Кірія Руслан Вісаріонович Моделювання процесів функціонування систем конвеєрного транспорту зі складною структурою і мето­ди підвищення їх ефективності

Краткое описание

Кірія Руслан Вісаріонович, тимчасово в. о. завідувача відділу фізико-механічних основ гірничого транспорту Інституту геотехнічної механіки імені М. С. Полякова НАН України: «Моделювання процесів функціонування систем конвеєрного транспорту зі складною структурою і мето­ди підвищення їх ефективності» (01.05.02 - математичне моделювання та обчислювальні методи - технічні науки). Спецрада Д 08.084.01 у Національній металургійній акаде­мії України

Інститут геотехнічної механіки ім. М.С. Полякова
Національна академія наук України
Національна металургійна академія України
Міністерство освіти і науки України
Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису
Кірія Руслан Вісаріонович
УДК 004.942:622.647.8 (043.3)
ДИСЕРТАЦІЯ
МОДЕЛЮВАННЯ ПРОЦЕСІВ ФУНКЦІОНУВАННЯ
СИСТЕМ КОНВЕЄРНОГО ТРАНСПОРТУ ЗІ СКЛАДНОЮ
СТРУКТУРОЮ І МЕТОДИ ПІДВИЩЕННЯ ЇХ ЕФЕКТИВНОСТІ
01.05.2 - математичне моделювання та обчислювальні методи
технічні науки
Подається на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук Дисертація містить результати власних досліджень. Використання ідей, результатів і текстів інших авторів мають посилання на відповідне джерело Р.В. Кірія
Науковий консультант Монастирський Віталій Федорович,
доктор технічних наук, професор
Дніпро - 2018

ЗМІСТ
ВСТУП 25
1 СТАН ПРОБЛЕМИ ТА ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ДОСЛІДЖЕНЬ 38
1.1 Системи підземного конвеєрного транспорту вугільних шахт 38
1.2 Огляд та аналіз робіт з моделювання та ефективності функціонування
систем конвеєрного транспорту 46
1.3 Висновки. Вибір напрямків і постановка задач досліджень 75
2 МАТЕМАТИЧНІ МОДЕЛІ ФУНКЦІОНУВАННЯ СИСТЕМ
КОНВЕЄРНОГО ТРАНСПОРТУ 78
2.1 Математичні моделі функціонування конвеєрного транспорту без
бункерів 81
2.2 Математичні моделі функціонування систем конвеєрного транспорту
з акумулюючими бункерами 97
2.2.1 Класифікація бункерів конвеєрного транспорту та режими їх
роботи 97
2.2.2 Модель функціонування системи конвеєрного транспорту з
некерованими бункерами 101
2.2.3 Модель функціонування систем конвеєрного транспорту з акумулюючими бункерами, що працюють в керованому режимі . . 129
2.3 Висновки 142
3 ВИЗНАЧЕННЯ ЕНЕРГОЄМНОСТІ ТРАНСПОРТУВАННЯ І
ПОКАЗНИКА ЕНЕРГЕТИЧНОЇ ЕФЕКТИВНОСТІ ФУНКЦІОНУВАННЯ СИСТЕМ КОНВЕЄРНОГО ТРАНСПОРТУ 146
3.1 Визначення енергоємності транспортування системи конвеєрного
транспорту без бункерів 148
3.2 Визначення енергоємності транспортування систем конвеєрного
транспорту з акумулюючими бункерами 160
3.3 Дослідження пропускної здатності, енергоємності та питомої енергоємності транспортування системи конвеєрного транспорту . . . . 172
3.4 Висновки 195
4 ДОСЛІДЖЕННЯ ПРОЦЕСІВ ФУНКЦІОНУВАННЯ АКУМУЛЮЮЧИХ
БУНКЕРІВ, ЩО ПРАЦЮЮТЬ В СИСТЕМІ КОНВЕЄРНОГО ТРАНСПОРТУ 200
4.1 Імітаційне моделювання функціонування акумулюючих бункерів
в системі конвеєрного транспорту 202
4.2 Визначення середнього об'єму вантажу в акумулюючому бункері,
працюючому в некерованому режимі 210
4.3 Визначення середнього об'єму вантажу в акумулюючому бункері,
працюючому в керованому режимі 225
4.3.1 Визначення середнього об'єму вантажу у разі двошвидкісного
живильника 245
4.3.2 Визначення середнього об'єму вантажу в разі його завантаження
двома конвеєрами 253
4.4 Висновки 263
5 РОЗРОБКА МЕТОДІВ І СПОСОБІВ ПІДВИЩЕННЯ ЕФЕКТИВНОСТІ ФУНКЦІОНУВАННЯ СИСТЕМИ КОНВЕЄРНОГО ТРАНСПОРТУ . . . 266
5.1 Методологія управління системою конвеєрного транспорту 266
5.2 Методи і засоби управління швидкістю стрічки конвеєра 270
5.3 Методи та засоби управління об'ємом вантажу в акумулюючому бункері
при його роботі в режимі підтримки в ньому об'єму вантажу в заданих межах 282
5.3.1 Засоби управління акумулюючим бункером 284
5.3.2 Оптимальне та адаптивне управління акумулюючим бункером . . 286
5.4 Оптимальне та адаптивне управління системою конвеєрного транспорту
з бункерами 294
5.4.1 Оптимальне управління 296
5.4.2 Адаптивне управління 304
5.5 Розробка методики визначення пропускної здатності, енергоємності
транспортування, структури алгоритмів і параметрів адаптивного управління системою конвеєрного транспорту 313
5.6 Розробка технічних рішень і рекомендацій по підвищенню ефективності
функціонування систем конвеєрного транспорту 325
5.7 Висновки 332
ВИСНОВКИ 335
СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ 340
Додаток А. Список публікацій здобувача за темою дисертації та відомості
про апробацію результатів дисертаційної роботи 357
Додаток Б. Виведення системи рівнянь для визначення середніх і дисперсій часів досягнення заданої кількості вантажу в
акумулюючому бункері 363
Додаток В. Методика визначення пропускної здатності, енергоємності транспортування, структури алгоритмів і параметрів адаптивного управління системою конвеєрного транспорту . . . 373 Додаток Г. Акти передачі «Методики визначення пропускної здатності, енергоємності транспортування, структури алгоритмів і параметрів адаптивного управління системою конвеєрного
транспорту 377
Додаток Д. Акти передачі методичних матеріалів і рекомендацій щодо підвищення ефективності роботи систем конвеєрного транспорту в проектні організації та на гірничі підприємства . . . 380
ВСТУП
Актуальність теми.
Конвеєрний транспорт є однією з головних ланок в технологічних про¬цесах в гірничодобувній, металургійній та інших галузях промисловості. Кон¬веєрний транспорт є складною багатофункціональною технічною системою з деревовидною розгалуженою змінною структурою, що включає конвеєри, зава¬нтажувальні та перевантажувальні вузли, бункери, живильники та перемикачі.
Аналіз роботи систем конвеєрного транспорту показав, що недостатня ефективність їх роботи пов’язана з низькою пропускною здатністю й високою енергоємністю транспортування, що обумовлено простоями конвеєрного об-ладнання через аварійні, технологічні та організаційні причини та недованта¬женням конвеєрів через нерівномірність вантажопотоків, що надходять в сис¬тему транспорту.
В даний час для підвищення пропускної здатності систем конвеєрного транспорту застосовуються акумулюючі бункери, які дозволяють за рахунок накопичення деякої кількості вантажу в бункері в процесі роботи конвеєрної лінії збільшити пропускну здатність.
Проте через часті переповнювання акумулюючих бункерів і, як наслідок, простої конвеєрних ліній, а також нерівномірності вантажопотоків, що надхо¬дять в систему транспорту, ефективність їх використання в системах конвеєр¬ного транспорту низька.
Одним із шляхів підвищення ефективності використання акумулюючих бункерів і тим самим підвищення пропускної здатності та енергоємності тран¬спортування систем конвеєрного транспорту є управління вантажопотоками за допомогою акумулюючих бункерів і регулювання швидкості стрічки конвеєра з використанням контролерів і частотних перетворювачів.
Для цього необхідно розробити математичні моделі функціонування си¬стем конвеєрного транспорту і на їх основі розробити методи і алгоритми управління системою транспорту, що підвищують її пропускну здатність і знижують енерговитрати на транспортування вантажу.
У розробку наукових основ моделювання процесів функціонування, розра¬хунку показників ефективності функціонування та управління системою конвеє¬рного транспорту внесли суттєвий внесок такі вчені: М. С. Поляков, О. О. Спі- ваковський, Л. Г. Шахмейстер, Б. О. Кузнєцов, В. Г. Дмитрієв, В. К. Смірнов,
B. Ф. Монастирський, В. А. Пономаренко, Л. Н. Ширін, С. В. Корнєєв, Л. М. Алотін, П. Б. Степанов, Б. Г. Клімов, С. О. Каріман, О. М. Шпігановіч,
І. В. Бішеле, С. Ж. Саржанов, Є. Л. Креймер, О. П. Владзієвський, Х. Б. Кор- донській, Б. О. Севастьянов, Г. М. Черкесов, В. Г. Шорін, А. І. Шендеров, Л. Т. Шаповалов, О. М. Мальгін, В. Я. Копп, О. І. Песчанський, В. В. Ткачов, М. І. Стаднік, Ю. Т. Розумний, А. В. Рухлов, О. В. Козар, Ю. М. Руденко,
І. О. Ушаков, Е. Дж. Хенлі, Х. Кумамото, Дж. Ендрені, E. F. Wolstenholme,
C. Baral Suresh.
Аналіз робіт цих авторів показав, що розроблені ними математичні мо¬делі, методи розрахунку та управління стосуються систем конвеєрного транс¬порту з невеликою кількістю конвеєрів (менше п'яти) і з простими схемами з'єднання конвеєрів і бункерів. Отримані ними моделі, методи розрахунку й управління не можуть бути використаними для опису процесів функціонуван¬ня та управління системами конвеєрного транспорту зі складною розгалуже¬ною змінюваною структурою, що складаються з великої кількості конвеєрів (понад п'ять).
Таким чином, розробка математичних моделей процесів функціонування розгалужених систем конвеєрного транспорту, що складаються з великої кіль¬кості конвеєрів і акумулюючих бункерів, з урахуванням імовірнісного харак¬теру простоїв конвеєрного обладнання та нерівномірності вантажопотоків, що надходять до системи транспорту, і на підставі цього створення методів розра¬хунку та прогнозування показників ефективності функціонування, а також ме¬тодів і алгоритмів оптимального та адаптивного управління системою конвеє- рного транспорту, що підвищують ефективність роботи, тобто підвищують пропускну здатність і знижують енерговитрати на транспортування вантажу, є актуальною науковою проблемою.
Зв’язок з науковими програмами, планами і темами.
Дисертаційна робота виконувалася відповідно до програми «Екологічно чиста енергетика та ресурсозберігаюча технологія» держбюджетних НДР: № 30 «Наукові основи адаптивного управління конвеєрними лініями гірничих підприємств» (2007-2010 р.р.), № держреєстрації 0107U0001268; № 36 «Нау¬ково-технічне обґрунтування прогресивних рішень по організації конвеєрного транспорту вугільних шахт» (2007-2011 р.р.), № держреєстрації 0107U002004; № 63 «Розвиток наукових основ високоефективних систем і засобів управління основними вантажопотоками підземного конвеєрного транспорту вугільних шахт» (2012-2016 р.р.), № держреєстрації 0112U000493. У першій і другій НДР автор був відповідальним виконавцем і в третій - науковим керівником.
Метою роботи є підвищення ефективності роботи систем конвеєрного транспорту зі складною розгалуженою структурою шляхом математичного моделювання процесів їх функціонування на основі теорії марковських проце¬сів і методів оптимального управління складними ієрархічними системами.
Ідея роботи полягає у використанні методу динаміки середніх для мар-ковських процесів і самоподібності структури систем конвеєрного транспорту при моделюванні процесів функціонування, визначенні пропускної здатності й енергетичної ефективності функціонування, а також при визначенні парамет¬рів оптимального та адаптивного управління конвеєрним транспортом.
Для досягнення поставленої мети в роботі було сформульовано наступні задачі:
1. Розробити математичні моделі процесу функціонування систем конве¬єрного транспорту зі складною самоподібною деревовидною структурою з урахуванням випадкового характеру простоїв конвеєрного обладнання та порі¬вняти результати теоретичних досліджень з результатами імітаційного моде¬лювання.
2. Визначити енергоємність транспортування і показник енергетичної ефективності систем конвеєрного транспорту з різними самоподібними дере-вовидними структурами.
3. Дослідити вплив величин вантажопотоків, що надходять до системи конвеєрного транспорту, інтенсивностей простоїв і відновлень конвеєрів, па-раметрів акумулюючих бункерів, які працюють в різних режимах, на показни¬ки ефективності функціонування системи конвеєрного транспорту.
4. Дослідити та встановити закономірності процесу функціонування акумулюючих бункерів при різних режимах їх роботи в системі конвеєрного транспорту та порівняти результати теоретичних досліджень з результатами імітаційного моделювання.
5. Розробити методи та обґрунтувати параметри оптимального та адап¬тивного управління акумулюючими бункерами та системою конвеєрного тран¬спорту із самоподібною деревовидної структурою.
6. Розробити методику визначення пропускної здатності, критеріїв ефек¬тивності функціонування, алгоритмів і параметрів оптимального та адаптивно¬го управління системою конвеєрного транспорту з розгалуженою структурою.
Впровадити результати досліджень в проектні організації та в промисло¬вості.
Об’ єкт досліджень - процеси функціонування систем конвеєрного тран¬спорту зі складною розгалуженою структурою.
Предмет досліджень. Математичні моделі та методи визначення показ-ників ефективності функціонування, а також методи оптимального та адапти-вного управління системою конвеєрного транспорту зі складною розгалуже-ною структурою, що підвищують її пропускну здатність і знижують енергови- трати на транспортування вантажу.
Методи досліджень. Роботу було виконано на основі системного підхо¬ду, при цьому використовувалися методи аналізу і синтезу складних систем. При розробці математичних моделей функціонування систем конвеєрного тра¬нспорту було використано теорію марковських процесів і метод динаміки се¬редніх при визначенні показників ефективності функціонування системи тран¬спорту. При визначенні середніх об’ємів вантажу в акумулюючих бункерах при різних режимах їх роботи в системі конвеєрного транспорту застосовував¬ся принцип Понтрягіна для кусково-марковських процесів. Для перевірки аде¬кватності математичного моделювання використовувалися методи імітаційно¬го моделювання, а також методи математичної статистики при обробці екс¬плуатаційних даних. При розробці методів і принципів адаптивного управлін¬ня акумулюючими бункерами і системою конвеєрного транспорту використо¬вувалися методи оптимального та адаптивного управління складними систе¬мами з ієрархічною структурою.
Наукова новизна полягає в тому, що:
1. Вперше на основі теорії марковських процесів з використанням мето-ду динаміки середніх для систем конвеєрного транспорту з послідовним і па-ралельним з'єднанням конвеєрів та із самоподібною деревовидною структурою без бункерів було розроблено математичні моделі та методи визначення їх пропускної здатності та енергоємності транспортування в припущенні, що ін¬тенсивності простоїв конвеєрів на порядок менше їх інтенсивностей віднов¬лень. При цьому результати імітаційного моделювання, проведеного для різ¬них випадків поєднання нормального й експоненціального законів розподілу інтенсивностей простоїв і відновлень конвеєрів, відрізняються від результатів, отриманих на основі розроблених методів, не більше ніж на 3 %.
2. Вперше на основі теорії марковських процесів було вдосконалено ма¬тематичні моделі, які описують процес функціонування системи «конвеєр - бункер - конвеєр» з акумулюючим бункером, що працює в некерованому ре-жимі та в керованому режимі, тобто в режимі підтримки в ньому об’єму ван-тажу в заданих межах.
При цьому встановлено, що середня пропускна здатність системи «кон¬веєр - бункер - конвеєр» за будь-яких співвідношеннях середніх вантажопото¬ків, що надходить в бункер Шд і розвантажується з нього Qn, зі збільшенням
об’єму акумулюючого бункера або об’єму його незаповненою частини спочат¬ку збільшується і при подальшому збільшенні об’єму бункера асимптотично прямує до постійного значення, що дорівнює Qn при Шд > Qn і Шд при
Шд < Qn. Крім того, пропускна здатність зі збільшенням Qn при Шд > Qn збі-льшується, а при Шд < Qn практично не змінюється.
3. Вперше на основі методу динаміки середніх для марковських процесів та отриманих залежностей середньої пропускної здатності системи «конвеєр - бункер - конвеєр» від величин середніх вантажопотоків, що надходить в аку- мулюючий бункер і розвантажується з нього, було розроблено методи визна¬чення пропускної здатності та енергоємності транспортування систем конвеє¬рного транспорту з послідовним і паралельним з'єднанням акумулюючих бун¬керів, а також із самоподібною деревовидною структурою з акумулюючими бункерами, що працюють в некерованому режимі та в режимі підтримки в них об’ємів вантажу в заданих межах. При цьому результати теоретичних дослі¬джень відрізняються від експлуатаційних даних не більше ніж на 10 %.
4. Вперше встановлено, що питома енергоємність системи «конвеєр - бункер - конвеєр» незалежно від режиму роботи акумулюючого бункера при Шд < Qn зі збільшенням вантажопотоку mg, що надходить на надбункерний
конвеєр, зменшується за гіперболічним законом, практично не залежить від продуктивності живильника Qn, об'єму бункера V або об'єму незаповненої ван¬тажем частини бункера A V, а при Шд > Qn питома енергоємність зі збільшен¬ням mg набуває постійного мінімального значення, зі збільшенням продуктив¬ності живильника Qn зменшується і не залежить від об'єму бункера V або об'є¬му незаповненої вантажем частини бункера А V.
5. Вперше на основі розроблених математичних моделей процесу функ-ціонування акумулюючих бункерів, які працюють в системі конвеєрного тран¬спорту в некерованому режимі, було визначено залежності середнього об’єму вантажу в акумулюючому бункері від середніх вантажопотоків, що надходить в бункер і розвантажується з нього, продуктивності живильника, а також об’єму бункера.
При цьому встановлено, що середній об’єм вантажу в акумулюючому бункері при зміні продуктивності живильника від нуля до нескінченності зме¬ншується від максимального допустимого значення об’єму вантажу бункера до деякого постійного значення і при рівності середніх вантажопотоків, що надходить в бункер і розвантажується з нього, приблизно дорівнює половині максимального допустимого значення об’єму вантажу в бункері.
6. Вперше на основі методу Понтрягіна для марковських процесів було розроблено математичну модель функціонування акумулюючого бункера, працюючого в керованому режимі. При цьому отримано системи рівнянь від¬носно середніх і дисперсій часів заповнення і розвантаження акумулюючого бункера для одношвидкісного і двохшвидкісного живильників.
Встановлено, що зі збільшенням продуктивності живильника середній об’єм вантажу в акумулюючому бункері спочатку зменшується за гіперболіч-ним законом і при подальшому збільшенні продуктивності живильника асимп¬тотично прямує приблизно до півсуми заданих максимального і мінімального об’ємів вантажу в бункері.
7. Вперше вирішено задачі оптимального та адаптивного управління си¬стемою конвеєрного транспорту з акумулюючими бункерами, що працюють в керованому режимі. При цьому оптимальне й адаптивне управління системою конвеєрного транспорту представляють собою задачу управління дворівневою ієрархічною системою, яка дозволяє при зміні структури системи конвеєрного транспорту і величин вантажопотоків, що надходять до системи транспорту, за допомогою вибору швидкостей конвеєрів і живильників, а також максималь¬них заданих об’ємів вантажу в акумулюючих бункерах забезпечити максима¬льну пропускну здатність і мінімальну питому енергоємність системи конвеє¬рного транспорту.
Обґрунтованість і достовірність наукових положень, висновків і ре-комендацій підтверджується фундаментальними методами теорії ймовірності, випадкових марковських процесів, методами системного аналізу та оптималь-ного управління, порівнянням результатів аналітичних досліджень з результа¬тами імітаційного моделювання та результатами статистичної обробки даних експлуатації; позитивними результатами дослідно-промислової перевірки за¬пропонованих рекомендацій та їх промисловим впровадженням.
Наукове значення роботи. У роботі на основі теорії випадкових мар-ковських процесів отримали розвиток методи математичного моделювання процесу функціонування системи конвеєрного транспорту зі складною розга¬луженою структурою з акумулюючими бункерами при різних режимах їх ро¬боти. На основі методу динаміки середніх для марковських процесів було роз¬роблено методи визначення пропускної здатності та енергоємності транспор¬тування систем конвеєрного транспорту із самоподібною розгалуженою струк¬турою, що зводяться до рекурентних співвідношень. На основі методу Понтря- гіна для марковських процесів отримано системи рівнянь відносно середніх і дисперсій часу заповнення і розвантаження акумулюючого бункера, що пра¬цює в режимі підтримки в ньому об’єму вантажу в заданих межах для однош- видкісного і двохшвидкісного живильників. Це дозволило визначити середній об’єм вантажу в акумулюючому бункері в залежності від продуктивності жи¬вильника, а також величини середніх вантажопотоків, що надходять в бункер і розвантажуються з нього.
На основі теорії оптимального управління складними ієрархічними сис-темами було розроблено методи оптимального та адаптивного управління сис-
темами конвеєрного транспорту зі складною розгалуженою структурою, що дозволяють підвищити пропускну здатність і знизити енерговитрати на транс-портування вантажу.
Практичне значення отриманих результатів полягає в розробці:
- методики визначення пропускної здатності, енергоємності транспорту¬вання, структури алгоритмів і параметрів адаптивного управління системою конвеєрного транспорту, що дозволяє підвищити її пропускну здатність до 50 % і зменшити енерговитрати на транспортування вантажу до 30 %, яку було передано до вищих навчальних закладів України;
- рекомендацій по проектуванню та підвищенню ефективності роботи систем підземного конвеєрного транспорту вугільних шахт, які було впрова-джено в проектних організаціях на гірничих підприємствах України;
- нових технічних рішень на рівні винаходів і корисних моделей з управління акумулюючими бункерами, конвеєрами і системою конвеєрного транспорту гірничих підприємств.
Реалізація результатів роботи.
Розроблену «Методику визначення пропускної здатності, енергоємності транспортування, структури алгоритмів і параметрів адаптивного управління системою конвеєрного транспорту» було передано до Національного технічно¬го університету «Дніпровська політехніка» МОН України та Національної ме¬талургійної академії України МОН України (2017 р.).
Розроблено:
- «Рекомендації щодо визначення критеріїв ефективності, параметрів і вибору структури алгоритмів адаптивного управління, а також засобів регулю¬вання швидкості приводу стрічкових конвеєрів» і передано ДВАТ «проектний інститут Дніпрогіпрошахт» (2010 р.);
- «Рекомендації щодо підвищення ефективності роботи системи підземно¬го конвеєрного транспорту» ш/у «Луганське» ДП «Луганськвугілля» (2011 р.);
- «Рекомендації щодо підвищення ефективності роботи систем конвеєрно¬го транспорту шахти «Мащинська» ш/у «Луганське» і передано ДП «Луганськву- гілля» (2011 р.), очікуваний річний економічний ефект становить 400 тис. грн.;
- «Рекомендації щодо підвищення ефективності роботи систем конвеєр¬ного транспорту на шахті «Алмазна» ш/у «Добропольское» і передано ПСП ШУ «Добропольское» ТОВ «ДТЕК Добропіллявугілля» (2015 р.);
- «Рекомендації щодо підвищення ефективності роботи систем конвеєр¬ного транспорту на шахтах ДП «Красноармійськвугілля» (2016 р.).
Апробація результатів дисертаційної роботи.
Основні положення роботи та результати досліджень доповідались і отримали схвалення на засіданнях:
- Міжнародної науково технічної конференції «Автоматизація: пробле¬ми, ідеї, рішення» (Севастополь, 2007, 2008, 2009, 2012, 2013 роки); Міжнаро¬дної конференції «Форум гірників» (Дніпропетровськ, 2011 р.); Міжнародної школи-семінару «Теорія прийняття рішень» (Ужгород, 2012, 2014 роки); XI Міжнародної науково-практичної конференції «Математичне та програмне за¬безпечення інтелектуальних систем» (Дніпропетровськ, 2013 р.);
- науково-технічної ради науково-проектного центру ДТЕК (Дніпропет¬ровськ, 2014 р.).
Особистий внесок автора. Основні результати дисертаційної роботи, які виносяться на захист, здобувач отримав особисто та опублікував в 41 робо¬ті [Додаток А]. При цьому роботи [13, 15, 18, 19, 22, 23, 27, 28, 29, 31] опублі-ковані в єдиному авторстві. В роботах, опублікованих в співавторстві, здобу- вачеві належать такі результати: [1] - розроблено методику оцінки показника надійності стрічкового конвеєра, отримано значення інтенсивностей простоїв і відновлень стрічкових конвеєрів в умовах їх експлуатації на гірничих підпри¬ємствах; [2] - розробка методики та розрахунок критеріїв ефективності роботи крутопохилого конвеєра; [3] - розроблено метод визначення параметрів адап¬тивного управління системою підземного конвеєрного транспорту з бункера¬ми; [4] - отримано рівняння Колмогорова, що описує випадковий процес зміни кількості вантажу в усереднюючому бункері, отримано рішення цього рівнян¬ня, визначено середній об'єм вантажу в бункері; [5] - розроблено метод визна¬чення енергоємності транспортування систем конвеєрного транспорту дерево¬видної самоподібної структури з керованими бункерами; [6] - з використанням методу динаміки середніх для марковських процесів розроблено метод визна¬чення пропускної здатності системи конвеєрного транспорту самоподібної де¬ревовидної структури з бункерами, працюючими в некерованому режимі; [7] - розроблено методику визначення критеріїв надійності та відносного енерго¬споживання конвеєрів; [8] - розроблено алгоритм адаптивного управління сис¬темою конвеєрного транспорту з бункерами, що працюють в керованому ре¬жимі; [9] - розроблено математичну модель функціонування акумулюючого бункера, працюючого в системі конвеєрного транспорту в керованому режимі у разі двохшвидкісного живильника; [10] - з використанням методу динаміки середніх для марковських процесів розроблено метод визначення пропускної здатності системи конвеєрного транспорту самоподібної деревовидної струк-тури з бункерами, що працюють в керованому режимі; 11] - розроблено метод визначення пропускної здатності системи конвеєрного транспорту з послідов¬ним і паралельним з'єднанням конвеєрів і бункерів у разі необмеженого об'єму бункера, визначено мінімальний об'єм акумулюючого бункера; [12] - розроб¬лено метод управління швидкістю стрічки конвеєра, який забезпечує мініма¬льні енерговитрати на транспортування вантажу; [14] - розроблено алгоритм імітаційного моделювання функціонування усереднюючого та акумулюючого бункерів, працюючих в системі конвеєрного транспорту; [16] - встановлено залежність потужності приводу конвеєра при регулюванні та нерегулюванні швидкості стрічки; [17] - розроблено методологію адаптивного управління си¬стемою конвеєрного транспорту, яка заснована на принципі управління склад¬ними ієрархічними системами; [20] - запропоновано метод управління усеред¬нюючим бункером, який працює в режимі підтримки в ньому об'єму вантажу в заданих межах, розроблено алгоритм оптимального та адаптивного управління бункером; [21] - розроблено спрощену марковську модель системи «конвеєр - бункер - конвеєр» з акумулюючим бункером, що працює в некерованому ре¬жимі; [24] - поставлено задачу оптимального та адаптивного управління сис¬темою підземного конвеєрного транспорту вугільних шахт із складною само- подібною деревовидною структурою, визначено глобальну функцію цілі;
[25] - проведено фрактальний аналіз структурних схем конвеєрного транспор¬ту гірничих підприємств; розроблено метод визначення середньої пропускної здатності систем конвеєрного транспорту з різною самоподібною структурою;
[26] - отримано аналітичну залежність об'єму вантажу в бункері, який працює в системі конвеєрного транспорту в некерованому режимі, від об'єму бункера і продуктивності живильника; [30] - розроблено математичну та імітаційну мо¬делі функціонування усереднюючого та акумулюючого бункерів конвеєрних ліній вугільних шахт; [32] - запропоновано систему адаптивного управління конвеєрними лініями гірничих підприємств без бункерів, розроблено загаль¬ний алгоритм їх оптимального управління; [33] - поставлено задачу оптималь¬ного та адаптивного управління системою конвеєрного транспорту гірничих підприємств; [34] - з використанням методу Ховарда для марковських проце¬сів отримано систему рівнянь, що визначає середню кількість вантажу в аку- мулюючому бункері, який працює в системі конвеєрного транспорту в некеро¬ваному режимі; [35] - поставлено задачу оптимального управління підземним конвеєрним транспортом з бункерами, визначено глобальну функцію цілі та локальні критерії ефективності цієї задачі; [36] - розроблено математичну мо¬дель системи конвеєрного транспорту з послідовним з'єднанням бункерів, пра¬цюючих в некерованому режимі; [37] - розроблено математичну модель функ¬ціонування системи підземного конвеєрного транспорту та поставлено задачу оптимального управління, визначено загальний критерій оптимізації; [38-41] - брав участь в розробці формул винаходів.
Публікації. Основний зміст дисертації викладено в 41 друкарській робо¬ті, в числі яких 1 монографія, 27 статей в наукових фахових виданнях, із яких 1 стаття в закордонному виданні та 10 статей у виданнях, які входять до Міжна¬родних наукометричних баз, в тому числі 4 в Scopus,тези 9 доповідей на нау¬кових конференціях, 4 патенти України.
Структура і обсяг роботи. Дисертація складається зі вступу, 5 розділів, висновків, списку використаних джерел із 146 найменувань і 5 додатків; міс-тить 386 сторінок машинописного тексту, в тому числі 93 рисунка, 8 таблиць, 30 сторінок додатків.

Список литературы

ВИСНОВКИ
Дисертація є завершеною науково-дослідною роботою, в якій дано рі¬шення актуальної наукової проблеми розробки математичних моделей проце¬сів функціонування систем конвеєрного транспорту зі складною розгалуженою структурою з акумулюючими бункерами з урахуванням імовірнісного харак¬теру простоїв конвеєрного обладнання і визначення показників ефективності систем транспорту і на підставі цього створення методів оптимального та ада¬птивного управління, що підвищують ефективність їх роботи.
Основні наукові і практичні результати роботи зводяться до наступного:
1. Аналіз роботи систем конвеєрного транспорту показав, що через роз-галуженість їх структури та простої конвеєрного обладнання їх пропускна зда¬тність низька, а через нерівномірність вантажопотоків, що надходять до сис¬теми транспорту, енерговитрати на транспортування вантажу високі.
Крім того, системи конвеєрного транспорту з розгалуженою структурою через повторення технологічного процесу транспортування вантажу мають са- моподібну структуру, що змінюється, у вигляді деревовидного графа.
2. На основі теорії марковських процесів з використанням методу дина¬міки середніх для систем конвеєрного транспорту з послідовним, паралельним з'єднанням конвеєрів та із самоподібною деревовидною структурою без бунке¬рів було розроблено математичні моделі і методи визначення їх пропускної здатності й енергоємності транспортування в припущенні, що інтенсивності простоїв конвеєрів на порядок менші від їх інтенсивностей відновлень. При цьому результати імітаційного моделювання, проведеного для різних випадків поєднання нормального й експоненціального законів розподілу інтервалів часу простоїв і відновлень конвеєрів, відрізняються від результатів, отриманих на основі розроблених методів, не більш ніж на 3 %.
3. На основі теорії марковських процесів розроблено математичні моде¬лі, які описують процес функціонування системи «конвеєр - бункер - конвеєр» з акумулюючими бункером, що працюють в некерованому режимі та в режимі підтримки в ньому об’єму вантажу в заданих межах, тобто у керованому ре¬жимі.
При цьому встановлено, що середня пропускна здатність системи «кон¬веєр - бункер - конвеєр» за будь-яких співвідношеннях середніх вантажопото¬ків, що надходить в бункер mQ і розвантажується з нього Q, зі збільшенням
об’єму акумулюючого бункера або об’єму незаповненої вантажем частини акумулюючого бункера спочатку збільшується і потім асимптотично прямує до постійного значення, що дорівнює Qn при MQ > Qn і MQ при MQ < Qn. Крім
того, пропускна здатність зі збільшенням Qn при MQ > Qn збільшується, а при
MQ < Qn практично не змінюється.
4. Визначено максимальний об'єм акумулюючого бункера, працюючого в системі конвеєрного транспорту, понад який пропускна здатність бункера не збільшується. При цьому максимальний об’єм акумулюючого бункера прямо пропорційний середньому вантажопотоку, що надходить в бункер, залежить від інтенсивностей простоїв і відновлень підбункерного конвеєра і не залежить від продуктивності живильника.
5. На основі методу динаміки середніх для марковських процесів та отриманих залежностей середньої пропускної здатності системи «конвеєр - бункер - конвеєр» від величини середніх вантажопотоків, що надходить до акумулюючого бункера і розвантажується з нього, було розроблено методи ви¬значення пропускної здатності та енергоємності транспортування і показник енергетичної ефективності систем конвеєрного транспорту з послідовним і па¬ралельним з'єднанням акумулюючих бункерів, а також із самоподібною дере¬вовидною структурою з акумулюючими бункерами, що працюють в некерова¬ному та керованому режимах.
При цьому результати теоретичних досліджень відрізняються від екс-плуатаційного даних не більш ніж на 10 %.
6. Питома енергоємність системи «конвеєр - бункер - конвеєр» незалеж¬но від режиму роботи акумулюючого бункера при mQ < Qn зі збільшенням ва¬нтажопотоку mg, що надходить на надбункерний конвеєр, зменшується за гі¬перболічним законом, практично не залежить від продуктивності живильника Qn, об'єму бункера V або об'єму незаповненої вантажем частини бункера AV, а при mQ > Q питома енергоємність зі збільшенням mg набуває постійного мі¬німального значення, зі збільшенням продуктивності живильника Qn зменшу¬ється і не залежить від об'єму бункера V або об'єму незаповненої вантажем ча¬стини бункера A V.
7. На основі розроблених математичних моделей процесу функціонуван¬ня акумулюючих бункерів, які працюють в системі конвеєрного транспорту в некерованому режимі, визначено залежності середнього об’єму вантажу в акумулюючому бункері від середніх вантажопотоків, що надходить в бункер і розвантажується з нього, продуктивності живильника, а також об’єму бункера.
При цьому встановлено, що середній об’єм вантажу в акумулюючому бункері при зміні продуктивності живильника від нуля до нескінченності зме¬ншується від максимального допустимого значення об’єму вантажу в бункері до деякого постійного значення і при рівності середніх вантажопотоків, що надходить в бункер і розвантажується з нього, приблизно дорівнює половині максимального допустимого значення об’єму вантажу в бункері.
8. На основі методу Понтрягіна для марковських процесів розроблено математичну модель функціонування акумулюючого бункера, що працює в режимі підтримки в ньому об’єму вантажу в заданих межах. При цьому отри¬мано системи рівнянь відносно середніх і дисперсій часів заповнення і розван¬таження акумулюючого бункера для одношвидкісного і двохшвидкісного жи¬вильників.
Встановлено, що зі збільшенням продуктивності живильника середній об’єм вантажу в акумулюючому бункері спочатку зменшується за гіперболіч¬ним законом і при подальшому збільшенні продуктивності живильника асимп¬тотично прямує приблизно до півсуми заданих максимального і мінімального об’ємів вантажу в бункері.
9. При регулюванні швидкості стрічки конвеєра при постійному макси-мальному погонному навантаженні на стрічці в разі зменшення в два рази ве¬личини вантажопотоку, що надходить на конвеєр, втрати електроенергії при регулюванні швидкості стрічки конвеєра зменшуються на 30 % в порівнянні з втратами при нерегульованій швидкості стрічки. При цьому в разі регулюван¬ня швидкості стрічки конвеєра питома енергоємність стрічкового конвеєра на¬буває постійного мінімального значення, яке не залежить від величини ванта¬жопотоку, що надходить на конвеєр.
10. Поставлено і вирішено задачі та розроблено структури алгоритмів оптимального та адаптивного управління акумулюючим бункером, що працює в системі конвеєрного транспорту в керованому режимі. При цьому за крите¬рій ефективності управління приймався середній об'єм вантажу в бункері, а параметром управління був максимальній заданий об’єм вантажу в бункері.
11. Поставлено і вирішено задачі та розроблено структури алгоритмів оптимального й адаптивного управління системою конвеєрного транспорту з акумулюючими бункерами. Оптимальне та адаптивне управління системою конвеєрного транспорту являють собою задачу управління дворівневою ієрар¬хічною системою, яка дозволяє при зміні структури системи конвеєрного тра¬нспорту і величин вантажопотоків, що надходять до системи транспорту, за допомогою вибору швидкостей конвеєрів і живильників, а також максималь¬них заданих об’ємів вантажу в акумулюючих бункерах забезпечити максима¬льну пропускну здатність і мінімальну питому енергоємність системи конвеє¬рного транспорту. При цьому глобальною функцією цілі є мінімальне значен¬ня питомої енергоємності системи конвеєрного транспорту, а локальними кри¬теріями ефективності управління є мінімальні середні об’єми вантажу в аку¬мулюючих бункерах.
12. Розроблено «Методику визначення пропускної здатності, енергоєм¬ності транспортування, структури алгоритмів і параметрів адаптивного управ¬ління системою конвеєрного транспорту», яку передано до Національного те¬хнічного університету «Дніпровська політехніка» МОН України та Національ¬ної металургійної академії України МОН України (2017 р.).
Застосування розробленої методики в промисловості дозволить за допо¬могою контролерів і частотного управління електроприводами конвеєрів і жи¬вильників збільшити пропускну здатність системи конвеєрного транспорту до 50% і зменшити енерговитрати на транспортування вантажу до 30 %.
Розроблено:
- «Рекомендації щодо визначення критеріїв ефективності, параметрів і вибору структури алгоритмів адаптивного управління, а також засобів регулю¬вання швидкості приводу стрічкових конвеєрів» і передано ДВАТ «проектний інститут Дніпрогіпрошахт» (2010 р.);
- «Рекомендації щодо підвищення ефективності роботи системи підземно¬го конвеєрного транспорту» ш/у «Луганське» ДП «Луганськвугілля» (2011 р.);
- «Рекомендації щодо підвищення ефективності роботи систем конвеєр¬ного транспорту шахти «Мащинська» ш/у «Луганське» і передано ДП «Луган¬ськвугілля» (2011 р.), очікуваний річний економічний ефект становить 400 тис. грн;
- «Рекомендації щодо підвищення ефективності роботи систем конвеєр¬ного транспорту на шахті «Алмазна» ш/у «Добропольское» і передано ПСП ШУ «Добропольское» ТОВ «ДТЕК Добропіллявугілля» (2015 р.);
- «Рекомендації щодо підвищення ефективності роботи систем конвеєр¬ного транспорту на шахтах ДП «Красноармійськвугілля» (2016 р.).
Результати роботи можуть бути використаними в гірничодобувній, ме-талургійній та будівельній галузях промисловості.