Кулешов А.А. Надежность горных машин и оборудования

Подождите немного. Документ загружается.

обс

– суммарное время простоев из-за планового и внепланового

технического обслуживания всех объектов; время простоя по орга-

низационным причинам здесь не учитывается.

В отличие от K

, K

т.и

учитывает затраты времени на плановое

техническое обслуживание и поэтому всегда K

т.и.

< K

Чем больше значения K

т.и

и K

, тем лучше приспособлен объ-

ект для технического обслуживания.

2. МЕТОДЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ НАДЕЖНОСТИ

Обеспечение надежности машины нельзя рассматривать в

отрыве от условий ее эксплуатации. В зависимости от назначения

машины требования к надежности могут оказаться различными. В

случаях, когда руководствуются не экономическими соображения-

ми, обычно стремятся к максимальной надежности. Там, где на пер-

вое место ставятся экономические задачи, оборудование должно

иметь оптимальную надежность (рис.2.1).

Рис.2.1. Определение оптимального уровня надежности

Расходы

на эксплуатацию

Стоимость уровня

надежности

Стоимость

восстановления

работоспособности

Уровень надежности

Стоимость

min

Надежность формируется и поддерживается на трех этапах

жизненного цикла технических объектов: разработки и проектиро-

вания, изготовления, эксплуатации.

2.1. ФОРМИРОВАНИЕ И ПОДДЕРЖАНИЕ

УРОВНЯ НАДЕЖНОСТИ ОБЪЕКТА

2.1.1. Формирование надежности при проектировании

К основным методам формирования требуемого уровня на-

дежности горного оборудования на этом этапе относятся:

• выбор рациональных конструктивных, кинематических и

технологических схем работы;

• полный учет внешних и внутренних нагрузок;

• применение совершенных методов расчета рабочих па-

раметров;

• резервирование элементов, функций, прочности и мощности;

• анализ показателей надежности;

• выбор методов быстрого и качественного восстановления

работоспособности.

Перед расчетом показателей надежности изделия составля-

ется схема расчета. Вначале описывается работа изделия – как оно

работает в течение заданного времени, как работают элементы. В

результате составляется перечень свойств исправного изделия и

диапазон изменения его рабочих параметров. Затем перечисляются и

описываются возможные отказы элементов и всего изделия, оцени-

вается влияние отказов каждого из элементов на работоспособность

изделия, после чего составляется логическая модель его безотказной

работы. Для этого рассматривают поведение изделия при отказе ка-

ждого из составляющих элементов.

Уровень надежности определяется и способом соединения

или взаимодействия составляющих элементов объекта. В теории на-

дежности различают последовательное, параллельное и смешанное

взаимодействия элементов.

Если объект состоит из элементов А, В и С, взаимодейст-

вующих последовательно, то он работоспособен при рабочем со-

стоянии каждого из этих элементов. Отказ любого элемента являет-

ся необходимым и достаточным условием отказа объекта в целом.

Вероятность безотказной работы изделия в целом определяется по

теореме умножения вероятностей безотказности элементов

Р = Р

Отсюда видно, что с увеличением числа последовательно взаимо-

действующих элементов надежность изделия быстро снижается.

Если изделие состоит из параллельно взаимодействующих

элементов и его работоспособность будет обеспечена при сохране-

нии работоспособности хотя бы одного элемента (А, В или С), то

вероятность безотказной работы такого изделия определяется по

теореме сложения вероятностей. При большом количестве парал-

лельно взаимодействующих элементов теорема сложения вероятно-

стей дает очень сложную расчетную зависимость. Поэтому удобнее

определять вероятность отказа изделия и через нее – вероятность

безотказной работы

Π=

где q

= 1 – р

– вероятность отказа i-го элемента, затем Р = 1 – Q.

Вероятность безотказной работы изделия при параллельном

взаимодействии элементов больше или равна вероятности безот-

казной работы наиболее надежного элемента. При этом она возрас-

тает с увеличением числа m параллельно взаимодействующих

элементов.

При смешанном взаимодействии элементов надежность из-

делия определяется с использованием зависимостей для последова-

тельного и параллельного взаимодействия.

В теории надежности разработан ряд методов, повышающих

надежность систем. Одним из них является создание резервов того

или иного вида, повышающих вероятность безотказной работы. Так,

например, в систему включают резервные элементы, избыточные по

отношению к минимально необходимым для ее работы. Это приво-

дит к более высокой вероятности безотказной работы, чем у одного

элемента.

Следует отметить, что введение резервного элемента – не

единственный путь повышения надежности. Такой же эффект

можно достичь, повышая уровень надежности рабочих элементов

системы. Резервируют прочность деталей (запас прочности), мощ-

ность машины (запас мощности). Одним из подходов к повышению

надежности при проектировании является использование критерия

«худшего случая», который предусматривает нормальную работу

изделия при сочетании наихудших значений каких-либо факторов

во время эксплуатации. Это приводит к запасу устойчивости рабо-

ты изделия.

Введение в машине избыточности ведет к ухудшению ее ве-

совых, габаритных, стоимостных и других показателей. Существуют

математические методы и алгоритмы, позволяющие найти такие

проектные решения, которые наилучшим образом удовлетворяли бы

различным, зачастую противоречивым, требованиям. С их помощью

может быть поставлена и решена задача достижения максимальной

вероятности безотказной работы изделия при заданных ограничени-

ях (по стоимости, размерам, массе и др.) или достижения минималь-

ного значения одного из показателей при заданном уровне вероят-

ности безотказной работы.

2.1.2. Формирование надежности

при изготовлении объекта

На этапе изготовления повышение надежности и долговеч-

ности машин достигается применением высококачественных мате-

риалов и прогрессивных технологических процессов обработки, со-

вершенной технологией процессов сборки, монтажа и испытаний,

строгим соблюдением технологических регламентов. Существенную

роль в реализации намеченного уровня надежности изделия играет

обеспечение стабильности размеров и формы деталей, повышение

износостойкости и усталостной прочности, качества обработанной

поверхности и физико-технических свойств изготовленных деталей.

Готовую продукцию принимают заводские ОТК и затем производят

заводские и промышленные испытания.

При больших партиях изделий проведение сплошного кон-

троля требует больших расходов. В этом случае контролю подвер-

гаются только некоторые изделия из партии, а сам контроль называ-

ется выборочным или статистическим. Для сокращения числа испы-

таний и их длительности применяются ускоренные испытания. Ос-

новная идея ускоренных испытаний на надежность заключается в

том, чтобы, не меняя физической сущности процесса изменения на-

дежности, значительно сократить сроки испытаний и, оценив каче-

ство изделий, в относительно короткий срок довести их надежность

до намеченного уровня. Ускорение испытаний достигается:

• ужесточением нагрузочных режимов или характеристик

внешней среды;

• экстраполяцией характеристик случайного процесса по-

явления отказов;

• моделированием процесса износа и старения объекта с

помощью различных приборов и аналоговым моделированием.

Результаты ускоренных испытаний должны систематически

сопоставляться с результатами эксплуатационных наблюдений.

2.1.3. Восстановление надежности

при эксплуатации объекта

Анализ эксплуатационной надежности горных машин пока-

зывает, что наиболее существенное влияние на уровень эксплуата-

ционной надежности оказывают правильная организация использо-

вания оборудования очистных забоев, обеспечение его запасными

частями и частота проведения профилактических работ. Узлы и де-

тали горно-шахтного оборудования показывают разброс наработок

до отказа, поэтому большое значение имеет выбор интервалов про-

филактических замен для различных групп деталей. Замена деталей

через период, равный минимальной наработке, экономически не оп-

равдан. Поэтому возникает вопрос о выборе оптимальной периодич-

ности плановых замен деталей. Средняя стоимость профилактиче-

ских замен элементов очистного комплекса одновременно с пере-

монтажом комплекса после отработки столба ниже, чем в период

отработки столба.

На количество постепенных отказов элементов забойного

оборудования существенно влияют величина межремонтного пе-

риода и трудоресурс ремонтной смены. Для различных типов за-

бойного оборудования существует предел увеличения среднего

срока межремонтного периода за счет увеличения трудового ре-

сурса ремонтной смены. Этот предел зависит от сложности приме-

няемого оборудования. Так для ежесуточного проведения профи-

лактических работ вероятность возникновения износовых отказов в

комплексе КМ-87Д не превышает 0,01, а вероятность их возникно-

вения при одной ремонтной смене в неделю возрастает до 0,61 да-

же при значительном увеличении трудоресурса ремонтной смены.

Рациональные периоды ремонтных работ должны выбираться с

учетом сложности и эксплуатационной надежности забойного обо-

рудования.

Оперативное и качественное ведение профилактических ра-

бот может быть осуществлено только на базе использования ЭВМ,

которые позволят одновременно наблюдать большое количество

оборудования, назначать тот или иной вид профилактики и произво-

дить контроль за выполненной работой.

Проведение восстановительных работ даже при оптимальной

их организации не исключает возможность появления износовых и

внезапных отказов элементов машин. Поэтому очень важно опреде-

лять и своевременно поставлять необходимое количество запасных

частей для замены отказавших элементов в периоды между прове-

дениями плановых ремонтно-профилактических работ.

2.2. ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБСЛУЖИВАНИЕ

И РЕМОНТ ОБОРУДОВАНИЯ

Система профилактики включает в себя техническое обслу-

живание (ТО), текущий (ТР) и капитальный (КР) ремонты.

ТО предназначается для предупреждения преждевремен-

ного износа деталей узлов машин и подразделяется на следую-

щие виды:

• ежемесячное обслуживание;

• ежесуточный осмотр и проверка работоспособности и

технического состояния техники;

• ежемесячные ремонтные осмотры.

Ремонт техники – это комплексное мероприятие, направ-

ленное на устранение неисправностей и восстановление работоспо-

собности изделий.

Текущий ремонт (ТР) – минимальный по объему вид ремон-

та, при котором обеспечивается нормальная эксплуатация до оче-

редного планового ремонта. При ТР неисправности устраняются за-

меной или восстановлением отдельных деталей, а также регулиро-

вочными работами.

Капитальный ремонт (КР) заключается в полной разборке и

дефектации горных машин, в замене или ремонте всех составных

частей, сборке машины и ее проверке, регулировке и испытании.

Так как узлы и детали горных машин имеют разброс нарабо-

ток до отказа, то необходимо правильно выбирать интервалы про-

филактической замены для различных групп деталей.

Профилактическая замена деталей через период, равный мини-

мальной наработке до отказа, является экономически неоправданной,

так как многие детали будут при замене иметь еще достаточный ресурс

и, кроме того, потребуются затраты на преждевременную замену, при

этом уменьшится коэффициент технического использования машины.

Поэтому нужно выбирать оптимальные интервалы плановых замен де-

талей, т.е. планировать сроки ремонтного обслуживания.

2.3. СТРУКТУРА И ОРГАНИЗАЦИЯ СИСТЕМЫ

ПЛАНОВО-ПРЕДУПРЕДИТЕЛЬНЫХ РЕМОНТОВ

НА ПРЕДПРИЯТИИ

Для поддержания работоспособного состояния машин в про-

цессе их эксплуатации планируют периодическое проведение тех-

нического обслуживания и ремонтов.

Техническое и ремонтное обслуживание горных машин

представляет собой систему мероприятий по техническому уходу,

поддержанию и восстановлению работоспособности горных машин.

Правильно организованное техническое обслуживание горно-

шахтного оборудования позволяет повысить его надежность и свое-

временно подготовиться к ремонтным работам, обеспечить безопас-

ную работу техники, уменьшить общие эксплуатационные расходы

за счет снижения числа аварийных отказов и убытков из-за их воз-

никновения.

В Положении о планово-предупредительной системе техни-

ческого обслуживания и ремонта оборудования угольных и сланце-

вых шахт установлены виды, регламенты и принципы организации

технического обслуживания и плановых ремонтов, номенклатура

основной технической документации для установления ремонтных

нормативов, принципы организации учета, хранения и движения

запасных частей и оборудования и др.

Сущность системы планово-предупредительных ремонтов

(ППР) состоит в подготовке и выполнении в соответствии со струк-

турой ремонтного цикла установленных видов технического обслу-

живания и плановых ремонтов.

Для очистного оборудования Положением о ППР преду-

сматриваются следующие виды технического обслуживания: еже-

сменное (ТО-1), ежесуточное (ТО-2) и еженедельное (ТО-3).

Для открытых разработок предусматривается сезонное тех-

ническое обслуживание (ТО-4).

Работы по ТО-1 выполняются дежурными электрослесарями,

операторами оборудования и рабочими производственных процес-

сов. При этом выполняются проверка работоспособности машины,

визуальный осмотр и регулировки.

ТО-2 выполняется ремонтными электрослесарями, постоян-

но обслуживающими данный вид оборудования. В состав обслужи-

вания входят замена изношенных деталей, подливка масла, заправка

топливом или рабочими жидкостями.

ТО-3 выполняется теми же силами и электрослесарями энер-

гомеханической службы шахты. Выполняются замена и регулировка

сложных узлов, требующих более высокой профессиональной под-

готовки. Более подробно перечень работ по ТО определяется поло-

жением о ППР для конкретного типа машин.

Текущий ремонт – это минимальный по объему вид ремонта,

при котором обеспечивается нормальная эксплуатация изделия до

очередного планового ремонта. Во время текущего ремонта устра-

няются неисправности (заменой или восстановлением) и выполня-

ются регулировки.

К плановым текущим ремонтам относятся ежемесячное

ремонтное обслуживание (РО), первый, второй и третий текущие

ремонты (Т1, Т2 и Т3) с периодичностью 3, 6 и 9 месяцев соот-

ветственно.

Т1 – осмотровый ремонт, проводится специалистами энер-

гомеханической службы шахты, операторами, производственны-

ми рабочими. Предусматривается осмотр, ремонт и замена слож-

ных узлов.

Т2 – текущий ремонт, выполняется теми же силами, что и

Т1, плюс специализированными ремонтными, наладочными, мон-

тажными местными предприятиями.

Т3 – выполняется теми же силами, что и Т2, плюс специали-

стами завода-изготовителя. Сюда входит частичная разборка, ре-

монт и замена, регулировка и наладка, испытания после ремонта.

Если в горных машинах имеются элементы со сроками

службы более 6 месяцев, но меньшими периодичности капитального

ремонта, завод-изготовитель техники может назначить дополни-

тельные виды текущих ремонтов (Т4 и т.д.) с периодичностью 9, 12

и более месяцев.

Для сложного оборудования (очистные или проходческие

комплексы, компрессоры, вентиляторы) назначаются плановые те-

кущие ремонты, совмещенные с проведением ревизий, наладок и

регулировок составных частей и сборочных единиц оборудования:

квартальные (НРК), полугодовые (НРП), годовые (НРГ) и двухго-

дичные (НРД).

Капитальный ремонт заключается в полной разборке и де-

фектации горной машины, в замене или ремонте всех основных уз-

лов, в том числе и базовых (корпус машины, кузов), сборке, регули-

ровке и испытании. Плановый капитальный ремонт (К) выполняется

специализированными ремонтными предприятиями с периодично-

стью, установленной технической документацией.

При формировании плана ППР капитальный ремонт можно

назначить при одновременной замене нескольких сложных в ремон-

те узлов в один срок и при попадании этого срока в период, близкий

к середине длительности эксплуатации участка.

Продолжительность всех видов планового технического об-

служивания и ремонта устанавливается отраслевыми ремонтными

нормативами. Объемы технического обслуживания и ремонта для

конкретных условий эксплуатации систем горного оборудования

разрабатываются энергомеханической службой объединений и шахт

на основании инструкций по ТО и других нормативных документов,

в которых приводится состав необходимых работ и технология их

выполнения, сроки, привлекаемые трудовые ресурсы.

Ликвидация отказа элемента горной машины связана с оста-

новкой машины и поэтому всегда вызывает сокращение рабочего

времени (т.е. выполнение своих функций) за счет проведения вне-

плановых ремонтов в рабочие смены. Снижение затрат времени на

ликвидацию отказа может быть достигнуто путем правильной оцен-

ки технического состояния элемента и установления оптимального

срока его замены. Четкое проведение регламентных работ по тех-

ническому обслуживанию и ремонтам приводит к существенному

сокращению неполомочных отказов (перекосы крепи, подгорание

контактов электроаппаратуры и др.) Трудоемкость работ может

быть снижена за счет унификации сборочных блоков и узлов горной

машины (модульный метод ремонта).

2.4. РЕЗЕРВИРОВАНИЕ

Резервирование – метод повышения надежности объекта

введением избыточности. Избыточность – дополнительные средст-

ва и возможности сверх минимально необходимых для выполнения

объектом заданных функций.

Избыточность:

1) наличие избыточных элементов структуры объекта;

2) использование дополнительного времени сверх мини-

мального;