автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.06, диссертация на тему:Синтез и оценка эффективности технических решений при агрегатировании буровзрывных проходческих систем

На правахрукописи

ВОРОНОВА Элеонора Юрьевна

УДК 622.619

СИНТЕЗ И ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ТЕХНИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ ПРИ АГРЕГАТИРОВАНИИ БУРОВЗРЫВНЫХ ПРОХОДЧЕСКИХ СИСТЕМ

Специальность 05.05.06 - «Горные машины»

Автореф ерат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Новочеркасск- 2004

Работа выполнена в Южно-Российском государственном техническом университете (Новочеркасском политехническом институте)

Научный руководитель - заслуженный работник высшей школы РФ, доктор технических наук, профессор Г.Ш.Хазанович

Официальные оппоненты - заслуженный работник высшей школы РФ, доктор

технических наук, профессор Г. М. Водяник кандидат технических наук, старший научный сотрудник Б. А. Ошеров

Ведущая организация - ОАО «Копейский машиностроительный завод»

Защита состоится 14 мая 2004 г. в 1000 часов на заседании диссертационного совета Д 212.304.04 при Южно-Российском государственном техническом университете (Новочеркасском политехническом институте) по адресу: 346428, г. Новочеркасск, Ростовская обл., ул. Просвещения, 132 (гл. корпус, к. 107).

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке ЮжноРоссийского государственного технического университета (Новочеркасского политехнического института)

Автореферат разослан

Ученый секретарь диссертационного совета, д-р техн. наук, проф.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Как известно, значительная часть подготовительных выработок в горной промышленности проводится буровзрывным способом, -который характеризуется хорошей приспосабливаемостью к различным условиям и позволяет проводить выработки по породам любой крепости. Существующий уровень отечественной техники для этого способа не обеспечивает требуемых показателей производительности и надежности оборудования, поэтому необходимы широкие поиски новых решений.

Практика очистных работ показала, что только агрегатирование машин и механизмов, основанное на кинематическом и конструктивном объединении всего забойного оборудования, позволило резко повысить производительность труда и снизить себестоимость угля. Это объясняется тем, что элементы машин, имеющие. одинаковое функциональное назначение, заменяются единым органом, который перекрывает или вбирает в себя аналогичные функции обособленных машин. В результате сокращается количество узлов, масса оборудования, его габариты, энергоемкость, стоимость и т. д.

Объединение исполнительных органов функциональных машин на едином базовом элементе (движителе), осуществляющем перемещения системы относительно выработки, позволяет добиться улучшения показателей системы даже при использовании известных функциональных элементов индивидуальных машин.

Метод агрегатирования, широко применяемый в станкостроении и в горном деле при разработке очистных комплексов, с успехом используется при создании проходческих систем, например, в серии комплексов «Сибирь» и агрегате «ЭЛАНГ».

Однако цикличный характер буровзрывной технологии и связанная с этим необходимость обмена машин в течение проходческого цикла обуславливает ряд особенностей применения метода агрегатирования для буровзрывных проходческих систем. Простого объединения функциональных машин на общем базовом элементе, осуществляющем перемещение всей системы относительно выработки, оказывается недостаточно. Необходимо оснащать системы механизмами региональных перемещений, которые в пределах базового элемента обеспечивают возможность обмена функциональных машин и тем самым исключают конфликт последних в пространстве. В процессе проходческого цикла не все машины нуждаются в обмене, например, транспортирующий элемент (конвейер), принимающий горную массу от погрузочного органа, или призабойная крепь, предохраняющая оборудование от вывалов породы. Но бурильные машины, погрузочные органы и крепеустановщик, напротив, должны иметь возможность перемещения относительно базового элемента, иначе они не смогут выполнять свои функции. Вышеописанная ситуация характерна только для агрсгатированных буровзрывных проходческих систем. В очистных и проходческих комбайновых комплексах используется поточная технология, поэтому механизмы по отделению, уборке горной массы и креплению образовавшегося пространства располагаются последовательно и в процессе работы обмениваться не должны.

Агрегатированные буровзрывные проходческие системы (АБВПС), разработанные в России, странах СНГ и дальнего зарубе жья (всего около двухсот вариан-

тов), до настоящего времени не имели научно обоснованных правил структурооб-разования, методов оценки и проектирования. Существующие методики расчета и оценки эффективности проходческих систем рассчитаны на проведение выработок индивидуальными машинами с технологическими связями и не учитывают особенностей агрегатированного оборудования. Кроме того, в них используется детерминированная входная информация, не учитывающая случайного характера многих воздействий, например, отказов оборудования, их ликвидации, неоднородность условий эксплуатации и других.

На основании вышеизложенного представляются актуальными научное обоснование и создание методов разработки и оценки технических решений агре-гатированного оборудования с учетом фактора надежности и случайного характера входных воздействий.

Соответствие диссертации плану работ ЮРГТУ (НПИ) и целевым комплексным программам. Диссертационная работа выполнена в рамках научного направления ЮРГТУ (НПИ) «Интенсивные ресурсосберегающие методы и средства разработки угольных пластов, использование углей и охрана труда», утвержденного Ученым советом ЮРГТУ (НПИ) в 1994 г.; НИР ЮРГТУ по теме П-53-717 «Исследование рабочих процессов и совершенствование конструкций горнопроходческих машин».

Цель работы. Обоснование направлений повышения эффективности проведения выработок буровзрывным способом путем разработки принципов, инженерной методики синтеза и оценки эффективности агрегатированных буровзрывных проходческих систем с учетом фактора надежности.

Идея работы заключается в рассмотрении АБВПС как конструкций, созданных по единым структурным правилам, использование которых позволяет компоновать системы, отвечающие определенным функциональным требованиям, и давать оценку эффективности таких систем с учетом вероятностного характера воздействий на их функционирование, а также синтезировать принципиально новые технические решения применительно к конкретным условиям эксплуатации.

Научные положения, выносимые на защиту:

- формализованное описание агрегатированных структур систем горнопроходческих машин учитывает особенности компоновки и функционирования агре-гатированного оборудования, состав и взаимосвязь элементов, позволяет построить структурную систематизацию АБВПС, которая отличается новыми классификационными признаками, дает возможность идентифицировать существующие классы конструкций и наметить новые технические решения;

- имитационно-статистическая модель функционирования систем горнопроходческих машин, в том числе агрегатированных, учитывает вероятностный характер информации о надежности оборудования и формировании производительности, количество и тип материальных связей, режим работы элементов системы в процессе цикла; установлено влияние перечисленных факторов на производительность систем;

- эксплуатационная производительность АБВПС, в сравнении с аналогичным комплектом, при агрегатировании машин возрастает за счет сокращения количества однотипных элементов и времени обмена функциональных машин, что при-

водит к уменьшению числа отказов и продолжительности простоев, связанных с их ликвидацией;

- порядок процедур синтеза и оценки эффективности технических решений АБВПС, основанный на имитационно-статистическом моделировании их функционирования с учетом структуры систем и показателей их элементов, позволяет для конкретных условий эксплуатации получать рациональные варианты технических решений.

Новизна работы состоит в том, что:

- впервые разработана структурная систематизация АБВПС, базирующаяся на принципах системного подхода, отражающая общие правила структурообразо-вания АБВПС, включающая ряд новых классификационных признаков, учитывающих особенности компоновки и функционирования агрегатированного оборудования;

- разработанная имитационно-статистическая модель функционирования буровзрывных проходческих систем, в том числе агрегатированных, учитывает смену их состояний в процессе цикла, время пребывания в различных состояниях, влияние материальных связей, вероятностный характер информации о надежности оборудования и параметрах проходческого цикла, позволяет моделировать проведение выработки как случайный процесс и установить зависимости эффективности функционирования проходческих систем от показателей их элементов и условий эксплуатации;

- разработанный порядок процедур синтеза технических решений АБВПС, включающий выбор и оценку эффективности альтернативных вариантов проходческих систем, позволяет для заданных условий эксплуатации получать наиболее эффективные технические решения, удовлетворяющие требованиям технического задания.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается применением современных апробированных методов исследований, включающих: патентный поиск и анализ научно-исследовательских работ по рассматриваемому вопросу; статистические методы планирования вычислительных экспериментов, выполненных с использованием современных ЭВМ и программных продуктов; оценку адекватности результатов исследований реальному процессу; относительная ошибка в определении средних значений не превышает 14%, что удовлетворяет данному типу исследований.

Значение работы. Научное значение работы состоит в разработке принципиально нового подхода к вопросу структурообразования агрегатированных буровзрывных проходческих систем, который позволяет выявить их общие классификационные признаки и правила построения структур; описании функционирования проходческих систем как стохастического процесса с учетом возможных структурных состояний в течение цикла; установлении влияния агрегатирования и основных параметров элементов на эффективность систем.

Практическое значение работы заключается в том, что ее результаты, в частности, методика синтеза и оценки технических решений, а также программа для ЭВМ, моделирующая функционирование АБВПС, использованы при синтезе новых технических решений систем горнопроходческих машин, применительно к

конкретным условиям эксплуатации и направлены на дальнейшее совершенствование методов проектирования проходческих систем с использованием ЭВМ.

Внедрениерезультатов диссертационныхисследований.

Основные результаты диссертационных исследований - принципы систематизации АБВПС и методические основы синтеза технических решений АБВПС -внедрены в ННЦ ГП-ИГД им. А.А.Скочинского при выполнении работы: 0193056000-035 «Разработать предложения по созданию новых эффективных технологий буровзрывных работ при проведении полевых выработок в крепких породах».

Результаты исследований рекомендуются к использованию конструкторским организациям и профильным заводам угольного машиностроения при модернизации имеющихся и разработке новых образцов проходческой техники. Принципы создания и систематизации АБВПС включены в учебный курс «Буровзрывные проходческие системы» для студентов специальности 170100 «Горные машины и оборудование» (по ОКСО 150402) в виде разделов учебных пособий, имеющих рекомендательный гриф:

- «Буровзрывные проходческие системы» - Министерство образования РФ;

- альбом конструкций и схем - УМО по высшему горному образованию Министерства образования РФ.

Апробация работы. Основные положения и результаты работы доложены и одобрены на- научно-практической конференции Южно-Российского отделения Академии горных наук (1998г.); на симпозиумах "Неделя Горняка - 2000" (Москва, 2000г.) и "Неделя Горняка - 2003" (Москва, 2003г.); "Неделя Горняка - 2004" (Москва, 2004г.); на заседании учебно-методической комиссии по специальности 170100 "Горные машины и оборудование" в ЮРГТУ(НПИ), 20-22 сентября 2001г.; на 45-52 научно-практических конференциях ШИ ЮРГТУ (НПИ); на научных семинарах кафедры "Горные машины и оборудование" (1997-2003г.г.).

Публикации. По теме диссертации опубликованы 15 печатных работ, з том числе 2 учебных пособия в соавторстве, 1 монография в соавторстве, 2 патента на изобретения.

Автор выражает глубокую признательность д-ру техн. наук, проф. Г.Ш. Ха-зановичу, а также коллективу кафедры «Горные машины и оборудование» ШИ(ф)ЮРГТУ(НПИ) и особенно проф. С. И. Носенко за оказанную поддержку и методические советы на различных этапах исследований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Состояние вопроса. Постановка задач исследований. Проведенный патентный поиск и анализ литературных источников позволили выявить значительное количество разработанных к настоящему времени технических решений АБВПС и проследить тенденции их развития. Разработке и совершенствованию горнопроходческого оборудования посвящены работы Бунина В.И., Водяника Г.М., Глебова Н. А., Горбунова В. Ф., Евневича А. В., Кальницкого Я. Б., Малио-ванова Д. И., Михайлова В. Г., Нильвы Э. Э., Носенко А. С, Солода В. И., Солода Г. И., Сысоева Н. И., Топчиева А. В., Хазановича Г. Ш., Эллера А. Ф. и многих других.

При анализе известных подходов к систематизации горнопроходческого оборудования наблюдается недостаточность классификационных признаков для идентификации существующих технических решений АБВПС. Известные методы оценки эффективности горнопроходческих машин не учитывают особенностей агрегатированного оборудования.

Анализ состояния вопроса показал, что для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

- разработать принципы систематизации агрегатированных систем для уточнения признаков и построения обобщенной структуры АБВПС;

- разработать имитационно-статистическую модель функционирования АБВПС с учетом фактора надежности при вероятностном характере входных воздействий (моделирование случайных процессов);

- оценить достоверность н адекватность разработанной модели реальному процессу;

- выполнить моделирование и исследовать влияние основных параметров элементов систем и компоновки на эффективность АБВПС;

- разработать алгоритм синтеза рациональных технических решений АБВПС, основанный на принципах системного подхода, включающий: а) выбор вариантов структур АБВПС для заданных условий проведения выработки; б) оценку эффективности вариантов АБВПС с учетом фактора надежности и случайного характера входных воздействий; в) выбор вариантов АБВПС, имеющих наилучшие показатели и отвечающих заданным критериям и ограничениям.

Разработка принципов систематизации АБВПС. Для построения обобщенной структуры АБВПС, разработаны принципы систематизации, общий подход к которой заключается в определении состава АБВПС, т. е. элементы какого типа и в каком количестве входят в систему, и определении структуры АБВПС, т. е. установлении видов связей, действующих внутри системы. Зная состав и структуру, можно любую АБВПС описать формулой, которая будет давать представление о конструкции и компоновке системы (рис.1,а). При функционировании агре-гатированной системы имеют место три вида перемещений: глобальные, региональные и локальные. Глобальные осуществляются базовым элементом, представляющим собой конструкцию, которая перемещает связанные с ней функциональные элементы относителыю проводимой выработки. Локальные перемещения производятся функциональными элементами (например, при бурении - это перемещения бурильной машины посредством манипулятора и т. д.). Региональные - осуществляются промежуточным элементом, под которым понимается конструкция, кинематически связанная с базовым элементом и служащая для перемещения связанных с ней функциональных элементов относительно базового. Региональные перемещения вызваны необходимостью обмена функциональных машин и обусловлены рядом технологических и конструкционных причин, отсутствие которых влечет за собой исключение промежуточных элементов из состава АБВПС. Так как агрегатирование представляет собой объединение функциональных машин в различном количестве на едином базовом элементе, то его вид, расположение и тип движителя играют приоритетную роль при составлении структурных формул АБВПС. Обобщенная структура АБВПС, в которой имеют место

все элементы, представлена на рис. 1:6) — при наличии кинематических связей, в) - при наличии конструктивных связей.

Структурообразование АБВПС

Рис. 1

Информация, полученная из структурной формулы, практически полностью соответствует описанию системы, которая этой формулой представлена. Например (рис. 2), по данной структурной формуле можно сказать, что это агрегатиро-ванный комплекс, базовый элемент которого выполнен в виде опорной рамы 1, имеющей нижнее расположение и колесно-рельсовый тип движителя. В состав системы входят два погрузочных органа 2, транспортирующий элемент 4, два бурильных элемента 7 и крепеустановщик 5. При этом бурильные элементы, каждый в отдельности, и крепеустановщик имеют возможность перемещения относительно базового элемента при помощи промежуточных элементов 3 и 6. Это описание соответствует конструкции комплекса «Сибирь». Аналогичная ситуация наблюдается и при рассмотрении других систем.

Соответствие ЛБВПС и ее структурной формулы на примере комплекса «Сибирь»

БЭГ„-»ОР

2П 2ГО Ш

2Б К

Рис.2

Различное сочетание элементов приводит к образованию новых формул, производных от базовой, что позволяет произвести систематизацию как существующих, так и возможных вариантов АБВПС.

Разработка модели системы. Моделирование работы АБВПС. Исследование эффективности АБВПС. Для решения вопроса об оценке функционирования различных вариантов АБВПС рассмотрены аспекты теории вероятности, касающиеся критериев эффективности технических систем при оценке стохастических процессов. Рассмотрены концепции пригодности, оптимизации и адаптиви-зации, из которых вторая представляется наиболее полно отвечающей задачам настоящей работы, т. к. считает рациональными решения, обеспечивающие максимальный эффект операции. Под эффективностью оборудования принято понимать совокупность трех составляющих - производительности, трудоемкости и стоимости готовой продукции, которые зависимы от целого ряда случайных факторов и сами являются величинами случайными. При выборе одной из них целевой функцией, две другие непременно выступают в качестве ограничений. Требуемое значение целевой функции и ограничений определяются требованиями заказчика. Поэтому в качестве критерия эффективности принят критерий наибольшей вероятностной гарантии результата, по которому показатель эффективности есть вероятность того, что реальный результат операции примет значение

не ниже требуемого: . В этом случае выбор технического

решения из множества допустимых производится из условия

♦ ТР

где И,'(и) - показатель эффективности (вариант решения); !/- множество допустимых стратегий; у(и) - реальный результат; утр - требуемый результат. Универсальность этого критерия в том, что в качестве требуемого результата может выступать и производительность, и трудоемкость, и стоимость. В рамках настоящего исследования для примера проработан вариант, в котором целевой функцией принята производительность, так как ее повышение (достигнутое за счет усовершенствования конструкции), в конечном итоге, приводит к уменьшению трудоемкости и стоимости проведения выработки .

Разработанная имитационно-статистическая модель функционирования АБВПС представлена на (рис. 3) в виде алгоритма этапов моделирования.

Алгоритм этапов моделирования функционирования АБВПС

После ввода условий проведения выработки и требований заказчика производится ввод структурной формулы системы, на основании которой составляется схема структурных состояний ЛБВПС в процессе цикла. Различные структурные состояния (рис. 4) обусловлены необходимостью последовательного или частично совмещенною выполнения операций, во время которых функционирует разное число элементов системы. Затем производится запуск подпрограмм статистического моделирования поцикловой производительности и трудоемкости по каждому процессу. Моделирование производится методом Монте-Карло. При вводе исходных данных значения параметров, имеющих стохастическую природу, задаются при помощи генераторов случайных чисел. Обработав результаты моделирования, получаем значения математического ожидания и среднеквадратичного отклонения производительности и трудоемкость по каждому процессу. Далее необходимо определить возможности совмещения операций и выполнить расчет коэффициентов совмещения, а также определить численность звена проходчиков. Следующий этап - формирование микроструктуры функционирования АБВПС, которая представлена в виде временной диаграммы функционирования системы в процессе цикла. Основой для ее построения является график организации работ. Из схемы структурных состояний известен набор элементов, функционирующих в каждом процессе. Длительность процесса зависит от производительности и объема выработки, проводимой за цикл.

Схема структурных состояний АБВПС при выполнении проходческого цикла

Рис. 4

Производительность определена ранее методом статистических испытаний и при вычислении времени процессов в каждом цикле задается генератором случайных чисел. Объем выработки за цикл зависит от фактических значений сечения, глубины и коэффициента использования шпуров. Эти величины также случайны и задаются генераторами. Таким образом, время каждого цикла складывается из случайных значений времени по процессам и тоже является случайной

12

величиной.

Далее формируется макроструктура идеального функционирования АБВПС как линейный набор микроструктур, т. е. проходческих циклов, необходимых для проведения заданного объема готовой выработки, определяемого требованиями заказчика. Количество циклов также случайно, потому что случаен объем готовой выработки за цикл.

Фрагмент макроструктуры реального

функционирования АБВПС

Формирование макроструктуры реального функционирования (рис. 5) производится путем наложения потоков отказов и восстановлений элементов на идеальное функционирование системы. Каждый элемент имеет два датчика случайных чисел. Один датчик генерирует поток отказов элемента, а второй — время восстановления. Генератор отказов активен только в периоды работы элемента. Генератор восстановлений активизируется в момент наступления отказа. При этом функционирование системы приостанавливается на время его ликвидации. Сведение отдельных событий по работе, отказам и восстановлениям элементов на единую ось позволяет получить общий поток случайных событий при функционировании АБВПС для проведения заданного объема готовой выработки. Производительность системы в каждом цикле будет

зависеть от производительности по процессам с учетом надежности (продолжительности простоев) системы. Следует отметить, что для применения известных зависимостей к АБВПС необходимо их предварительное уточнение с учетом особенностей агрегатированного оборудования. В корректировке нуждается также общий подход к формированию производительности системы (рис. 6, а), при котором эксплуатационная производительность Ьго процесса определялась без учета времени на маневры по обмену оборудования:

' К м! ' & л >

И

где —У/производительность за чистое время работы в 1-м процессе, м'/час; V - объем выработки за цикл, м3; Км, - коэффициент влияния времени маневров в процессе работы; Кг, — коэффициент готовности ¡-й машины; (I - коэффициент регламентированных перерывов. На схеме (рис. 6, б) время 1-го процесса представлено как совокупность чистого времени работы /*-й машины и времени маневров по обмену оборудования 1ЯМ в /-м процессе.

Схема формирования производительности системы а) для комплекта машин б) для системы машин (в том числе АБВПС)

Рис. 6

Тогда производительность за чистое время работы составит:

Поскольку в период обмена оборудования в процессе функционирует только его механизм перемещения, надежность которого характеризуется коэффициентом готовности Кгмтгт0 эксплуатационная производительность системы в

/-м процессе:

((1 • К ГМ, -Км! +'мо! • К Гмп! )• Р

Используя известную модель формирования производительности системы за

цикл:

где КСфц) - коэффициент совмещения /-го и (/+1)-го процессов, подставив в нее выражение для 2, и выразив Кг через наработку на отказ Тв и время восстановле-

ния

, получим общую модель формирования производитель-

ности системы

т. + т.

V V

Завершающий этап - обработка результатов моделирования. Она проводится методами математической статистики, при этом ошибка не превышает 10% при доверительной вероятности 0,95, что является достаточным для инженерных расчетов. Здесь определяется вероятность достижения системой требуемой производительности. На (рис. 7,а) представлен пример гистограммы поцикловой производительности системы за период проведения заданного объема выработки.

Рис.7

На основе этих данных получаем график распределения вероятности достижения системой заданной производительности и определяем величину вероятностной гарантии требуемого значения (рис. 7,6).

Оценка адекватности модели включает два этапа: качественную оценку - исходя из общеизвестных закономерностей процессов при эксплуатации проходческих машин; количественную оценку - путем сравнения численных значений данных, полученных из практики, с результатами имитационного моделирования работы того оборудования, для которого эти данные получены (тот же период работы, набор машин, объем проведенной выработки, условия эксплуатации и т. д.). Моделировалось функционирование агрегатированного оборудования, в частности, различные модификации комплексов «Сибирь» и буропогрузочные машины типа 2ПНБ-2Б и МПНБ, а также комплекты индивидуальных машин. Результаты моделирования позволяют утверждать, что функционирование проходческих систем адекватно описывается моделью, при этом расхождение между расчетными и опытными данными не превышает 14%.

Статистические испытания на имитационной модели проводились с целью исследования влияния основных факторов на критерий эффективности и целевую функцию. Исследовались три группы факторов: компоновочные схемы, технические характеристики и условия эксплуатации. Для исследования были отобраны 14 систем: 7 АБВПС и 7 комплектов машин. Обработка результатов статистических испытаний позволила установить зависимости, представленные на рис. 8 и 9, по которым можно сделать вывод, что с увеличением числа агрегатируемых машин эффективность системы в сравнении с аналогичным комплектом увеличивается за счет сокращения числа однотипных элементов (в частности, ходовых механизмов) и времени обмена функциональных машин. Это, в свою очередь, сокращает количество отказов и время простоев, связанных с их ликвидацией. Изменение производительности и надежности функциональных элементов в агрега-тированных системах оказывает большее влияние на конечную эффективность, чем в комплектах индивидуальных машин. Это обстоятельство открывает новые перспективы в области совершенствования исполнительных органов горнопроходческой техники. Полученные зависимости позволяют прогнозировать значения производительности систем в целом при изменении таких параметров, как производительность функциональных машин и надежность их работы, время маневровых операций по обмену машин, интенсивность старения оборудования в процессе эксплуатации, сечение проводимой выработки.

Разработка методики синтеза технических решений ЛБВПС и ее реализация на примерах. Следующей задачей является разработка методики синтеза технических решений АБВПС, которая представлена на рис. 10 в виде алгоритма этапов разработки АБВПС.

Из всего многообразия возможных структур АБВПС далеко не все могут оказагься приемлемыми для конкретных горно-геологических и горнотехнических условий. Выбор структуры комплекса должен основываться на техническом задании заказчика, в котором указаны условия проведения выработки, проект выполнения проходческих работ, требуемые значения целевой функции и ограничений. На основе указанных данных производится выбор типа и количества

функциональных элементов (ФЭ), из которых будет компоноваться система. Затем определяются возможные варианты структурных формул, производится их оценка и выбор наилучшего технического решения.

Результаты статистических испытаний

Зависимость производительности систем от производительности функциональных элементов

Влияние числа агрегатированных эле- Влияние количества одинаковых ФЭ ментов на производительность системы на производительность АБВПС

Результаты статистических испытаний

Влияние интенсивности отказов

бурильного, погрузочного и транспортирующих элементов на критерий эффективности системы

Зависимость производительности систем ог времени маневровых операций по обмену функциональных машин

Влияние интенсивности старения оборудования на критерий эффективности системы

Влияние интенсивности отказов крепеустановочного, базового, промежуточного элементов и материальных связей на критерий эффективности системы

Зависимость производительности системы от сечения выработки

-а' 0<

М5

___АБВПС

-шяшг

Рис. 9

» м"

Алгоритм этапов синтеза технических решений АБВПС

Условия технического задания:

' - сечение в свету/в проходке - вид прнзабойного транспорта

- угол наклона - максимальный уровень трудоемко-

- коэффициент крепости пород сти обслуживания АБВПС

I - крупность горной массы - максимальный уровень стоимости

- количество шпуров на цикл готовой выработки

-длина шпура - требуемая производительность

- длина выработки ЛБВПС (или скорость проходки)

- вид крепи

Определение тииа ФЭ и БЭ (для заданных условий проведения):

II -бурильная машина -прнзабойная крепь (наличие) •погрузочный орган -крепеустановщик -средства транспорта -базовый элемент

1

Определение необходимого количества ФЭ:

III - бурильных машин • транспортирующих элементов - погрузочных органов - крепеустановшнков

1

IV Выбор вариантов ТР, соответствующих блокам II а III

1

V Моделирование функционирования выбранных ТР АБВПС. Определение производительности систем за период проведения заданного объема выработки с учетом фактора надежности

1

VI Выбор вариантов ТР АБВПС с провзводительвостью, превышающей требуемую по условиям технического задания

1

VII Определение трудоемкости обслуживания системы (для вариантов, выбранных в блоке VI). Выбор вариантов с трудоемкостью, не превышающей максимальную по условиям технического задания

1

VIII Определение стоимости работы н обслуживания системы (для вариантов, выбранных в блоке VII). Выбор вариантов со стоимостью, не превышающей максимальную по условиям технического задания

1

IX Определение вероятностной гарантии достижения требуемой производительности (для вариантов, выбранных в блоке VIII). Выбор варяанта ТР АБВПС с наибольшим значением вероятностной гарантии.

Рис. 10

Условно алгоритм можно разделить на две части:

- выбор вариантов технических решений для заданных условий (блоки 1-1У);

- оценка отобранных вариантов и выбор из них наилучшего (блоки У-1Х).

Для реализации первой части разработан алгоритм выбора технических решений АБВПС для заданных условий (рис. 11).

Алгоритм выбора технических решений АБВГ1С для заданных условий

д» ПО Ко. ко, Кбтпс. КаНЛ|

Да

Рис. 11

По нему можно определить, какие функциональные элементы и в каком количестве должны входить в систему, какой тип движителя должен иметь БЭ и т. д. Вторая часть алгоритма синтеза предусматривает моделирование функционирования выбранных вариантов АБВПС при помощи рассмотренной ранее имитационно-статистической модели и получение значений критерия эффективности, наибольшее из которых будет соответствовать наилучшему варианту технического решения.

При помоши описанного алгоритма синтеза, по заданию ННЦ ГП-ИГД им. А.А.Скочинского, разработаны технические решения агрегатированных систем горнопроходческих машин для проведения горизонтальных и слабонаклонных выработок средних и больших сечений по крепким породам (рис. 12).

Новые технические решения АБВПС а) вариант №1 - «Система горнопроходческих машин» (патент КО 2144139)

Рис. 12

По условиям задания приняты следующие характеристики: крепость породы /=12, сечение в свету 13,8 м2, требуемая скорость проходки - не менее 150 м/мес при проведении 20700 м3 (1500 погонных метров) готовой выработки. По прогнозным показателям, применение разработанных технических решений позволит

добиться увеличения производительности труда в 1,52 раза и увеличения скорости проходки в 1,48 раза (в сравнении с комплектом индивидуальных машин, имеющим аналогичный состав оборудования).

При этом вариант №1 более предпочтителен, т. к. позволяет получить требуемый результат с вероятностной гарантией (средний результат по числу реализаций и=5 с ошибкой 0,„<1О%), тогда как вариант №2 обеспечивает вероятностную гарантию только Оба технических решения защищены патентами.

Заключение. В диссертационной работе дано новое решение актуальной научно-технической задачи, состоящей в обосновании направлений повышения эффективности проведения выработок буровзрывным способом путем разработки принципов, инженерной методики синтеза и оценки эффективности агрегатиро-ваиных буровзрывных проходческих систем с учетом фактора надежности и случайного характера входных воздействий. Проведенные теоретические и экспериментальные исследования позволили сформулировать следующие научные и практические результаты:

1. В результате анализа современных классификационных систем горнопроходческого оборудования и существующих вариантов технических решений агре-гатированных комплексов, разработана систематизация агрегатированных буровзрывных проходческих систем, учитывающая, помимо существующих, новые классификационные признаки. Описание технических решений агрегатированных систем предложенной совокупностью признаков позволяет рассматривать их как конструкции, созданные по единым структурным правилам, систематизировать существующие варианты и генерировать новые технические решения.

2. Формализованное описание агрегатированных систем горнопроходческих машин, разработанное с учетом их структурной систематизации, отражает особенности компоновки, конструкции и функционирования агрегатированного оборудования, состав и взаимосвязь элементов.

3. Разработана имитационно-статистическая модель функционирования буровзрывных проходческих систем, в том числе агрегатированных, которая учитывает вероятностный характер информации о надежности оборудования и формировании производительности, количество и тип материальных связей, смену состояний системы в процессе цикла, время пребывания в различных состояниях, позволяет моделировать проведение выработки как случайный процесс. Разработан программный продукт для имитации функционирования систем и оценки их эффективности.

4. Комплекс экспериментальных исследований на модели и обработка данных хронометражных наблюдений за работой эксплуатируемой горнопроходческой техники подтвердили адекватность результатов вычислительного эксперимента реальным процессам.

5. Результаты статистических испытаний позволили установить влияние агрегатирования оборудования и основных показателей составляющих элементов на эффективность буровзрывных проходческих систем. Установлено, что агрегатирование повышает эксплуатационную производительность буровзрывных систем

в сравнении с комплектами индивидуальных машин за счет сокращения количества однотипных элементов и времени обмена исполнительных органов, что приводит к уменьшению числа отказов и продолжительности простоев, связанных с их ликвидацией. Изменение эффективности функциональных элементов в агрега-тированных комплексах оказывает большее влияние на конечный результат, чем в комплектах.

6. Разработан алгоритм синтеза технических решений агрегатированных систем, включающий выбор и оценку эффективности альтернативных вариантов, основанную на имитационно-статистическом моделировании их функционирования, который позволяет на основе технического задания заказчика получать наиболее эффективные технические решения для заданных условий эксплуатации. Реализация процедур алгоритма синтеза позволила получить новые технические решения агрегатированных систем, использование которых позволит, по прогнозным показателям, обеспечить высокие темпы проходки (свыше 180 м/мес) горных выработок больших и средних сечений по крепким породам с одновременным увеличением производительности труда в 1,5 раза.

Основные положения диссертационной работы отражены в следующих публикациях автора:

1. Хазанович Г.Ш., Ляшенко Ю.М., Ляшенко И.В., Воронова Э. Ю., Агафонов А. Ф. Агрегатированные и многомашинные системы для проведения горизонтальных и наклонных выработок // Научно-технические проблемы строительства вертикальных стволов, околоствольных дворов, горизонтальных и наклонных выработок: Сб. научных трудов/ АО «Ростовшахтострой»; Новочерк. гос. техн. ун-т-Новочеркасск: НГТУ, 1998.-С.164-171.

2. Хазанович Г.Ш., Воронова Э. Ю. Основные тенденции развития агрега-тированного буровзрывного проходческого оборудования / Научно-технические проблемы разработки твердых полезных ископаемых юга России: Сб. науч. работ и докл. конференции ЮРО АГН, ШаО РАЕН, ЮРЦ РАЕН 2-3 июля 1998г. Под общ. ред. А.Д. Мелькова, В. А. Матвеева. -Шахты: Изд-во ЮРО АГН, 1999. -с.124-127.

3. Хазанович Г.Ш., Воронова Э. Ю. Разработка системы классификации агрегатированных буровзрывных проходческих систем // Механизация и электрификация горных работ: Сб. науч. тр7 Юж.-Рос. гос. техн. ун-т. Новочеркасск: ЮРГТУ, 1999.-c.6-15.

4. Воронова Э. Ю. Принципы создания и систематизации проходческих агрегатов /Буровзрывные проходческие системы: Учебное пособие / Под ред. Г. Ш. Хазановича. Юж.-Рос. гос. техн. ун-т. Новочеркасск: ЮРГТУ, 2000. -с.307-316. (Допущено Министерством образования РФ в качестве учебного пособия для студентов вузов)

5. Хазанович Г.Ш., Ляшенко Ю.М., Воронова Э. Ю., Ляшенко И.В., Чирков В. Н., Агафонов А. Ф. Система горнопроходческих машинУ Патент 2144139 РФ, МКИ 7 Е 21 D 13/04, 9/10, 9/12, Е 21 F 13/00. - заявлено 14.07.97; Опубликовано 10.01.00. Бюллетень № 1.

6. Хазанович Г.Ш., Ляшенко Ю.М., Никитин Е. В., Воронова Э. Ю., Отроков А. В., Агафонов А. Ф. Система горнопроходческих машин/ Патент 2148715 РФ, МКИ 7 Е 21 Б 9/10, 13/04, 19/04. -заявлено 21.04.98; Опубликовано 10.05.00. Бюллетень № 13.

7. Хазанович Г. Ш., Воронова Э. Ю. Систематизация агрегатированных буровзрывных проходческих систем./ Горный информационно-аналитический бюллетень, №4 /М.: МГГУ, 2000.-С. 56-59.

8. Носенко С. И., Воронова Э. Ю. Пути повышения надежности буровзрывных проходческих систем агрегатированием технологического оборудования./ Научно-технические и социально-экономические проблемы Российского Донбасса: Материалы 49-й научно-производственной региональной конференции, г. Шахты, 17-25 апреля, 2000. - Ростов-н/Д: СКНЦВШ, 2000. -с. 157-162.

9. Воронова Э. Ю., Воронов Р. П. Агрегатированные буровзрывные проходческие системы / Горнопроходческие машины и комплексы. Альбом конструкций и схем: Учеб. пособие для вузов /Под ред. Г. III. Хазановича. - Шахтинский ин-т.-Новочеркасск:ЮРГТУ.-Вып.4. Агрегатированные буровзрывные проходческие системы. 2001.-186с. (Рекомендовано Учебно-методическим объединением вузов РФ по горному образованию в качестве учебного пособия для студ. высш. уч. заведений, обучающихся по специальности «Горные машины и оборудование»)

10. Ляшенко Ю. М., Хазанович Г.Ш., Воронова Э. Ю. Проходческие агрега-тированные комплексы на базе погрузочно-транспортных модулей с клиновыми исполнительными органами / Проходческие погрузочно-транспортные модули и подсистемы угольных шахт на основе клиновых гидрофицированных исполнительных органов: Монография / Под общ. ред. Г. Ш. Хазановича; Шахтинский инт ЮРГТУ. - Новочеркасск: ЮРГТУ, 2001. -с. 171 -180.

11. Хазанович Г.Ш., Воронова Э. Ю. Сравнительная оценка надежности аг-регатированных буровзрывных проходческих систем / Состояние и перспективы развития Восточного Донбасса: Сб. науч. тр.: В 2 ч. 4.1. / Шахтинский ин-т ЮРГТУ. - Новочеркасск: ЮРГТУ, 2001. -с.147-150.

12. Хазанович Г.Ш., Ляшенко Ю.М., Воронова Э.Ю., Отроков А.В. Методические основы компьютерной технологии выбора технических решений проходческих модулей/Горный журнал. Известия вузов.-2002.№5.-с.24-27.

13. Хазанович Г.Ш., Воронова Э. Ю. Алгоритм разработки технических решений агрегатированных буровзрывных проходческих систем / Научно-технические и социально-экономические проблемы Российского Донбасса: Сб.науч.тр./Шахтинский ин-т ЮРГТУ. Новочеркасск:ЮРГТУ, 2003.-с. 123-125.

14. Носенко С. И., Воронова Э. Ю. Оценка эффективности агрегатированных буровзрывных проходческих систем / Научно-технические и социально-экономические проблемы Российского Донбасса: Сб. науч. трУ Шахтинский ин-т ЮРГТУ. Новочеркасск: ЮРГТУ, 2003. -с.126-129.

15.Воронова Э. Ю. Синтез и оценка эффективности технических решений при агрегатировании буровзрывных проходческих систем / Юж.-Рос. гос. техн унт. Новочеркасск: ЮРГТУ, 2ОО4.-27с.

1-7125

Подписано в печать 1.04.04г. Бумага офсетная. Печать ризография. Усл. печ. листов 1 Тираж 120экз. Заказ № 41 от 2.04.04г. Отпечатано в типографии ИПБОЮЛ Бурыхин Б.М. Лицензия ГО1Д №65-186 от 10.01.2000г. Адрес типографии: г. Шахты, Ростовской обл., ул. Шевченко-143

ВВЕДЕНИЕ.

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЙ.

1.1. Современное состояние проблем и тенденции развития в области комплексной механизации проведения выработок буровзрывным способом.

1. 2. Анализ возможности использования известных классификационных систем для агрегатированного оборудования.

1.3. Известные подходы к оценке эффективности горнопроходческих машин.:.

1. 4. Постановка задач исследований.

2. РАЗРАБОТКА ПРИНЦИПОВ СИСТЕМАТИЗАЦИИ АБВПС

2. 1. Системный подход к структурообразованию средств комплексной механизации.

2. 2. Разработка классификационных признаков АБВПС.

2. 3. Разработка классификационной системы АБВПС.

2. 4. Практическая реализация предложенных принципов классификации.

3. РАЗРАБОТКА МОДЕЛИ СИСТЕМЫ. МОДЕЛИРОВАНИЕ РАБОТЫ АБВПС. ИССЛЕДОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ АБВПС.

3.1. Требования к модели. Выбор метода моделирования.

3. 2. Формализация объекта моделирования.

3.3. Программная реализация макроструктуры реального функционирования АБВПС.

3. 4. Оценка адекватности имитационно-статистической модели функционирования АБВПС.

3. 5. Исследование влияния на критерий эффективности АБВПС компоновочных схем и условий эксплуатации

4. РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ СИНТЕЗА ТЕХНИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ АБВПС И ЕЕ РЕАЛИЗАЦИЯ НА ПРИМЕРАХ.

4. 1. Список требований для технического решения АБВПС. 145 4. 2. Разработка алгоритма этапов синтеза рациональных TP

АБВПС для заданных условий.

4. 3. Примеры синтеза технических решений АБВПС.

4. 4. Описание новых технических решений.

4. 5. Прогнозная оценка новых технических решений.

Актуальность проблемы. Как известно, значительная часть подготовительных выработок в горной промышленности проводится буровзрывным способом, который характеризуется хорошей приспосабли-ваемостью к различным условиям и позволяет проводить выработки по породам любой крепости. Существующий уровень отечественной техники для этого способа не обеспечивает требуемых показателей производительности и надежности оборудования, поэтому необходимы широкие поиски новых решений.

Практика очистных работ показала, что только агрегатирование машин и механизмов, основанное на кинематическом и конструктивном объединении всего забойного оборудования, позволило резко повысить производительность труда и снизить себестоимость угля. Это объясняется тем, что элементы машин, имеющие одинаковое функциональное назначение, заменяются единым органом, который перекрывает или вбирает в себя аналогичные функции обособленных машин. В результате сокращается количество узлов, масса оборудования, его габариты, энергоемкость, стоимость и т. д.

Объединение исполнительных органов функциональных машин на едином базовом элементе (движителе), осуществляющем перемещения системы относительно выработки, позволяет добиться улучшения показателей системы даже при использовании известных функциональных элементов индивидуальных машин.

Метод агрегатирования, широко применяемый в станкостроении и в горном деле при разработке очистных комплексов, с успехом используется при создании проходческих систем, например, в серии комплексов «Сибирь» [1] и агрегате «ЭЛАНГ»[2].

Однако цикличный характер буровзрывной технологии и связанная с этим необходимость обмена машин в течение проходческого цикла обуславливает ряд особенностей применения метода агрегатирования для буровзрывных проходческих систем. Простого объединения функциональных машин на общем базовом элементе, осуществляющем перемещение всей системы относительно выработки, оказывается недостаточно. Необходимо оснащать системы механизмами региональных перемещений, которые в пределах базового элемента обеспечивают возможность обмена функциональных машин и тем самым исключают конфликт последних в пространстве. В процессе проходческого цикла не все машины нуждаются в обмене, например, транспортирующий элемент (конвейер), принимающий горную массу от погрузочного органа, или призабойная крепь, предохраняющая оборудование от вывалов породы. Но бурильные машины, погрузочные органы и крепеустановщик, напротив, должны иметь возможность перемещения относительно базового элемента, иначе они не смогут выполнять свои функции. Вышеописанная ситуация характерна только для агрегатированных буровзрывных проходческих систем. В очистных и проходческих комбайновых комплексах используется поточная технология, поэтому механизмы по отделению, уборке горной массы и креплению образовавшегося пространства располагаются последовательно и в процессе работы обмениваться не должны.

Агрегатированные буровзрывные проходческие системы (АБВПС), разработанные в России, странах СНГ и дальнего зарубежья (всего около двухсот вариантов), до настоящего времени не имели научно обоснованных правил структурообразования, методов оценки и проектирования. Существующие методики расчета и оценки эффективности проходческих систем рассчитаны на проведение выработок индивидуальными машинами с технологическими связями и не учитывают особенностей агрегатированного оборудования. Кроме того, в них используется детерминированная входная информация, не учитывающая случайного характера многих воздействий, например, отказов оборудования, их ликвидации, неоднородность условий эксплуатации и других.

На основании вышеизложенного представляются актуальными научное обоснование и создание методов разработки и оценки технических решений агрегатированного оборудования с учетом фактора надежности и случайного характера входных воздействий.

Соответствие диссертации плану работ ЮРГТУ (НПИ) и целевым комплексным программам. Диссертационная работа выполнена в рамках научного направления ЮРГТУ (НПИ) «Интенсивные ресурсосберегающие методы и средства разработки угольных пластов, использование углей и охрана труда», утвержденного Ученым советом ЮРГТУ (НПИ) в 1994 г.; НИР ЮРГТУ по теме П-53-717 «Исследование рабочих процессов и совершенствование конструкций горнопроходческих машин».

Цель работы. Обоснование направлений повышения эффективности проведения выработок буровзрывным способом путем разработки принципов, инженерной методики синтеза и оценки эффективности аг-регатированных буровзрывных проходческих систем с учетом фактора надежности.

Идея работы заключается в рассмотрении АБВПС как конструкций, созданных по единым структурным правилам, использование которых позволяет компоновать системы, отвечающие определенным функциональным требованиям и давать оценку эффективности таких систем с учетом вероятностного характера воздействий на их функционирование, а также синтезировать принципиально новые технические решения применительно к конкретным условиям эксплуатации.

Научные положения, выносимые на защиту:

- формализованное описание агрегатированных структур систем горнопроходческих машин учитывает особенности компоновки и функционирования агрегатированного оборудования, состав и взаимосвязь элементов, позволяет построить структурную систематизацию АБВПС, которая отличается новыми классификационными признаками, дает возможность идентифицировать существующие классы конструкций и наметить новые технические решения;

- имитационно-статистическая модель функционирования систем горнопроходческих машин, в том числе агрегатированных, учитывает вероятностный характер информации о надежности оборудования и формировании производительности, количество и тип материальных связей, режим работы элементов системы в процессе цикла; установлено влияние перечисленных факторов на производительность систем;

- эксплуатационная производительность АБВПС, в сравнении с аналогичным комплектом, при агрегатировании машин возрастает за счет сокращения количества однотипных элементов и времени обмена функциональных машин, что приводит к уменьшению числа отказов и продолжительности простоев, связанных с их ликвидацией;

- порядок процедур синтеза и оценки эффективности технических решений АБВПС, основанный на имитационно-статистическом моделировании их функционирования с учетом структуры систем и показателей их элементов, позволяет для конкретных условий эксплуатации получать рациональные варианты технических решений.

Новизна работы состоит в том, что:

- впервые разработана структурная систематизация АБВПС, базирующаяся на принципах системного подхода, отражающая общие правила структурообразования АБВПС, включающая ряд новых классификационных признаков, учитывающих особенности компоновки и функционирования агрегатированного оборудования;

- разработанная имитационно-статистическая модель функционирования буровзрывных проходческих систем, в том числе агрегатиро-ванных, учитывает смену их состояний в процессе цикла, время пребывания в различных состояниях, влияние материальных связей, вероятностный характер информации о надежности оборудования и параметрах проходческого цикла, позволяет моделировать проведение выработки как случайный процесс и установить зависимости эффективности функционирования проходческих систем от показателей их элементов и условий эксплуатации;

- разработанный порядок процедур синтеза технических решений АБВПС, включающий выбор и оценку эффективности альтернативных вариантов проходческих систем, позволяет для заданных условий эксплуатации получать наиболее эффективные технические решения, удовлетворяющие требованиям технического задания.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается применением современных апробированных методов исследований, включающих: патентный поиск и анализ научно-исследовательских работ по рассматриваемому вопросу; статистические методы планирования вычислительных экспериментов, выполненных с использованием современных ЭВМ и программных продуктов; оценку адекватности результатов исследований реальному процессу; относительная ошибка в определении средних значений не превышает 14%, что удовлетворяет данному типу исследований.

Значение работы. Научное значение работы состоит в разработке принципиально нового подхода к вопросу структурообразования агрегатированных буровзрывных проходческих систем, который позволяет выявить их общие классификационные признаки и правила построения структур; описании функционирования проходческих систем как стохастического процесса с учетом возможных структурных состоянии в течение цикла; установлении влияния агрегатирования и основных параметров элементов на эффективность систем.

Практическое значение работы заключается в том, что ее результаты, в частности, методика синтеза и оценки технических решений, а также программа для ЭВМ, моделирующая функционирование АБВПС, использованы при синтезе новых технических решений систем горнопроходческих машин, применительно к конкретным условиям эксплуатации и направлены на дальнейшее совершенствование методов проектирования проходческих систем с использованием ЭВМ.

Внедрение результатов диссертационных исследований.

Основные результаты диссертационных исследований - принципы систематизации АБВПС и методические основы синтеза технических решений АБВПС - внедрены в ННЦ ГП-ИГД им. А.А.Скочинского при выполнении работы: 0193056000-035 «Разработать предложения по созданию новых эффективных технологий буровзрывных работ при проведении полевых выработок в крепких породах».

Результаты исследований рекомендуются к использованию конструкторским организациям и профильным заводам угольного машиностроения при модернизации имеющихся и разработке новых образцов проходческой техники. Принципы создания и систематизации АБВПС включены в учебный курс «Буровзрывные проходческие системы» для студентов специальности 170100 «Горные машины и оборудование» (по ОКСО 150402) в виде разделов учебных пособий, имеющих рекомендательный гриф:

- «Буровзрывные проходческие системы» - Министерство образования РФ;

- альбом конструкций и схем - УМО по высшему горному образованию Министерства образования РФ.

Апробация работы. Основные положения и результаты работы доложены и одобрены на научно-практической конференции ЮжноРоссийского отделения Академии горных наук (1998г.); на симпозиумах "Неделя Горняка - 2000" (Москва, 2000г.) и "Неделя Горняка - 2003" (Москва, 2003г.); "Неделя Горняка - 2004" (Москва, 2004г.); на заседании учебно-методической комиссии по специальности 170100 Торные машины и оборудование" в ЮРГТУ(НПИ), 20-22 сентября 2001г.; на 4552 научно-практических конференциях ШИ ЮРГТУ (ИЛИ); на научных семинарах кафедры "Горные машины и оборудование" (1997-2003г.г.).

Публикации. По теме диссертации опубликованы 15 печатных работ, в том числе 2 учебных пособия в соавторстве, 1 монография в соавторстве, 2 патента на изобретения.

Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения и приложений; изложена на 263 страницах машинописного текста, содержит 47 рисунков, 28 таблиц, список использованных источников из 84 наименований, приложения представлены на 74 страницах.

Основные выводы и результаты диссертационной работы заключаются в следующем:

1. В результате анализа современных классификационных систем горнопроходческого оборудования и существующих вариантов технических решений агрегатированных комплексов, разработана систематизация агрегатированных буровзрывных проходческих систем, учитывающая, помимо существующих, новые классификационные признаки. Описание технических решений агрегатированных систем предложенной совокупностью признаков позволяет рассматривать их как конструкции, созданные по единым структурным правилам, систематизировать существующие варианты и генерировать новые технические решения.

2. Формализованное описание агрегатированных систем горнопроходческих машин, разработанное с учетом их структурной систематизации, отражает особенности компоновки, конструкции и функционирования агрегатированного оборудования, состав и взаимосвязь элементов.

3. Разработана имитационно-статистическая модель функционирования буровзрывных проходческих систем, в том числе агрегатированных, которая учитывает вероятностный характер информации о надежности оборудования и формировании производительности, количество и тип материальных связей, смену состояний системы в процессе цикла, время пребывания в различных состояниях, позволяет моделировать проведение выработки как случайный процесс. Разработан программный продукт для имитации функционирования систем и оценки их эффективности.

4. Комплекс экспериментальных исследований на модели и обработка данных хронометражных наблюдений за работой эксплуатируемой горнопроходческой техники подтвердили адекватность результатов вычислительного эксперимента реальным процессам.

5. Результаты статистических испытаний позволили установить влияние агрегатирования оборудования и основных показателей составляющих элементов на эффективность буровзрывных проходческих систем. Установлено, что агрегатирование повышает эксплуатационную производительность буровзрывных систем в сравнении с комплектами индивидуальных машин за счет сокращения количества однотипных элементов и времени обмена исполнительных органов, что приводит к уменьшению числа отказов и продолжительности простоев, связанных с их ликвидацией. Изменение эффективности функциональных элементов в агрегатированных комплексах оказывает большее влияние на конеч-. ный результат, чем в комплектах.

6. Разработан алгоритм синтеза технических решений агрегатированных систем, включающий выбор и оценку эффективности альтернативных вариантов, основанную на имитационно-статистическом моделировании их функционирования, который позволяет на основе технического задания заказчика получать наиболее эффективные технические решения для заданных условий эксплуатации. Реализация процедур алгоритма синтеза позволила получить новые технические решения агрегатированных систем, использование которых позволит, по прогнозным показателям, обеспечить высокие темпы проходки (свыше 180 м/мес) горных выработок больших и средних сечений по крепким породам с одновременным увеличением производительности труда в 1,5 раза

1. Бунин В. И. Создание комплексов для проведения наклонных горных выработок. Кемерово: Кузбассвузиздат, 1998. -156с.

2. Винтоповоротные проходческие агрегаты / А. Ф. Эллер, В. Ф. Горбунов, В. В. Аксенов. -Новосибирск: ВО «Наука». Сибирская издательская фирма, 1992. -192с.

3. Хазанович Г.Ш., Воронова Э. Ю. Разработка системы классификации агрегатированных буровзрывных проходческих систем./ Механизация и электрификация горных работ: Сб. науч. тр./ Юж.-Рос. гос. техн. ун-т. Новочеркасск: ЮРГТУ, 1999. -с.6-15.

4. Хазанович Г. Ш. К вопросу о систематизации погрузочно-транспортных подсистем проходческих комплексов/ Новочерк. политехи. ин-т. Новочеркасск,-1991. Деп. в ЦНИИЭИуголь 08.07.91, №5319-УП91. -14с.

5. Хазанович Г. Ш., Ленченко В. В. Буровзрывные проходческие системы: Учеб. пособие / Юж.-Рос. гос. техн. ун-т. Новочеркасск: ЮРГТУ, 2000.-504с.

6. Альтшуллер Г. С. Найти идею: Введение в теорию изобретательских задач. -Новосибирск: Наука. Сиб. Отд-ние, 1986.

7. А. с. 899980 СССР, МКИ 3 Е 21 D9/10. Установка для проведения горных выработок / Гудков Г. Д., Гуревич Д. И., Лобачев В. Е. и др. (СССР). №2914194/22-03; Заявл. 02.04.80. -Опубл. в БИ, 1982, № 3.

8. А. с. 1317162 СССР, МКИ Е 21 F 13/00, Е 21 D 9/10. Установка для проведения горных выработок / Бунин В. И. и др. (СССР). № 3998355/29-03; Заявл. 25.12.85. -Опубл. в БИ, 1987, № 22.

9. Патент 2011818 СССР, МКИ 5 Е 21 С 27/24. Установка для проведения наклонных горных выработок /Бунин В. И., Винокуров В. Ф., Григоренко Ю. Д., Чуприн Л. С. (СССР). № 4871509/ 03; Заявл. 30.10.90. -Опубл. в БИ, 1994, № 8.

10. А. с. 819360 СССР, МКИ Е 21 F 13/00. Устройство для проходки горных выработок / Горбунов В. Ф, Скоморохов В. М. (СССР). -№ 2763484 / 22-03; Заявл. 07.05.79. -Опубл. в БИ, 1981, №13.

11. А. с. 1661429 СССР, МКИ Е 21 D 9/10. Агрегат для проходки горных выработок со сборной обделкой / Степанов Е. В., Горшев В. Е., Коган В. 3., Маркаускас И. А., Касанов Р. И. (СССР). №4386220/03; Заявл. 01.03.88. -Опубл. в БИ, 1991, № 25.

12. Агрегат проходческий «Темп-1У»//Уголь.-1996.-№3.-с. 10.

13. А. с. 1286765 СССР, МКИ Е 21 D 9/10. Горная машина / Хребто И. Ф., Хазанович Г. Ш., Сильня В. Г., Александров В. Е. (СССР). №3947397 / 22-03; Заявл. 26.08.85. -Опубл. в БИ, 1987, № 4.

14. А. с. 1567765 СССР, МКИ 5 Е 21 С 11/12. Горнопроходческая установка / Хребто И. Ф., Чуманов Г. А. (СССР). № 4227756 /3103; Заявл. 13.04.87. -Опубл. в БИ 1990, № 20.

15. А. с. 870724 СССР, МКИ Е 21 D 9/00. Агрегат для проходки горных выработок / Цой А., Шаляпин В. А., Зюбин В. М. и др. (СССР). -№ 2778264 / 22-03; Заявл. 06.06.79. -Опубл. в БИ, 1981, №37. .

16. А. с. 1350355 СССР, МКИ 4 Е 21 D 9/10. Агрегат для проходки горных выработок / Мауленкулов С. М. Коган И. Ш., Гердт В. К. и др. (СССР). № 3927284 / 22-03; Заявл. 12.07.85. -Опубл. в БИ, 1987, №41.

17. А. с. 1548445 СССР, МКИ 5 Е 21 D 9/10. Проходческий комплекс с портальной тележкой / Хребто И. Ф., Хазанович Г. Ш., Сильня В. Г., Александров В. Е. (СССР). № 4210234 / 23-03; Заявл. 16.03.87. -Опубл. в БИ, 1990, № 9.

18. А. с. 1469128 СССР, МКИ 4 Е 21 С 27/24. Проходческий механизированный комплекс / Хребто.И. Ф., Хазанович Г. Ш., Сильня В. Г. и др. (СССР). № 4115113 / 23-03; Заявл. 16.05.86. -Опубл. в БИ, 1989, № 12.

19. Патент 2026982 РФ, МКИ 6 Е 21 С 27/24. Проходческий агрегат / Хребто И. Ф., Хазанович Г„ Ш., Хребто С. И. №5034474 / 03; Заявл. 26.03.92. -Опубл. в БИ, 1995, №2.

20. Патент 2148715 РФ, МКИ 7 Е 21 D 9/10, 13/04, 19/04. Система горнопроходческих машин / Хазанович Г.Ш., Ляшенко Ю.М., Никитин Е. В., Воронова Э. Ю., Отроков А. В., Агафонов А. Ф. Заявл. 21.04.98. -Опубл. в БИ., 2000, № 13.

21. А.с. 911038 СССР, МКИ Е 21 D 9/10. Агрегат для проведения горных выработок большого сечения / Полуянский С. А. и др. (СССР). № 2780063/22-03; Заявл.07.05.79. -Опубл. В БИ, 1982, №9.

22. А. с. 1721228 СССР, МКИ 5 Е 21 С 11/02. Самоходная горная машина / Котляровский В. Э., Легкобыт С. Е., Нестеренко В. И. и др. (СССР). -№ 4476730/03; Заявл. 22.08.88. -Опубл. в БИ, 1992,№ п.

23. Патент RU 2144139, МКИ 7 Е 21 D 13/04, 9/10, 9/12, Е 21 F 13/00. Система горнопроходческих машин / Хазанович Г. LLL, Ляшенко Ю. М., Воронова Э. Ю. и др. № 97112667 / 03; Заявл. 14.07.97. -Опубл. в БИ, 2000, № 1.

24. Черепанов Г. С. Системное исследование технологии проведения горных выработок буровзрывным способом. -М.: Наука, 1987. — 140с.

25. Горбунов В. Ф., Эллер А. Ф., Скоморохов В. М. Основы проектирования буровзрывных проходческих систем. -Новосибирск: Наука. 1985. -185с.

26. Топчиев А. Ф., Ведерников В. И.,Коленцев М. Т. и др. Горные машины и комплексы. -М.: Недра 1971. -560с.

27. Евневич А. В. Транспортные машины и комплексы. -М: Недра. 1975. —415с.

28. Малевич Н. А. Горнопроходческие машины и комплексы. — М.: Недра. 1980.-384с.

29. Окунев Ю. Б., Плотников В. Г. Принципы системного подхода к проектированию в технике связи. -М.: Связь, 1978. -184с.

30. Аганбегян А. Г., Баринский К. А., Гранберг А. Г. Система моделей народнохозяйственного планирования. -М.: Наука, 1972.

31. Денисов А. А., Колесников Д. Н. Теория больших систем управления. -JI.: Энергоиздат. Ленингр. отд-ние, 1982. -288с.

32. Марков Ю. Г. Функциональный подход в современном научном познании. -Новосибирск: Наука. Сиб. отд-ние, 1982. -255с.

33. Ильинский Д. Я. Система синтеза оптимальных конструктивных решений автоматизированных технологических комплексов У/ Теория машин и механизмов. —М.: Наука, 1976. -с. 45-54.

34. Норенков И. П. Введение в автоматизированное проектирование технических устройств и систем. -М.: Высш. шк., 1980. -311с.

35. Автоматизация поискового конструирования / Под ред. А. И. Половинкина. -М.: Радио и связь, 1981. -344с.

36. Солод В. И., Первое К. М. Основы проектирования выемочных комплексов и агрегатов. —М.: изд. МГИ. 1972. -170с.

37. Солод Г. И. Структурообразование и классификация конвейеров / А. Г. Шахмейстер, Г. И. Солод. Подземные конвейерные установки. -М.: Недра 1976. -с.31-37.

38. Проектирование и расчет проходческих комплексов / Горбунов В. Ф., Аксенов В. В., Эллер А. Ф. и др. -Новосибирск: Наука, 1987. — 190с.

39. Горбунов В. Ф., Эллер А. Ф. Структурные схемы проходки выработок и средств механизации // Изв. вузов. Горн, журн, 1978. -№12.

40. Горбунов В. Ф., Бунин В. И., Эллер А. Ф. Методические указания по определению производительности и выбору основных параметров буровзрывных проходческих комплексов. -Новосибирск: ИГД СО АН СССР, 1982.-56с.

41. Гетопанов В. Н., Гудилин Н. С., Чугреев JI. И. Горные и транспортные машины и комплексы. -ML: Недра, 1991. -304с.

42. Техника и технология горноподготовительных работ в угольной промышленности / Под ред. Э. Э. Нильвы. -М.: Недра, 1991. — 315с.

43. Временная методика оценки фактической эксплуатационной и -ремонтной технологичности очистных механизированных комплексов. -М.: Минуглепром, 1978.

44. Глазунов В. Н. Параметрический метод разрешения противоречий в технике (методы анализа проблем и поиска решений в технике). -М.: «Речной транспорт», 1990. -150с.

45. Бунин В. И. Оценка рациональности конструктивно-компоновочных схем проходческих комплексов на первой стадии проектирования // Совершенствование техники и технологии строительства угольных предприятий: Сб. науч. тр./ КГТУ. -Кемерово, 1997. -с.86-89.

46. Чернов Л. Б. Основы методологии проектирования машин. — М.: Машиностроение. 1978. -148с.

47. Солод В. И., Гетопанов В. Н., Рачек В. М. Проектирование и конструирование горных машин и комплексов. -М.: Недра, 1982.

48. Гетопанов В. Н., Рачек В. М. Проектирование и надежность средств комплексной механизации: Учебник для вузов. -М.: Недра, 1986.-208с.

49. А. с. 1458602 СССР, МКИ 4 Е 21 F 13/00, Е 02 F 3/54. Установка для проходки наклонных горных выработок / Громов А. А., Федоров С. В., Соболев Л. В. №4216359/29-03; Заявл. 30.03.87. - Опубл. в БИ, 1989, №6.

50. Надежность и эффективность в технике: Справочник: В 10 т./ Ред. совет: В. С. Авдуевский (пред.) и др. М.: Машиностроение, 1988. -(В пер.). Т.З. Эффективность технических систем / Под общ. ред. В. Ф. Уткина, Ю. В. Крючкова. -328с.: ил.

51. Максимей И. В. Имитационное моделирование на ЭВМ. — М.: Радио и связь, 1988. 232с.: ил.

52. Метод статистических испытаний (метод Монте-Карло): Справочник / Под общ. ред. Л. А. Люстерника, А. Р. Янпольского. -М.: Физматгиз, 1962.-332с., . . .

53. Першин В. В. Интенсификация горнопроходческих работ при реконструкции шахт. -М.: Недра, 1988. 136с.: ил.

54. Вентцель Е. С. Теория вероятностей. — М.: Наука, 1969.

55. Сборник задач по теории надежности. Под ред. А. М. По-ловко и И. М. Маликова. -М.: Советское радио, 1972. -408с.

56. Носенко С. И., Носенко А. С. Погрузочные машины с гидравлическими приводами: Монография. -Новочеркасск: ЮРГТУ(НПИ), 2002. -205с. .

57. Григоренко Ю. Д. Повышение технического уровня проходческих комплексов типа "Сибирь". Автореф. дис. на соискание ученой степени канд. техн. наук. — Кемерово, 2000. -22с.

58. Сапунов О. С. Исследование надежности и разработка путей повышения эффективности шахтных погрузочных машин. Автореф. дис. на соискание ученой степени канд. техн. наук. -Новочеркасск, 1975. — 22с.

59. Правила безопасности в угольных и сланцевых шахтах. -М.: Недра, 1986.-447 с.

60. Исследование ремонтопригодности горнопроходческих машин и комбайнов избирательного действия и создание конструкций,удовлетворяющих требованиям безремонтной эксплуатации / Отчет о НИР, гос. per. №01820091282, Ч. 2. -Новочеркасск, 1998. -82с.

61. Селиванов А. И. Основы теории старения машин. -М.: Машиностроение, 1964. -404с.

62. Математическая обработка результатов эксперимента, JL 3. Румшиский. М.: Наука, 1971. -192с.: ил.

63. Водяник Г. М. Математическое моделирование технологических машин: Учеб. пособие / Новочерк. гос. техн. ун-т. -Новочеркасск: НГТУ, 1994. -256с.

64. Половинкин А. И. Основы инженерного творчества: Учеб. пособие для студентов ВТУЗов. -М.: Машиностроение, 1988. -368с.

65. Моисеева Н. К., Карпунин М. Г. Основы теории и практики функционально-стоимостного анализа: Учеб. пособие для техн. спец. вузов. -М.: Высш.- шк., 1988. -192с.

66. Моисеева Н. К. Функционально-стоимостной анализ в машиностроении. -М.: Машиностроение. 1987. -200с.

67. Шмуйлович Я. М. Надежность и эксплуатационная производительность основного углепроходческого оборудования / ЦНИЭИ-уголь.-М, 1978.-Юс.

68. Проходчик горных выработок: Справочник рабочего/ Под ред. А. И. Петрова -М.: Недра, 1991. 646 е.: ил.

69. Васючков Ю. Ф. Горное дело: Учеб. для техникумов. -М.: Недра, 1990.-512с.: ил.

70. Гелескул М. К, Бегвая Д. И. Механизация крепления горных выработок/ЦНИЭИуголь. -М., 1971. -100с.

71. Технологические схемы проведения горизонтальных и наклонных капитальных выработок на угольных шахтах / ВНИИОМШС. -Харьков, 1973.

72. Технологические схемы проведения горизонтальных выработок сечением в проходке более 18-20 м2 и наклонных стволов / Куз-ниишахтострой.-Кемерово, 1979.

73. Хазанович Г. III., Воронова Э. Ю. Систематизация агрегатированных буровзрывных проходческих систем./ Горный информационно-аналитический бюллетень 2000.-№4.-С.56-59.

74. Хазанович Г.Ш., Ляшенко Ю.М., Воронова Э.Ю., Отроков А.В. Методические основы компьютерной технологии выбора технических решений проходческих модулей/Горный журнал. Известия вузов.2002.№5.-с.24-27.

75. Сборник задач по теории вероятностей, математической статистике и теории случайных функций. Под ред. А. А. Свешникова. -М.: Наука, 1970. -656с.: ил.

76. Воронова Э. Ю. Синтез и оценка эффективности технических решений при агрегатировании буровзрывных проходческих систем / Юж.-Рос. гос. техн. ун-т. Новочеркасск: ЮРГТУ(НПИ), 2004. - 27с.