外文翻譯--采礦作業(yè)的機(jī)械化及自動(dòng)化采石挖掘機(jī)工作裝置的模型 中文版

1、<p>　　采礦作業(yè)的機(jī)械化及自動(dòng)化</p><p>　　采石挖掘機(jī)工作裝置的模型</p><p>　　E. V. Gaisler, A. P. Mattis, E. A. Mochalov,and S. V. Shishaev</p><p>　　我們用由安裝在一面墻上的沖級(jí)快驅(qū)動(dòng)裝有刀片的桶開(kāi)發(fā)出了一個(gè)露天礦場(chǎng)使用的挖掘機(jī)數(shù)學(xué)模型。</p>

2、<p>　　鏟斗操作如下：當(dāng)鏟斗與巖石表面接觸時(shí)，它被破壞的力大于鏟齒所受的總摩擦力和驅(qū)動(dòng)裝置給于它的驅(qū)動(dòng)力，使沖擊塊帶有動(dòng)能。沖擊塊的運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致鏟齒鏟入巖石中，并在巖石表面形成深深的痕跡。減小位于鏟齒下方的受力面積，于是就形成了所謂的“破壞結(jié)合區(qū)”。破壞這個(gè)區(qū)所需要的力比破壞完整的塊要小的多</p><p>　　利用這些活動(dòng)的塊，巖石將可以在不利用preloosening的情況下被挖掘</p&

3、gt;<p>　　描述鏟斗開(kāi)挖過(guò)程中的主要參數(shù)包括巖石的力學(xué)性能，外力影響下各力學(xué)屬性的變化，驅(qū)動(dòng)裝置的工作特性和設(shè)備的參數(shù)，在挖掘過(guò)程中產(chǎn)生的兩種破壞方式：切割和沖擊破壞</p><p>　　作用在各鏟齒表面的幾何方向上的力表現(xiàn)在挖入過(guò)程中的阻力，映射在沖擊塊軸向的力的總和為P1。垂直軸方向的力的總和為P2.垂直于鏟齒運(yùn)動(dòng)方向上的 力的中和為零。因?yàn)閴毫咽菈K的主要破壞方式。</p>

4、<p>　　以下是為了描述鏟斗運(yùn)動(dòng)的數(shù)學(xué)模型的設(shè)想：</p><p>　　--鏟斗內(nèi)巖石的重心和鏟斗的重心是相對(duì)固定的</p><p>　　--鏟齒是連續(xù)分開(kāi)排列的</p><p>　　--各鏟齒的負(fù)載相等的</p><p>　　--鏟齒切入巖石的瞬間沖擊</p><p>　　--鏟斗內(nèi)部物體的阻力忽略<

5、;/p><p>　　--相對(duì)于動(dòng)臂旋轉(zhuǎn)軸的瞬間摩擦力忽略</p><p>　　通過(guò)以上假設(shè)，鏟斗的運(yùn)動(dòng)就可以用在外力作用下的二維運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)來(lái)表示，它包括壓力裝置的驅(qū)動(dòng)力和提升裝置的產(chǎn)生的力，重力和巖石表面產(chǎn)生的阻力。任一時(shí)間段斗的位置由坐標(biāo)r（t）來(lái)定義，距離（oc）和~（t）--斗桿與boom之間的角度，該裝置的動(dòng)力由" = ('~ + m") ~,-~ + JT&

6、#39; (1)來(lái)表示。其中m1表示巖石和鏟斗的重量，m2表示斗桿和空鏟斗的質(zhì)量，J表示鏟斗加巖石和斗桿相對(duì)于其旋轉(zhuǎn)軸的瞬間慣性。</p><p>　　Y = ml (r ~ + lCBii)+ J~ + mi((r-- rl) 2 + IGA]~), (2)</p><p>　　其中J1是指空斗與斗桿的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，r-r1是空斗重心與斗桿重心的在坐標(biāo)內(nèi)的距離。</p><

7、;p>　　在鏟斗中的巖石的質(zhì)量m取決于鏟斗前沿的運(yùn)動(dòng)路線和巖石表面的初始形狀。為了寫(xiě)出一個(gè)表示巖石質(zhì)量增長(zhǎng)率的表達(dá)式。我們將考慮使用圖2中的方案，入股鏟斗前沿在時(shí)間t內(nèi)的運(yùn)動(dòng)路線用曲線 f2 (r2，~ 2)來(lái)表示，巖石的初始形狀用曲線 f3 》 (r3，~ 3)表示，r2, ~, r3, ~3是在零點(diǎn)位置的極坐標(biāo)，在時(shí)間t內(nèi)，鏟斗前沿走過(guò)了ICDI的閉合路線：在這種情況下，當(dāng)d~ 2 = d~ 3在時(shí)間t內(nèi)質(zhì)量的增長(zhǎng)則有dm1=

8、1/2pb(∣OC∣·∣OD∣-∣OA∣·∣OB∣)sindα來(lái)決定。</p><p>　　dm~ = T ~,B (I OC l" I OD I --I OA [. I OB I) sin da 2，其中o是巖石的密度，B是鏟斗邊緣的寬度。我們從簡(jiǎn)圖中可以看出：loci = r~, ION{ = r= § dr~, IOAI = r~, IOBI = r~ §

9、dr3.考慮到sin da~ ~ da 2和忽略面積的微小變量，我們寫(xiě)出以下公式：</p><p>　　增量da2等于斗臂在時(shí)間t內(nèi)的角速度和時(shí)間增量t的乘積。i.e., d~ 2 = da 3 = &dt.，于是質(zhì)量的增長(zhǎng)率則由………….3</p><p>　　表達(dá)出來(lái)了。單位時(shí)間t內(nèi)陷入鏟斗中的巖石質(zhì)量則由表達(dá)，這里面的m1只是時(shí)間t的一個(gè)函數(shù)。</p><

10、p>　　利用一個(gè)質(zhì)量變化動(dòng)力學(xué)的基本方程式，我們可以證明拉格朗日方程式是適合關(guān)聯(lián)重心的絕對(duì)速度等于零的變量點(diǎn)機(jī)械運(yùn)動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)的。</p><p>　　考慮到一個(gè)機(jī)械運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)包含n個(gè)由以速度vi運(yùn)動(dòng)的質(zhì)量為m1，m2……的材料的重心。</p><p>　　拉格朗日方程式中的m1=在[2, p. 340]中衍生出的常數(shù)?？紤]到m i = mi(t)的情況，在下述的[2]中，我們引入廣義的

11、坐標(biāo) q，于是。</p><p>　　其中ri是質(zhì)心的位置向量，于是</p><p>　　其中qj是廣義速度，在任何時(shí)間的機(jī)械系統(tǒng)的動(dòng)能由表示</p><p>　　我們發(fā)現(xiàn)關(guān)于整個(gè)坐標(biāo)的動(dòng)能的偏導(dǎo)數(shù)qj廣義速度.qj：</p><p>　　我們區(qū)分這相對(duì)于時(shí)間的表達(dá)式</p><p>　　考慮到第一數(shù)據(jù)，考慮到動(dòng)態(tài)變量

12、的基本方程-相關(guān)聯(lián)塊質(zhì)心的絕對(duì)速度為零[2, p. 143]</p><p>　　其中P是作用于點(diǎn)而產(chǎn)生的力，通過(guò)材料的變量，我們得出</p><p>　　其中R是適用于its點(diǎn)的反作用力，于是得出</p><p>　　第二數(shù)據(jù)是，實(shí)際上，8T/Sqj [2, p. 342]。我們得出：</p><p>　　對(duì)于具有固定的完美約束系統(tǒng)QjR

13、= 0</p><p>　　它是包含變量的機(jī)械系統(tǒng)的拉格朗日方程—相關(guān)聯(lián)塊的絕對(duì)速度為零的假想質(zhì)心，這等同于派生恒體積的材質(zhì)分屬于機(jī)械系統(tǒng)的拉格朗日方程這一機(jī)制的拉格朗日運(yùn)動(dòng)方程</p><p>　　其中Q1，Q2是作用于替代的和，如下： </p><p>　　圖1活動(dòng)斗挖掘機(jī)的設(shè)計(jì)方案</p><p>　　圖2鏟斗內(nèi)巖石質(zhì)量增量的計(jì)算<

14、;/p><p>　　其中是F1和F2兩個(gè)力之間的角度—由驅(qū)動(dòng)器和升降機(jī)構(gòu)產(chǎn)生的力</p><p>　　挖掘機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置和提升裝置的參數(shù)確定了瞬間作用在電機(jī)軸和其轉(zhuǎn)速的關(guān)系。所以</p><p>　　f1(~) 和 f2(~, &)的函數(shù)組成取決于驅(qū)動(dòng)器的特性和壓力機(jī)制與提升機(jī)制間的傳動(dòng)比。Ql 和Q2的表達(dá)式包括力 Pl 和 P2。他們是挖掘阻力的組成，他們可以利

15、用數(shù)學(xué)模型來(lái)估算--澤萊寧、 韋特羅夫，巴洛夫涅夫和費(fèi)德羅三世等的邏輯模型。通常，挖掘阻力取決于土層的物理性質(zhì)，鏟齒的幾何形狀，挖掘角度和剪切層的密度，我們應(yīng)該考慮到最后兩個(gè)參數(shù)必須絕對(duì)的取決于時(shí)間：</p><p>　　計(jì)算出動(dòng)能的導(dǎo)數(shù)之后，將他們代入拉格朗日方程式內(nèi)，我們得出：</p><p>　　其中Q1和Q2已在方程式6中定義。該機(jī)制的運(yùn)動(dòng)可由方程式8表達(dá)出來(lái)。這些方程式的初始條件

16、為： </p><p>　　表一：特別的破壞能量</p><p>　　--------來(lái)自采礦協(xié)會(huì)，西伯利亞分院，蘇聯(lián)科學(xué)研究院的研究資料。</p><p>　　在巖壁的工作中，有三種主要的操作模式：1.在完整的巖床上切割，2.沖擊和移動(dòng)鏟斗以鏟齒侵入一定的深度，3.切割干擾結(jié)合區(qū)域。</p><p>　　等式2-8及初始條件9組成一個(gè)數(shù)學(xué)模

17、型用來(lái)描述在切割的挖掘方式的工作過(guò)程。</p><p>　　我們將描述在操作模式2中鏟斗的運(yùn)動(dòng)，在時(shí)間t1間從模式1到模式2的狀態(tài)的轉(zhuǎn)變是</p><p>　　其中u是摩擦系數(shù)。這個(gè)行程是在時(shí)間t2=t1+T1+T2中完成的。T1是裝置的啟動(dòng)時(shí)間，T2沖擊的循環(huán)時(shí)間，當(dāng)產(chǎn)生沖擊的時(shí)候，鏟齒鏟入巖石內(nèi)部的一段長(zhǎng)度為巖石的一個(gè)性質(zhì)函數(shù)，鏟齒的幾何形狀，和沖擊能量。現(xiàn)場(chǎng)研究和在實(shí)驗(yàn)室測(cè)量在沖擊時(shí)

18、鏟齒的鏟入情況，由采礦研究院，工程機(jī)械研究院，Skochinski研究院和卡拉干達(dá)理工學(xué)院【4-6】進(jìn)行指導(dǎo)，建議用巖床被壓裂的特殊情況來(lái)評(píng)估壓裂效果的某些特征。對(duì)于壓裂的能量單位這種特征可以利用和衡量每單位巖床的能量e.g.。巖石的最終抗壓強(qiáng)度，i.e.。</p><p>　　其中A是獨(dú)立的—沖擊能量，J,K0是巖床上沖擊能量的傳遞系數(shù)。X是一次沖擊時(shí)鏟齒的穿透深度。m；F3是壓裂的橫切面積m的平方。a是巖石的

19、最終抗壓強(qiáng)度，千牛/平方米。</p><p>　　E0的估算取決于巖床的機(jī)械性能和它的環(huán)境。在凍土層用對(duì)稱的契狀工具每次沖擊的破壞能量的變化，由工程設(shè)計(jì)研究院給出的單一的沖擊密集度來(lái)確定。已在表一中給出，鏟斗的侵入深度可以用一下公式定義：</p><p>　　此外，E0可以由實(shí)驗(yàn)測(cè)得也可以從【7-9】的報(bào)告中的數(shù)據(jù)來(lái)估算。沖擊之后，鏟斗的運(yùn)動(dòng)再次用方程式2和8來(lái)表達(dá)。但是由于條件</

20、p><p>　　的限制，直到鏟斗前沿的運(yùn)動(dòng)距離X。</p><p><b>　　圖3</b></p><p>　　斗桿的旋轉(zhuǎn)角度相對(duì)時(shí)間的坐標(biāo)系（1-沖擊后不對(duì)C進(jìn)行削弱調(diào)整的挖掘，2-一次弱化的C，3-二次弱化的C，4-實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，1-3-巖石（f=5，C1=30*1000000H/平方米，。）。4-粉砂巖，【</p><p&g

21、t;<b>　　】。</b></p><p>　　方式3中的條件轉(zhuǎn)變表示為：</p><p><b>　　………（12）</b></p><p>　　滿足條件（12）后，方式3中的切割就開(kāi)始了。</p><p>　　巖石的抗破壞阻力通常由非正式的表達(dá)式表達(dá)：</p><p>

22、<b>　　………….（13）</b></p><p>　　其中是標(biāo)準(zhǔn)壓強(qiáng)，是內(nèi)摩擦角，C是巖石的粘合力，莫爾-可以通過(guò)函數(shù)方程式10計(jì)算的破壞載荷作用下的主應(yīng)力的庫(kù)倫準(zhǔn)則：</p><p>　　……………..(14)</p><p>　　其中是相對(duì)于應(yīng)力應(yīng)變曲線的最大主應(yīng)力。</p><p>　　根據(jù)和還有方程（13）

23、（14）來(lái)表示的 和。我們獲得一個(gè)關(guān)于粘結(jié)力最終單軸抗壓強(qiáng)度的函數(shù)表達(dá)式C：</p><p><b>　　……………(15)</b></p><p>　　表達(dá)式（15）體現(xiàn)了巖石體在沖擊后主要特征粘結(jié)力的變化是降低的，巖床的結(jié)合力可由一下方程式表達(dá)：</p><p><b>　　……….（16）</b></p>

24、<p>　　其中C1是一塊巖石的結(jié)合力，是巖床的削弱系數(shù)。它是一個(gè)平均塊大小的函數(shù)，主要的破裂網(wǎng)絡(luò)和在方程式8中提出的挖掘方向。</p><p>　　沖擊之后，結(jié)合力其中λ是代表沖擊載荷作用下的巖床上附加的削弱系數(shù)。在沖擊載荷作用點(diǎn)上，巖石被壓碎，根據(jù)定理（7），λ2.在沖擊之后的的影響降至0.0005，鏟齒鏟過(guò)破壞結(jié)合區(qū)時(shí)，在特定模式下它提升到的初始值（研究C=f（x）的特性是一門(mén)獨(dú)立的學(xué)科）。在

25、第一次逼近的時(shí)候，該區(qū)域的面積和結(jié)合力的大小可以通過(guò)表達(dá)式7-9估算出來(lái)，鏟斗在破壞結(jié)合區(qū)的那一刻可以用表達(dá)式2-10表達(dá)，加上加在C（巖石結(jié)合力）上的附加系數(shù)。隨著C的遞增，P1和P2的數(shù)值也逐漸增大，鏟斗的下一步運(yùn)動(dòng)是遵循模式1還是2，取決于是否滿足條件（10）.</p><p>　　方程式2-8適用于所有鏟斗的運(yùn)動(dòng)模式，加上P1。,P2和C的各自參數(shù)的限制，模式的轉(zhuǎn)換取決于是否滿足條件9和10。。由等式4,

26、6,8組成的描述挖掘機(jī)鏟斗的工作進(jìn)程的數(shù)學(xué)模型，由非線性的微分方程組組成?？梢宰詣?dòng)進(jìn)行選擇和能精確控制的一個(gè)改良版的莫森運(yùn)算法則被用來(lái)解決這個(gè)系統(tǒng)中的問(wèn)題。</p><p>　　這個(gè)模型已被互交換模式的計(jì)算機(jī)進(jìn)行程序化，在解決的過(guò)程中，鏟斗的運(yùn)動(dòng)軌跡可有所選擇的升降機(jī)構(gòu)和壓力機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)器的負(fù)載特性進(jìn)行調(diào)整。i.e.。通過(guò)選擇適當(dāng)?shù)暮瘮?shù)式：。它相當(dāng)于控制挖掘機(jī)的實(shí)際進(jìn)程。</p><p>　

27、　幾個(gè)可供選擇的方案用于估算這個(gè)模型，結(jié)果在圖三中很明確的表示出來(lái)了。</p><p>　　在第一種情況下，壓裂完全是由沖擊載荷引起的。單一的沖擊能量是不足以創(chuàng)建“破壞結(jié)合去”的（曲線1）.其他兩種情況是不同形式的的在“破壞結(jié)合區(qū)”的弱化銜接（2.一次弱化3.二次弱化）。模擬結(jié)果是：與在kemerovougol的克拉斯諾戈?duì)査箍藚^(qū)分部的粉砂巖層進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)（圖三中的虛線）比較，在實(shí)際進(jìn)程與模型之間觀察到相似

28、之處（誤差不超過(guò)30%）。最小的差異是通過(guò)在“破壞結(jié)合區(qū)”結(jié)合力的線性削弱得出的。</p><p>　　通過(guò)這個(gè)數(shù)學(xué)模型，我們可以調(diào)查各種不同工作進(jìn)程中的參數(shù)，這些機(jī)構(gòu)的挖掘條件設(shè)置應(yīng)滿足不同的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)參數(shù)和挖掘目標(biāo)。</p><p><b>　　參考資料</b></p><p>　　1. A. I. Fedulov and V. N. La

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