矿井柔性连接运输系统动态仿真软件的研究.pdf

收稿日期 2007 04 11 作者简介 贺全智 1964- , 男, 山西汾阳人, 大学本科, 主要从事煤矿机械教学工作。 第 27 卷 第 2 期 2007 年 6 月 山 西 煤 炭 SHANXI COAL Vol 27 No. 2 Jun. 2007 矿井柔性连接运输系统动态仿真软件的研究 贺全智 吕梁高等专科学校, 山西 吕梁 033000 摘 要 采用计算机仿真的方法模拟整个矿井运输系统的运行情况, 从而确定系统煤仓容量和 系统的有效度。在软件中, 实现了系统状态变化的动态显示, 提高了矿井运输系统仿真的直观性。 关键词 矿井; 运输系统; 计算机仿真 中图分类号 T D52; TP39 文献标识码 A 文章编号 1672 5050 2007 02 0021 04 1 引 言 计算机仿真是 20 世纪 40 年代随着应用数学的 发展和电子计算机的日益完善而形成的一门新兴的 技术学科。当一个随机系统很难用解析式去建立数 学模型时, 计算机仿真不失为一个解决的方法。采 矿系统是一个复杂系统, 众多的随机因素使利用解 析式建立系统数学模型变得极其困难, 同时这些随 机性的因素也加大了对系统运行情况进行预测的难 度。对于矿井运输系统而言, 其有效度的状态方程 是一高阶非线性时变状态方程, 其解析解是很难求 出的, 而运用计算机仿真的方法却可以很好地解决 这一问题。 2 仿真原理 在此, 我们假设运输系统除煤仓以外环节的正 常运行时间和故障时间都服从负指数分布, 煤流强 度服从正态分布。该假设已经得到验证, 并且也符 合矿井实际情况。 首先利用程序产生[ 0, 1] 区间的均匀随机数, 在 此基础上产生负指数分布和正态分布随机变量。通 过统计煤流强度的分布规律, 可得到煤流强度的均 值和均方根, 利用这 2 个值可编程产生一个服从正 态分布的随机变量, 用该随机变量就可模拟来煤量。 通过统计线性部件的正常运行时间和故障时间就可 得到该部件的失效率和维修率, 而由部件的失效率 和维修率就可产生负指数分布的随机变量, 用此随 机变量就可以来模拟线性部件的正常运行时间和故 障维修时间。在程序中我们对每一种可能出现的状 态设置一个记时器, 在每一个步长周期中, 程序扫描 各个状态, 如果处于系统某一状态, 则该状态记时器 加一个步长值。模拟结束后, 将各个失效状态的记 时器相加去除以总模拟时间, 就可求得整个系统的 有效度。由此也可以看出 模拟时间越长, 模拟步长 越小, 模拟结果就越精确。 3 矿井运输系统动态仿真软件的功能 3. 1 产生随机变量 几乎所有仿真过程都需要用一定概率分布的随 机数来描述客观过程中的随机因素, 而要产生规定 分布的随机数, 通常先要产生标准均匀分布的随机 数, 然后才能从所需要分布的累积分布函数中产生 出相应的随机数, 因此标准均匀分布随机数是产生 其它分布随机数的基础。在本文中采用线性同余法 生成标准均匀分布随机数, 并对随机数的均匀性和 独立性进行了检验。 3. 1. 1 线性同余法 线性同余法公式为 Zi aZi- 1 C modM, i 1, 2, n 按照求余数的公式, 上式写作 Zi aZi- 1 C - aZi- 1 C M M 式中乘数 a 、 增量 C 、 模数 M 及随机数种子Z0 都是非负整数, 并且M 0, M a, M C, M Z0。 要获得较好的随机数列, M 应尽量取大, 并选好 a、 C 和Z0, 使周期P M, 即为完全周期。 在这里采用以 下公式 Zi 5 6 Zi- 1 1 mod2 15 即乘数 a 15 625, 增量 C 1, 模数 M 32 768, 随机数种子Z0 3。 可以证明上式产生的均 匀随机数序列具有完全周期, 其循环长度为 32 768。 表 1 为用该公式编制的产生[ 0, 1] 之间均匀随机数 程序产生的前 100个随机数。 表 1均匀随机数表 0. 431 0. 219 0. 538 0. 454 0. 045 0. 534 0. 405 0. 536 0. 320 0. 790 0. 745 0. 873 0. 881 0. 613 0. 182 0. 088 0. 351 0. 627 0. 341 0. 808 0. 356 0. 458 0. 849 0. 656 0. 522 0. 730 0. 329 0. 258 0. 473 0. 069 0. 407 0. 239 0. 834 0. 099 0. 707 0. 224 0. 230 0. 445 0. 855 0. 838 0. 286 0. 733 0. 476 0. 706 0. 628 0. 587 0. 194 0. 453 0. 879 0. 632 0. 635 0. 703 0. 666 0. 494 0. 424 0. 083 0. 613 0. 798 0. 185 0. 216 0. 345 0. 167 0. 544 0. 729 0. 487 0. 228 0. 126 0. 245 0. 665 0. 606 0. 555 0. 390 0. 502 0. 925 0. 457 0. 789 0. 625 0. 810 0. 457 0. 067 0. 658 0. 887 0. 179 0. 849 0. 226 0. 780 0. 249 0. 760 0. 954 0. 115 0. 292 0. 424 0. 467 0. 516 0. 932 0. 468 0. 391 0. 608 0. 795 0. 515 运用软件的校验模块可以对上述100个随机数 作均匀性检验和独立性检验, 其原理是用数理统计 的 2检验其均匀性, 用相关系数 检验其独立性。 在这里取自由度 MU 9, 显著度 0. 05, 查 表可得 0. 05 的 2 16. 919, 可得到 2 15. 000 2 0. 05 16. 919 jN - j 1. 163 1. 96 根据数理统计的知识, 可知上述公式产生的随 机数符合均匀性和独立性检验。 3. 1. 2 负指分布随机变量的产生 负指分布密度函数曲线如图 1 所示。 图 1 负指分布密度函数曲线图 3. 1. 3 正态分布随机变量的产生 正态分布密度函数曲线如图 2 所示。 3. 2 数据处理 该模块的主要功能是对现场收集的原始数据进 行处理, 以得出系统中部件可靠性的基本参数, 并且 显示数据的分布概率密度。 3. 2. 1 输入数据 打开输入数据窗体, 在文本框中输入原始数据, 并点击 生成数据文件将数据保存。 图 2 正态分布密度函数曲线图 3. 2. 2 处理数据 从数据文件中读取数据找出最大值, 按输入的 分段数分组并统计在每一个区间中数据出现频数, 从而计算出部件的失效率或维修率。 3. 2. 3 分布曲线 在此窗体中显示数据分布密度曲线。 3. 3 模拟 该模块的主要功能是模拟产生矿井运输系统有 效度, 并显示矿井运输系统状态的动态变化, 其中又 分为 4 个子模块, 如下所述。 3. 3. 1 胶带 该模块主要产生矿井胶带硬连接运输系统 即 不设置煤仓的系统 的有效度。 3. 3. 2 生产矿井 此子模块主要产生 胶带∀ 煤仓 ∀ 胶带系统的 有效度, 并且显示此系统在不同煤仓容量情况下有 效度的变化。 在此子模块中又分为两部分 有效度计算和煤 仓容量确定。 3. 3. 2. 1 有效度计算 该窗体的功能是在仓前环节、 仓后环节的失效 率和维修率一定的条件下, 模拟分析不同煤仓容量 下煤仓系统的有效度。 该程序首先定义了在煤仓运输系统运行过程中 可能出现的 12 种状态, 煤仓系统的状态用**** 表 示, 其中* 可取值为 0、 1、 2。 表 2 给出系统的运行过程中可能出现的状态。 在此定义, 系统正常状态为 0**** , 系统故 障状态为 1****和 2**** , 在给定的模拟时间 内, 按等时间步长扫描系统, 累计系统正常状态出现 的时间, 从而得到系统的有效度。 22 山 西 煤 炭 第 27 卷 表 2 系统状态表 系统状态 状态标志含义 煤仓前部胶带 煤仓入口 煤仓出口 煤仓后部胶带 正 常 状 态 0000正常正常正常正常 0011正常正常放空故障 0012正常正常放空迫停 0021正常正常迫停故障 故 障 状 态 1100故障满仓正常正常 1121故障满仓迫停故障 1200故障迫停正常正常 1211故障迫停放空故障 1212故障迫停放空迫停 1221故障迫停迫停故障 2100迫停满仓正常正常 2121迫停满仓迫停故障 3. 3. 2. 2 煤仓容量的确定 该窗体主要功能是在煤仓前、 后部失效率维修 率及煤仓系统有效度一定的情况下来模拟计算煤仓 系统应有的容量。在此我们定义煤仓容量的上限为 10 000 t, 当煤仓容量已经超过 10 000 t, 而仍未达 到预期有效度时, 提示降低有效度要求或调节其它 环节可靠性参数。 3. 3. 3 设计矿井 该模块主要功能是确定设计矿井采区煤仓和井 底煤仓的合理容量, 为矿井连续运输系统的设计提 供依据。煤仓容量确定合理与否, 通常用煤仓服务 可靠性来衡量。编程思路 假定 a. 煤流强度服从正态分布; b. 煤仓前后胶带不发生故障; c. 煤仓容量无穷大, 使煤仓前后相衔接的生产 系统 设备 在不受仓容限制的情况下工作。在这种 条件下, 统计煤仓各个存煤量水平在模拟时间范围 内出现的频率, 取出现频率最大的煤仓存煤量为设 计矿井的合理煤仓容量。 在此子模块中也分为两部分 采区煤仓容量确 定和井底煤仓容量确定。 a. 采区煤仓容量确定。模拟模型为 胶带输送 机∀ 煤仓 ∀ 胶带输送机, 仓前环节来煤强度服从正 态分布, 放煤速度一定。模拟从第一天的早上 8 00 至第二天早上 8 00 共 1 440 min , 仓前入口胶带 可以有多条, 煤仓出口胶带为一条。程序中记录了 每天煤仓的最大煤量及其对应的时间。此程序中可 对煤仓入口胶带数进行动态的调整, 随着从界面输 入的胶带数的不同, 程序可以自动处理多条胶带的 情况。 b. 井底煤仓容量确定该子模块与采区煤仓合理 容量子模块基本相同, 经模拟可以得到井底煤仓合 理容量。 3. 3. 4 动态模拟 该子模块主要功能是确定矿井柔性连接系统的 有效度, 并给出整个连续运输系统状态的动态变化 演示。 在此模块中, 假定工作面来煤量服从正态分布, 地面煤仓系统的容量不会影响提升系统的工作。该 程序中, 我们定义了矿井柔性连接系统运行过程中 可能出现的 71 种状态, 其中包括 24 种正常状态和 47 种故障状态。 这样我们就可以得到类似于生产矿井有效度计 算的系统状态表。同样, 在给定的模拟时间内, 按等 时间步长扫描系统, 累计系统正常状态出现的时间, 从而得到整个连续运输系统的有效度。 4 该程序的主要特点 a. 充分考虑了整个运输系统运行过程中的各个 状态, 从而具有较高的精确度。 b. 程序的编制避开了因煤仓容量而引起的失效 率和维修率, 从而在数据的采集过程中可以不必收 集因煤仓容量而引起系统故障时间, 这在一定程度 上增加了模拟的准确性。 c. 在模拟程序中, 对煤仓的煤位、 满仓时间、 空 仓时间和正常运行时间都有记录, 这些可为在理论 上分析煤仓系统提供数据。 5 结 论 a. 对在矿井设计过程中提高设计效率、 增强设 计质量, 发挥运输系统的最佳效能, 具有一定的现实 意义。 b. 引入面向对象的编程语言使仿真结果更加符 合实际情况, 也增加了仿真结果的直观性, 从而更适 合于现场的应用。 参考文献 [ 1] 唐祖章, 宜茂生. 采矿系统计算机模拟[ M] 北京 . 煤炭工业出版社, 1996 [ 2] 王玉浚 采矿系统优化与模拟[ M] 徐州 中国矿业大学出版社, 1989 [ 3] 张先尘, 秦介明 矿井连续运输生产系统的模拟与分析[ J] 中国矿业大学学报, 1987 4 下转第 30 页 23 第 2 期 贺全智 矿井柔性连接运输系统动态仿真软件的研究 Study on Operating Reliabilities of TrayType Brake for Shaft Winding Engine HUANG Jian Supply and Marketing Corporation of Fenxi Mining Group of Shanxi Coke Group, Jiexiu Shanxi 032000, China Abstract The operating reliabilities of traytype brake for shaft winding engine can be divided into inherent one and usage one. By analyzed them, brakes fault tree modes of shaft winding en gine were given out, the principles of uating operation reliabilities and maintenance one of traytype brake were established. Key wordswinding engine; brake; reliabilities analysis; uating analysis 本文责任编辑 刘大为 上接第 16 页 The Synthesis of Zeolites by Ashes from Circulating Fluidized Bed SHI Zehua, WANG Zeng zhang, WANG Yong hong College of Environment Science and Engineering, T aiyuan University of Technology, Taiyuan Shanxi 030024, China Abstract Utilizing ashes from industrial waste residues circulating fluidized bed CFB the X and P zeolites have been synthesized in the present research successfully without baking at a high temperature, and relative crystallinity of the assynthesized X and P zeolites were 68 75 and 55 respectively by XRD diffraction technique characterization. T he results showed that the pretreatment of baking at 550 was not necessary. Key words ashes from circulating fluidized bed CFB ; zeolites; synthesis 本文责任编辑 徐树文 上接第 23 页 The Study on the Dynamic Simulation Software of Mine Soft Link Transportation System HE Quan zhi Luliang Academy, Luliang Shanxi 033000, China Abstract Mine transportation systems operation statuses was simulated by computer meth ods, and bunker capacity of the system and its validity were determined based it. In the software, the system statuschanges were dynamically displayed, and simulating visibility was enhanced . Key wordsMine; transportation system; simulation by computer s 本文责任编辑 刘大为 30 山 西 煤 炭 第 27 卷