煤矿行业主要是对我国的自然可利用资源进行开采,以满足人类的发展需求为最终目的行业.在煤矿行业发展中,机械是必不可少的组成部分.因此,如何加强对煤矿开采机械的结构优化,已经成为了当前煤矿行业最为重视的事情,也是必须要彻底解决的事情.
1、煤矿技术中机械装备的重要性
煤炭资源一直是我国的最为重要的生产资源.在我国改革开放以来,煤炭在我国的消费市场中占首要位置.据相关的资料调查显示,就2010年一年间,煤炭在我国的总消费量就高达29.66亿吨,占全国一次性消费能源总量的66%,按这种开采的速度和消费情况来看,我国剩余的煤炭资源还可供开采100年以上.随着我国经济建设的发展及企业对煤炭资源的需求,我国近几年来成立了多个大型的煤炭开采基地.但同时,由于煤炭开采过程中机械设备问题,使在煤炭开采过程中受伤或死亡的人数也在逐年递增,这主要是由于在煤炭开采过程中机械设备跟不上时代的发展需求所至,据国内不完全资料数据显示表明,每年因煤矿机械装备所造成的伤亡人数占整体煤矿开采中伤亡人数的百分之七十左右.对于这种情况而言,随着煤炭开采事业的发展,负责人员也在不断地总结着经验与教训,对煤矿技术机械装备的结构优化组合也做出了一系列的改革措施,煤矿技术机械装备的好坏直接影响着整个煤矿开采施工工程是否可以顺利完工,也直接影响着施工人员的生命安全.
因此,对煤矿机械进行结构优化是煤矿事业发展的必经之路.
除此之外,煤矿技术中机械是属于一种大范围的分类,是煤矿技术中不可或缺的一个重要的组成部分.由于煤矿技术不同于其它的开采技术,因此煤矿机械装备的各类特征也是不同于其它开采装备的.随着我国煤矿事业的发展,使国内每年开采出的煤炭总数量都在不断增加.
至2012年底,我国煤炭开采总数量已经超过了32亿.由此可见,煤矿技术中机械装备的重要性.
2、煤矿机械的发展现状
目前我国的煤矿资源分为露天煤矿和井下煤矿两种,因此,开采机械也分为露天机械和井下机械两种.据国内资料统计表明,至十一五以来,我国煤矿技术中机械的需求量达50万台,总投资量超过了950亿元.其中,应要求新增的机械数量达23万台,总投资量达650亿元.而煤矿机械中需要结构优化与更新的设备超出了一半以上,所需投入资金达250亿元.截至2012年底,国家针对115家煤矿机械使用情况进行了调查,数据表明,在这115家煤矿开采企业中,至2008年底机械更新及结构优化所投入的资金额达650亿元,所产出的直接收入高达780多亿元.
至2012年底,用于煤矿机械装备更换与结构优化的资金已高达860亿元,所产出的直接收益高达1100亿元.就我国煤矿资源调查结果表明,我国煤矿资源将来还有500多亿元的可开发利用空间,而开采设备也将逐渐由传统的中小型开采机械装备向大型煤矿机械开采装备演变.
另外,随着我国国务院所出台的关于《加快振兴装备制造业的若干意见》方针政策的提出,提高煤矿持术中机械设计的运行能力以及综合性指标已经成为了煤矿事业发展中的重中之重.同时我国就机械设备优化提出了末来的发展方向,即:大型设计的使用率要达到全国煤矿机械使用率的百分这九十八以上.也就是说,我国的煤矿技术中机械的使用率已经成为了煤矿开采事业发展好坏的重要标志.
3、煤矿技术中机械装备目前存在的问题
目前我国煤矿开采分为露天开采及井下开采两种.露天煤矿开采中所需要的机械装备相对较为简单,主要有机械式挖掘机、连续挖掘机、大型皮带输送机以及大型非公路矿用车等.而井下煤矿开采中,所需的机械设备就相对较为复杂,即:输送设备、通风设备、开采设备以及巷道掘进设备、巷道支护设备、瓦斯探放设备等.虽然两种煤矿开采中所需的机械设备不同,但均存在着相同的设备问题.煤矿技术中机械设备所最常出现的问题就是局部最优点增多现象.如图一所示:
从图中可以看出,二维连续变量是不存在任何约束性优化问题的,而在其内部仅有一个最高局部优化点X³,如果在此基础上将连续变量进行整型离散化处理,则可以得出图二及图三所示的情况,如图:
从图中分别可以看出,当整型离散后的图形为图二所示时,则内部仅产生一个最高型离散点X³,而当整型离散后的图形为图三所示时,则会产生两个相等数值的最高型离散点X³1、X³2,由此结论可以分析出,机械内部产生局部高型离散最优点增多现象.
另外,如图四所示产生的二维约束优化问题时,并且其内部变量为连续变量时,则仅有一个局部最优点D产生.如果此时将连续变量整合为整型离散化模式,则会产生三个不同数值的局部最优点,即:A、B、C三点.则此时可以判定局部最优点增多现象.同时,由二维优化点问题可以得出结论,即三维及三维以上优化问题存在着优化点增多现象,也就是说,将连续变量进行离散处理后,再对离散空间内的约束混合性问题进行优化处理,则会产生局部优化点增多现象.如图:
4、煤矿技术中机械结构优化设计措施
煤矿技术中机械的结构优化设计对于煤矿开采的安全性是十分重要的.因此,煤矿开采部门相关人员经过多年的工作经验积累,结合先进的设备优化方案对煤矿机械装备进行了结构优化设计.
针对于上述机械结构优化点增多现象,首先从某点(X点)沿AF方向进行搜索出界后得可行区域内边界点B时,首先选取AF方向在虚拟约束边界g(X)=0在B点的切平面上投影响方向S为搜索方向进行搜索.如果沿S方向进行搜索得到新点在S区域内,即:F(X)小于B,时,则可以继续沿该方向进行搜索.但如果当F(X)大于B时,则可以判定出B点为局部最优点,并同时将B点数据进行存储.而后将X点做为起始点再次重新进行搜索.如果当沿AF方向进行搜索后仍然回到了起始位置上,由视起始点为收剑点,该搜索程序完成.
另外,如果从X点沿AF方向搜索一步出界时,则AF在该虚拟约束边界X点切平面上的投影方向S搜索一步得到的新点又出其它边界时,则沿AF在新边界点AF点切面上的投影方向搜索一步.也就是说,如果搜索得到了一个新点在可行区域内,当目标函数值下降时,则继续沿着该方向进行搜索.反之则回到起始点重新进行搜索.而如果得到的新的搜索点有其它新的约束边界出现时,则仍然要沿AF点在新的虚拟边界切平面上的投影方向进行搜索.如果在搜索中出现了上述边界情况之一时,则可以判定X点为死点.
结语:综上所述可知,煤矿技术中机械装备结构优化设计对提高设备的使用年限以及设备的运行安全都是十分重要的.因此,在机械设备优化设计时,要针对机械设备结构中出现的问题进行合理的改正与设计,从而保证机械结构优化设计的有效性,提高整个机械的运行能力.
参考文献
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