Tổng Quan Về Một Số Thuật Toán Trong Nước Dùng Để Tính Toán Đồng Bộ Máy Xúc - Ôtô

CHƯƠNG 2

TỔNG QUAN VỀ MỘT SỐ THUẬT TOÁN TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC DÙNG ĐỂ TÍNH TOÁN ĐỒNG BỘ MÁY XÚC - ÔTÔ

TRÊN CÁC MỎ LỘ THIÊN

2.1. TỔNG QUAN VỀ MỘT SỐ THUẬT TOÁN TRONG NƯỚC DÙNG ĐỂ TÍNH TOÁN ĐỒNG BỘ MÁY XÚC - ÔTÔ

2.1.1. Cân đối số lượng thiết bị trong dây chuyền xúc bốc, vận tải trên các mỏ lộ thiên bằng bài toán kinh tế [16]

Theo [16], để tổ chức dây chuyền xúc bốc, vận tải trên các mỏ than hay mỏ quặng khai thác lộ thiên, một nhiệm vụ cần phải giải quyết là tính toán số lượng ôtô phục vụ cho một máy xúc. Thông thường số lượng này được tính toán dựa vào năng lực sản xuất của máy xúc, năng lực sản xuất của ôtô cũng như căn cứ vào các điều kiện cụ thể nơi làm việc của các loại thiết bị. Mặc dù vậy, việc phối hợp hoạt động của các thiết bị xúc bốc, vận tải vẫn thường xảy ra hiện tượng mất cân đối và kém hiệu quả. Điều này xảy ra do các dòng đất đá, than, quặng cần vận chuyển cũng như các dòng ôtô vận tải thường mang tính “ngẫu nhiên” và “đám đông”, hơn nữa khi tính toán số lượng các thiết bị các nhá tổ chức thường chưa để ý tới các chỉ tiêu kinh tế có liên quan.

Sự phối hợp hoạt động của máy xúc và ôtô có thể được xem là một hệ thống phục vụ đám đông. Dòng đất đá, than hay quặng do máy xúc xúc ra có thể được coi là “dòng yêu cầu”, một yêu cầu có thể được hiểu là một chuyến xe đất đá, xe

than hay xe quặng cần vận chuyển. Dòng này theo kiểm định bằng tiêu chuẩn

2 ,

đó là dòng Poát-xông dừng, mật độ của dòng chính là năng suất của máy xúc (tính ra số chuyến xe cần vận chuyển). Các xe ôtô vận tải được xem là các “kênh phục vụ”. Thời gian vận chuyển một chuyến xe từ máy xúc ra vị trí đổ, dỡ tải và quay trở về vị trí xúc là thời gian phục vụ một yêu cầu. Theo tính chất của hoạt động này có thể coi đây là hệ thống phục vụ đám đông chờ.

2.1.1.1. Mô hình bài toán phục vụ đám đông chờ [16]

Một hệ thống phục vụ đám đông chờ có n kênh phục vụ. Các kênh phục vụ có năng suất ( là số yêu cầu được phục vụ tại mỗi kênh trong một đơn vị thời gian). Dòng yêu cầu đến hệ thống là dòng Poát-xông dừng có cường độ (là số

yêu cầu xuất hiện tại hệ thống trong một đơn vị thời gian). Một yêu cầu đến hệ thống gặp lúc có ít nhất một kênh rỗi, nó sẽ được nhận vào phục vụ ngay. Ngược lại nếu một yêu cầu đến hệ thống gặp lúc tất cả các kênh phục vụ đều bận thì nó phải xếp hàng chờ đến lượt được nhận vào phục vụ. Độ dài hàng chờ của các yêu cầu không bị hạn chế và thời gian chờ của các yêu cầu không bị hạn chế.

Ở đây, đơn vị thời gian được lấy là thời gian chế độ công tác của một ca sau khi đã trừ thời gian chuẩn kết và thời gian nghỉ giữa ca; n là số ôtô phục vụ cho một máy xúc; là năng suất của máy xúc (số chuyến xe xúc được trong một ca, chuyến/ca); là số chuyến xe chạy được trong một ca tùy theo từng loại xe và

từng cung độ, 

1 , trong đó t là thời gian trung bình của một chuyến xe. Bài

t

p

p

toán đặt ra là cần xác định số lượng ôtô (n) phục vụ cho một máy xúc. Để giải bài toán, xét các trạng thái tại vị trí xúc, hệ phương trình trạng thái và các chỉ tiêu đánh giá tình hình hoạt động của hệ thống này.

2.1.1.2. Các trạng thái của hệ thống tại vị trí xúc và sơ đồ trạng thái [16]

Căn cứ vào giả thiết và các điều kiện được đặt ra của bài toán, tại vị trí xúc sẽ có các trạng thái sau đây:

Xo - máy xúc không làm việc, tất cả n ôtô chờ việc (rỗi);

Xk (k = 1, 2, …, n - 1) - có k chuyến xe quặng được máy xúc xúc ra và được k ôtô vận chuyển đến vị trí đổ;

Xn - có n chuyến ôtô quặng được máy xúc xúc ra và được cả n ôtô vận chuyển đi;

Xn+s (s = 1, 2 …) - có n chuyến xe quặng được xúc và được n ôtô vận chuyển đi còn s chuyến được xúc ra nhưng chưa có ôtô vận chuyển ngay mà phải chờ.

Sơ đồ trạng thái của hệ thống được biểu diễn như hình 2.1.

Hình 2.1. Các trạng thái của hệ thống phục vụ đám đông chờ [16]

Dựa vào sơ đồ trạng thái trên và qui tắc thiết lập các phương trình xác suất trạng thái viết được hệ phương trình trạng thái của hệ thống ở điều kiện dừng như sau (điều kiện dừng là điều kiện mà với thời gian quan sát đủ lớn, tất cả các dòng biến cố xà các xác suất trạng thái đều không phụ thuộc vào thời gian) [16]:

.P0.P1 0

 (k.).P .P  (k 1)..P  0 (k 1,2,...n 1)

k k 1

k 1

(2.1)

 (n.).P .P

n..P  0

n n 1

n 1

 (n.).Pns .Pns 1 n..Pns 1  0

(s  1,2,...)

Hệ phương trình trên được giải với điều kiện xác suất đầy đủ [16]:

n n1 

Pk

 1 hay có thể viết Pk Pns  1

(2.2)

k 0

k 0

s 0

Giải hệ phương trình (2.1) với điều kiện (2.2) tìm được các xác suất trạng thái của hệ thống phục vụ đám đông này như sau [16]:

k 1 k

Pk  . k!.P0 

.P0 , với 

k!

và k = 1, 2, …, n-1.



n s



với s = 0, 1, 2, …

Pn s n!.ns .P0

Cuối cùng P0 được rút ra từ điều kiện (2.2) và bằng [16]:

P0 

1



n1 k 



ns

n1 k n



1





, với

 1

n

k 0 k!

s 0 n!.ns

k 0 k!

(n 1)!(n )

[16]:

2.1.1.3. Các chỉ tiêu đánh giá tình hình hoạt động của hệ thống

a. Xác suất tất cả các ôtô vận tải đều rỗi hay xác suất máy xúc ngừng việc

P0 

1





n1 k n



, với

 1

n

(2.3)

k 0 k!

(n 1)!(n )

b. Xác suất tất cả các ôtô đều bận (tức là xác suất máy xúc phải chờ) [16]:



P P P

ns





.P

n n

 1

.P .  .P

(2.4)

c n

s 0

ns

s 0

n!ns 0

n! 0

1

n

(n 1)!(n ) 0

c. Số trung bình xe quặng được máy xúc xúc ra nhưng không được vận chuyển ngay mà phải chờ trong một ca [16]:

n s

n s

0 

mc s.Pn s s. n!ns .P0 

.P . s.

n! n

s 0



n 1

s 0

s 0 



(2.5)

(n 1)!(n )2 .P0 n .Pn

d. Thời gian chờ trung bình của một xe quặng [16]:

tc t p 

t p .

n 

.Pc 



(n )

.Pc

(2.6)

e. Số trung bình các ôtô vận tải rỗi [16]:

n 1

n 1 k

nr (n k ).PkP0.(n k ). k!

(2.7)

k 0 k 0

f. Hệ số rỗi của ôtô [16]:

H nr

r n

(2.8)

Áp dụng các chỉ tiêu trên có thể phân tích được tình hình hoạt động của một dây chuyền bóc đất đá với số lượng máy xúc và số lượng ôtô cụ thể.

2.1.1.4. Tối ưu hóa số lượng ôtô phục vụ cho một máy xúc [16]

Để tính số lượng ôtô tối ưu phục vụ cho một máy xúc, cần đi tìm số kênh phục vụ sao cho tổng chi phí và tổn thất của dây chuyền xúc bốc vận tải trong một đơn vị thời gian là nhỏ nhất. Ở đây, một đơn vị thời gian được lấy là một ca làm việc, khi đó chi phí và tổn thất trong một ca làm việc được tính theo công thức [16]:

G tc .mc .qc nr .qlp nb.qk

(2.9)

Trong đó: G - tổng chi phí và tổn thất của dây chuyền xúc bốc vận tải trong một ca làm việc, đ/ca; qc - tổn thất của máy xúc do phải chờ ôtô trong một giờ, đ/h;

qlp - thiệt hại do một ôtô rỗi trong một ca, đ/ca; qk - chi phí cho mỗi ôtô hoạt động trong một ca, đ/ca.

Xét một ví dụ cụ thể cho loại máy xúc EKG-8I và loại ôtô BelAZ-548 với các thông số kỹ thuật và kinh tế được cho trong bảng sau (bảng 2.1).

Bảng 2.1. Các thông số kinh tế - kỹ thuật của máy xúc và ôtô [16]

TT

Các thông số của máy xúc	Đơn vị	Máy xúc EKG-8I	TT	Các thông số của ôtô	Đơn vị	Ôtô BelAZ-548
1	Dung tích gàu xúc	m3	8	1	Dung tích thùng xe	m3	40
2	Hệ số xúc đầy gàu		0,85	2	Hệ số chất đầy		0,85
3	Số lần xúc trong 1 phút	lần/ph	1,7	3	Cung độ vận chuyển bình quân	km	1,5
4	Chu kỳ xúc	s/gầu	35,3	4	Vận tốc xe chạy có tải	km/h	14
5	Hệ số làm việc không điều hòa		0,9	5	Vận tốc xe chạy không tải	km/h	20
6	Hệ số nở rời của đất đá		1,35	6	Thời gian quay, lùi, đổ	s	133
7	Tỷ trọng đất đá nguyên khối	t/m3	2,65	7	Thời gian quay đầu nhận tải	s	148
8	Tỷ trọng đất đá nở rời	t/m3	1,96	8	Năng lực sản xuất giờ tính theo m3	m3/h	89,95

Có thể bạn quan tâm!

• Khối Lượng Mỏ Cần Xúc Bốc Tại Mỏ Than Cọc Sáu [11]
• Khối Lượng, Hình Thức, Và Cung Độ Vận Tải Của Mỏ Than Cao Sơn
• Năng Suất Thiết Bị Vận Tải Của Mỏ Than Cọc Sáu Năm 2016 [11]
• Sơ Đồ Chuyển Đổi Từ Trạng Thái Này Snag Trạng Thái Khác Của Tổ Hợp Ôtô - Máy Xúc [20] ‌
• Các Biến Điểm Trung Chuyển Và Thời Gian Di Chuyển Qua Các Điểm [6] ‌
• Nguyên Tắc Hoạt Động Của Phương Pháp Monte Carlo [1]

Xem toàn bộ 217 trang tài liệu này.

9

Năng lực sản xuất giờ	m3/h	462,4	9	Năng lực sản xuất giờ tính theo TKm	T.km/h	264,5
10	Đơn giá khoán 1m3 đất đá bóc	đ/m3	25.000	10	Đơn giá khoán vận tải	đ/T.km	264,5
11	Tổn thất tính cho 1 giờ ngừng của máy xúc	đ/h	15.606.00 0	11	Chi phí tính cho 1 ca xe ôtô	đ/ca	3.888.150
12	Chế độ công tác mỏ	h/năm		12	Lãng phí do không hoạt động của 1 ca xe	đ/ca	1.500.000

Từ bảng dữ liệu tính được:

- Thời gian xúc đầy một chuyến xe t x  3 ph/chuyến, tính được mật độ dòng

yêu cầu là

60  20

3

chuyến/h;

- Thời gian phục vụ một yêu cầu tp là thời gian của một chuyến ôtô (gồm thời gian chạy có tải + thời gian chạy không tải + thời gian quay đầu nhận tải + thời gian quay, lùi, đổ), t p  6 ph/chuyến.

Tính được: .t p  20. 6

 2 .

60

Để tương thích, hệ thống phải đảm bảo điều kiện có ít nhất 3 ôtô phục vụ cho 1 máy xúc.

 1 n  3 , tức là phải

n

Áp dụng các công thức tính toán các chỉ tiêu phân tích (từ công thức 2.3 đến công thức 2.9) thu được bảng kết quả sau (bảng 2.2).

Từ bảng kết quả nhận thấy: trong điều kiện cụ thể đặt ra như trên nếu bố trí 4 ôtô phục vụ cho một máy xúc sẽ cho tổng chi phí và tổn thất là nhỏ nhất.

Bảng 2.2. Các chỉ tiêu phân tích tình hình hoạt động của máy xúc và ôtô [16]

Các đặc trưng

Số ôtô
3	4	5	6
P0	0,11111	0,13043	0,13433	0,13514
Pc	0,4444	0,1739	0,0597	0,0180
mc (chuyến xe)	0,889	0,174	0,040	0,009
tc (ph.)	5,333	1,043	0,239	0,054
nt	1,0	2,0	3,0	4,0
Hr	0,33	0,50	0,60	0,66
G, đ/ca	9.909.367	9.623.502	10.478.772	11.484.108

Nếu tính toán cho từng loại máy xúc, từng loại ôtô trong từng điều kiện cụ thể về cự ly vận chuyển, đường sá cũng như các điều kiện khác có liên quan, sẽ xây dựng được bảng mức phục vụ cho từng loại máy xúc theo từng loại ôtô vận tải.

2.1.2. Xác định năng suất tổ hợp ôtô - máy xúc trong các mỏ lộ thiên có tính tới độ tin cậy [20]

Theo [20], một trong những yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến năng suất máy xúc và ôtô là những hỏng hóc của chúng mà từ lâu nay ta chưa kể đến. Vì vậy, tính toán độ tin cậy trong quá trình làm việc của ôtô và máy xúc để xác định năng suất của tổ hợp một cách chính xác hơn, cũng như có biện pháp tăng cường khâu dự phòng và sửa chữa những hỏng hóc phát sinh khi làm việc nhằm tăng năng suất thiết bị xúc bốc - vận tải là vấn đề cần thiết.

Trên các mỏ lộ thiên, sự kết hợp làm việc giữa máy xúc và ôtô theo dạng sau: một máy xúc và (n1+n2) ôtô phục vụ, trong đó: n1 là số ôtô cần thiết để phục vụ cho một máy xúc đảm bảo năng suất xúc yêu cầu, n2 là số ôtô dự phòng để bổ sung khi cần thiết. Biểu đồ chuyển biến từ trạng thái này sang trạng thái khác của tổ hợp

được biểu thị ở hình 2.2. Tại đó Hi là trạng thái của hệ thống khi có i ôtô hỏng hóc, còn máy xúc thì làm việc bình thường, i là trạng thái của hệ thống khi có i ôtô hỏng hóc và máy xúc hỏng hóc.

Biểu đồ chuyển biến đó được ghi lại bằng hệ thống các biểu thức vi phân như sau [20]:

P ' (t) (.n ).P (t) P (t)..P

(t)

0 c 1  0 1 c 0

P' (t) .n .P (t)  (.n 

).P (t)  2.P (t) .P (t)

(2.10)

1

...

c 1 0

c 1 c 1

c 2 1

P' (t) (n n

i 1).P

(t)  [(n n

i) c (n1 n2 i) m.).P (t) m..P

(t) .P (t)

i c 1 2

i 1

c 1 2

c i c i 1

1

i

n

Trong đó: Pi - xác suất của hệ thống ở trạng thái thứ i;

Pi - xác suất của hệ

thống ở trạng thái thứ i khi máy xúc bị hỏng hóc; c và c

- tương ứng với cường

độ hỏng hóc và phục hồi của ôtô; 

và 

- tương ứng với cường độ hỏng hóc và

phục hồi của máy xúc; m - số đội (trạm) sửa chữa ôtô.

Sau khi lập trình và giải hệ biểu thức trên bằng máy vi tính, tính được giá trị của Pi(t) (i = 0, 1, 2,..., n1+n2) của hệ thống ở tất cả các trạng thái có thể tại thời điểm (t) bất kỳ.

Đối với chế độ ổn định của sản xuất khi Pi(t) = Pi = const, tức là vế trái của các biểu thức bằng 0.

Số lượng ôtô trung bình làm việc trong một thời điểm nào đó được xác định như sau [20]:



n1

Ni n1 Pi (t) 

i0

n1n2



(n1 i)Pi (t)

in2 1

(2.11)

Số ôtô làm việc trong khoảng thời gian T là [20]:

1 tkt

T

Ncp  .Ni

tbd

(2.12)

Trong đó: tbd, tkt - thời điểm tính số ôtô từ bắt đầu và kết thúc. Năng suất trung bình của một tổ hợp máy xúc, ôtô trong khoảng thời gian T là:

Q qa .Ncp

(2.13)