Иерархия внутренней структуры системы

Наряду с определением состава системы важно выявление порядка (предшествования). Они определяют, какой член пары, входящей в состав рассматриваемой модели системы, должен считаться по значимости первым, а какой - вторым. Отношения порядка важны, как отмечается в [6], потому, что они могут служить заменой любого другого отношения, характер которого по тем или иным причинам невозможно установить с достаточной точностью.

В общем случае для установления отношений порядка той или иной системы, в зависимости от объема имеющейся в распоряжении исследователя информации могут быть использованы самые разнообразные признаки (свойства) системы. Предпочтение следует отдавать таким признакам, которые могут быть оценены количественно.

Значимость отдельных элементов, входящих в состав системы КДУ, т.е. иерархию внутренней структуры, будем определять по двум признакам: по общему количеству внутренних и внешних связей, выявленных на этапе анализа внутренней структуры (рис. 5.7) и энергоемкости процесса функционирования той или иной подсистемы. При этом заметим, что второй признак будем вводить в том случае, когда по первому признаку элементы системы окажутся равнозначными. Количество связей, которыми связан, какой либо элемент системы с другими элементами и внешней средой, чаще всего, прямо указывает на его значимость во всей системе.

В отличие от предыдущих разделов для отображения структуры здесь примем более компактный способ, рассматривая систему как множество элементов. Тогда структура системы КДУ отобразится следующим выражением

A = { E⁽¹⁾,E⁽²⁾,E⁽³⁾,E⁽⁴⁾} (3.3)

где A —система КДУ;

E⁽¹⁾,...,E⁽⁴⁾- элементы системы, соответственно ППУ, ДУ, PУ, МП.

По первому признаку классификации отношения порядка можно выразить следующим образом E⁽¹⁾=E⁽²⁾>E⁽³⁾>E⁽⁴⁾. Для установления отношения между элементами E⁽¹⁾и E⁽²⁾, поскольку по первому признаку они оказались эквивалентными, рассмотрим их по второму признаку энергоемкости их рабочих процессов.

В функцию элемента E⁽¹⁾входит преобразование циклично подаваемой горной массы в непрерывный поток и подача горной массы в дробилку. Первую функцию выполняет приемный бункер. вторую питатель или грохот-питатель. При этом операнд системы - горная масса подается на незначительное расстояние и на высоту не большую высоты дробилки. При этих условиях энергозатраты в элементе E⁽¹⁾много меньше чем в E⁽²⁾, поскольку, как известно, разрушение (дробление) горных пород, являющееся функцией элемента E⁽²⁾, одна из самых энергоемких операций в процессах переработки твердого минерального сырья. Таким образом, упорядоченное множество элементов системы А можно отобразить следующим образом

E⁽²⁾>E⁽¹⁾>E⁽³⁾>E⁽⁴⁾ (3.4)

Здесь уместно заметить, что несмотря на то, что элемент E⁽⁴⁾занимает в иерархическом ряду последнее место, что отражает выполнение им вспомогательной функции —перемещения установки, конкретное его исполнение существенно влияет на основные параметры системы в целом, это видно из предыдущего раздела.

Таким образом ясно, что главным элементом КДУ, как технической системы, является дробящее устройство, или, короче, дробилка. И, очевидно, что именно это звено во многом определяет и эффективность всей системы в целом и ее материалоемкость.

Макромодель системы

На этапе структурно-параметрического проектирования, как правило, используются модели невысокой точности, отражающие технико-экономические показатели в связи со структурой, т. е. дающие укрупненное представление о системе, такие модели называются макромоделями. Любая макромодель каждой совокупности входных величин ставит в однозначное соответствие определенную совокупность выходных величин.

Как известно, для составления моделей объектов проектирования теоретическим путем могут быть использованы два основных подхода :физический и формальный. Первый сводится к непосредственному применению физических законов и используется для описания достаточно простых объектов. В нашем случае этот подход неприемлем из-за сложности элементарных систем и их рабочих процессов . Формальный подход опирается на общие математические принципы. Однако и этим путем вряд ли можно воспользоваться в нашем в случае т. к. элементы нашей системы, на данном уровне декомпозиции, по-существу являются достаточно сложными техническими системами. Кроме этого операндом системы является такая сложная структура как горная порода. Известно, что та или иная проблема может не иметь математического представления по следующим причинам:

1. Ее структура слишком сложна и недостаточно понятна.

2. Структура проблемы ясна, но она включает неопределенности, а соответствующие вероятности не могут быть оценены.

3. Рассматриваемое явление хорошо понятно эмпирически, однако его теоретическая структура неясна.

4. Структура хорошо известна и понятна, но она нерешаема даже приближенными методами.

В нашем случае составить модели элементов системы на основе формальных методов на нынешнем уровне знаний невозможно по третьей и частично второй причинам. Особенно это относится к дробилкам, т.к. до настоящего времени еще существуют общепринятая теория разрушения горных пород в дробилках. Это можно объяснить сложностью процессов, происходящих при взаимодействии перерабатываемых горных пород с исполнительными органами дробилок и нестабильностью основных физико-механических характеристик горных пород, чем объясняется отсутствие единого взгляда на закономерности процесса разрушения.

Поэтому для составления моделей элементов нашей системы используем экспериментальный путь, основанный на методах статистической обработки данных испытаний, тем более, что для значительного количества элементов различного конструктивного исполнения такие модели имеются. В таблице 3.6 приведены эти макромодели элементов КДУ.

Таблица 5.2

Макромодели элементов КДУ

№ П.п.	Элемент (тип)	Модель	Источник
1.	Приемный бункер	V_б = h • L + n •E_k +∆t_ц•	[7]
2.	Грохот колосни-ковый	В_г+ (1,0-1,5); L_г= (3-4)Б_г; q₀ = 10,3 + 0,133S, при ε = 65-70% q₀ = 17 + 0,297S, при ε = 50-60% Q_гр = q₀·В_г ∙ L_г.	[8]
№ П.п.	Элемент (тип)	Модель	Источник
3.	Питатель пластинчатый	В_пт> 1,6Dmax h = Dmax Q_пт = 3600∙V_пт∙ В_пт ∙ h • ψ L_пт = H_ст / , 𝛼 < 12^о q₀ = 0,5∙γ_ст ∙ В_пт ∙ L_пт N_пт = N₁+ N₂+ N₃, где N₁ = 0,024∙ q₀∙ V_пт∙ L_пт ∙ + + 0,003 Q_пт ∙(0,11 + ) N₂ = 10∙ h² ∙ L_пт ∙ γ_ст ∙ ρ N₃= γ·К_гр∙В_пт∙ L_пт∙ V_пт/400 М_пт = 6,082∙ L_пт + 29,157∙ В_пт – 41,176	[8]
4.	Дробилки щековые ЩДП	D_max = 0,85∙В_щ L_щ = 0,187 + 1,146∙ В_щ Q_щ = К_поп∙(150 + 1,146∙ В_щ), где К_поп = К_f ∙ К_w ∙ К_kp К_f = 1,168 – 0,00272∙(f – 7) К_w = 1 – 0,05 ∙(w – 5), при w > 5% К_kp = 1,003 – 0,00272∙(С_+0,5В – 40) n_щ = 182,6/ r_щ = 0,0027∙ В_щ Н_щ = 0,1 + 2,223 В_щ N_щ = 14∙ L_щ∙ Н_щ∙r∙ n_щ М_щ = 276 ∙ В_щ – 143 b = 102,85∙ В_щ + 27,23	[9]
	Дробилки конусные ККД	D_max = 0,85В_к D_к = 1,35∙ В_к r_к = (8,3∙ В_к +8,5)^-3 n_к = 190 - 60 В_к Q_к = К_поп∙ ∙r_к ∙n_к∙b_к, где К_поп = К_f ∙ К_w ∙ К_kp К_f = 1,168 – 0,0231∙(f – 7) К_w = 1 – 0,05 ∙(w – 5), при w > 5 К_kp = 1,003 – 0,00272∙(С_+0,5В – 40) Н_k = 1,668 + 4,082∙ В_к М_к = 290∙(D_к – 1,07) N_к = 36 ∙ r_к∙ n_к ∙b_к b_к = (20,73 + 117,58∙ В_к)∙10^-3 d_н = К_зкр∙b_к	[9]
№ П.п.	Элемент (тип)	Модель	Источник
	Дробилки роторные ДРК	D_р = 1,25∙D_max+0,2 L_р = 0,8∙ D_р Q_р = 99,57∙(D_р∙ L_р)^1,81 N_р = 76,66∙ (D_р∙ L_р)^1,068 М_р = 17,671 - 9,145 Н_р = 0,291 + 2,055∙D_р	[10]
	Сборочный конвейер	Q_л = 600∙(0,9∙В_л – 0,05)² N_л = Q_л∙(0,25 + 0,00035L_л)(1+0,233∙В_л) М_л = (3,1 + 0,013Q_л)(1 + 0,233∙В_л) + + 0,44 + 0,012∙ Q_л + 10	[11]
	Механизм перемещения	G = qК_зΣМ_i, К_з = 1,25-1,35 М_г = 0,35∙G, для гусеничных М_ш = 0,15∙G, для шагающих	[11]

В таблице приняты следующие обозначения:

V_{б -}геометрическая емкость бункера, м³;

h_{пр —}предохранительного слоя горной массы на питателе, 1,0...1,5, м.

L_б - длина днища бункера, м;

n —количество мест разгрузки (при загрузке автосамосвалами);

Q_max,Q_min —соответственно максимальная и минимальная производительность экскаватора (автосамосвала) м³/ч;

∆t_ц —амплитуда колебаний продолжительности цикла загрузки, с;

Q_пт —производительность питателя, м3/ч ;

B_г—ширина рабочей части грохота , м;

В_к—ширина рабочего органа экскаватора ( кузова автомобиля ), м;

L_г—длина рабочей части грохота, м;

q_о—удельная производительность грохота, приходящаяся на 1 м²просеивающей поверхности м³/ч/м²при насыпной плотности γ =1.6т/м³;

S —ширина просеивающей щели грохота , мм;

ε - эффективность грохочения, %;

B_пт- ширина питателя ,м;

L_пт- длина питателя, расстояние между звездочками, м;

D_max- размер максимального куска , м;

V_пт- скорость рабочего полотна питателя, м;

h - высота транспортируемого слоя, м;

γ - насыпная плотность горной массы, т/м³;

ψ - коэффициент заполнения, 0,65...0,8;

N_пт- мощность приводного двигателя, кВт;

K_з- коэффициент запаса,1,15...1,2;

h - к.п.д. привода - 0,85;

g_o- масса 1 п. м пластинчатого полотна, кг;

γ_cт- плотность стали 7850 кг/м³;

H_стр- строительная высота дробилки, м;

α - угол установки питателя, м;

L_бт- длина бортов питателя, м;

ρ - коэффициент трения породы о сталь;

φ - угол внутреннего трения породы ;

H_гр- высота слоя грунта в бункере, м;

L_а- длина активной части (под бункером) полотна питателя, м;

d - толщина тягового звена цепи питателя, м;

L_щ- длина приемного отверстия в дробилке, м;

f - коэффициент крепости породы по М.М.Протодьяконову;

w - влажность горной массы, %;

C_+0,5B- содержание в питании дробилки кусков размером более 0,5В,%;

n_щ - частота вращения приводного вала дробилки, 1/мин;

N_щ - мощность привода щековой дробилки , кВт;

H_щ - высота неподвижной щеки, м ;

r_щ - ход подвижной щеки на уровне разгрузочной щели, м ;

M_щ - масса щековой дробилки, т ;

D_к - диаметр дробящего конуса в нижней части, м;

r_к- эксцентриситет на уровне разгрузочной щели, м;

n_к- частота вращения эксцентрика, 1/мин;

b_k- ширина разгрузочной щели дробилки, м;

B_к - ширина приемной щели дробилки, м ;

H_к - строительная высота конусной дробилки ,м;

M_к - масса конусной дробилки, кг ;

N_к - мощность привода конусной дробилки, кВт ;

D_р - диаметр ротора , м ;

L_p - длина ротора, м ;

Q_р - производительность роторной дробилки, м³/ч;

N_р - мощность привода, кВт;

M_р - масса дробилки, т;

H_р - высота роторной дробилки, м ;

Q_л - производительность ленточного конвейера, м³/ч;

B_л - ширина ленты ,м;

V_л - скорость движения ленты, м/с;

N_л - мощность привода конвейера, кВт;

G - грузоподъемность механизма перемещения, Н;

g - ускорение земного тяготения, м/с²;

M_i - масса основных элементов КДУ , т;

K_{k -}конструктивный коэффициент, учитывающий массу остальных элементов, 1,25...1,35.

Выводы

ЛИТЕРАТУРА

1. Саитов В. И. Основы системного анализа (на примере горных машин). Учебное пособие.- Екатеринбург. УГИ 1983 г. 88 с. - ISBN 5-230-25 488.2.

2. Коллинз Г., Блей Дж. Структурные методы разработки систем: от стратегического планирования до тестирования. Пер. с англ. Под ред. и с предисл. В.М. Савинкова.- М.: Финансы и статистика, 1986.- 264 с.

3. Ржевский В.В. Технология и комплексная механизация открытых горных работ. Учебник, изд. 3-е перераб. и доп. М.: Недра, 1980,- 631 с.

4. Безвзрывные технологии открытой добычи твердых полезных ископаемых/ А.Р. Маттис и др.; отв. ред. В.Н. Опарин; Рос. акад. наук, Сиб. отд-ние, Ин-т горного дела, Ин-т горного дела Севера; Урал. отд-ние, Ин-т горного дела. - Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2007. – 337 с.

5 Львовский Е.Н. Статистические методы построения эмпирических формул: Учебн. пособие.- М.: Высш. школа, 1982,- 224 с.

6. Матвеевский С.Ф. Основы системного проектирования комплексов летательных аппаратов. – М.: Машиностроение, 1987. – 240 с.

7. Технологическое оборудование на карьерах: Справочник/ под общей ред. В. С. Виноградова.- М.: Недра, 1981.- 327 с.

8. Гоник М.Е., Лысенко Ю.И. выбор основного и вспомогательного оборудования конвейерного транспорта для карьеров цветной металлургии// Разработка и внедрение горной техники на открытых и подземных работах/ труды ин-та Гипроникель, 1985.- С. 30-40

9. Справочник по обогащению руд. Подготовительные процессы/под ред. О.С. Богданова, В.А. Олевского.- 2-е изд., перераб. И доп.- М.: Мир, 1967.-208 с.

10. Барабашкин В.П. Молотковые и роторные дробилки.- М.: Недра, 1973.- 143 с.

11. Оборудование для механизации производственных процессов на карьерах/ под ред. В.С Виноградова.- м,: Недра, 1984.- 376 с.