УДК  69.002.5 / 691.32

ОПТИМИЗАЦИЯ РЕЖИМОВ РАБОТЫ МОБИЛЬНЫХ БЕТОНОСМЕСИТЕЛЬНЫХ УСТАНОВОК НА ОСНОВАНИИ ТЕОРИИ ГРАФОВ

 

OPTIMIZATION OF OPERATING MODES OF MOBILE CONCRETE MIXING PLANTS ON THE THEORY OF GRAPHS

 

Зарипова И.И., Илюхин А.В. (Московский Автомобильно-дорожный Государственный Технический Университет (МАДИ), г. Москва, РФ)

 

Zaripova I.I., Iluhin A.V. (Moscow automobile and road construction state technical university (MADI))

 

В данной статье рассмотрены вопросы оптимизации режимов работы мобильной бетоносмесительной установки при дозировании электропроводных композиционных материалов с применением теории Графов.

In this article, questions of optimizing the operating modes of a mobile concrete mixing plant in the process of dosing electrically conductive composite materials using the Graf theory.

 

Ключевые слова: оптимизация, режимы работы, бетоносмесительная установка, теория Графов.

Keywords: optimization, operating modes, concrete mixing plant, Graph theory.

 

При производстве дорожно-строительных материалов в мобильных бетоносмесительных установках в основном используют несвязное дозирование, оно более простое в реализации, однако не обеспечивает необходимую точность рецептуры итоговой смеси. Связное дозирования компонентов менее изучено и более трудоемко в реализации [1,2]. Для оценки  желаемых концентрационных характеристик смеси может быть использовано  компьютерное моделирование [3].

Методология дозирования электропроводных композиционных материалов (ЭКМ) в бетоносмесительных установках может быть описана комбинаторными алгоритмами и теорией графов [4, 5],  см. таблицу 1. На рис. 1 (а, б) представлены схемы несвязного и связанного дозирования 4-х компонентой смеси, входным значением для дозирующей системы будет являться общая заданная масса смеси  равная сумме заданных доз всех компонентов.

Для несвязного дозирования достаточно, зная рецептуру смеси в долях, рассчитать значения параметров установки задатчиков дозаторов [2] и начать одновременное дозирование всех компонентов смеси.

 

Таблица 1 – Графы алгоритмов дозирования

Наименование и описание процедуры дозирования

Графы алгоритмов дозирования

Не связное параллельное дозирование - одноэтапное «традиционное» дозирование, при котором результат дозирования текущего компонента смеси не влияет на дозирование остальных компонентов

Не связное последовательное дозирование компонентов, производимое одним дозатором

Не связное двухэтапное дозирование. Первый этап - «грубое» (г) взвешивание основной массы материала. Второй этап -

Подгоночная «досыпка» (д) заданной дозы

Связное дозирования  компонентов смеси с корректировкой по предшествующему значению

 

Связное дозирования компонентов смеси с «ведущим дозатором», применяемый при непрерывном дозировании

Связное дозирование компонентов смеси с корректировкой по предшествующему значению и по сходимости параметров итоговой смеси

,                                            (1)

где Vз – заданная масса смеси;

К1-4 – компоненты смеси (например: песок, электропроводный заполнитель, цемент, вода с учетом поправок по влажности остальных компонентов);

 – долевой коэффициент содержания i-го компонента.

Режим связного дозирования производится с задержкой по времени для всех компонентов смеси или для отдельных параметров, что обеспечивает возможность оценки фактического результата дозирования по завершении определённого цикла (точную массу с учетом погрешностей).

 

а

б

Рисунок 1- Примеры дозированием 4-х компонентой смеси: а – несвязное, б – связанное

 

Приращение результирующей массы в каждом цикле всех отдозированных компонентов ΔVз будет зависеть от очередности дозирования и вида критерия, связывающего массы компонентов смеси. По окончании цикла связного дозирования фактическая масса ЭКМ определяется как суммарная масса отдозированных компонентов –  с учетом поправочных (корректирующих) доз.

Для связного дозирования поправочные дозы по связывающему критерию, вводят на очередном этапе дозирования, функционально это выражается зависимостью, которая представляет собой закон управления дозами компонентов:

,                       (2)

где  – фактическая масса компонентов

 – параметры установки задатчика дозатора для очередного этапа дозирования компонента Ki.

Как видно из рис. 1 б, на вход связной системы последовательного дозирования (с минимальным числом связей) подается величина заданной массы смеси Vз, при этом величина первоначальной установки параметров для первого   компонента    задается    выражением:   

.                                               (3)

Далее по результатам фактической отдозированной массы K1(U1), корректируется установка следующего компонента K2:

                                     (4)

Затем по результатам фактической отдозированной массы, корректируется установка параметров следующего компонента. В общем виде величина  корректирующей установки параметров равна:

                                      (5)

Связное дозирование имеет и ряд существенных недостатков: снижение производительности дозировочно-смесительного узла [1], увеличение коэффициента вариации результирующей массы Vз.

Таким образом, необходим выбор, обоснование закона управления дозами компонентов ЭКМ и разработка оптимального алгоритма управления системой дозирования мобильной бетоносмесительной установки, обеспечивающего улучшение качества дозирования с учетом результирующей массы смеси Vз.

Рассмотренные законы управления дозами компонентов ЭКМ направлены на поддержание оптимальной рецептуры смеси с учетом результирующей массы, что обусловлено вместимостью бетоносмесителя с одной стороны и требованием к минимальному количеству смеси ЭКМ необходимой для изготовления конечного изделия.

Оптимальный режим дозирования компонентов ЭКМ в мобильной бетоносмесительной установке:

                    (6)

при условии

                                        (7)

где  – нормированная масса смеси ЭКМ;  – прогнозируемая перед очередным j - м этапом величина результирующей массы смеси ; – корректирующая масса смеси; – допустимая погрешность дозирования j - го компонента;  – очередность дозирования компонентов смеси ЭКМ;  – закон управления дозами компонентов смеси ЭКМ.

Определение оптимального режима работы бетоносмесительной установки в процессе дозирования компонентов сводится к задаче по нахождению оптимального закона управления  и очередности  по принятому критерию оптимальности.

Список использованных источников

1. Васильев Ю.Э., Илюхин А.В., Колбасин А.М., Марсов В.И., Динь А.Н. Технологические возможности дозаторов с регулированием по производительности // Строительные материалы. 2015. № 1. С. 32-33.

2. Илюхин А.В., Колбасин А.М., Абдулханова М.Ю., Динь А.Н. Алгоритмы управления связным многокомпонентным дозированием керамических смесей // Автоматизация и управление в технических системах. 2014. № 1.2 (9). С. 149-157.

3. Зарипова И.И. Анализ концентрационных характеристик композиционного материала на основании компьютерного моделирования //  Все материалы. Энциклопедический справочник. 2016. № 10. С. 45-79.

4. Оре О. Теория графов. 2-е изд. М.: Наука, Главная редакция физико-математической литературы, 1980. 336 с.

5. Биттеев Ш.Б. Системное обеспечение качества стройматериалов: Автоматизация технологического процесса приготовления бетона.  Алма-Ата: Наука КазССР, 1990. 152 с.