2015-05-10
310
Реализация рассмотренных выше [5, 10, 18, 21] математических моделей подтверждает, что интенсивность разрушения материала струей жидкости высокого давления определяется его прочностными свойствами, гидродинамическими параметрами струи, характером взаимодействия струи с разрушаемым материалом, временем воздействия и другими факторами. А среди них, в свою очередь, наиболее существенное влияние оказывают магистральное давление, диаметр струеформирующего насадка и скорость его перемещения относительно разрушаемого материала. При этом все перечисленные параметры имеют соответствующие ограничения, связанные как с условиями безопасности проведения работ, так и с обеспечением гарантированного «полного» воздействия на обрабатываемый объект – сквозного реза элементов конструкций, извлечения взрывчатого снаряжения, удаления покрытия и т.д., зависящего от выбранных технологических режимов и используемого оборудования.
Таким образом, для корректного решения поставленной задачи необходима разработка математической модели, описывающей не только процесс гидроразрушения, но и влияние затрат, связанных с организационными аспектами процесса утилизации боеприпасов, которые напрямую зависят от параметров установки расснаряжения, штучного времени расснаряжения одного боеприпаса, его типа, калибра, и размеров партии. Критерием эффективности (целевой функцией) в данном случае может служить удельная себестоимость материалов, получаемых при расснаряжении боеприпасов.
|
|
|
Целевая функция, подлежащая минимизации представляется в виде 
при наличии ограничений
, 
, 
,
где 
– вектор независимых переменных,
– вектор фиксированных параметров,
– вектор расчетных параметров, на которые накладываются ограничения,
,
– нижний и верхний пределы изменения независимых переменных,
,
– нижний и верхний пределы изменения расчетных параметров.
К независимым переменным в данном случае отнесем параметры Р – магистральное давление, 
– выходные диаметры сопел, 
– угол наклона струи жидкости к обрабатываемой поверхности, h – расстояние от торца сопла до обрабатываемой поверхности; к фиксированным параметрам: 
– шероховатость внутренней поверхности сопла, n – количество сопел, А – наличие/отсутствие абразива, а также различные стоимостные и эксплуатационные коэффициенты; к расчетным параметрам отнесем геометрические и кинематические параметры формируемых струй жидкости, а также различные силовые, временные и расходные факторы, реализующие данный механизм удаления покрытия.
На параметры могут быть наложены следующие ограничения:
|
|
|
– 
– с одной стороны уровень магистрального давления должен обеспечивать преодоление сил прочности, текучести обрабатываемого материала, с другой стороны – обеспечивать безопасность проведения работ, определяемую надежностью оборудования и чувствительностью ВВ;
– 
– минимальный выходной диаметр сопла должен обеспечивать устойчивое струеобразование, а максимальный ограничен предельным расходом жидкости Q;
– угол может изменяться в пределах 
в зависимости от реализуемой схемы технологического процесса;
– минимальное расстояние от торца сопла до обрабатываемой поверхности h определяется конструктивными ограничениями, а максимальное – энергетическими возможностями струи по преодолению сил прочности, текучести, адгезии и т.д.;
– шероховатость внутренней поверхности сопла Δ определяет уровень начальной турбулентности струи и зависит от технологических возможностей оборудования при его изготовлении;
– количество используемых сопел n=1…2 определяется используемой схемой обработки изделия и имеет ограничения по электрической мощности оборудования N и расходу Q.
– наличие или отсутствие абразива (параметр А) определяет использование гидро- или гидроабразивного оборудования в зависимости от реализуемого технологического процесса;
Ограничения на независимые переменные могут быть проверены сразу после выбора вектора 
, ограничения на расчетные параметры 
проверяются при расчете рабочего процесса.
Расчет оптимальных параметров расснаряжения осуществляется следующим образом. На первом этапе, используя известные математические модели [10], производится расчет штучного времени для выбранного процесса расснаряжения одного изделия по начальным значениям расчетных параметров, а также проводятся проверочные расчеты, обеспечивающие безопасность процессов сепарации и допустимый уровень гидравлической мощности и расхода жидкости. Затем, рассчитав по известным зависимостям массы и удельные себестоимости элементов БП, подлежащего утилизации, в зависимости от его типа и калибра [8], производится расчет затрат на амортизацию установки. После выбора режима и способа обработки также производится расчет заработной платы работников, обслуживающих установку, затрат на электроэнергию, а также затрат непосредственно на процесс расснаряжения – извлечения ВС, воду, после чего учитываются затраты на инструмент, ремонт оборудования, отопление, освещение (цеховые расходы) и транспортировку. Вся расходная часть суммируется. Нахождение значения функции 
проводилось с использованием метода градиентного спуска, при этом начальное значение функции полагалось 
∞, а последующие значения вектора независимых переменных генерировались в зависимости от выполнения условий методом случайного поиска. Условием окончания поиска было выбрано сокращение интервала неопределенности до величины, меньше заданной предварительно.
На рисунке 2.11 представлена блок-схема реализованного алгоритма оптимизации.
Рис. 2.11. Блок-схема алгоритма оптимизации
В качестве примера рассмотрен процесс извлечения ВС из корпусов утилизируемых БП 3ОФ-25 и 3УОФ-6. Анализ полученных результатов позволяет выделить следующие перспективные сочетания используемых параметров оборудования (см. табл. 2.14).
В табл. 2.14 обозначено: 
– начальная скорость струи; 
– диаметр струеформирующего насадка; 
– магистральное давление, обеспечиваемое источником высокого давления; 
– время расснаряжения БП; 
- производительность; 
– удельная энергия резания; 
– удельная себестоимость извлекаемого ВВ.
Таблица 2.14
