопределенные стоимостные и нормативные коэффициенты, заменен тремя независимыми техническими критериями: удельной металлоемкостью конструкции линейной части конвейера, удельным массовым расходом ленты, удельной энергоемкостью транспортирования.
2. Для решения задачи принят метод многокритериальной оптимизации, который при наличии трех независимых технических критериев позволил сформулировать общий комплексный критерий оптимальности и ограничения, возникающие при решении поставленной задачи.
3. Получены новые виды зависимостей распределенных сил сопротивления движению на грузовой и порожней ветвях ЛТК в виде степенных многочленов с положительными коэффициентами, связывающих между собой оптимизируемые параметры ЛТК.
4. Установлено, что общий критерий оптимальности решаемой задачи является позиномом. Наиболее удобным математическим методом, позволяющим минимизировать подобную функцию, является метод геометрического программирования; оптимизируемыми параметрами являются: погонная нагрузка (или ширина ленты и ее скорость ) и расстояние между роликоопорами . Показано, что рационального значения диаметра роликов в технически реализуемом диапазоне диаметров не существует; диаметр роликов рекомендуется принимать максимально возможным, исходя из конструктивных или других соображений.
5. Показано, что особенность конструкции линейной части ЛТК приводит при оптимизации к рекомендациям, отличным от рекомендаций для линейной части конвейеров традиционной конструкции: существенно увеличивается оптимальное значение расстояния между роликоопорами, увеличивается рекомендуемое значение диаметра роликов, производительность конвейера рекомендуется увеличивать путем увеличения ширины ленты, а не ее скорости, и пр.
6. Анализ численных значений суммарных удельных приведенных затрат , полученных для трех технических критериев в стоимостном выражении, при варьировании значений и подтвердил, что для оптимальных конструктивных параметров линейной части ЛТК существует минимум функции , совпадающий с минимумом общего критерия оптимальности , причем этот минимум единственный.
7. На основании численного расчета горизонтального ЛТК с производительностью т/ч, длиной м, транспортирующего насыпнной груз плотностью , оснащенного резинотканевой лентой, имеющего однобарабанный привод с тяговым фактором , и принятым диаметром роликов м получены следующие оптимальные параметры: ширина ленты м, скорость ленты м/с, расстояние между роликоопорами грузовой ветви 3,0 м, при этом величина удельных приведенных затрат составила 0,97 руб/ткм; при установке на данном конвейере роликов диаметром мм ширина ленты уменьшилась до значения м скорость возросла до 3,5 м/с, а приведенные затраты снизились до величины 0,89 руб/ткм.
При принимаемых в настоящее время на ЛТК расстояниях между роликоопорами м удельные приведенные затраты возрастают в среднем на %.
8. Разработана методика определения оптимальных конструктивных параметров линейной части ленточного трубчатого конвейера. Методика принята ОАО Объединенные машиностроительные технологии к использованию при расчетах ленточных трубчатых конвейеров.
Основные положения диссертации изложены в работах:
1. Дмитриев В.Г., Бажанов П.А. Экономико-математическая модель ленточного трубчатого конвейера для оптимизации его параметров по техническим критериям // Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2011. - №5. - С.218Ц 220.
2. Бажанов П.А. Методы оптимизации параметров трубчатого ленточного конвейера // Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2009. Ц №16. - С. 187Ц 193.
3. Бажанов П.А. Система технических критериев для оценки эффективности работы ленточного трубчатого конвейера // Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2011. Ц №2. - С. 379Ц 383.
Подписано в печать 28 февраля 2012 Формат 60х90/16
Объем 1 п.л. Тираж 100 экз. Заказ №
ОИУП Московского государственного горного университета.
Москва, Ленинский проспект, 6
Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по техническим специальностям