WWW.DISS.SELUK.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА
(Авторефераты, диссертации, методички, учебные программы, монографии)

 

Системы контроля и технической диагностики автоматизированного ленточного конвейера

УДК 621.867

На правах рукописи

НУРЛЫБАЙ САБИТ

Разработка системы контроля и технической диагностики

автоматизированного ленточного конвейера

05.05.04 – Дорожные, строительные

и подъемно-транспортные машины

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Республика Казахстан Алматы, 2010

Работа выполнена в Казахстанском университете «Алатау».

Научный руководитель: доктор технических наук Джундибаев В.Е.

Научный консултант: кандидат технических наук Ченсизбаев Б.А.

Официальные оппоненты: доктор технических наук Исаков К.А.

кандидат технических наук Оразбеков Т.Т.

Ведущая организация: Казахская академия транспорта и коммуникаций им. М. Тынышбаева

Защита состоится «24» декабря 2010г. в 16-00 на заседании диссертационного совета Д 14.17.02 при Казахском национальном техническом университете им. К. Сатпаева по адресу: 050013, г. Алматы, ул. К. Сатпава 22, Институт машиностроения, МСК-304.

Факс: (727)292-60-25, тел. 2927766. E-mail: allnt@kazntu.sci.kz

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Казахского национального технического университета им. К. Сатпаева по адресу: 050013, г.

Алматы, ул. Сатпаева, 22, ГМК.

Автореферат разослан «24» ноября 2010 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор технических наук Б.Т. Сазамбаева

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. В программе «Казахстан-2030» и «О стратегическом плане развития Республики Казахстан до 2020 года» предусмотрено стратегическое направление по индустриализации страны: систематическое обновление и выпуск конкурентоспособной продукции, повышение технического уровня и качества, улучшение эксплуатационных и потребительских свойств востребованных изделий в подъемно-транспортной, горнорудной, машиностроительной и др. индустриях. Кроме того повышение эффективности эксплуатации промышленного транспорта является одной из приоритетных задач стратегии индустриально-инновационного развития Республики Казахстан.

В условиях рыночной экономики обеспечение высокой конкурентоспособности современного промышленного транспорта, повышение требований к уровню организации производства и к качеству выпускаемой продукции определили насущную потребность в современных инновационных технологиях и оборудовании, характеризуемых возможно полной и высокоэффективной автоматизацией производства. К современным технологиям однозначно можно отнести ленточные конвейеры (ЛК) нового поколения.

Особенностью их проектировании и функционирования является значительное изменение размерно-механических параметров, сложность кинематических схем и проектирования управляющих программ, высокий уровень исходной (априорной) неопределенности.

Стратегия промышленного предприятия реализуется проектированием и эксплуатацией ЛК, разработкой программы управления, постановкой цели и достижением ее в результате решения задачи. Цели должны ставиться с учетом количественных и качественных показателей и в этом случае, как правило, должны использоваться основные группы показателей: надежность, функциональная устойчивость основных производственных показателей, уровень издержек.

При функциональной устойчивости ЛК необходимо обеспечить транспортирование груза, сохраняя требуемые функциональноэксплуатационные параметры в пределах ограничений, установленных на основе регламентирующих документов, под воздействием различных факторов.

Для обеспечения функциональной устойчивости и работоспособности промышленного транспорта необходимо применить специальные методы и средства, основными из которых являются использование программноаналоговых средств контроля и технической диагностики, разработка и реализация планов восстановления работоспособности.

В настоящее время нерешенными вопросами являются совершенствование и повышение функциональной устойчивости интегральных и внутренних показателей на всех этапах проектирования, разработки, изготовления, модернизации и эксплуатации ЛК. В связи с этим, обеспечение функциональной устойчивости работы ЛК на основе совершенствования систем контроля и технической диагностики с использованием современной вычислительной техники и программно-методического обеспечения, является актуальной и имеет межотраслевое значение.

Тема диссертации выполнена по целевой научно-технической программе МОН РК № 04-101/1015 от 03.08.1995г. «Научно-методические проблемы машиностроения и создания новых высокоэффективных машин и аппаратов», подраздел «Новые подъемно-транспортные, строительные, дорожные машины и оборудование», технической программы «Создание конкурентоспособной техники, оборудования и технологий на 2008-2012 годы» (рег. № 5.672 КО8) Министерства индустрии и торговли РК.

Цель работы. Обеспечение параметрической надежности АЛК на основе применения интегрированной гибкой системы контроля и технической диагностики, обладающей функциональной устойчивостью.

Объект исследования.

Автоматизированные ленточные конвейера нового поколения.

Предмет исследования.

Интегрированная гибкая система контроля и технической диагностики.





Задачи исследования:

В соответствии с поставленной целью в диссертационной работе решаются следующие задачи:

- установить современное состояние проектирования, эксплуатации, а также системы контроля и технической диагностики параметров АЛК;

- создать систему контроля и технической диагностики параметров АЛК;

- разработать математическую модель управления состоянием ЛК;

- разработать критерии, методы обеспечения функциональной устойчивости работы, рекомендации по совершенствованию и модернизации конструкций ЛК;

- провести экспериментальные исследования и разработать методику контроля и технической диагностики параметров АЛК.

Методы исследования. Исследования проводились с использованием системного анализа; теорий: автоматизированных систем управления, вероятности и математической статистики, упругости, гибкой нити;

вычислительного и физического экспериментов, методов рационального планирования экспериментов.

Основные научные положения и научная новизна:

- создание системы контроля и технической диагностики параметров ЛК основывается на использовании автоматизированного банка данных диагностики (электронного паспорта) состояния ЛК;

- математическая модель управления состоянием ЛК базируется на создании комплекса технических средств автоматизации и технической диагностики состояния ЛК и использовании различных физических принципов измерения;

- разработанные критерии и методы обеспечения функциональной устойчивости работы ЛК основываются на комплексном подходе исследования и применении интегральной гибкой системы контроля и технической диагностики;

- разработанные рекомендации по совершенствованию и модернизации конструкций ЛК основываются на использовании интегральной гибкой системы контроля и технической диагностики.

Научное значение работы состоит: в научном обосновании и создании:

гибкой системы контроля и технической диагностики, математической модели управления состоянием ЛК; разработке критериев и методов обеспечения функциональной устойчивости работы ЛК Практическое значение работы заключается в разработке: методического обеспечения проектирования интегральной гибкой системы контроля и технической диагностики состояния ЛК; комплекса технических средств автоматизации, технических решений по проектированию, совершенствованию и модернизации конструкций ЛК.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций обеспечивается:

- в теоретических исследованиях: корректностью постановки задачи и использованием апробированных математических методов и автоматизированного банка данных диагностики (электронного паспорта) состояния ЛК; созданием комплекса технических средств автоматизации и применением интегральной гибкой системы контроля и технической диагностики; использованием теории автоматизированных систем управления, вероятности и математической статистики, а также классической теории упругости и гибкой нити;

- экспериментальными исследованиями: использованием приборов и технических средств измерения, а также вычислительной техники, обработкой опытных данных методом математической статистики и теории рационального планирования экспериментов.

Реализация результатов работы. Основные положения представленной диссертации, разработанные рекомендации, модели и методики использованы и внедрены:

- утверждена и принята методика: «Система контроля и технической диагностики автоматизированного ленточного конвейера» Министерством индустрии и торговли РК (г. Астана, 2010);

- в учебном процессе КУ «Алатау», КазНТУ им. К.И. Сатпаева при изучении профилирующих дисциплин, в курсовом и дипломном проектировании.

Личный вклад автора заключается: в установлении современного состояния проектирования, эксплуатации, а также в разработке системы контроля и технической диагностики параметров ЛК; в разработке математической модели управления состоянием ЛК; в проведении экспериментальных исследований, разработке рекомендаций по совершенствованию и модернизации конструкций ЛК.

Апробация работы. Материалы диссертационной работы доложены и обсуждены на III Международной научной конференции «Актуальные проблемы механики и машиностроения» (Алматы, 2009); Международной научно-технической конференции «Интерстроймех-2009» (Бишкек, 2009);

Международной научно-технической конференции «Совершенствование конструкций и системы эксплуатации транспортной техники» (Алматы, 2009) и Первой Международной научно-технической конференции молодых ученых, студентов и учащихся «Наука-2030» (Алматы, 2009).

Структура и объем работы. Диссертация представлена в виде рукописи и состоит: из введения, 4 разделов и заключения, содержит 47 иллюстраций, таблицы и библиографию из 111 наименований.

Публикации. Опубликовано 9 научных трудов, из них: 3 публикации в изданиях, рекомендованных ККСОН РК, 5 публикаций в международных конференциях.

ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ

Во введении обоснована актуальность разрабатываемой темы, определена цель исследования, приведена общая характеристика состояния работ.

Сформулирована научная задача, базирующаяся на обеспечении параметрической надежности АЛК и использованием интегрированной гибкой системы контроля и технической диагностики, обладающей функциональной устойчивостью.

Современное состояние вопроса особенностей проектирования и эксплуатации ленточных конвейеров и задачи исследований Ленточные конвейеры в силу своих преимуществ перед другими видами машин непрерывного транспорта имеют широкое применение в ряде отраслей промышленности как в СНГ, так и в Казахстане. В СНГ в настоящее время работает свыше 250 тыс. ЛК общей протяженностью порядка 10 тыс. км, в том числе 70% транспортных установок составляют конвейеры мощностью до кВт и длиной става 500 м.

Ряд мощных ЛК имеют производительность около 30 тыс. т/ч. Как известно, в процессе эксплуатации ЛК их показатели качества претерпевают существенное изменение, что связано старением, заменой и ремонтом агрегатов, узлов и деталей конвейеров. На устойчивость конструктивных и эксплуатационных параметров ЛК оказывают существенное влияние изменение вероятностных характеристик условий эксплуатаций, а также технологического регламента производственных процессов. Следовательно, создание системы контроля и технической диагностики играет важную роль в сохранении выходных параметров ЛК в регламентируемых пределах.

Проведенными исследованиями установлено: на существенное изменение состояния АЛК оказывает влияние основные возмущающие факторы и параметры; для исследования функциональных процессов движения ленты относительно несущей системы АЛК необходимо применить комплексный подход; необходимо разработать научно-методическое обеспечение решения задачи центрирования ленты на рабочей ветви АЛК; возникает необходимость создания научных предпосылок постановки задач перехода к новому уровню совершенствования АЛК – обеспечение их функциональной устойчивости параметров посредством применения средств автоматизации и механизации и т.д.; в направлений автоматизированного проектирования ЛК проведена большая работа, особенно с появлением современных вычислительных средств.

Для повышения технико-экономических показателей и параметрической надежности АЛК целесообразно разработать и внедрить интегрированную гибкую систему контроля и технической диагностики АЛК.

Разработкой конструкций новой конвейерной техники и ее модернизацией в настоящее время заняты: МГА, МГТУ им. Н.Э.Баумана, КазНТУ им. К.И.

Сатпаева, КУ «Алатау», институт Гипроруда (г.Санкт-Петербург), ВНИИПТМаш (г.Москва), ИГД Ур.О. РАН (г.Екатеринбург), институт Гипроуглегормаш, Жезказганский институт НИПИЦветмет и др.

Основополагающее значение имеют труды: А.О.Спиваковского, А.В.

Андреева, Н.С. Полякова, А.С. Сагинова, Г.И. Солода, И.Г. Штокмана и др.

Значительный вклад в развитие теории и практики конвейерного транспорта внесли: Д.М. Беленький, Н.Я. Биличенко, А.В. Бреннер, С.А.

Джиенкулов, В.Е. Джундибаев, В.К. Дьячков, Р.Л. Зенков, Ж.Н. Касымбек, С.К.

Малыбаев, К.А. Омаров, Б.Т. Сазамбаева, М.Х. Саргужин и др.

Научные труды вышеназванных авторов формируют базу для совершенствования существующих и создания новых средств конвейерного транспорта.

Исследование и проектирование системы контроля и технической диагностики автоматизированного ленточного конвейера В данном разделе сформированы основные научные принципы и положения проектирования системы контроля и технической диагностики АЛК.

Разработано научно-методическое обеспечение создания интегрированной гибкой системы контроля и технической диагностики ленточного конвейера.

Исследовано и установлены принципы построения системы контроля и технической диагностики автоматизированных ЛК. Предложено применение автоматизированного банка данных диагностики ЛК (электронного паспорта).

Проведены диагностика и паспортизация ЛК видеосистемами, а также алгоритмизация формирования математической модели образования выходного паспорта. Разработанная общая структурная схема интегрированной гибкой системы контроля и диагностики ЛК включает в себя: систему проектирования – выбора вариантов контроля и технической диагностики (СП); систему технической диагностики (СД); систему активного контроля (САК);

автоматизированный банк данных диагностики ленточных конвейеров (АБДДЛК) (рисунок 1).

Для решения требуемых задач технической диагностики ЛК система технической диагностики должна иметь следующие функциональные блоки:

блок формирования диагностических сообщений (БФДС), блок преобразований (БП), библиотеку установок (БУ), идентификатор состояний (ИС), блок сигнализации (БС), блок формирования команд управления (БФКУ) и др.

Рисунок 1 - Общая структурная схема интегрированной гибкой системы контроля и диагностики ленточного конвейера На рисунке 2 приведена обобщенная структурная схема диагностики ленточного конвейера.

Рисунок 2 - Обобщенная структурная схема диагностики ленточного Поставлена задача разработки принципов построения и функционально технических требований к системам контроля и технической диагностики АЛК.

В процессе работы проводился поиск технических решений и анализ передового отечественного и зарубежного опыта в области технологий и систем диагностики, изучена нормативно-техническая база и установлены требования к точности измерений для ЛК. В условиях эксплуатации ЛК в соответствии с техническими требованиями при боковом смещении конвейерной ленты используются контактные выключатели, контролирующие боковое смещение ленты конвейера и при ее предельно допустимом смещении, конвейер останавливается, предотвращая возможные повреждения ленты и оборудования (рисунок 3), работающий в двухпозиционном режиме- «включено» или «выключено» или трёхпозиционном режиме «включено», « предупреждающий сигнал» и «выключено». Они устанавливаются парами на рабочей и холостой ветви ленты.

Рисунок 3 - Выключатель фирмы “Vossloh KIEPE GmbH” В результате исследований были разработаны и предложены для обсуждения принципы построения, функциональные и техникоэксплуатационные требования к системам контроля и технической диагностики.

Методика выбора структуры системы диагностики заключается в представлении процесса функционирования ЛК как человеко-машинной системы со значительным уровнем априорной неопределенности (рисунок 4).

Рисунок 4 - Представление функционирования ленточного конвейера как процесса со значительным уровнем априорной неопределенности Диагностика ЛК является основой интегрированной системы контроля и технической диагностики состояния АЛК, в том числе планирования, распределения и использования средств, направляемых на содержание, ремонт и реконструкцию конвейера, организацию работ. Задачей диагностики является обслуживание средств информатизации и автоматизации, включающее текущий сбор и анализ информации о параметрах, характеристиках, условиях функционирования, наличии дефектов и причинах их появления. В результате диагностики и оценки состояния конвейеров можно получить полную, объективную и достоверную информацию об их транспортно-эксплуатационном состоянии, степени соответствия фактических потребительских свойств, их параметров и характеристик требованиям параметрической надежности.

Основные требования к системе диагностики ЛК включают единую нормативнометодическую базу по обследованию, единую систему транспортноэксплуатационных показателей, использование метрологически аттестованных технических средств диагностики. В настоящее время выпускается широкий спектр диагностического оборудования. Эффективность измерения многих параметров ЛК остается невысокой, отсутствует возможность одновременного измерения нескольких параметров. Номенклатура измерений требует расширения, необходима унификация измерительной аппаратуры и программного обеспечения. Разработка новой измерительной техники с нулевого цикла, а также модернизация технических средств диагностики ЛК в направлении повышения надежности и точности измерений, улучшения технико-эксплуатационных показателей и расширения номенклатуры измерения параметров проблематична и весьма актуальна. Изучение и использование мирового опыта в области технологий и систем диагностики позволит разработать принципы построения и функционально-технические требования к системе диагностики.

Выпускаемые в настоящее время средства автоматизации и метрологического обеспечения, в основном, удовлетворяют заданным критериям точности. Для повышения точности измерений необходимо также разработать оптимальные, в смысле минимума погрешностей измерения, алгоритмы обработки сигналов с датчиков. Следует использовать широко применяемый в измерительной технике статистический подход, включающий методы максимального правдоподобия, проверки гипотез, адаптивные методы оценки неизвестных параметров и т.п.

В результате исследований разработаны основные положения концептуального плана, которым должны соответствовать перспективные системы диагностики ЛК: применение компьютера и современных цифровых устройств управления и обработки измерительных сигналов; адаптивность и слабая зависимость от влияния возмущающих факторов и параметров различной природы; модульный принцип построения, предусматривающий стандартные интерфейсы обмена измерительных данных; применение эффективных технологий обработки измерительных сигналов с целью повышения точности и надежности измерений; комплексирование измерительных каналов; автономная система энергообеспечения; диагностика и самодиагностика измерительных модулей; калибровка измерительных систем при подготовке и в процессе измерений.

Центральной частью системы диагностики является вычислительный комплекс, включающий блок управления и компьютер, и осуществляющий сбор информации, управление измерениями, обработку результатов измерений и диагностику функциональных узлов. Обработка данных – фильтрация, оценка параметров сигналов, оптимизация измерений – может производиться с помощью микроконтроллеров, цифровых сигнальных процессоров, программируемых логических интегральных схем (ПЛИС), обеспечивающих по быстродействию решение практически всех производственных задач системы диагностики АЛК.

С помощью компьютера осуществляются визуальный контроль измерений, калибровка измерительных систем, постобработка информации, генерирование отчетов и ведомостей. Программное обеспечение новой системы диагностики должно обеспечивать возможность одновременного измерения нескольких параметров и настройки в любой необходимой пользователю конфигурации.

При этом должны быть предусмотрены унификация программно-аппаратных интерфейсов и модульный принцип построения.

Видеотехнологический комплекс включает видео- фотокамеру, устройство видеоввода, программы обработки видеоизображения. Комплекс осуществляет автоматическую видеосъемку с цифровой обработкой и запись на магнитный носитель информации о ЛК, измерение по кадру линейных геометрических размеров объектов и дефектов по видеоизображению.

Для определения параметров транспортируемого материала целесообразно использовать видеосистемы. Разработка интеллектуальных алгоритмов распознавания и обработки изображений позволят эффективно решить эту задачу.

Системы диагностики ЛК должны иметь следующие свойства: управление измерениями (сбор и анализ измерительных данных, полученных с датчиков функциональных узлов и систем, возможность оптимального управления измерениями и их конфигурирования в зависимости от требований оператора);

максимальная автоматизация процесса измерений; обработка (фильтрация) измерительных данных с целью выделения полезной информации; возможность диагностики и самодиагностики функциональных узлов; комплексирование измерительных каналов; обработка результатов измерений и представление их в предусмотренном нормативами виде (отчеты, ведомости и пр.); возможность калибровки и самокалибровки измерительных модулей.

Нормативные требования к точности измерения параметров ленточного конвейера: расстояние по оси - 0,1%; геометрические характеристики - 5%;

шероховатость - 0,1 мм; коэффициент сцепления - 0,02; провисание ленты - 0,2 мм.

Решение задач диагностики зависит от использования современных информационных технологий и прикладных программ.

Одним из основных направлений является разработка прикладных программ на основе информации создаваемого АБДДЛК, содержащего полную информацию по диагностике, инвентаризации и паспортизации ЛК и средств диагностики, контроля и автоматизации на них, со всесторонним анализом данных и последующей разработкой инженерных решений, использование новейших технологий в области создания программных приложений для поддержания режимов ввода и поиска требуемой информации с предоставлением данных в форматах, определяемых нормативными документами и запросами потребителей.

Поэтому во вновь создаваемом банке должна быть предусмотрена возможность применения языка структурных запросов XML. Применение XML сильно сокращает сроки подготовки выходных форм оценки состояния и инвентаризации конвейеров, позволяет сократить затраты на внедрение новых форм отчетности и позволит также совместить возможности SQL – базы данных с возможностями WEB – технологий глобальной сети Интернет.

В задачи совершенствования АБДДЛК входит определение круга задач, решение которых, необходимо для принятия управляющих решений в рамках предприятия, эксплуатирующего ЛК.

В настоящее время отсутствует общий методологический подход к созданию АБДДЛК. Автором впервые предложена структура банка данных по состоянию конкретного ЛК как протяженной транспортной системы.

Современные информационные технологии позволяют обеспечить качественно новый уровень получения, обработки и представления информации.

К ключевым технологическим средствам относятся: геоинформационные системы; дистанционный контроль с помощью фото- и видеосистем с применением цифрового оборудования; разделяемые базы данных; системы спутниковой навигации. Предлагаемая автором структура АБДДЛК позволяет:

обеспечить повторяемость всех видов измерений за счет их опоры на координатное представление основных элементов конвейера; вести учет показателей транспортно-эксплуатационного состояния ЛК в виде графического представления их в геоинформационной системе.

К основным типам рассматриваемых данных относятся: картографические материалы, включающие точные координатные данные по конвейерам (конвейеру) на всей их протяженности; данные по диагностике, паспортизации и инвентаризации; информация по плановым мероприятиям, ремонту и модернизации ЛК; видеоданные для визуальной оценки техникоэксплуатационного состояния ЛК; текущая информация о состоянии ЛК, получаемая в результате мониторинга в реальном времени.

Разработанные автором методические рекомендации по использованию информационных технологий определяют структурированное хранение, поиск и обработку всех типов данных на основе комплексного применения инструментальных средств ГИС-приложения для создания базы данных диагностики ЛК, их паспортизации и инвентаризации.

Обследование элементов конструкции протяженного ЛК осуществлялось проведением видеодиагностики, идентификацией элементов конвейера, оценкой эксплуатационного состояния по 4-х бальной шкале. По результатам проведенной работы формировалась дефектная ведомость, содержащая рекомендации по назначению восстановительных мероприятий, что позволило значительно снизить время по обработке новых съемок в силу стационарности расположения обследуемых конвейеров. Система автоматического поиска регулярных дефектов (трещин, коррозии) позволило выдать предварительное заключение о назначении сезонных ремонтных мероприятий в течение короткого времени после проведения съемки. Видеокомпьютерное сканирование показало развитие дефекта во времени в результате многократных наблюдений одного и того же объекта. Был разработан программно-аппаратный комплекс «Видео», который включает следующие программы: «Видеосъемка ленточного конвейера» и «Видеобанк ленточного конвейера». Первая программа предназначена для сбора видеоинформации о ЛК, вторая программа осуществляет хранение, обработку и поиск собранной видеоинформации и обеспечивает быстрый и удобный доступ к требуемым данным. Кроме того, вторая программа обеспечивает печать видеоинформации и получение иллюстративного материала для последующего их использования.

Система видеомониторинга ЛК осуществляется следующим образом:

вначале производится видеосъемка с цифровой обработкой и записью на магнитный носитель информации, затем формирование видеобанка данных. При этом видеосъемка выполняется в двух режимах: в автоматическом - с заданным шагом (10, 15, 20 мм и т.д.); в ручном - кадр с нестандартным местоположением;

далее производится автоматический поиск кадра по элементам конвейера или местоположению, измерение по кадру линейных геометрических размеров объектов конвейера, фиксация знаков и инженерного оборудования и их дефектов по видео-данным, имеется встроенный каталог типичных дефектов элементов ЛК, а также возможность использования видеоданных для создания документов.

Видео- и фотоматериал отсортирован по дате занесения в базу данных, что позволяет осуществлять сравнение объектов в зависимости от времени.

Видеобанк позволяет осуществить быстрый переход к требуемому местоположению, изменять масштаб кадра, экспортировать кадры в отчеты и производить дефектовку в соответствии с каталогом типовых дефектов.

По видеокадру производятся замеры длин, высот, площадей и параметров объектов для оценки объемов ожидаемого и сделанного ремонта ленты, расчет ширины проезжей части, высоты установки ограждений, и др.

Информация передается заказчику на сменных носителях (компакт-диски, zip, jazz, и т.д.) или единой базой на жестком диске (HDD).

Разработана структура программного комплекса, обеспечивающего создание видеоряда на экране компьютера, представлен электронный паспорт состояния ЛК.

Средства отображения должны обеспечить отображение информации с разрешением не менее 2500 х 1800 точек в условиях внешней освещенности от 100 до 2000 люкс (яркое солнечное освещение) с контрастностью не менее 1:1000 (уровень черного к уровню светлого, измеренной на тестовой таблице) и 1:500 (измеренной на таблице из цветных полос). Форматы кадра видеоизображений – 4:3 или 16:9 при разложениях: развертка 625 строк/ полукадров, развертка 1250 строк/100 полукадров.

На рисунке 5 приведена структурная схема интегрированной гибкой системы контроля и диагностики.

Методической основой создания системы проектирования – выбора вариантов контроля и технической диагностики служит оценка формирования выходного или диагностируемого параметра. Математическая модель образования выходного параметра позволяет определить элементы производственного процесса подлежащие усовершенствованию, количественной оценке зависимости точности процесса от влияющих факторов и т.д., т.е.

созданию математической базы для разработки автоматического управления, используя при этом ЭВМ для управления производственным процессом.

Процесс синтеза математических моделей с формализацией способов автоматизации решается применением САПР. Структурно САПР включает несколько блоков, функциональные задачи которых требуют автоматизации для решения на ЭВМ на этапе проектирования систем контроля и локального управления качеством.

Рисунок 5 - Структурная схема интегрированной гибкой системы контроля Основной задачей при исследовании погрешности выходного параметра является задача разделения погрешностей на систематические и случайные:

где g n - систематическая составляющая погрешности.

Точные методы разделения погрешностей основаны на учете автокорреляционных связей от линейной составляющей. Примером такого последействия может служить тепловая деформация АЛК. Выделение систематической составляющей аналогично выделению «шума», обусловленного случайными помехами. Такие задачи решаются методом линейной фильтрации. В рассматриваемом случае решение задачи фильтрации заключается в отыскании функции от известных значений x n, обеспечивающей наилучшее приближение к искомой составляющей:

Значения коэффициентов b k определяется из системы уравнений:

Для решения системы (3) необходимо знать значение дисперсии G, а оценка ее величины производится с использованием спектральных методов. Для уменьшения несостоятельности оценки применяются различные методы сглаживания с целью получения наибольшей точности оценки спектральной плотности при w. Один из этих методов основан на применении весовых спектральных функций.

Численные значения всех параметров математической модели образования погрешности обработки определяется выражением:

где ln a bn - линейный тренд, n - случайная составляющая с нулевым математическим ожиданием M n 0.

Автором был разработан программный модуль формирования оценок математической модели образования провисания ленты.

Математическая модель и алгоритмы управления состоянием ленточного В данном разделе приведены разработанная математическая модель и алгоритмы управления состоянием ленточного конвейера: обоснована разработка системы контроля и управления; определены основные компоненты системы выбора вариантов контроля и управления с учетом начальной неопределенности, позволяющая обоснованно принимать решения об использовании оптимальных методов контроля. Существует множество факторов, влияющих на отклонение размеров, которые не поставлены и характеризуются сложными взаимовлияниями друг на друга и на процесс формообразования. Анализ выходных параметров ЛК и построение математической модели образования погрешности натяжения ленты включает статистический анализ. Модель образования погрешности строится на моделировании реальной последовательности отклонений. Для описания процесса образования выходного параметра применяется обобщенная математическая модель:

где X n - отклонение контролируемого параметра в m-ом цикле от его номинального значения, ln - детерминированная составляющая, n - случайная составляющая с коррелированными значениями, n - собственно случайная составляющая, при этом:

где lo - случайное смещение уровня размеренной настройки, l - скорость изменения размерной настройки, n - составляющая образованная периодическим действием возмущающих факторов.

Важная особенность алгоритмов системы контроля – сохранение эффективности при случайных изменениях условий. Различают два принципа уменьшения отклонений с помощью системы автоматического контроля.

Непосредственное использование этих принципов может быть затруднительным. Адаптивная подналадка основана на придании системе контроля и управления, свойства автоматически корректировать управляющий параметр или величину коэффициента обратной связи в ходе процесса по результатам текущей оценки корректируемого выходного параметра и коэффициента подналадки.

В алгоритмах управления по возмущению адаптация происходит с помощью уточнения весовых коэффициентов уравнения регрессии по следующей итерационной формуле:

где bi n - весовой коэффициент в n -ом цикле, X n - отклонение выходного параметра, - параметр шума, Y in - значение возмущения в цикле.

установившимися, появляется возможность использовать их в качестве постоянных и уменьшить время, отводимое на контроль. При увеличении дисперсии целесообразно вводить дополнительный контур подналадки.

Проведем анализ наиболее важных (доминирующих) возмущающих факторов. Износ ленты считается одной из определяющих характеристик процесса транспортирования. К другой группе возмущений относят случайные колебания режимов натяжения ленты и эксплуатации ЛК, подачи смазки и другие.

Совокупное влияние случайных факторов приводит к тому, что ударная вязкость, предел прочности, текучести, химический состав конструкционных материалов, используемых в ЛК, имеют распределение, близкое к нормальному.

Силовые деформации зависят от жесткости узлов, шероховатости, материала. Тепловые деформации возникают от силового взаимодействия различных деталей и узлов в механизме, например, трения.

Экспериментальные исследования и методика контроля и технической Целью экспериментальных исследований явилась проверка результатов теоретических положений: определение влияния конструктивных и технических параметров, а также эксплуатационных режимов работы ЛК на поперечную устойчивость ленты, уточнение расчетных значений шага роликовых опор по рекомендуемому значению удельного нормального усилия на роликовой опоре;

сравнение результатов теоретических и экспериментальных исследований.

Для проведения экспериментов был разработан и изготовлен на кафедре ПТМиГ КазНТУ стенд, представляющий собой линейную часть рабочей ветви ЛК. Изменение роликовых опор производилось перемещением самих роликовых опор вдоль рамы. Для определения бокового смещения ленты на действующих конвейерах была изготовлена специальная роликовая опора, конструкции КазНТУ (рисунок 6).

Рисунок 6 - Схема экспериментальной роликовой опоры Роликовая опора состоит из жесткой рамы 1 подвесной роликовой опоры и рамки 8. Подвесная роликовая опора 2 подвешивается к жесткой раме 1 через динамометры 3, рамка 8 закреплена на раме 1 с помощью скользящих опор 7, посредине она имеет указатель максимального смещения ленты 10. На раме закреплена мерная линейка 9.

Нагрузка от груза и ленты, приходящаяся на рядовую роликовую опору, замерялась с помощью динамометра 3. Величина бокового смещения ленты устанавливалась с помощью рамки 8, указателя смещения ленты 10 и мерной линейки 9.

В промышленных условиях были проведены экспериментальные исследования на ленточных конвейерах Новоджамбульского фосфорного завода (НДФЗ) и Балхашского горно-металлургического комбинат (БГМК). На НДФЗ в среднем режиме работы эксплуатируются конвейеры общей протяженностью более 20 км.

Наиболее тщательному исследованию был подвергнут конвейер ПТ-156. В дробильном отделении БГМК был исследован ленточный конвейер № 10.

В результате проведенных экспериментальных исследований решены следующие задачи: установлена форма пятна контакта ленты с роликами опор;

измерены и установлены пятна контакта с роликами опор ленточного конвейера ПТ-156 (НДФЗ) при постоянном и переменном шагах роликовых опор (f=const, lp=var); измерена и определена величина поперечного смещения ленты по трассе конвейера ПТ-156 при lp=var, lp=const; измерены и определены величины пятна контакта ленты с роликами опор на экспериментальном стенде, при различных значениях шага роликовых опор и натяжения ленты; измерена и определена величина нагрузки от груза и ленты на роликовые опоры при различных шагах опор и натяжениях ленты на экспериментальном стенде и по трассе конвейера ПТ-156; определена величина максимального провеса ленты между роликовыми опорами.

Проведение экспериментов планировалось с использованием методов математической статистики на основании гипотезы о нормальности закона распределения случайных ошибок экспериментальных исследований.

В результате проведенных экспериментальных исследований были получены уравнения регрессии малой и большой полуосей пятна контакта ленты со средним роликом опоры. Определено, что распределение центрирующих устройств для конвейеров с l p const и l p var должно быть различно. Доказано, что изменение шага роликовых опор по длине става конвейера позволяет снизить боковое смещение ленты в 1,5…2,5 раза. Определено, что модели второго порядка можно считать адекватными с 95% доверительной вероятностью. Установлено, что теоретические предпосылки, формулы и выводы верны, так как расхождение между экспериментальными и теоретическими значениями не превышает 15%.

В разработанной методике системы контроля и технической диагностики параметров АЛК предложен комплекс современных средств и программного обеспечения контроля и технической диагностики функциональноэксплуатационных параметров, а также разработаны предложения по совершенствованию конструкции и повышению функциональной устойчивости работы ленточного конвейера. Повышение функциональной устойчивости работы ленточных конвейеров в результате совершенствования системы контроля и технической диагностики позволит повысить эффективность их эксплуатации и получить экономический эффект за счет увеличения производительности на 9,5…14%.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Критический обзор и анализ современного состояния проектирования и эксплуатации ЛК позволил установить, что обеспечение функциональной устойчивости параметров ленточных конвейеров возможно на основе комплексного подхода к их исследованию и применения системного подхода при проектировании интеллектуальной системы контроля и диагностики.

2. Установлены особенности проектирования и эксплуатации ленточных конвейеров использованием средств центрирования ленты. Определены основные возмущающие факторы и параметры, имеющие различную природу и влияющие на существенное изменение состояния ленточного конвейера.

3. На основе использования автоматизированного банка данных диагностики (электронного паспорта) состояния ЛК была разработана система контроля и технической диагностики параметров ЛК.

4. Созданием комплекса технических средств автоматизации и технической диагностики состояния ЛК, а также использованием различных физических принципов измерения была разработана математическая модель управления состоянием параметров ЛК.

5. На основе комплексного подхода исследования и применения интегрированной гибкой системы контроля и технической диагностики были разработаны критерии и методы обеспечения функциональной устойчивости работы ЛК.

6. Разработаны теоретические и метрологические основы выбора структуры системы контроля и технической диагностики АЛК, комплекс устройств диагностики ЛК на основе метрологического обеспечения нового поколения, а также силоизмерительных средств, вибродиагностики, датчиков температурного поля, микроперемещений и видеосистем.

7. На основе экспериментальных исследований были получены уравнения регрессии малой и большой полуосей пятна контакта ленты со средним роликом опоры. Определено, что распределение центрирующих устройств для конвейеров с l p const и l p var должно быть различно. Установлено, что изменение шага роликовых опор по длине става конвейера позволило снизить боковое смещение ленты в 1,5…2,5 раза.

8. Подтверждена адекватность теоретических предложений с 95% доверительной вероятностью реальным условиям, т.е. расхождение теоретических и экспериментальных исследований составляет порядка 15%.

Разработаны рекомендации по совершенствованию и модернизации конструкций ЛК, а также методика контроля и технической диагностики параметров АЛК.

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Джундибаев В.Е., Нурлыбай С. Некоторые вопросы совершенствования теории взаимодействия ленты конвейера с роликоопорами. Матер. межд. науч.

конф. 17-19 июня 2009 г., КазНТУ. Актуальные проблемы механики и машиностроения. Алматы, 2009. МОН РК, с.126.

2. Джундибаев В.Е., Нурлыбай С. Разработка математической модели и алгоритмов управления состоянием ленточного конвейера в реальном времени.

Матер. межд. науч. конф. 17-19 июня 2009 г., КазНТУ. Актуальные проблемы механики и машиностроения. Алматы, 2009. МОН РК, с.127.

3. Джундибаев В.Е., Нурлыбай С. Заявление о выдаче инновационного патента РК на изобретение «Центрирующее устройство» от 19 августа 2009 г. № 21828.

4. Джиенкулов С.А., Джундибаев В.Е., Нурлыбай С. Некоторые вопросы формализации выбора целевой функции процесса контроля. Матер. межд.

научно-технич. конф. 15-17 сентября 2009 г., КырГУСТА. Интерстроймех-2009.

Бишкек, 2009. МОН КР, с.123.

5. Нурлыбай С. Научные основы проектирования системы контроля и технической диагностики автоматизированного ленточного конвейера. Матер.

межд. научно-технич. конф. 17-18 ноября 2009 г., КазАТК. Совершенствование конструкций и системы эксплуатации транспортной техники. Алматы, 2009.

МОН РК, с.117.

6. Нурлыбай С. О доминирующих особенностях проектирования ленточных конвейеров на примере средств центрирования их ленты. Матер.

первой межд. научно-технич. конф. мол. учен., студ. и учащ. 25 декабря 2009 г., КазУ «Алатау». Наука-2030. Алматы, 2009. МОН РК, с.138.

7. Джундибаев В.Е., Нурлыбай С. Задачи исследования процессов гибки с растяжением ленты ленточного конвейера при контактировании с роликом. // Поиск №4/2009, с.314-318.

8. Нурлыбай С. Модернизация аналитического решения процесса изгиба с растяжением ленты ленточного конвейера при контактировании с роликом.

//Промышленный транспорт Казахстана №3/2010, с.93-95.

9. Нурлыбай С. Алгоритмизация формирования математической модели образования выходного параметра. //Промышленный транспорт Казахстана №3/2010, с.113-115.

05.05.04 - Жол, рылыс жне ктеру-тасымалдау машиналары Автоматты таспалы конвейерді техникалы диагностикасы жне баылау азіргі уаытта инновациялы даму жолыны тиімділігі жне жаа технология мен материалдарды, машиналарды, рылымдарды олдану негізінде жедел су байала бастады.

ндірісті йымдастыру дегейіне, шыарылан німні сапасына деген талапты кшеюі жне оны нарытаы бсекеге абілеттілігі ндірісті автоматтандыруды жоары тиімділігімен сипатталатын заманауи инновациялы технологиялар мен жабдытарды ажеттілігіні маыздылыын анытады.

Жаа буынны автоматты таспалы конвейерлерін (АТК) пайдалану арынды техникалы шешім болып табылады.

Оларды жмыс істеуі мен жобалау ерекшеліктері механикалы-лшем параметрлері згергіштігіні жоарылыымен, басарушы бадарламаларды жобалауды крделілігімен, белгісіздік дегейіні жоарылыымен кзге тседі.

Автоматтандыру мен апараттандыруды азіргі заманы дегейі конвейерлерді басаша бадарламаланан жне айта жнделген автоматты басару манипуляторлар класына жатызуа ммкіндік береді.

Біра АТК мазмны, оны дайындау, деу мен жобалауды барлы кезедерінде сапа крсеткіші шін жоары сенімділікті болмауы осы уаыта дейін шешімін таппай келеді. Осы жмыста АТК мірлік цикліндегі крсетілген кезедері шін техникалы диагностика мен баылау сратары ерекше аталып крсетілген.

Жаа буынны АТК- сенімділігін техникалы диагностика мен баылауды интеграцияланан икемді жйесін олдану мен дайындауды негізінде амтамасыз ету (ТД жне БИИЖ).

1. Конвейерді роликті тірегі мен таспаларыны зара рекет ету процесін зерттеу барысында кешенді амалдарды олдану. Математикалы састытаы есептерді ткізу созылыштыымен икемді, таспаны кернеу-деформация жадайында есептеу шін кешенді бадарламасын жне дістемесін жасау;

2. Жан-жаты жасалан аналитикалы жне эксперименттік зерттеулерді АТК функционалды орнытылыыны параметрлері мен трлі факторларына сер етуі;

3. БИИЖ жне ТД жобалау барысында жасалан жйеге талдауларды олдану мен оан зерттеу жргізуге жасалан кешенді ыайды негізінде АТК функционалды орнытылыын амтамасыз етуді тсілдері мен критерийлерін жасау;

4. АТК техникалы диагностика параметрлері мен баылау жйесін жобалау жмыстарын жргізу шін ралдармен жне дістемелермен амтамасыз ету;

5. Техникалы диагностика мен баылау жйесін енгізу есебінен АТК рылымын жетілдіру жнінде нсаулытар дайындау.

Тжірибелік нтижелер АТК рылымын жобалау бойынша техникалы шешімдерді дайындау мен автоматтандыруды кешенді техникалы ралдарын жне АТК техникалы диагностика жадайы мен баылау жйесін жобалауды дістемесін румен аяталады.

Дйектілік пен анытылыа негізделген ережелер, орытындылар мен нсаулар шыарылатын есептерді длдігімен, малданан механикаматематикалы дістерді пайдаланумен, машина жне механизм теориялары мен негізі аланан теориялы механика ережелерімен, зерттелген АТК маызды ерекшелік есебімен, аналогтарын салыстырумен, эксперимент нтижелерімен жне тжірибеге сай болуымен амтамасыз етілген.

Жмысты идеясы АТК функционалды тратылыын амтамасыз ету жне жйені жобалау, оларды баылау мен техникалы диагностиканы ылыми негізін жасау болып табылады.

Транспортты машина жасау теориясы, автоматты басару теориясы, роботты техника мен автоматизация дістері, механизмдер теориясы, серпімділік, иілгіш зер, машина детальдары, металдарды ысыммен деу, экспериментті зерттеу дістері мен статистикалы мліметтерді деу жне т.б.

Жмысты ылыми маыздылыы: ТД мен БИИЖ ру жне АТК функционалды тратылыын амтамасыз ету, жобалауды басымды баыттарыны алыптасуы мен негіздемесінен трады.

Жмысты тжірибелік маызы БИИЖ жобалау бойынша нсаулармен жне АТК ТД, таспаны кернеу-деформациялы жадайындаы математикалы модельдеу таспаны кшпен тйыталуынан салыстырмалы суі бойынша орын ауыстыру нсаулыымен аныталады.

Мселені шешуде авторды зіндік лесі. Кешенді техникалы шешімдері жасалан, техникалы диагностика жне баылау жйесімен жабдыталан АТК функционалды тратылыын амтамасыз ету идеясын дамыту жне талдауды зманауи жадайын жасау.

Жмысты малдануы. Жмысты негізгі ылыми ережелері мен нтижелері баяндалды жне олар.И.Стбаев атындаы азТУ, М.Тынышбаев атындаы азККА-да ткен ылыми конференцияларда малданды.

Жмысты нтижелерін іске асыру. АТК жобалау технологиясындаы есептеу жне табии эксперименттер мен теориялы зерттеулерден алынан нтижелерді енгізуді іске асыру.

Басылымдары: Диссертациялы жмысты таырыбы бойынша 9 жмыс жарияланды.

THE RESUME

05.05.04 - Road, construction, lifting-and-conveying machines Developing of the scientific basis for designing control systems and technical At present the transition to effective and innovative ways of development and accelerated growth through the application of new machinery, structures, technologies and materials became significant.

Increased requirements for the organization of production and the quality of its products, its competitiveness in the market identified the urgent need for modern innovative technologies and equipment which are characterized by high automation.

The use of automated conveyor belt (ACB) of the new generation is regarded to the breakthrough technical solutions.

The features of their design and operation are characterized by high variability in size and mechanical parameters, the complexity of the design of control programs, and high level of uncertainty.

The modern level of informatization and automation conveyors can be regarded to the class of automatically controlled manipulators which are readjustable and reprogrammable.

But still the questions are not still solved for improving the reliability of quality indicators at all stages of design, development, manufacture and maintenance of ACB.

The issues of control and technical diagnostics for the appointed matters of the life cycle stages of ACB are noted particularly in this work.

The ensuring reliability of ACB of the new generation through the development and application of an integrated flexible system control and technical diagnostics (IFSC and TD).

1. An integrated approach in studying the interaction of tape and roller bearing conveyor. Carrying out the mathematical analogy of the problem is flexible with stretching. Development of methodology and software system for calculating the stress-strain state of tapes;

2. Detailed analytical and experimental investigations of the influence of various factors and parameters on the functional stability ACB;

3. Development of the criteria and methods to ensure the functional stability of ACB based on an integrated approach to their study and application of system analysis in the design IGSK and TD;

4. Instrumentation and methodological support of work on designing control systems and technical diagnostic parameters ACB;

5. Development recommendations for improving the design of ACB given the introduction of testing and technical diagnostics.

Practical results are established methods in designing control systems and technical diagnosis of the condition ACB, of technical means of automation and technical solutions for the design of structures ACB.

Validity and reliability of the main provisions, conclusions and recommendations are provided by the posedness of the solved problems, by using the proven mechanics and mathematical methods, the fundamental provisions of the theoretical mechanics and the theory of mechanisms and machines, taking into account the most important features of the investigated ACB, compared with the counterparts, results of experiments and consistent with the practice.

The idea of work is ensured in the functional stability of ACB and the scientific basis of designing the system of control and technical diagnostics.

Theory of transport machine-building, automatic control theory, automation techniques and robotics, theory of mechanisms, elastic, flexible wire, machine parts and metal forming by pressure, the methods of experimental research and statistical data processing, etc.

The scientific value of the work is to study and integration of promising areas of design and ensure the functional stability of ACB and the creation of IGSK and TD.

Practical significance of this work is to design recommendations IGSK and TD ACB, mathematical modeling of the stress-strain state of tape, the recommendations of the transition from the power circuit to the ribbon relative to increments of displacement.

Personal contribution of the author to the solution of problem. Analysis of the current state and development of ideas to ensure the functional stability of the ACB with a system of testing and technical diagnostics, development of complex technical solutions.

Approbation of the work. The main scientific positions and results of works were reported and received approval at scientific conferences in KazNTU named after K.I. Satpayev and in KazATC.

Implementation of the result of works. The introduction of the results of theoretical research, computational and field experiments in design technology of ACB.

Publication. There were published 9 papers on the topic of tje thesis.

НУРЛЫБАЙ САБИТ

РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ КОНТРОЛЯ И ТЕХНИЧЕСКОЙ

ДИАГНОСТИКИ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО

ЛЕНТОЧНОГО КОНВЕЙЕРА

05.05.04 – Дорожные, строительные и подъемно-транспортные машины диссертации на соискание ученой степени Печать ризографическая. Усл. п.л. 1,25. Тираж 100 экз.




Похожие работы:

«Гаврилов Илья Юрьевич ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЛИЯНИЯ НАЧАЛЬНОГО СОСТОЯНИЯ ПАРА НА ВОЛНОВУЮ СТРУКТУРУ И ПАРАМЕТРЫ ДВУХФАЗНОГО ПОТОКА В СОПЛОВОЙ ТУРБИННОЙ РЕШЕТКЕ Специальность 05.04.12 – Турбомашины и комбинированные турбоустановки АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Москва – 2014 Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования Национальный исследовательский университет...»

«СИНИЦИН ДМИТРИЙ ОЛЕГОВИЧ МЕТОДЫ СТРАТЕГИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ РАЗВИТИЕМ ТЕХНИЧЕСКОГО ПОТЕНЦИАЛА МАШИНОСТРОИТЕЛЬНОГО ПРЕДПРИЯТИЯ НА ИННОВАЦИОННОЙ ОСНОВЕ Специальность 08.00.05– экономика и управление народным хозяйством: управление инновациями и инвестиционной деятельностью; экономика, организация и управление предприятиями, отраслями, комплексами (промышленность) АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата экономических наук Санкт-Петербург Работа выполнена на...»





 
© 2013 www.diss.seluk.ru - «Бесплатная электронная библиотека - Авторефераты, Диссертации, Монографии, Методички, учебные программы»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.