МОДЕЛЬ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ СРЕДЫ И СЛОЖНОЙ СИСТЕМЫ

УДК 621.3.019.3

МОДЕЛЬ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ СРЕДЫ И СЛОЖНОЙ СИСТЕМЫ Бакижанова Динара Советбековна, d_bakizhanova@list.ru,

Преподаватель кафедры Транспорт, транспортная техника и технологии Сарбасов Мади Габитович, madi_sarbasov@mail.ru, студент 3 курса

кафедры Транспорт, транспортная техника и технологии Научный руководитель – д.т.н. Н.А. Данияров

Евразийский национальный университет им. Л.Н. Гумилева, г. Астана, Республика Казахстан, kafedra_tttit@enu.kz

Особенностью познания сложных систем, к которым относится любая горная техника и ее условия эксплуатации, является невозможность (во многих случаях) прямого экспериментирования или создания аналоговых масштабных моделей, поэтому большое значение имеет имитационное и математическое моделирование. Любая сложная система имеет вероятностный характер поведения, соответственно, логично, взаимодействие системы со средой рассматривать на основе вероятностных представлений, которые способствуют построению максимально адекватных математических моделей, описывающих процессы, происходящие на горнодобывающем предприятии.

Сложная система, к которой можно отнести комплекс оборудования и среду, в которой он работает, характеризуется качественными характеристиками и количественными параметрами. Качественные характеристики – это показатели системы, ее характеризующие и не имеющие отсчета. К примеру, для комплексов СГО и их условий работы – это модели машин, формирующих комплекс, тип забойного транспорта, вид добываемой горной массы и т.п. Показатели системы, имеющие определенную шкалу отсчета, относятся к количественным параметрам: производительность машин, их конструктивные и эксплуатационные показатели, плотность и крепость горной породы и т.д.

84

Обозначим комплекс оборудования через S₁ , а условия эксплуатации через S₂ . Можно предположить, что для нормальной и эффективной работы комплекса необходимо, чтобы S₁ имела с S₂ некоторое вполне определенное число параметров, которые будут общими для S₁ и S₂ . Другими словами, целесообразно соответствие как можно большего числа параметров для комплекса технологического оборудования и соответствующих условий эксплуатации и только в этом случае можно будет говорить об определенной приспособленности сложной системы S₁ к окружающей среде S₂ .

Соответствующие параметры S₁ и S₂ , т.е. связи между ними не могут быть качественными характеристиками, так как качественные характеристики строго индивидуальны и присущи только самой рассматриваемой системе. Эти параметры должны быть обязательно измеримыми величинами, причем, как отмечается в работах [1,2], определение перечня параметров связей для реальных систем – процедура творческая, успех которой зависит от накопленных знаний о системах. В частности, в работе [2] дана классификация параметров связей, которая включает: материальные (характеризующие вещественный массообмен между взаимодействующими системами);

энергетические (характеризующие обмен энергией) и информационные (несущие информацию о состоянии взаимодействующих систем).

Понятно, что при взаимодействии систем число параметров связей не постоянно и может меняться в зависимости от многих влияющих факторов и времени.

Все вышесказанное можно описать выражением

S₁ S ₂ S₃ , (1)

которое можно объяснить следующим образом: система S₁ имеет на пересечении с системой S₂ определенную совокупность параметров S₃ , являющихся общими для обеих систем.

Как уже отмечалось выше, процедура определения параметров на пересечении S₁ с S₂ строится на логико-творческом анализе имеющегося опыта функционирования систем.

Естественно, совокупность общих параметров для пересекающихся систем

S₃ ( p₁ , p₂ , p₃ ... p_n ) , (2)

где: p_n - общие параметры пересекающихся систем; n - количество данных параметров, может иметь значения только в определенных границах

p

^{H p}

i1

p ^B ,

p

^{H p}

i 2

p

^{B , (3)}

i1 i1 i 2 i 2

где: p ^H и p ^H - нижние границы значений i –х параметров для систем S

1

и S

2

,

i1 i 2

соответственно; p ^B и p^B - верхние границы этих же параметров.

i1 i 2

Из неравенств (3) следует, что параметры систем S₁ и S2 изменяются в определенных интервалах допустимых состояний, а при взаимодействии этих систем, их параметры могут принимать значения, являющиеся общими для двух систем.

85

Рассмотрим, какие возможные состояния могут принимать параметры, являющиеся общими для взаимодействующих систем. Как показали исследования [2], пересекающиеся параметры систем могут быть заданы:

- детерминированными значениями, - случайными величинами,

- случайными функциями.

В целом, необходимо отметить, что процедура определения состояния пересекающихся параметров среды и комплекса оборудования достаточно сложна и требует достаточно глубокого анализа технологического процесса и характера физического взаимодействия с окружающими условиями эксплуатации.

Как показывает анализ, большинство конструктивных и эксплуатационных параметров горных машин можно отнести к детерминированным величинам, интервалы изменения которых, приведены в технических характеристиках, правилах безопасной эксплуатации и других инструктивных материалах.

Изменение параметров эксплуатационной надежности машин носит многопричинный и случайный характер, зависящий от рабочих и постоянно действующих нагрузок. Рабочие нагрузки действуют на машину только в процессе работы и могут быть механическими, электрическими и тепловыми, связанными с конструктивными особенностями и загруженностью отдельных узлов и деталей. Постоянно действующие нагрузки обусловлены условиями эксплуатации машин и комплексов, к которым можно отнести: температуру окружающей среды, влажность, абразивность горной массы, химическая агрессивность шахтных вод и т.п.

В результате воздействия различных видов нагрузок или их сочетаний при работе машин могут возникнуть отказы элементов в результате их поломки, пластической деформации, износа, коррозии и т.п.:

- поломки элементов горных машин могут возникнуть как при превышении нагрузкой статической прочности элемента, так и в результате усталостных разрушений;

- усталостные разрушения возникают при переменных нагрузках и происходят вследствие превышения напряжений предела выносливости;

- пластические деформации наблюдаются в деталях из вязких материалов и проявляются в виде искривления валов и осей, смятия шпонок и т.п.;

- износ возникает в результате постепенного разрушения поверхностных слоев деталей при трении, и заключается в изменении размеров, формы и состояния поверхности деталей;

- коррозия происходит в результате разрушения металлов вследствие химического и электрохимического воздействия внешней среды.

В целом, среди других видов эксплуатационные отказы, как по количеству, так и по продолжительности и трудоемкости их устранения имеют наибольший удельный вес.

Отказы элементов также могут возникать и в результате различных (аварийных или естественных) повреждений элементов горных машин. Необходимо отметить, что большое количество деталей горных машин выходит из строя в результате износа, который является одной из главных причин старения оборудования.

Таким образом, анализ показывает, что нагрузки, действующие на машину в процессе работы, не являются вполне определенными, соответственно, изменение

86

эксплуатационных показателей надежности целесообразно описывать случайными функциями времени.

Очевидно, что параметры среды (условий эксплуатации) могут являться случайными величинами, т.е. величинами, которые могут принимать те или иные значения, в зависимости от случая. Если же в заданных интервалах (3) параметры среды являются величинами, зависящими от времени, то в этом случае они принимают значения случайных функций.

Возможны, как показали исследования [1,2] и другие сочетания пересекающихся параметров, что, безусловно, усложнит математическую модель рассматриваемого взаимодействия и может потребовать достаточно широких комплексных натурных и аналитических исследований процессов взаимодействия среды и комплекса машин для установления объективных законов распределения случайных величин и функций, их характеристик и пределов интегрирования. На наш взгляд, для практических расчетов достаточно представления взаимодействия среды и сложной системы (комплекса оборудования) в виде случайной величины и детерминированного интервала, соответственно, что подтверждается имеющимся опытом эксплуатации самоходных горных машин и всей технологической цепи, небольшим сроком эксплуатации подобного оборудования (3-5 лет) и анализом существующего технологического процесса при добыче руды [3,4].

Список литературы

1. Рогов Е.И. и др. Математические модели адаптации процессов и подсистем угольной шахты. Алма-Ата, Наука, 1979, 240 с.

2. Рогов Е.И. Оптимизационное моделирование в горном деле. Алма-Ата, Наука, 1987, 80 с.

3. Акашев З.Т., Данияров Н.А., Жалгасбеков А.З. Опыт механизации процесса добычи руд самоходным оборудованием. // Вестник ЖезУ. Научный журнал, Жезказган:

Изд-во ЖезУ, 2007, С. 96-103.

4. Данияров Н.А. Структурный анализ средств и систем механизации технологического процесса подземной разработки руд. // Актуальные проблемы горно- металлургического комплекса Казахстана: Труды междунар. науч.-практической конф.

/КарГТУ. - Караганда: Изд-во КарГТУ, 2007. С. 121-124.