книги из ГПНТБ / Болошин, Н. Н. Надежность работы технологических узлов и оборудования обогатительных фабрик

ляет 0,2 для каждой машины. Примем, что при каскадном и плос­ костном решениях корпуса 50% времени простоев приходится на ППР, который производится при остановке корпуса (этим самым каскадная схема становится в более выгодное положение). Тогда потери времени вследствие отказов в эксплуатационном периоде времени определяются скорректированным коэффициентом неис­ правности 0,1, а скорректированное значение коэффициента техни-

бункер

бункер

Рис. 8. Взаимосвязь оборудования в корпусе среднего и мелкого дроб­ ления н на складе руды:

а — в к о р п у с е д р о б л е н и я п р и п л о с к о с т н о м р е ш е н и и : / — к о н в е й е р ; 2 — г р о х о т ; 3 — д р о б и л к а К С Д -2 2 0 0 ; 4 — к о н в е й е р ; 5 — п и т а т е л ь ; 6 — г р о х о т ; 7 — к о н в е й е р ; 8 — д р о ­ б и л к а К М Д - 2 2 0 0 ; 9 — к о н в е й е р ; б — к о р п у с д р о б л е н и я п р и к а с к а д н о м р е ш е н и и ; / — п и ­ т а т е л ь ; 2 — к о н в е й е р ; 3 — д р о б и л к а К С Д -2 2 0 0 ; 4 — п и т а т е л ь ; 5 — г р о х о т ; в — д р о б и л - к а К М Д - 2 2 0 0 ; 7 — к о н в е й е р ; 8 — п и т а т е л ь ; в — н а с к л а д е р у д ы : / — п р и в з а и м о з а ­

м е н я е м ы х к о н в е й е р а х ; 2 — п р и н е в з а н м о з а м е н я е м ы х к о н в е й е р а х

ческого использования равно 0,9. Далее примем, что расчетная производительность каскада дробилок КСД-2200 и КМД-2200 равна 600 т/ч, а остальное оборудование технологической цепи выбрано для обеспечения этой производительности. При таких дан­ ных коэффициент технического использования технологической цепи корпуса при плоскостном решении

/ст.„ = (Дт„)3 = 0,9® = 0,7.

а при каскадном решении корпуса

А'т„ = (Kr, J = 0,9е = 0,5.

Тогда средняя производительность технологической линии на длительном промежутке эксплуатационного режима (например, между ППР) определяется цифрами: для плоскостного решения корпуса — 420 т/ч, для каскадного решения корпуса — 300 т/ч.

На рис. 8 приведены схемы двух компоновочных решений склада руды при одинаковом количестве и мощности установлен­ ного оборудования. Для первого решения, где предусмотрена взаимозаменяемость конвейеров, вероятность безотказной работы склада в два раза выше. При одной и той же надежности вторая схема может обеспечить только половинную производительность по разгрузке.

51

Приведенные примеры показывают, как схема соединения обо­ рудования и характеристики надежности влияют на производи­ тельность технологического отделения.

§ 5. Связь между надежностью и экономичностью [41]

При проектировании обогатительных фабрик имеется необхо­ димость не только оценить надежность технологических узлов и оборудования, но и согласовать оценочные параметры надеж­ ности с рядом других проектных требований, например, в отно­ шении стоимости, металлоемкости, весо-габаритных характеристик и других проектных показателей.

Можно создать обогатительную фабрику весьма высокой на­ дежности, например, за счет глубокого резервирования технологи­ ческого оборудования, однако такая фабрика будет не всегда приемлемой с точки зрения других требований, например капиталь­ ных затрат.

Отсюда возникает необходимость найти такие проектные реше­ ния, которые в наибольшей степени удовлетворяли бы различным, большей частью противоречивым требованиям, предъявляемым к разрабатываемому проекту, и позволили бы разработать опти­ мальную по различным показателям схему будущей фабрики.

Объективный ответ на данный вопрос может быть получен при наличии количественных значений — показателей проектируемой фабрики, и в частности параметров надежности. Поэтому для ре­ шения вопроса должны быть применены математические методы.

Математически задача сводится к определению условий, при которых исследуемый параметр, например вероятность безотказ­ ной работы, приобретает экстремальные значения. При этом должны учитываться и другие заданные требования. Последова­ тельность выполнения таких исследований по различным заданным

•проектным характеристикам фабрики дает возможность найти наиболее согласованные решения, позволяющие выбрать опти­ мальный вариант схемы фабрики.

Существует ряд математических методов, пригодных для ре­ шения рассматриваемой задачи: метод неопределенных коэффи­ циентов Лагранжа, методы итерации, наискорейшего спуска и др. Здесь будет рассмотрен лишь случай применения метода неопре­ деленных коэффициентов Лагранжа.

При исследовании рассматриваемого вопроса могут быть по­ ставлены задачи двух типов: прямые — по определению максималь­ ной надежности узла фабрики и при заданных значениях других проектных характеристик (стоимости, веса и т. п.) и обратные — по установлению минимальных величии указанных характеристик при заданной надежности системы.

Рассмотрим решение задачи первого типа, пользуясь методом неопределенных коэффициентов Лагранжа [40].

.52

Исходными данными являются: рассматриваемая проектная характеристика узла, например его предельная масса G0; вероят­ ности безотказной работы элементов узла Pi, массы элементов си­ стемы qi. Повышение надежности системы достигается поэлемент­ ным резервированием (рис. 9).

Требуется определить максимально возможную величину ве­

Используя метод множителей Лагранжа, можно показать, что решение рассматриваемой задачи сводится к решению уравнения

Решение уравнения (58) может быть произведено любым из известных численных методов, в частности методом итерации.

как правило, не являются целыми числами, окончательное опре­ деление вида схемы резервирования должно производиться путем сравнительного расчета нескольких вариантов.

53

Решение задачи второго типа производится аналогичным обра­ зом и сводится к решению уравнения

и стоимости.

Стоимость узла, связанная с затратами на повышение надеж­ ности, зависит от величины капитальных затрат и от текущих рас­ ходов на обслуживание узла.

Принципиальная зависимость между надежностью узла и обеими статьями затрат показана на рис. 10.

Как видно, с ростом надежности узла увеличиваются едино­ временные капиталовложения и уменьшаются эксплуатационные расходы. Существует такой уровень надежности, при котором обе составляющие полной стоимости системы могут быть одинаковыми. Однако в действительности в ряде отраслей промышленности экс­ плуатационные расходы, главной частью которых являются рас­

54

ходы на ремонты, вызванные низкой надежностью машин, пре­ вышают затраты на их создание в 3—4 раза.

Поэтому проблема надежности приобретает весьма серьезное экономическое значение.

Важное место начинают занимать такие понятия, как стои­ мость пли цена ненадежности.

На рис. 11 показана зависимость надежности системы от сте­ пени ее резервирования, под которой подразумевается число избы­ точных систем [55].

Как видим, если в производстве достигнута надежность, оцени­ ваемая вероятностью безотказной работы 0,5, то при необходи­ мости обеспечения в эксплуатации вероятности безотказной работы порядка 0,95 потребуются четыре дополнительные системы.

Из сказанного следует, что стоимость надежности узла при не­ надежном оборудовании весьма значительна, поскольку в данном случае для компенсации ненадежности потребуется пять комплек­ тов оборудования. Однако цена ненадежности не ограничивается лишь ростом капитальных затрат. По-видимому, возрастут и экс­ плуатационные расходы, потребные для обслуживания пяти систем вместо одной.

Однако не только этим ограничивается цена ненадежности. Зависимость числа отказов от вероятности безотказной работы узла при заданном межремонтном сроке приведена на рис. 12 [55]. Кривая показывает увеличение числа отказов системы с падением

величины вероятности безотказной работы ниже 0,95.

Как видно, в результате снижения величины вероятности без­ отказной работы с 0,95 до 0,50 система при одинаковом плановом

55

ГЛАВА I I I

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ НАДЕЖНОСТИ

РАБОТЫ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ УЗЛОВ И ОБОРУДОВАНИЯ

§ 1. Распределение рабочего времени обслуживающего персонала по производственным операциям

Косвенным показателем качества проектно-компоновочных ре­ шений и оборудования обогатительных фабрик являются затраты рабочего времени обслуживающего технологического персонала по производственным операциям. Источником получения таких дан­ ных служат специально организованные хронометражные наблюде­ ния за работой персонала фабрик.

Такие наблюдения проводились на фабриках Норильского, Зыряновского, Новокриворожского и Тырныаузского комбина­ тов [29].

Хронометражные наблюдения производят для:

анализа условий работы и обслуживания узлов и оборудования фабрик, для классификации основных операций обслуживающего персонала и определения главных неисправностей технологических узлов;

получения экспериментальных данных по распределению рабо­ чего времени обслуживающего персонала по производственным операциям и выявления доли времени на ликвидации отказов в ра­ боте технологических узлов.

Наблюдения за работой персонала по каждому технологиче­ скому узлу проводились в течение трех смен и охватывали 15 типов технологического оборудования. Под наблюдение были взяты 80 рабочих десяти основных профессий, работа хронометрирова­ лась во всех трех сменах.

на уборку просыпи руды и переливов пульпы— 15%.

57

Около половины рабочего времени технологический персонал затрачивает на ручной труд низкой квалификации [29]. Вторая половина рабочего времени затрачивается на контроль ir ручное управление оборудованием и процессом, причем 80% этого вре­ мени расходуется на пассивный контроль с рабочего места.

Около 40% рабочего времени затрачивается иа поддержание работоспособности и ликвидацию неполадок и отказов в работе оборудования, технологических узлов и технологического процесса

(см. графы 4, 6, 7,. табл. 14).

Несовершенство проектно-компоновочных решений, недостаточ­ ное изучение физических свойств руды, пульпы, кека с точки зре­ ния их прохождения по коммуникациям, текучести и слежнваемости и, как следствие этого, отсутствие мероприятий по механи­ зации приводит к потерям рабочего времени в 35% (графы 7, 8 табл. 14). Примерно 10% времени расходуется на ликвидацию мелких неисправностей оборудования (см. графу 6, табл. 14).

Особенно большие затраты времени на выполнение этой опе­ рации у машинистов насосных отделений, что объясняется недо­ статочной надежностью работы узла зумпф-насос и колебаниями в объеме пульпы.

58

Значительная часть рабочего времени по наблюдению с рабо­ чего места используется нерационально. Однако трудно использо­ вать его более эффективно ввиду опасности возникновения отказов в работе оборудования.

При анализе распределения рабочего времени приведены сред­ ние цифры задалживания времени на производственные операции. Как показывают наблюдения, в отдельные смены затраты времени на ликвидацию отказов и неполадок намного превышают средние, и обслуживающему персоналу не удается вести технологический процесс близко к норме [29].

Часть времени теряется на простой оборудования и составляет ■около 10—15% времени работы. Причиной этого простоя являются отказы и неполадки в смежных технологических узлах, связанных одной технологической линией. Простой оборудования, зафикси­ рованный хронометражем, является дополнительным к времени простоя, учитываемому коэффициентом использования оборудо­ вания.

Опытный материал позволил определить предельные состояния, классифицируемые как состояния отказа и работоспособности, необходимые при исследовании надежности.

Хронометражные наблюдения позволяют сделать выводы: около 75% времени обслуживающего персонала расходуется на выполнение вспомогательных операций производственного про­ цесса. в том числе около 40% рабочего времени затрачивается на поддержание работоспособности технологических узлов и оборудо­ вания и ликвидацию отказов в их работе, что указывает на недо­

статочную надежность технологических узлов;

с учетом ремонтных работ на обогатительных фабриках сло­ жилось неблагоприятное соотношение основных и вспомогательных работ (1:6), что является следствием недостаточно высокого качества оборудования и несовершенства проектно-компоновочных решений технологических узлов. В этих условиях механизация ручных вспомогательных работ позволит поднять производитель­ ность труда на обогатительных фабриках до 30%;

одной из основных задач интенсификации производственного процесса является обеспечение надежности работы технологиче­ ских узлов и оборудования, обеспечивающей стабильность техно­ логического процесса;

коэффициент использования оборудования во времени, приня­ тый в обогатительной практике для определения эффективности загрузки и использования мощностей, не учитывает потери, кото­ рые имеют место при отказах, не вызывающих остановки техноло­ гической линии, холостом ходе и работе с пониженной нагрузкой. Для оценки эффективности использования оборудования пр'едла- ' гается коэффициент использования оборудования по мощности, который понимается как отношение достигнутой загрузки оборудо- ■ ванпя к нормативной.

59

§2. Количественная оценка надежности работы технологических узлов и оборудования

Исходным материалом для изучения надежности работы техно­ логических узлов и оборудования являются экспериментальные статистические данные специально организованных хронометражных наблюдений — испытаний. В качестве дополнительных исполь­ зованы данные диспетчерских и агрегатных журналов, ведомостей дефектов и диаграммы записей контрольно-измерительных при­ боров.

Продолжительность наблюдений была рассчитана на основе предварительных определений наработки на отказ так, чтобы точ­ ность оценок характеристик была не ниже ±15—20% при коэффи­ циенте доверия не ниже 85—90%.

Характеристика исходных данных по отказам технологических узлов приведена в табл. 15.

Оценка точности и достоверности характеристик надежности показывает, что для подбункерного узла продолжительность хронометражных наблюдений в 100—200 ч является достаточной для получения оценок с точностью ±10% при одном-двух узлах, по­ ставленных под наблюдение. Однако при разных конструктивных решениях узлов и разных условиях работы желательно ставить под наблюдение большее количество узлов с уменьшением времени наблюдения до 90—100 ч.

Для узла стержневых и шаровых мельниц для получения харак­ теристик надежности с точностью ±10% необходимая продолжи­ тельность наблюдений составляет около 1500 ч при пяти постав­ ленных под наблюдение машинах.

Для магнитных сепараторов, наработка на отказ которых колеб­ лется в широких пределах, продолжительность наблюдения может быть различной и зависит от количества машин, находящихся под наблюдением. Для получения характеристик надежности с точ­ ностью, удовлетворяющей практику, продолжительность наблюде­ ний может быть ограничена 2000—2500 ч с установкой под наблю­ дение около 50—100 машин.

Аналогичные соображения справедливы также для узлов пес­ ковых насосов. Однако их наработка меньше, чем сепараторов, поэтому количество узлов, поставленных под наблюдение, может быть уменьшено.

Для узла магнитных конусов для получения оценок характе­ ристик надежности с точностью ±10% необходимая продолжи­ тельность наблюдений составляет около 100—200 ч при установке под наблюдение всех конусов одного технологического узла. Для конусов, работающих в различных стадиях, требуется самостоя­ тельная оценка характеристик надежности.

Количество поставленных под наблюдение узлов и продолжи­ тельность наблюдений определяются из условий эргодичности про­ цесса возникновения отказов [1,5, 43].

60