автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.06, диссертация на тему:Совершенствование методов оценки производительности одноковшовых карьерных экскаваторов в технологическом мониторинге

!;Г6 о Л

;/:' ( • V;'.',' На правах рукописи

ТШШ ' ТЛЪША АНИСШЬЕВНА

УДК 622.271.4.013.3:622.063.4

СШЕНЕЕВСХВСШВИЕ МЕТОДОВ ОЦЕНКИ производительности ОЛУОЕОВДЮВЫХ ШЪЕНШХ ЭКСКАВАТОРОВ В ТШОЮШЕСКОМ ЫСШГГОЙИГЕ

Специальность 05.05.06 - Горные иавдны

Автореферат

диссертация на соискание ученой степени нпядидата технических наук

Ыосхва 1996

Работа выполнена б Московском государственном открытой университете (ЫГОЛ.

Научный руководитель - кандидат технических наук, доцент

Г.АХоветов

Официальные оппоненты - доктор технических на^к,

член-корреспондент РАЕН, профессор Р.Ю.Подэрни

кандидат технических наук, доцент А. А. Топорков

Ведущая организация - НВДКМА имени Л.Д.Шевякова

Защита диссертации состоится " •• (,¿¿-0/^1996 г. в '/ Ч часов на заседании диссертационного совета Д.053.20.01 в Московской государственной открыто« университете по адресу: 129905, г.Москва, ул. П.Корчагина, 22

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного открытого университета.

Автореферат разослан " мак 1996 г.

. Ученый секретарь диссертационного совета

доктор технических наук, профессор Б.К.Захаров

ОБЩАЯ ХШКГШСША РАБОТЫ

Актуальность работн. Производительность одноковшового карьерного экскаватора - основной технический и интегральней показатель его функционирования, «егруженноств и наработки, определяющий производстве!!нуо мощность горнодобывающего предприятия.

Опыт эксш1устадии экскаваторов на различных технологических участках карьеров в изменявшиеся, чзсто экстремальных условиях экскавации горной массы показал, что механизму напора, подъема и поворота ыаишш максимально иагрукскн в каядом цикле зкскаЕвцин, истребляют более 6С$ установленной ыовщости приводов, снижая их надежность. По данным горнодобывающих предприятий наибольшее число простоев экскаваторов вызвано откезпул в работе элементов приводов этих механизмов, чго является одной кз причин снижения коэффициента использования экскаваторов, колеблющегося в пределах от 0,38 до 0,71 е различных отраслях народного хозяйства. При этом, существенно изменяется и основные реяишие параметры производительности - время одного цикла (7 ) и.коэффициент готовности экскаватора (кг). На фактическую производительность (нагруженное? ь н наработка) экскаваторов елйявт подгбтоглгашость горной кассы, текущее техническое состояние иехшнэказ, узлов, деталей экскаватора, степень износа которых различна, азконення кннона-тнки н динамики его элементов, уровень автоматамещгя к ршшы управления, качество энергоензбзеиия и др.

В соврексннкх условиях резко возросли гребозшия к повьпэ-нгаэ эффективности использования экскаваторов а процессов экскавации горной кассы. Масштабность прикэноння экскаваторов типа ЭКГ-Ш, ЗКГ-10 а др. сткнулируст нзобходимость поиска эффективных решений рациональной эксплуатации этих маетн в широкой области разрабатываемых различных по прочности горных пород, по-годно-климатических условий карьеров,, разнообразных систем ре-

монтно-профилахтичесного обслуживания.

Одним из способов решения этих проблем является совершенствование методов оценки производительности экскаваторов для определения рациональной интенсивности нагрузок их механизмов и рабочего оборудования в конкретных условиях эксплуатации. Анализ существующих методов и методик выявил отсутствие научно-технического обоснования оценки истинной производительности экскаватора, учитывающей его фактический коэффициент готовности, ресурс, условия эксплуатации и обеспечивающей технологические процессы разработки месторождений.

Поэтому совершенствование методов оценки производительности экскаваторов, включающих развитие системного и разработку аналит-и ческого и статистического методов в технологическом мониторинге, является актуальной научной задачей.

Цель цаботы. Повышение эффективности использования одноковшовых карьерных экскаваторов не основе совершенствования методов объективной и непрерывной оценки их произьодительности (нагруже-нности и наработки) в технологическом мониторинге.

Идея работы. Установление закономерностей изменения производительности экскаватора и ее основных технических параметров для увеличения машинного времени работы экскаваторов.

Основные задачи исследований!

- изучение условий, режимов нагружения и особенностей работы механизмов и элементов рабочего оборудования экскаваторов и их надежности в процессе экскавации горной массы на основе исследования параметров и кг;

- совершенствование и разработка системной, аналитических и статистических моделей производительности экскаватора и ее параметров с учетом физического состояния рабочей среды и определение закономерностей изменения параметров 1' и кг, часовой и

сменной производительности экскаваторов для установления рационального их применения на различных технологических участках карьеров;

- разработка основ комплексной методики оценки производительности экскаватора, апробация и анализ эффективности их использования в условиях горнодобывающих предприятий;

- разработка алгоритмов и программ расчета статистических характеристик и моделей производительности экскаваторов и системы технологического мониторинга для карьеров КМА.

Методы исследований. Анализ и обобщение исследований в области оценки производительности экскаваторов; системный и статистический анализ производительности на карьерах КМА; методы математической статистики, теории вероятностей и математического моделирования на ПЭВМ; теоретические и экспериментальные исследования регрессионных моделей часовой и сменной производительности экскаваторов, их статистических характеристик для различных технологических участков карьеров.

Научные положения, зачищаете в диссертации:

- системная, аналитические и статистические модели оценки производительности одноковшового карьерного экскаватора;

- статистические модели взаимосвязи теоретической и эксплуатационной производительности экскаватора, учитывшхциэ коэффициент его готовности; регрессионные модели часовой и сменной производительности экскаваторов, работающих на технологических участках карьеров КМА: вскрнае, добыче, перегрузке и рудных складах;

- закономерности изменения параметров £*ц, кг н производительности экскаваторов на технологических участках карьеров КУЛ;

- основные положения комплексной методика оценки параметров Гц, ^.производительности одноковшовых карьерных зпскаватороз

и система технологического мониторинга.------

Достоверность и обоснованность изложенных положений, полученных теоретических результатов, выводов и рекомендаций подтверждаются достаточным объемом расчетно-экспериментальных данных оценки производительности экскаваторов на горнодобывающих предприятиях, корректностью применения регрессионного и корреляционно-дисперсионного анализа, точностью моделирования на ПЭВМ; расхождение теоретических и экспериментальных значений производительности с доверительной вероятность» 0,95 не превышает 1552.

Научная новизна*.

- разработаны системная, аналитические и статистические модели оценки производительности экскаватора;

- предложены регрессионные математические модели часовой и сменной производительности экскаваторов для различных технологических участков карьеров;

-- разработаны статистические модели взаимосвязи теоретичес-, кой и эксплуатационной производительности экскаватора;

- установлены закономерности изменения параметров Сц, кг и производительности экскаваторов на карьерах и их технологических участках.

Практическая ценность. Разработаны основные положения комплексной методики оценки производительности одноковшового карьерного экскаватора, включающие статистические характеристики параметров и ее регрессионные модели для технологических участков карьера: вскрыши, перегрузочных площадок, рудных складов, добычных забоев, и система технологического мониторинга. Основные положения разработанной методики применяются на карьерах КМ. Результаты данной работы могут быть использованы при оценке производительности и ее технических параметров различных типов горных машин.

Апробация работы.. Основные положения диссертации докладывались и получили одобрение на Всесоюзной молодежной научно-технической конференций "Человек-мзшина-окружеяцоя среда в горном деле" (Ьосква, 1990 г.); Всесоюзной научно-технической конференции молодых ученых и специалистов угольной промышленности "Системный подход в горном д^ле. Проблемы, теория, методы" (Москва, 1991г.); научно-практическом семинаре "Проблемы повышения надежности, уровня безаварийности эксплуатации электротехнических и электромеханических систем, комплексов и оборудования горных и промышленных предприятий" (Москва, МГТУ, 1993 г.);ХЫХ научной сессии НТО РЭС имени А.С.Попова (Москва, 1994 г.); научно-техническом совещании маркшейдеров (Москва, 1994 г.); научно-технических конференциях в ВЗГШ(МГОУ) в 1988-1991 гг.; международном научно-техническом сешнаре "Состояние и перспективы автоматизации в цветной металлургии" (Москва, 1995 г.); научно-техническом семинаре "Проблемы и перспективы развития электропривода горных и буровых мапин" (Москва, ИГРА, 1995 г.); международном симпозиуме "Горная техника на пороге XXI века" (Москва, 1995 г.). На различных этапах выполнения работа докладывалась и обсуждалась на научных семинарах и заседаниях кафедры "Горные машины я горная электромеханика" ЫГОУ в течение 1991-1995 гг.

Публикации. Основные положения работа отражены в 15 печатных трудах.

Объем работы. Диссертация состоят из введения, пяти глав и заключения, изложенных на <?5^страпицах машинописного текста, содержит 28 иллюстраций, 42 таблицы, список использованных источников из 352 наименований и 4 приложения.

Диссертация выполнена в соответствии с исследованиями, проводимыми кафедрой "Горные машины и горная электромеханика" МГОУ

по теме "Исследование и повышение эффективности работы горных машин, стационарных установок и электроснабжения горных предприятий", № г.р. 0190068352, инв.» 02920012597.

Автор сердечно благодарит доцента Соретова Г.А. в проведении теоретических и экспериментальных исследований.

ОСНОВНОЕ СОДЕШНИЕ РАБОТЫ

Одноковшовый карьерный экскаватор - основная машина, определяющая эффективность работы горнодобцващего предприятия« Его производительность является статистическим результйру»4И|« показателем работы экскаватора и практически отражает индивидуальную числовую оценку результатов эксплуатации каждого экскаватора ее определенный промежуток времени на технологическом участке карьера. В настоящее Бремя в железорудном регионе КМА эксплуатируется более 250 одноковшовых карьерных экскаваторов, коэффициент использования времени которых остается низким - до 0,6.

Значительный вклад в исследование и решение проблем повышения эффективности использования экскаваторов « процессов экскавации горной массы внесли ученые Н.В.Мельников, П.И.Кох, Н.Г, Домбровский, К.Н.Трубецкой, В.И.Морозов, Р.С.Подэрни, Ю.И.Беляков, Д.Е.Махно, О.В,Плеханов, А.И.тендеров, И.М.Один, В,К.Трофимов и многие другие. В их работах производительность экскаваторов представлена как важнейший технический показатель процесса экскавации горной массы, приведены различные методы ее определения, расчетные формулы и числовые значения входящих в нее параметров. Исследования в этой области ведут специалисты научно-исследовательских и проектно- конструкторских институтов НИИКМА имени Л.Д.Шевякова, ИГД имени А.А.Скочинского, Гинцветмета, АО "Уралмаа", АО"Ижорские заводы" и др.

Теоретическая, техническая и эксплуатационная производитель-

ность экскаватора включает следующие параметры При их расчете: теоретическая - вместимость ковиа м3) и время одного цикла (Тц, с); техническая -коэффициенты готовности экскаватора (кг), наполнения ковша (кн), рзэрыхления горной массы (к^). длительность непрерывной работы экскаватора с одного места установки <£р) и одной его передвижки эксплуатационная -^,

кр, Кр, Хд, Тп и коэффициент использования экскаватора во времени (к0).

Анализ научно-технических источников и промышленных данных горнодобывающих предприятий, проведение экспериментальных исследований на карьерах КМА показали, что существующие методы расчета и управления заданной производительностью не учитывает в полной мере реальнее условия работы экскаваторов при интенсивных технологиях я имеют значительные погрешности, причины которых не выявляются и точно не оценипзотся- При этом, практически отсутствует1 количественные данные, дифференцированно определяющие изменения производительности каждого экскаватора на технологических участках - вскрыше, перегрузочных площадках, рудных складах и добычных забоях, расположенных на различннх горизонтах карьеров.

Поэтому принципиальным положением в постановке экспериментальных исследований стало изучение особенностей работы экскаватора и установление закономерностей изменения технических пара-ветров 'Гц, кр и производительности (нагруженностн и наработка). Шогодеткиа набладения за работой экскаваторов на технологических участках Лебединского, Михайловского н Стойленского карьеров КМА при статистической обработке данных выявили тенденция нормального распределения отклонений параметров <СЦ, кг и производительности, что подтверждает существование множества влиягсцих на них факторов. Так, для вскрыши с вероятностью 0,36-0,38 значение производительности составляет 60-70^ от номинального, для забоев

с вероятностью 0,25-0,2? - 50-60$.

В ходе исследований были получены и рассмотрены многочисленные распределения параметров 2" , кг и сменной производитель-кости Шсм) экскаватора типа ЭКГ-8И (рис.1). Так, обобщая характерные гистограммы производительности Псм, оценка вероятности и звкоя ее распределения определены в виде

I -Д14/2^2ШСИ)

р(Псм) « в , (I)

¿Шсм>\/2ЗГ

где р(Псу) - плотность вероятности изменения сменной производительности экскаватора; дПсм и<^Шсм) - отклонение и среднее квадратическое отклонение сменной производительности экскаватора, мэ/см.

Гистограммы распределения кр и Псм экскаваторов типе ЭКГ-8И на перегрузочной площадке Лебединского карьера

0,36 0,27 0,18 0,09 О

3,091

0,59

0,162

-Л.315-0,205"

),223

0,28 0,21

0,14 0,07 0

к 0,29

0,23 -О -тй

0,17

3,07 3,06

-

0,73 0,87 кг

1000

2000 ПС1!,м3/б»<

Рис. I

Правильность выбора закона распределения для исследуемых выборок оценивалась по критерию^ К.Пирсона. Обработка данных Псм показала, что все расчетные значения критерия7,81 при доверительной вероятности 0,9Ь. Учет закономерности изменения кр позволяет оперативно корректировать проведение ремонтно-профила-ктических работ.

Исходя из результатов зкспершзнталышх исследований, важное значение приобретает необходимость определения истинной производительности экскаватора на каждом рабочем месте в реальных условиях его эксплуатации. Используя идеологию формализованного описания "идеальной" зкекапецки горной массы, уравнение истинного значения производительности с-го экскаватора представляем п вида

с О

где П„.(Т„) я П (Т ) - истинная к заданная производительность

'•С » ЭЬ

с-го экскаватора за период Т{, гг/Г^;дП3.(Т^) - отклонение заданной производительности ¿-го экскаватора, вызванное учитнвавкы-Ш! !1 неучнтываешга факторока за период Ти, н3/Т!5; Тп - период исследования производительности экскаватора, ч (сиена, сутки, неделя и т.д.);С1 -- . 0 - процедура формализации "идеальной" экскавации горной масёы, при которой отклонение дС от момииоль-кого стремится к нулю.

Исследования работа экскаваторов на вскрыло, перегрузке, рудных складах и забоях Лебединского, йкойдовекого я СтоЯленс-кого карьеров показали разброс их производительности п диапазоне 45%, т.е.д П3.(Т,,) существенно изменяется. Кро*>э того, была отмечена различная нагруг.онность ггахеннэмоа экскаваторов, также изменяет параметры^, кг и !:орупаот закономерности их распределения.

Введение значения истюшоП производительности экскаватора предопределило необходимость расширения статистического представления параметров известных расчетных формул производительности экскаватора, поиска новых методов статистического учета ее функциональных зависимостей от конструктивных особенностей и текущего технического состояния экскаватора, горно-геологических, погодно-

климатических и других специфических особенностей эксплуатации экскаваторов при экскавации горной массы на различных технологических участках карьеров. ).>ногообразие и изменчивость условий экскавации горной массы на карьерах КИА подтвердило в ходе исследований целесообразность разработки комплексного подхода к оценке технических параметров и производительности экскаватора для объективных и непрерывных расчетов его истинной производительности. Это определило следующие направления исследований:

- совершенствование системного метода оценки производительности экскаватора и разработка ее системной модели;

- совершенствование и разработка метода аналитических моделей производительности экскаваторе;

- разработка статистических моделей технических параметров Тц, кг и производительности экскаватора;

- разработка системы технологического мониторинга управления производительностью экскаватора.

На основе полученных результатов исследований р теоретическом плане были определены три принципа совершенствования системного, аналитического и статистического методов оценки производительности экскаватора - целостности оценки теоретической, технической и эксплуатационной производительности каждого экскаватора, отражающий их взаимосвязь и статистическую зависимость; детали-зированности каждого цикла экскавации, выявляющий истинную наг-руженность экскаватора и его механизмов; дифференцированности, предусматривающий специфику работы экскаватора на различных технологических участках карьера.

Предложена системная модель производительности I -го экскаватора в виде

|ПТ.(Ти> Птх.(Ти) -> Пр.(Ти)] , (3)

где П_ (Т„), П__ (Т„) и П..(Т„) - системная оценка теоретической, " Т^ И ТХ£ И Э(. и

технической и эксплуатационной производительности с-го экскаватора за период Ти, «^Дц-

Системная модель позволяет поэтапно н оперативно контролировать и корректировать заданную производительность экскаватора иа основе статистической обработки и использования данных по текущим параметрам.

Преобразование системной модели оценки производительности экскаватора в три взаимоувязанные аналитические расчетные модели теоретической, технической и эксплуатационной производительности экскаватора (тебл.1), представленные системами уравнений (4)-(5>, позволяют рассчитать на основе выражений (6) стандарт их отклонения, отражающий множество составляющих погрешностей. Тогда значение истинной производительности ¿-го экскаватора с учетом абсолютных погрешностей, выраженных через средние квадретнческко отклонения (б), представляется в виде системы уравнений:

тч»а П (Т ). П (Т 1 и П (Т ) - впттгапя тяппатима^кпв чч»х~

за период Ти, м3/^.

Правильность и достоверность расчета ксткнкой производитель-кости экскаватора на основе (7) подтверждается результатами экспериментальных исследований, проведенных на карьерах КМА.

Разнообразное проявление отклонэкий производительности экскаватора и причин их возникновения определило необходимость введения дополнительного комплексного коэффициента (К )', представ-

%.(Ти> - V1«'±-Ч •

'О1«*"

(7)

Таблиц-а 1

АНАЛИТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ОДНОКОВШОВЫХ КАРЬЕРНЫХ ЭКСКАВАТОРОВ

.V.' | Производительность пи I экскаватора

I

..«' соретнческая - Пг(м5/ч) 2 ; Техническая - П„(м3/ч)

о ! Эксплуатационная:

I часовая - П„ (мУч)

I сменная

уточная

г П (Лм (м3/см) - П (м3/сут)

недельная - П и (м3/нед) «•-•сячная - П (м3/мес) квартальная -П*(м3/кв) годовая - П г (м3/год) выборочная • П в (мУТе)

МОДЕЛИ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ

| Стандарт откло-{ нения производи-

тельности

Функциональная

Пт=Г,(я,п„)= Г,(ч.т„) Пп= Мч,К„.Кр.Кг,т„)

ПИ=Гэт(Птх,КБ ) П<=Гси(П„,К„пс) П су=Гку(П тх.ПсПсм) п ■о—1 'Н (П гх»

П«=Г.»(П г«.К„Пс,Пс»Д5и) П „=Г*(П-„,К,,Пс,Псч,П,)

П *={ ^Пп.КлллИ) П ц=Гш(П п.КиДД^.п.)

Расчетная

Пт= 60 <5П„=3600д(1/т„)

П,

а К* =3600— х —

Ъ| г\р Тп + Х« + Т,.с

_±ДПт

±ОПп=

±йптх

Щ

V)

П„=ПпК"в

П СМ = Пт*К,Пс

п ^п ТхКвПсПсМ

П.М=П пКЛПсмПи Г1 .„=П „К.ПсПсмПн П 1=П ттК»ПсП™П, П г=П ,х«К,ПеПсчПг П ,=П пК»ПсПжП,

Условные ооозкзчения: время выполнения вспомогв тельных работ-; па- конструктивно расчетное число рабочих инклов Е минуту;

теоретнческаяпродо-тжи-тельноегь цикла в данных условиях, с: Тр- дюггсльность непрерывной работы экскаватора С одного места установки; То- длительность одной

передвижки; г,-л-впемя \стт>ансяня отказов:

Пг- число рабочих ч«со» в сцене; К» -коэффициент использования рабочего времени экскаватора в течение часа: Пйгчнсло смен а сутки (2-3); П*. Пи, Пк, Пг. П» - ЧИСЛО рабочих суток в исдсл«,месяце .квартале,году,периоде, выбранном д.тя «сследо-вянк«. Тя соотастствснно; ДПт.впт, аЛт*,етн«, ДП»,вп>* абес.иотные и ередкекеад' рзтнчсскне отклоиенм теоретической ,техн и ч аск и эксплуатационной проюводительности эхсхаватора; и, и и, г*, г г, ь

функции определявшие аавнсимость теоретической, технической н эксплуатационной (часовой,сменной. суточно Й,недельной,м ее* ч- » ной .квартальной ,год«яюн. * выборочной) ПрОНЗЕЮДИ-тельи ости экскаватор» от аргументов, соогвстст&снио.

детцего сложную функция случайных изменений и бэвимосвяэи технических параметров производительности.

Наблюдения за работой 12 экскаваторов типа ЭКГ-8И на карьерах КМА позволили установить пределы изменений производительности Пт, Птх и Пэ; определить зависимости параметров и коэффициента К](; на примере оценки истинной технической производительности экскаватора на ^-ом технологическом участке карьера в реальных условиях эксплуатации предложить ее расчетную аналитическую модель (5) вида

1Ьт . кн

Пн = 3600

ТХЭКГ-8И*1

у E<VAV) "р

Ki^i.mi

где П., - истинная техническая производительность экска-

"тхЭКГ-вИ}

ватора, работающего на J-ом технологическом учзстке карьера, гР/ч; - текущая вместимость ковша и ее абсолютное отк-

лонение, м3; Ссп . и Д-'Гц продолжительность -oil технологической операции цикла экскавации и ее абсолютное отклонение, с; 1СК и д Нк - комплексный коэффициент и его абсолютное отклонение; [J- процедура формализации оценки параметров производительности экскаватора.

Расчеты истинной технической производительности экскаватора подтверждают целесообразность введения коэффициента Кк, отражающего разнообразные условия эксплуатации экскаватора и особенности разработок месторождений региона КМ. Предложенный коэффициент является поправочным ».учитывает изменения параметров, исходя из влияния сезонных, погодно-климатических и горно-технологических условий, суточно-временных факторов и квалификации операторов. Он изменяется в пределах от 0,65 до 0,85 (коэффициент корреляции - 0,47-0,98),

Математическое моделирование производительности экскавето-

ров на основе (7)-(8) обеспечивает учет нормированных интервалов изменения параметров - у. , Сц, к^ к^, Кк, кв, входящих В систему уравнений (4)-(6). Однако, их истинные значения отличаются на 20-50£ от известных средних в различные периоды работы экскаватора. Так, установлено, что время одного цикла экскаватора типа ЗКГ-8И колеблется на различных технологических участках карьера от 27 до 43 секунд.

Для повышения точности оценки производительности машин предложен статистический метод, предусматривающий расчет и использование достаточно полной совокупности статистических характеристик параметров; интерпретацию причин их изменения и возможных последствий для технического состояния экскаватора; установление закономерности изменения производительности экскаватора и ее параметров; составление уравнений регрессии, адекватно отражающих фактическую производительность экскаватора на различных технологических участках карьера.

В работе приводится полный статистический расчет производительности и ее параметров по карьерам КМА. Так, оценка изменений коэффициента готовности экскаватора, исходя из результатов исследований и характера полученных гистограмм (рис.1), велась на

основе выражения о о

1 - ькгг/2ё 2(кг)

р(к_) --—- е , (9)

Г ¿<кг>\/25Г где р(кр) - плотность вероятности изменения коэффициента готовности экскаватора ^.¿(к^ - отклонение и среднее квадратическое отклонение коэффициента готовности экскаватора.

Некоторые числовые характеристики распределений и критерия принятия гипотез о законах распределения сменной производительности и коэффициента готовности экскаватора на Лебединском карье-

ре приведены в табл.2.

Таблица 2

Характеристики распределений и закономерности изменения

П,

см

и кг экскаваторов типа ЭКГ-8И на Лебединском карьере

Технологический участок карьера

м?/см : м3/см

"X

Закономерность

Возможная асимметрия

: кг : 6х (кг>

Вскрыша 2153 226 6.93 Норм. Полож.

0,77 0,081 4,82 Норм. Полож.

Перегрузочная 2263 214 5.24 Норм. Симметр.

площадка 0,84 0,076 4,69 Норм. Отриц.

Рудный склад 2313 209 5.86 Норм. Отриц.

0,87 0,072 4,73 Норм. Отриц.

Забой 212§ 226 7.12 Норм. Полож.

0,75 0,083 5,48 Норм. Полож.

Полученные значения среднего квадратического отклонения позволяют точнее контролировать границы изменения сменной производительности экскаваторов на каяздом технологическом участке карьера, а анализ ее асимметрии имеет практическое значение. При отрицательной асимметрии необходим контроль моды, т.к. она характеризует наиболее опасное вероятное значение сменной производительности экскаватора, т.е. идет максимальная нагруженность

его механизмов, приводящая к внезапным отказам. При положительной асимметрии меняются соотношения менаду средним арифметическим, модой и медианой сменной производительности, что свидетельствует о снижении, эффективности использования экскаватора.

Для статистической оценки производительности экскаватора от изменений 'Гц установлена зависимость вида

П(ТИ) = А- В .£Ц<ТИ>; г(гИТи>, Гц(у) , (10)

где П(ТИ) - оценка исследуемой производительности экскаватора эв

-Л

период Т(,, (..г/Ти; £ц(Ти) - оценка исследуемого времени одного цикла за период Т(1, с; А и В - текущие коэффициенты регрессий; ?(ГНТИ), Гц(ти).) - коэффициент корреляции.

Расчеты статистических зависимостей П(ТИ) и 2^Ц(ТИ) в виде уравнений регрессии на примере часовой эксплуатационной производительности экскаватора типа ЗКГ-8И на Лебединском карьере приведены в табл.3.

Таблица 3

Статистическая зависимость часовой эксплуатационной производительности экскаватора типа ЭКГ-8И на Лебединском карьере

Технологичес-.Продолжи- . . Коэффициент

кий участок 'тельность • Уравнения регрессии* корреляции ('<-*) карьера_".цикла (СцЬс: :

Вскрыша (в) 27-33 Пч = 674-13,67Гп,1^/ч; 0,83 (II)

в ч ц

А

Перегрузочная 33-39 П = площадка (п) п ч

Забс /час

[зй.

Перегрузочная 33-39 П_ = 846-15,622" ,м3/ч; 0,89 (12) площадка (п) п ч ^

Забой 1-го 37-43 П_ - 647-11,437 м3/ч; 0,71 (13) участка карьера з ч ц

Значительный разброс на различных технологических участках карьера в уравнениях регрессии (II)-(13), определяющий производительность экскаватора, обусловил необходимость детализации' цикла экскавации горной массы и представления его статистической модели через среднее значение и сущу составляющих нестабильнос-те'Л на ^ -ом технологическом участке карьера в виде

V - ^ц , ♦ ■ (14)

\ V

где и _ - полное и среднее время одного цикла экскава-

ции на ^-ом технологическом участке карьера, с; - сос-

тавляющая нестабильности времени цикла экскавации от изменяющих-

ся факторов (время суток, температура, влажность, давление, скорость ветра, осадки и т.п.), с; ^ - количество факторов, влияющих на нестабильность времени цикла экскавации.

Для исследозания составляющих нестабильности времени цикла экскавации горной массы разработан алгоритм (рис.2), включающий расчеты статистических характеристик изменения продолжительности каждой из ^-ой технологической операции цикла. Характерная закономерность нормального распределения отклонений каждой составляющей цикла экскавации от воздействия факторов его нестабильности на ^-ом технологическом участке карьера выражена в виде

х -л<; . /2Л4 .)

рКэ . ) *-—— е У Ч ,(15)

где Р^'эу ' ~ плотность вероятности изменения длительности ^ -ой технологической операции; - отклонение длительности \ -ой операции в исследуемой выборке, с; ^ (Я"! э, О - среднее квадрати-ческое отклонение (,-ой технологической операции, с, которое определяется из выражения ____ _____

где с* <., текущее и среднее значение длительности

I -ой технологической операции экскавации, с; ЛЧ/ - объем исследуемой выборки.

На основе вероятностно-статистического использования экспериментальных данных кг, Пси разработаны основные положения комплексной методихи оценки производительности одноковшовых карьерных экскаваторов, предусматривающие оперативный расчет уравнений регрессии и совокупности точечных количественных оценок производительности и ее параметров, определение закономерностей их распределения. Все расчеты в методике автоматизированы, вы-

(" НАЧАЛО 3

X

Формирование маесивоа по циклам экскавации гарной массы

1 -я технологическая ' операми»: черпание и I заполнение ковша горной массой - Т|

2-я технологическая операши: подъем ковша с горной массой-1:

_ 5 .

3-я ткшологичсская операция: поворот ковша Ни разгрузку - Т!

(Т)

СТАТИСТИЧЕСКИЙ ЦИКЛ ЭКСКАВАЦИИ ГОРНОЙ МАССЫ

[а! |_В]

3 о. )

Г ч

0,4 0,2

Р<<Яг>

№

та

га

О

1 4-я технологическая | ' операция: остзнов-п }

5-я технологическая операкн»: открывание днища ковша и погрузка В транспортное средство - Т!' №ш разгрузка в отвал - т;" _

Г » — 6-я технологическая операция: возврат ковша в исходное положение, закрывание явила ковпа -и

0,2!

РаЯ у)

0,4

0.2

15

0,4 0.2

ь»

/ "Ч

--- ¿д

с

Да

_Ю _А-,

Рис.2

полнявтся на ПЭВМ по разработанным алгоритмам и программам. Обобщенный алгоритм представлен на рис.3. Реализация этого алгоритма позволяет устанавливать фактические значения технических параметров ЯГ ц, кг, их статистические характеристики и закономерности распределения производительности экскаваторов, работающих на различных технологических участках карьера, получать уравнении регрессии. Эмпирические зависимости часовой (Пч) и сменной (Псм) производительности экскаватора от теоретической (Пт) представлены а табл.4.

Таблица 4

Уравнения регрессии и коэффициенты корреляции Пц и Псм экскаваторов типа ЗКГ-8И для перегрузочных площадок карьеров КМЛ

•Карьер : Уравнения регрессии Погрдностъ

Лебединский Пц*52,7197+0,249 Лт,ма/ч П =.2294,535+0,018 Пт,м3/см 0,84 0,72 3,24 4,17 (17) (18)

Михайловский Пч*61,2204+0,203 П_,м3/ч Пс =2301,112+0,015 П^/см 0,83 0,78 . 3,51 4,26 (19) (20)

Стойленский Пч«В0,3126+0,227 П-.^/ч Псмв242б,?14+0,012 Пт,ма/см 0,89 0,74 3,68 4,39 (21) (22)

Регрессионные модели (17)-(22) позволяют выявлять и математически описывать взаимосвязь текущего технического состояния экскаваторов, часовой и сменной его производительности через значения Пт. Рассчитанные коэффициенты корреляции 0,72-0,89 подтверждают взаимосвязь теоретической, часовой и сменной производительности экскаваторов. Погрешность расчетов составляет не более Ъ%.

Основные положения комплексной методики оценки производительности экскаваторов реализуются в разработанном технологичес-

Алгоритм комплексной методики оценки производительности одноковшового карьерного экскаватора

("""начало ")

/Ввод длниых наблюдений у ' эапрошводигеяьносгью / каждого жисааатор« /

Расчет и внвлнэ статиста -

чесми пош'клей

лроюаодилдьносл!

экскаватора:

Пт1п;Птах;П;Ма(П);

Мо(П);Мс(П);о(П):

Ю(П);У|с(П);г(П)

4

Расчет погрешностей оценки С.к.О. ПрОМ1«ОЛИТеЛЫШГП< экскаватор* н* карьер и !«*• нологичеекм* участки

Определение характера закономерностей изменения производительности каждого экскаватора

Сравнение значений П; Ма( Л):Мо(П);Ме(П) и определение вида кхимгг-рни функции проюводн-тсльносгн экскаватора

Контроль за перегрузкой механической и ыестри» ческой частей жежаватора «аариймыин аггуацняии

_Дг_

Контроле э* *едогру1ХоЙ эксквмТора

д»

7 " Ма(П)> ' >Ме{11)>М©<П) "

Полоютльиая^ ^спметрн]

«Г Ма(П>< ^<М«(П)<М/»(П) Огрлцатедьяая " ч,а ¿нмгтры*.

~ М ( Вт

Выаод на дисплей

„Н .

ПроиэдодтгЛьность жаса>

»агора я пределе* яирмы. Эмюмо**рносгь раепредв-«тм: К- распределение, кЯМП^М

- (2 •

Расчет и анализ <п атжгта -ческик параметров («.Км, Кр.Кг.Ка Определение &арягг«ра шмоиернос-тгй ид юненекил

Составление уравнений регрессии пр<мэа4дагел>-

*юсти экскаватора

"кОНЕЦ ^

Рис. 3

ком мониторинге экскаватора, включающем ряд подсистем, -предусматривающих сбор и статистическую обработку информации при ©кска-вации горной массы; учет ресурсов, используемых в процессе работы экскаватора; прогноз его текущего технического состояния и коэффициента готовности по нагруженности и наработке; контроль процесса экскавации за счет его детализации; управление произво-

дительностью экскаватора. В работе представлены призеры расчета полной совокупности статистических характеристик сменной производительности и коэффициента готовности экскаваторов, работающих на перегрузке, забоях и вскрыше Лебединского карьера КМА.

ЗАКЛШЕНИЕ

В диссертационной работе дано новое решение актуальной задачи по совершенствованию методов оценки производительности одноковшовых карьерных экскаваторов н ее параметров в технологическом мониторинге на основе установления закономерностей их изменения, разработки и апробации основных положений комплексной методики оценки их производительности, что позволяет увеличить машинное время работы экскаваторов и повысить эффективность их использования при экскавации горной массы. Основные научные и практические результаты заключаются в следующем:

1. Существующие методы и методики расчетов теоретической, технической и эксплуатационной производительности экскаваторов носят укрупненный, вероятностный характер и не учитывают в полной мере реальные условия эксплуатации экскаваторов при экскавации горной массы. Точность оценки производительности при их использовании составляет не более 20%.

2. Усовершенствован системный и разработаны аналитический и статистические методы; определены их принципы - целостности взаимоувязанных оценок теоретической, технической и эксплуатационной производительности экскаваторов; детализированности каждого цикла экскавации горной массы; дифференцированное™ сценки производительности на различных технологических участках карьеров; предложена системная модель производительности экскаватора вида [Пт(Ти)-.Птх(у-Пэ(Тй)].

3. Разработаны функционально расширенные аналитические моде-

ли теоретической, технической я эксплуатационной производительности экскаватора б Ейде системы уравнений, рассчитан стандарт их отклонения; введен новый комплексный коэффициент - Кк, учитывающий особенности эксплуатации экскаваторов.

4. Определены уравнения регрессии часовой эксплуатационной производительности экскаваторов типа ЭКГ-8И для различных технологических участков Лебединского карьера НМД, позволяющие учитывать и оперативно анализировать изменения времени цикла

(Г ) экскавации горной массы.

5. Разработан алгоритм аналитического исследования цикла экскавации горной массы для оперативного получения статистических данных об изменениях и закономерностях распределения длительности его технологической операции, используемых для прогнозирования технического состояния экскаваторов.

6. Разработаны и апробированы на карьерах КМА основные положения комплексной методики оценки производительности одноковшовых карьерных экскаваторов, включающие алгоритм и пакеты прикладных программ для расчета совокупности статистических характеристик параметров производительности, выявления Закономерностей их изменения, построения регрессионных моделей для различных технологических участков карьера.

7. Разработана система технологического мониторинга, предусматривающая сбор данных, их аналитическую и статистическую обработку для эффективного управления производительностью экскаваторов.

8. Получены уравнения регрессии часовой и сменной производительности экскаваторов типа ЭКГ-8И для карьеров КМА, которые позволяют на основе теоретической производительности каждого экскаватора объективно и непрерывно оценивать с точностью не более 10% их производительность и, при необходимости, вносить поправки.

гз

9. Результаты данной работы могут быть использованы при проведении научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ и изготовлении экскаваторов, оценке производительности и ее параметров Тц и кг других видов горных машин, работающих в различных отраслях народного хозяйства.

Основные научные положения диссертации опубликованы в следующих работах автора:

1.Информационно-измерительный аспект системы "Человек-машина-среда" при функционировании Лебединского ГОКа. Тезисы докладов ВНТК молодых ученых и специалистов угольной промышленности. М. ЦП НТ горного общества.1990.СЛ03-104.

2. Системный подход в оценке качества горного оборудования. Тезисы докладов Всесоюзной конференции "Системный подход в горном деле". М. Щ НТ горного общества.1991.С.1б-17.

3. Информационные системы управления горными комплексами. Тезисы докладов Всесоюзной конференции "Методология измерений". Ленинград.1991.С.121.

4. Исследование высокочувствительного"фотоприемного устройства для контроля малых перемещений объектов в горизонтальной и вертикальной плоскостях. Тезисы НПС "Проблемы повышения надежности, уровня безаварийности электромеханических систем, комплексов и оборудования горных промышленных предприятий". М.МГПУ.1993.

С.85-86.Соавтор: Спиридонов В.П.

5. Исследование часовой производительности одноковшового карьерного экскаватора. Информ,сб.ЩИИЭЙуголь "Научно-технические достижения и эконом.преобраз.в угольной промышленности". М. 1993.№10-12.Деп.рук.№441 от 20.10.93.Соавтор:Советов Г.А.

6. Моделирование производительности одноковшового карьерного экскаватора в системе мониторинга.Информ.сб.ЦНИИЭИуголь "Научно-

технические достижения и эконом.преобраз.в угольной промышленности".МЛ993Л?'10-12.Деп.рук.№442 от 20.10.93.Соавтор-.Советов Г.А.

7. Метрологическое обеспечение системы мониторинга карьерного экскаватора. Тезисы НПС "Проблемы повышения надежности, уровня безаварийности электротехнических и электромеханических систем, комплексов и оборудования горных и промышленных предприятий". ."ОГГУ .1993.С.61-62.

8. О системе мониторинга горного технологического оборудования. Тезисы докладов НПС "Проблемы повышения надежности, уровня безаварийности электротехнических и электромеханических систем , комплексов и оборудования горных и промышленных предприятий "Л. МГГУ.1994.С.45-46.Соавтор:Советов Г.А.

9. Анализ моделей управления производительностью одноковшовых карьерных экскаваторов. Информ.сб.ВДШЭЙуголь "Экономика угольной промышленности". М.1994.К"£.Деп.рук.№5455 от 15.03.94. Соавтор¡Советов Г.А.

10. Система мониторинга одноковшового карьерного экскаватора Информ.сб.ПЩИЭИуголь "Экономика угольной промышленности". М. 1994.)Г2.Деп.рук.№454 от 15.03.94.Соавтор:Советов Г.А.

11. Система мониторинга экскавации горной массы. Тезисы докладов ХЬ IX научной сессии, посвященной Дню радио.М.1994.ШТО РЗС имени А.С.Попова.Часть 2.С.71-72.Соавтор:Советов Г.А.

12. Оценка информации производственных структур. Тезисы докладов ХЬ IX научной сессии, посвященной Дню радио. Ы.1Э94. ШТО РЭС имени А.С.Попова.Часть 2.С.129-130.

13. Об экологичности техногенных систем. Тезисы докладов ХЬ IX научной сессии, посвященной Дню радио. М.1994.Н1Т0 РХ имени А.С.Попова.Часть I.С.134-135.Соавторы¡Красников Ю.Д., Захаров Ю.Н., Советов Г.А.

14. Выбор и обоснование параметров управления горными мажн-

наш. Тезисы докладов международного НТС "Состояние и перспективы автоматизации б цветной металлургии". Комитет РФ по металлургии .АССоюзцветметавтоматика". М. 1995.С.36-3?.

15. Оценка использования мощности электроприводов экскаваторов на карьерах »елезорудного региона ЯМА. Тезисы докладов на конференции "Новые достижения в науках о Земле". М.НГРА.1995.

С.167.

Подписано в печать ¿.02.96 Заказ ' Тираж 100

ТилЛТОУ