Методы управления защитным слоем груза в усредняющем бункере
Розроблено метод адаптивного управління захисним шаром вантажу в усереднюючому бункері, що працює у системі підземного конвеєрного транспорту вугільних шахт. Запропоновано схему управління захисним шаром вантажу за допомогою живильника та заслінки на основі контролеру та датчиків рівня. Розроблено...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Геотехническая механика |
|---|---|
| Дата: | 2011 |
| Автор: | |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Російська |
| Опубліковано: |
Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України
2011
|
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/33571 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Методы управления защитным слоем груза в усредняющем бункере / Д.Д. Брагинец // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2011. — Вип. 94. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859655666067570688 |
|---|---|
| author | Брагинец, Д.Д. |
| author_facet | Брагинец, Д.Д. |
| citation_txt | Методы управления защитным слоем груза в усредняющем бункере / Д.Д. Брагинец // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2011. — Вип. 94. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Геотехническая механика |
| description | Розроблено метод адаптивного управління захисним шаром вантажу в усереднюючому бункері, що працює у системі підземного конвеєрного транспорту вугільних шахт. Запропоновано схему управління захисним шаром вантажу за допомогою
живильника та заслінки на основі контролеру та датчиків рівня. Розроблено алгоритм адаптивного управління захисним шаром вантажу.
The method of adaptive control of protective load layer in average bunker working in the system of underground coal-mining conveyer transportation is elaborated. The scheme of the control
of protective load layer with the help of feeder and damper on the base of controller and level data units is proposed. The algorithm of adaptive control of protective load layer is worked out.
|
| first_indexed | 2025-12-07T13:39:13Z |
| format | Article |
| fulltext |
УДК 622.647.2
Д.Д. Брагинец, м. н. с.
(ИГТМ)
МЕТОДЫ УПРАВЛЕНИЯ ЗАЩИТНЫМ СЛОЕМ ГРУЗА
В УСРЕДНЯЮЩЕМ БУНКЕРЕ
Розроблено метод адаптивного управління захисним шаром вантажу в усеред-
нюючому бункері, що працює у системі підземного конвеєрного транспорту вугіль-
них шахт. Запропоновано схему управління захисним шаром вантажу за допомогою
живильника та заслінки на основі контролеру та датчиків рівня. Розроблено алго-
ритм адаптивного управління захисним шаром вантажу.
THE METHODS OF CONTROL OF PROTECTIVE LOAD LAYER
IN THE AVERAGE BUNKER
The method of adaptive control of protective load layer in average bunker working in the sys-
tem of underground coal-mining conveyer transportation is elaborated. The scheme of the control
of protective load layer with the help of feeder and damper on the base of controller and level da-
ta units is proposed. The algorithm of adaptive control of protective load layer is worked out.
Одним из способов повышения пропускной способности подземного кон-
вейерного транспорта угольных шахт является применение усредняющих
бункеров. Усредняющие бункеры предназначены для уменьшения неравно-
мерности грузопотоков поступающих на конвейер, имеют небольшую вме-
стимость (20-40 м
3
) и обычно оборудуются в участковых выработках при пе-
регрузке забойных грузопотоков на сборный конвейер.
Для эффективной работы усредняющих бункеров, а также для предотвра-
щения разрушения конвейерного оборудования в бункерах необходимо под-
держивать защитный слой груза.
В условиях угольных шахт из-за сложных условий эксплуатации и суще-
ственной неравномерности поступающего в бункер грузопотока непрерывное
поддержание минимального объема защитного слоя насыпного груза в бунке-
ре с помощью средств автоматики (ПИД регуляторов и т.д.) невозможно.
Поэтому на практике для поддержания защитного слоя груза применяется
метод управления разгрузкой бункера с помощью контроллеров и датчиков
уровня груза, т.е. при достижении уровнем груза в бункере минимального
объема защитного слоя V1 (м
3
) разгрузка из бункера прекращается, происхо-
дит заполнение бункера до некоторого значения V2 (м
3
) после чего разгрузка
возобновляется. Далее происходит повторение цикла, при этом загрузка бун-
кера не прекращается.
Для предотвращения переполнения бункера величина разгружаемого гру-
зопотока Qn (т/мин) принимается большей, чем максимальная средняя вели-
чина поступающего грузопотока mQ (т/мин), т.е. mQ > Qn.
Для нормальной работы бункера, с одной стороны, необходимо чтобы ко-
личество циклов загрузок и разгрузок было минимально, с другой стороны,
для обеспечения запаса вместимости бункера среднее количество груза в бун-
кере Vс (м
3
) должно быть также минимально. Для этого необходимо знать,
при каком минимальном значении Qn средний объем груза в бункере Vс будет
минимальным.
Существуют два основных способа разгрузки бункеров: с помощью пита-
телей и с помощью регулируемых затворов.
В настоящее время для подземных бункеров наиболее широко применяет-
ся первый способ, так как он обеспечивает стабильность разгрузки плохо сы-
пучих грузов из бункера.
Для разгрузки бункеров в случае хорошо сыпучих материалов могут ис-
пользоваться затворы, обеспечивающие гравитационную разгрузку материала
из бункера не требующую, в отличии от разгрузки бункера с помощью пита-
теля, дополнительных энегрозатрат.
В случае постоянной производительности разгрузки бункера поддержание
защитного слоя груза в бункере обеспечивается за счет включения-
выключения питателя или открытия-закрытия затвора. Далее в качестве за-
твора будет рассматриваться клапанный затвор или заслонка.
Поддержание защитного слоя груза в бункере в случае изменяемой произ-
водительности разгрузки обеспечивается питателем за счет изменения его
скорости vп (м/с) или высоты выпускного отверстия h (м) при постоянной
скорости питателя или заслонкой за счет изменения угла ее наклона α (град).
Для оптимального управления разгрузкой бункера работающего в режиме
поддержания защитного слоя груза необходимо получать текущую информа-
цию о характеристиках поступающего грузопотока т.е. среднее значение по-
ступающего в бункер грузопотока mQ. Эту информацию обычно получают с
помощью конвейерных весов, расположенных на добункерном конвейере.
Однако из-за сложных условий эксплуатации подземного конвейерного
транспорта угольных шахт не на всех конвейерах устанавливаются конвейер-
ные весы.
В этом случае мы приходим к задаче оптимального управления усред-
няющим бункером в режиме поддержания защитного слоя груза при неиз-
вестном параметре поступающего грузопотока mQ, которая является задачей
адаптивного автоматического управления [1,2].
Недостающую априорную информацию о среднем значении поступающе-
го в бункер грузопотока mQ при поддержании защитного слоя груза в бункере
можно получить, если в процессе работы бункера на каждом i-ом цикле за-
грузки-разгрузки определять время загрузки бункера Тзi (мин) при нерабо-
тающем питателе (Qn =0) и время разгрузки бункера Трi (мин) при работаю-
щем питателе (Qn >0). Затем по полученному значению Тзi оценивается теку-
щее значение параметра mQ.
При этом текущее значение параметра mQ на каждом i-м цикле загрузки-
разгрузки бункера оценивается по формуле
çi
Qi
T
VV
m 12
, (1)
где
Qim – оценка параметра mQ на i-м цикле загрузки, т/мин; Tзi – интервал
времени загрузки бункера на i-м цикле загрузки-разгрузки, мин; γ – объемный
вес материала, т/м
3
.
В работах [3,4] показано, что при средней величине поступающего грузо-
потока mQ =
Qim минимальная производительность разгрузки бункера Qn min,
при которой обеспечивается минимальный средний объем груза равный
2
21 VV
Vc
, определяется по формуле
2
12
2
2
1
ðiði
çi
T
TTVV
T
T
mQ
çiði
Qiminï
(2)
В случае постоянной производительности разгрузки бункера с помощью
питателя или заслонки минимальная производительность разгрузки равняется
производительности подбункерного конвейера т.е. Qп min= Qк, полагая в ра-
венстве (2) и разрешая последнее уравнение относительно V2, получим
çiði
Qiê
TT
TTmTQ
VV
çiðiði
222
12 . (3)
В этом случае управляющими параметрами являются время загрузки Тзi и
время разгрузки Трi бункера, а управляемым параметром является максималь-
ный объем защитного слоя груза в бункере V2.
При этом алгоритм управления можно представить в следующем виде:
при заданных значениях Qк и V1 на каждом i-м шаге цикла загрузки и разгруз-
ки бункера определяются текущие значения времени Тзi, Трi, по формуле (1)
вычисляется текущая оценка значения
Qim , а по формуле (3) определяется
максимальное значение уровня защитного слоя груза в бункере V2, при кото-
ром средний объем груза в бункере Vс и производительность разгрузки бун-
кера Qп принимают минимальные значения (Qп min= Qк).
При поддержании защитного слоя груза в бункере в случае изменяемой
производительности разгрузки при заданной средней величине поступающего
грузопотока mQ =
Qim , минимальная производительность разгрузки бункера
Qп min, обеспечивающая минимальный средний объем груза в бункере
2
21 VV
Vc
, определяется по формуле (2).
При этом, в случае постоянной высоты отверстия h скорость питателя оп-
ределяется по формуле:
h
Q
v minï
ï
, (4)
а в случае постоянной скорости питателя высота отверстия определяется по
формуле
ï
minï
v
Q
h
. (5)
В случае регулирования разгрузки бункера с помощью заслонки согласно
работам [5,6] угол наклона заслонки определяется из уравнения
gbhQ .
maximinïi
51
,
(6)
где
21
22
0
KKk
i
i
;
d
hmax ; 2
1 1
2
1
ffK ;
2
3
1
0
tg1
tg
3
22
i
i
icii
K
AB)sin( ; 21
1
f
f
f ;
cii
ici K
A
tgtg
)tg(tg 1 ;
cii
iciK
B
tgtg
tg1tg 2
1
;
i
imax
i
sin
coslh
tg (
l
h
i
maxarctg0 );
2
50 0
i
ñi
,
050 cii, .
где αi – угол наклона заслонки на каждом i-м цикле загрузки-разгрузки бун-
кера, град; ηi – коэффициент расхода сыпучего груза через боковое отверстие
бункера с углом наклона заслонки к вертикальной стенке равном αi; b – ши-
рина отверстия в бункере, м; hmax – максимальная высота выпускного отвер-
стия бункера, м; d – средний диаметр частиц материала, м; l – длина заслонки,
м; 0 – угол наклона границы между неподвижной и подвижной зонами сы-
пучего груза в бункере к горизонту, град. f – коэффициент внутреннего тре-
ния сыпучего груза; k – кинетический коэффициент, характеризующий потерю
механической энергии потока сыпучего груза в результате столкновения частиц
(k = 10-13); K2 – некоторый безразмерный коэффициент, зависящий от условий
истечения сыпучего груза из бункера и определяемый из эксперимента.
Следовательно, в случае изменения производительности разгрузки управ-
ляющими параметрами являются время загрузки Тзi и время разгрузки Трi бу-
нкера, а управляемым параметром являются vп или h в случае разгрузки бун-
кера с помощью питателя и угол α в случае разгрузки бункера с помощью за-
слонки.
При этом алгоритм управления можно представить в следующем виде:
при заданных значениях V1 и V2 на каждом i-м шаге цикла загрузки - разгруз-
ки бункера определяются текущие значения времени Тзi, Трi, по формуле (6)
вычисляется текущая оценка значения
Qim , а по формуле (8) определяется ми-
нимальная производительность питателя Qп min, и в случае разгрузки бункера с
помощью питателя vп и h определяются по формулам (4) и (5) соответственно,
в случае разгрузки бункера с помощью регулируемой заслонки α определяет-
ся из уравнения (6).
На рис. 1 показана схема адаптивного управления усредняющим бункером
в режиме поддержания защитного слоя груза.
На схеме датчик Д1 контролирует минимальный уровень объема V1 защит-
ного слоя груза в бункере. Датчик Д2 по высоте H контролирует максималь-
ный уровень объема V2 защитного слоя груза в бункере, который может изме-
нятся в зависимости от средней величины поступающего в бункер грузопото-
ка mQ. Датчик Д контролирует аварийный уровень объема груза Vmax в бунке-
ре и в случае переполнения бункера выключает надбункерный конвейер.
Промышленный компьютер (контроллер) К перерабатывает поступающую
информацию от датчиков уровня и выдает сигнал на включение и выключе-
ние питателя, изменение размеров выпускного отверстия скорости исполни-
тельного органа питателя или угла открытия заслонки, а в случае аварийного
переполнения бункера отключение надбункерного конвейера.
Если уровень груза в бункере достигает минимального значения объема
защитного слоя груза в бункере V1, то сигнал от датчика Д1 поступает на кон-
троллер К, который дает команду на отключение питателя или закрытие за-
слонки. Если уровень груза в бункере достигает максимального значения
объема защитного слоя груза в бункере V2, то сигнал от датчика Д2 поступает
на контроллер К, который включает питатель или изменяет его скорость, раз-
меры выпускного отверстия или угол открытия заслонки.
В случае изменения средней производительности поступающего в бункер
грузопотока mQ контроллер будет давать команду на отключение питателя
при другом максимальном уровне объема защитного слоя груза V2.
Выводы.
На основании анализа условий эксплуатации и режимов работы усред-
няющих бункеров систем конвейерного транспорта угольных шахт предло-
жен метод адаптивного управления защитным слоем груза в усредняющем
бункере, основанный на применении контроллеров и датчиков уровня груза.
Разработаны алгоритмы управления защитным слоем груза в усредняю-
щем бункере для случая разгрузки с помощью питателя и заслонки, которые
позволяют поддерживать минимальный средний объем груза в бункере при
минимальной производительности разгрузки.
1 – усредняющий бункер; 2 – защитный слой груза, 3 – качающийся питатель; 4 – надбун-
керный конвейер; 5 подбункерный конвейер; К – контроллер; Д – датчик максимального
количества груза в бункере; Д1 – датчик контроля минимального уровня защитного слоя
груза в бункере; Д2 – датчик контроля максимального уровня защитного слоя груза
в бункере.
Рис. 1– Схема адаптивного управления усредняющим бункером.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Ким Д.П. Теория автоматического управления. Т.2 Многомерные, нелинейные оптимальные и адап-
тивные системы: учеб. пособие. / Д.П. Ким. - М.: ФИЗМАТЛИТ, 2004. - 464 с.
2. Справочник по теории автоматического управления / Под ред. А.А. Красовского. - М.: Наука. Гл. ред.
физ.-мат. лит., 1987. - 712 с.
3. Кирия Р.В. Определение оптимальной производительности разгрузки усредняющего бункера для под-
держания в нем защитного слоя груза / Р.В. Кирия, Г.И. Ларионов, Д.Д. Брагинец // Геотехническая механи-
ка: Межвед. сб. научн. тр. / ИГТМ НАНУ. - Днепропетровск, 2010 – Вып 89. - C. 55-62.
4. Кирия Р.В. Адаптивное управление усредняющим бункером, работающим в условиях угольных шахт/
Р.В. Кирия, Д.Д. Брагинец // Наукові вісті. Сучасні проблеми металургії. №13. – Днепропетровск: НМетАУ,
2011. – С. 75-81.
5. Кирия Р.В. Определение расхода сыпучего груза из бункера с регулируемой заслонкой / Р.В. Кирия,
В.Ю. Максютенко, Д.Д. Брагинец, Б.И. Мостовой // Геотехническая механика: Межвед. сб. научн. тр. /
ИГТМ НАНУ. - Днепропетровск, 2009 – Вып 81. - C. 107-113.
6. Кирия Р.В. Задачи истечения сыпучего груза из бункера при управлении грузопотоками конвейерных
линий угольных шахт / Р.В. Кирия, В.Ю. Максютенко, Д.Д. Брагинец // Матеріали міжнародної конференції
«Форум гірників – 2010» - Дніпропетровськ: Національний гірничий університет, 2010. - С. 31-38.
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-33571 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T13:39:13Z |
| publishDate | 2011 |
| publisher | Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Брагинец, Д.Д. 2012-05-28T16:56:19Z 2012-05-28T16:56:19Z 2011 Методы управления защитным слоем груза в усредняющем бункере / Д.Д. Брагинец // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2011. — Вип. 94. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/33571 622.647.2 Розроблено метод адаптивного управління захисним шаром вантажу в усереднюючому бункері, що працює у системі підземного конвеєрного транспорту вугільних шахт. Запропоновано схему управління захисним шаром вантажу за допомогою живильника та заслінки на основі контролеру та датчиків рівня. Розроблено алгоритм адаптивного управління захисним шаром вантажу. The method of adaptive control of protective load layer in average bunker working in the system of underground coal-mining conveyer transportation is elaborated. The scheme of the control of protective load layer with the help of feeder and damper on the base of controller and level data units is proposed. The algorithm of adaptive control of protective load layer is worked out. ru Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України Геотехническая механика Методы управления защитным слоем груза в усредняющем бункере The methods of control of protective load layer in the average bunker Article published earlier |
| spellingShingle | Методы управления защитным слоем груза в усредняющем бункере Брагинец, Д.Д. |
| title | Методы управления защитным слоем груза в усредняющем бункере |
| title_alt | The methods of control of protective load layer in the average bunker |
| title_full | Методы управления защитным слоем груза в усредняющем бункере |
| title_fullStr | Методы управления защитным слоем груза в усредняющем бункере |
| title_full_unstemmed | Методы управления защитным слоем груза в усредняющем бункере |
| title_short | Методы управления защитным слоем груза в усредняющем бункере |
| title_sort | методы управления защитным слоем груза в усредняющем бункере |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/33571 |
| work_keys_str_mv | AT braginecdd metodyupravleniâzaŝitnymsloemgruzavusrednâûŝembunkere AT braginecdd themethodsofcontrolofprotectiveloadlayerintheaveragebunker |