Кулешов А.А. Надежность горных машин и оборудования

Подождите немного. Документ загружается.

ческих показателей технической характеристики, оценка правильно-

сти их выбора и соответствия проектным показателям; проверка со-

ответствия основных машин комплекса существующим ГОСТам;

определение фактической степени механизации и автоматизации

производственных процессов; проверка работоспособности ком-

плекса; выявление преимуществ и недостатков конструкции; про-

верка эксплуатационной надежности комплекса и его основных час-

тей; оценка правильности выбора технологической схемы работы

комплекса; проверка условий безопасности работ; оценка запылен-

ности, удобств прохода, температурных условий при работе ком-

плекса; определение технико-экономических показателей работы

основных машин и комплекса в целом и установление экономиче-

ской эффективности его применения; оценка уровня качества обо-

рудования; уточнение области применения комплекса; установление

целесообразности продолжения работ по доводке конструкции.

Организация и порядок проведения испытаний должны пре-

дусматривать: проверку комплектности прибывшего на место ис-

пытаний комплекса; контрольную сборку машин; опробование их

в работе; обучение обслуживающего персонала. После контрольной

сборки комплекс демонтируется и спускается в шахту.

Испытания проводятся в два этапа. На первом этапе ос-

ваиваются комплекс и взаимодействие основных его частей (вы-

емочной машины, забойного конвейера, механизированной крепи и

др.), производится наладка. Одновременно отрабатывается орга-

низация работ, уточняются правила безопасности. Сроки прове-

дения первого этапа испытаний устанавливаются МВК.

Горно-геологические и горно-технические условия, выби-

раемые для испытаний, должны максимально соответствовать гра-

ничным, наиболее неблагоприятным условиям, установленным тех-

нической характеристикой комплекса, т.е.: мощность пласта – ми-

нимальному пределу мощности на тонких пластах и максимальному –

на пластах средней мощности и мощных; угол падения пласта –

максимальному углу падения; устойчивость кровли и ее класс по

обрушаемости – соответственно наименее устойчивой кровле и наи-

более высокому классу обрушаемости; сопротивление почвы и

кровли на вдавливание – минимальному по технической характери-

стике; сопротивление угля резанию – максимальному пределу этого

сопротивления.

Выявляются условия безопасности при работе комплекса и

его элементов, дается оценка средств пылеподавления, удобства

ремонта и эксплуатации. При оценке надежности оборудования

опытного образца комплекса устанавливаются: полный перечень всех

отказов (отдельно комбайна, конвейера, крепи), включая отказы

электрооборудования; показатели надежности комплекса в целом и

отдельно комбайна, конвейера крепи лавы и крепи сопряжений и

их основных частей и узлов; перечень узлов, за которыми необходи-

мо продолжить наблюдения после завершения испытаний в заданном

объеме (узлов, которые в период испытаний не отказывали и по ко-

торым не определены показатели надежности).

В процессе испытаний должны быть определены следующие

показатели надежности машин и узлов: наработка на отказ, коэффи-

циент готовности, удельная трудоемкость межремонтного техниче-

ского обслуживания и плановых текущих ремонтов.

Большую роль при определении показателей надежности иг-

рают стендовые испытания деталей и узлов машин (рис.3.5). С це-

лью экономии времени и средств эти испытания нужно проводить

столько раз, сколько нужно для получения достоверных результатов.

Для определения необходимого числа экспериментов пользуются

теорией их планирования. Испытания образцов проводятся на спе-

циальных стендах. По результатам испытаний выполняют построе-

ние кривой усталости, оценивают параметры распределения преде-

лов выносливости, определяют

ресурс машины при эксплуата-

ционных нагрузках.

На рис.3.5: П – привод;

ИУ – испытательный узел; УН –

узел нагрузки. Преимущество

стенда с прямым потоком

мощности – малый расход

мощности, недостатки – слож-

ная конструкция и высокая

стоимость изготовления.

Рис.3.5. Схема испытательного стенда:

а – с прямым потоком мощности; б –

для испытаний машины целиком

ИУ

УН

ИУ

УН

Сигнал обратной связи с измерительного усилителя поступает

в регулировочный усилитель, где сравнивается с заданным управ-

ляющим сигналом, полученным от задающего устройства. Разность

между заданным электрическим сигналом и сигналом обратной связи

(фактическое значение снимается с диаметра) усиливается в регули-

ровочном усилителе и как сигнал ошибки подается на исполнитель-

ный сервоклапан, который вносит коррекцию в поток подаваемого в

полости цилиндра масла. Заданное и истинное значение нагружения

можно наблюдать на осциллографе. Источником давления является

гидравлический агрегат. Испытательный комплекс оборудован ЭВМ.

Ввод управляющего сигнала осуществляется от магнитной записи, на

которой зафиксирован реальный процесс нагружения.

Используются три основных метода испытаний на много-

цикловую усталость:

• одноступенчатые испытания (регулярные нагружения);

• многоступенчатые (блочные нагружения) – 6-8 ступеней;

• испытания при случайном нагружении.

В последнее время наибольшее развитие получили испыта-

ния при случайном нагружении благодаря созданию электрогидрав-

лических следящих систем. Различают виды нагружений:

• испытания воспроизведением (копированием);

• испытания имитацией (моделированием) реального процесса.

Для расчетного определения вероятности безотказной работы P

(t)

машина должна быть разделена на отдельные элементы: системы, узлы,

детали. Отказ одного элемента не должен влиять на надежность других.

Все элементы машины можно разделить на три группы. Эле-

менты первой группы можно определить расчетным путем, второй –

по аналогам, третьей – на стендах.

Коэффициент готовности системы определяется из выражения

∑

об

Испытания на надежность объектов выполняются в соответ-

ствии ГОСТ 17510-79.

4. РАСЧЕТЫ ПОКАЗАТЕЛЕЙ НАДЕЖНОСТИ

4.1. РАСЧЕТ ПОКАЗАТЕЛЕЙ НАДЕЖНОСТИ КОМПЛЕКСОВ

ГОРНОГО ОБОРУДОВАНИЯ

Перед расчетом надежности на стадии проектирования со-

ставляется схема расчета на основе анализа процесса функциониро-

вания объекта. Затем формулируются его возможные структурные

состояния и описываются возможные отказы. Расчет показателей

безотказности производят с помощью теорем сложения и умноже-

ния вероятностей. Для повышения надежности применяют различ-

ные схемы резервирования. С помощью лабораторных и промыш-

ленных испытаний устанавливают соответствие расчетных и факти-

ческих показателей. При организации испытаний используют фак-

торный план экспериментов.

Задача А. Автомобиль можно представить схемой (рис.4.1).

1. Основываясь на структурной схеме, найти вероятность

безотказной работы автомобиля w

, если вероятность безотказной

работы каждого элемента равна w

2. Вероятность безотказной работы автомобиля равна w

Найти вероятность безотказной работы каждого элемента, если они

одинаковы.

3. Вероятность безотказной работы автомобиля равна w

. Ве-

роятности безотказной работы последовательно включенных w

элементов одинаковы, параллельно включенных w

пр

– на 20 %

Рис.4.1. Структурная схема автомобиля

Тормоза

Ручной

Пневматический

Колесо

Редуктор

Вал

Трансмиссия

Цилиндры

двигателя

меньше и тоже одинаковы. Найти вероятности безотказной работы

всех элементов данной системы.

4. Вероятность безотказной работы каждого последовательно

включенного элемента равна w

, а каждого параллельно включенно-

го на 20 % меньше w

. Определить вероятность безотказной работы

системы.

Данные для расчетов: вариант 1 – w

= 0,9; вариант 2 –

= 0,6; вариант 3 – w

= 0,51; w

= 0,73; вариант 4 – w

= 0,73.

Решение. Вариант 1: w

= [1 – (1 – 0,9)

] ⋅ 0,9 · 0,9 ⋅ [1 –

– (1 – 0,9)

]

⋅

0,9 = 0,72164.

Вариант 2. Это задача, обратная предыдущей, w

= 0,849.

Вариант 3. Уравнение для вычисления вероятности безотказ-

ной работы автомобиля имеет вид

= [1 – (1 – 0,8w

)

[1 – (1 – 0,8w

)

Для последовательного соединения w

= 0,8342, для парал-

лельного соединения w

= 0,6674.

Вариант 4. Уравнение для расчета вероятности безотказной

работы автомобиля имеет вид

= [1 – (1 – w

)

](0,8w

)

[1 – (1 – w

)

]; w

= 0,3145.

Задача Б. В период нормальной эксплуатации машины, ха-

рактеризуемый постоянной интенсивностью отказов, вероятность

безотказной работы машины после Т часов работы составляет w

Определить интенсивность отказов λ. Данные для расчетов:

Т = 2500; w

= 0,9. Для условий задачи вероятность безотказной ра-

боты определяется по формуле

= е

-λ

отсюда интенсивность отказов

λ = –Ln(w

)/t = –Ln0,9/2500 = 0,4214 ⋅ 10

–4

4.2. РАСЧЕТ И ПОСТРОЕНИЕ ГРАФИКОВ ОБСЛУЖИВАНИЯ

ГОРНОЙ МАШИНЫ

В расчетной работе рассмотрен вероятностный способ ор-

ганизации профилактических работ, основанный на анализе стати-

стической информации о надежности. Целью расчетов является

определение оптимальных сроков службы элементов горных ма-

шин, при которых достигается минимум затрат на проведение пла-

новых и аварийных ремонтов, построение стратегии обслуживания

горного оборудования и определение необходимого количества

запасных частей.

Порядок выполнения работы:

1. Определение параметров законов распределения случай-

ных наработок узлов и деталей машины.

2. Выбор наиболее вероятных законов распределения нара-

ботки каждого узла машины.

3. Расчет оптимального периода замены каждого узла маши-

ны, определение сроков и видов ремонтов, выбор количества запас-

ных частей.

4. Построение графиков ремонтов.

• Определение параметров распределения наработок 1-го уз-

ла выполнено путем статистической обработки накопленных данных

на ЭВМ. Получены следующие результаты:

Нормальный закон

ср

= 1780

= 650

Логарифмически-нормальный закон А = 4,8124

= 0,236

Закон Вейбулла

А = 1884

В = 5,006

Гамма-распределения

= 0,00252

m = 10,41

Для построения диаграммы и опытной кривой распределения

наработок 1-го узла определяем длину интервала

lg3,31

minmax

−

=∆

где T

max

и T

min

– соответственно максимальная и минимальная нара-

ботка 1-го узла машины по статистическим данным,

235

23,31

8402629

⋅+

−

=∆t

На рис.4.2 представлены результаты построения диаграммы

и кривой распределения наработок для 1-го узла.

• Наиболее вероятный закон распределения наработок каж-

дого узла выбирается с помощью критерия согласия Пирсона χ

Законы распределения

Первый

узел

Второй

узел

Третий

узел

Четвертый

узел

Пятый

узел

Нормальный 13,45 14,90 23,46 18,86 13,58

Логарифмически-нормальный

28,40

26,33

16,32

17,28

33,80

Вейбулла

4,64 4,47

16,86 20,16

5,71

Гамма 10,08 34,056

10,39

4,23

22,64

По значению критерия согласия выбраны законы распре-

деления: первый, второй, пятый узлы – закон Вейбулла; третий,

четвертый узлы – гамма-

распределения.

• В качестве крите-

рия для расчета оптимальных

сроков замен используем от-

ношение затрат на замену

узла к длительности межре-

монтного периода S

уд

и ко-

эффициент стоимости узла Е,

значение которого приведено

в исходных данных. В ре-

зультате расчетов на ЭВМ

получены значения опти-

мальных сроков замены Т

опт

средние значения наработок

ср

, вероятности достижения

оптимальных сроков замены

и удельные стоимости

замен S

уд

Рис.4.2. Диаграмма и опытная кривая

распределения наработок 1-го узла

800 1035

1270

1505

1740 1975

2210

2445

2680

n = 1

Номер

узла

опт

ср

уд

1840

1775

0,00005

0,945

0,185

6100

6034 0,00004 0,967 0,119

3070

2930

0,00014

0,510

0,533

2850

2750

0,00017

0,279

0,444

5 2730

2610

0,00013 0,296 0,644

По условию задачи при вероятности достижения оптималь-

ного срока замены более 0,9 принимается срок замены Т

опт

, иначе –

ср

. Принятые сроки замен выделены жирным шрифтом.

Для расчета количества запасных частей по каждому узлу

необходимо назначить модели замен. Вид модели выбирается на ос-

нове анализа значений удельной стоимости замены S

уд

и коэффици-

ента стоимости узла Е. Высокие значения S

уд

делают необходимым

продление межремонтного периода для максимального использова-

ния ресурса узла, а малые значения коэффициента стоимости пока-

зывают тяжесть последствий аварийного отказа.

Анализ значений этих параметров позволяет дать следующие

рекомендации:

• для 1-го узла – регламентированная модель, т.е. без пере-

носа планового срока ремонта при аварийном отказе, так как S

уд

имеет малое значение относительно других узлов и Е < 0,3;

• для 2-го узла – регламентированная модель;

• для 3-го узла – базовая модель, т.е. узел работает до отказа,

так как последствия аварийного не тяжелые, а S

уд

относительно велико;

• для 4-го узла – индивидуальная модель, т.е. с переносом

планового срока ремонта при замене узла по аварийному отказу (са-

мое большое значение S

уд

);

• для 5-го узла – базовая модель.

Плановое число ремонтов

сл

ср

z =

где N – число машин на участке; Т

сл

– срок службы участка; Т

–

межремонтный период.

Узел 1

;63

1840

129009

ср

⋅

число запасных узлов z

= 1,34

⋅

63 = 84.

Узел 2

;19

6100

129009

ср

⋅

число запасных узлов z

= 1,34

⋅

19 = 25.

Узел 3

;40

2930

129009

ср

⋅

число запасных узлов z

= 1,34

⋅

40 = 53.

Узел 4

;42

2750

129009

ср

⋅

число запасных узлов z

= 1,34

⋅

42 = 56.

Узел 5

;44

2610

129009

ср

⋅

число запасных узлов z

= 1,34

⋅

44 = 59.

• Для построения графика ремонтов вначале строим времен-

ную ось и откладываем на ней общий срок эксплуатации оборудова-

ния Т

сл

= 12900 ч. В качестве срока замены узла принимаем значение

опт

, если вероятность достижения оптимальной наработки w пре-

вышает 0,9, и значение Т

ср

, если это значение меньше 0,9.

Откладываем на осях каждого узла эти значения (рис.4.3). Из

графика видно, что замена узлов 3, 4 и 5 может быть проведена в

одну ремонтную смену, так как наибольшая разница в сроках замен

невелика (для 3-го и 5-го узлов), т.е. не более 12 % от срока замены

5-го узла. Назначаем срок замены этих трех узлов на 153-е сутки

(2750/18 = 153), так как при этом максимально используется ресурс

самого дорогого из заменяемых узлов (4-го), а возможный аварий-

ный отказ 3-го или 5-го узлов не повлечет за собой серьезных по-

следствий.

100

T, ч

Рис.4.3. Сроки первых ремонтов и их группировка

1-5 – номера узлов

сл

Рис.4.4. Следующие ремонты

и их группировка в капитальный ремонт

1-5 – номера узлов

T, ч

ТО

К ТО

ТО

сл

сут

2, 1

Рис.4.5. Суточный график

и виды ремонтов комплекта оборудования

1-5 – номера узлов