книги из ГПНТБ / Бескровный Н.Т. Экономика и оптимизация надежности и ремонта горношахтного оборудования
.pdfН.Т. Бескровный
ЭКО Н О М И КА
И О П ТИ М И ЗАЦ И Я
НАД ЕЖ Н О С ТИ
ИРЕМОНТА
го р н о ш А Х т о г о
ОБОРУДОВАНИЯ
Н. Т. Бескровный
ЭКОНОМИКА
ИОПТИМИЗАЦИЯ
НАДЕЖНОСТИ
ИРЕМОНТА
ГОРНОШАХТНОГО
ОБОРУДОВАНИЯ
ИЗДАТЕЛЬСТВО «НЕДР А»
М О С К В А 1974
УДК 622.002.5.004.67 : 62 — 192 + 622.232.72«401.7»
уц-ЗУо S' |
і |
|
Бескровный Н. Т. Экономика п оптимизация надежности и ре монта горношахтного оборудования. М., «Недра», 1974, 216 с.
В книге рассмотрены вопросы эффективного использования и ремонта горношахтного оборудования.
Освещены проблема надежности при проектировании техниче ских систем и в процессе их эксплуатации, а также вопросы опти мизации профилактического обслуживания горношахтного обо рудования.
Построены экономико-математические модели определения опти мальной длительности ремонтного цикла, а также оптимального срока службы угольных комбайнов с учетом их физического и мо рального износа и условий эксплуатации.
Книга рассчитана на инженерно-технических и научных работ ников угольной промышленности.
Таблиц 33, иллюстраций 79, список литературы — 74 назв.
©Издательство «Недра», 1974
ВВЕДЕНИЕ
Характерной особенностью современной экономики нашей страны является дальнейшее совершенствование централизованного упра вления социалистическим производством в сочетании с расширением хозяйственной самостоятельности социалистических предприятий и повышение эффективности общественного производства.
В угольной промышленности наряду с проблемой эффективности производства возникает проблема экономики и оптимизации надеж ности, ремонта, межремонтного технического обслуживания и сроков службы горношахтного оборудования.
При комплексной механизации и автоматизации процессов добычи угля с одной стороны ненадежная работа отдельных звеньев приво дит к снижению производительности всей технологической цепи, с другой стороны — чрезмерное повышение надежности отдельных элементов и технологического комплекса в целом не всегда может быть экономически оправдано из-за значительных затрат. Возникает задача оптимизации надежности как на стадии проектирования машин и механизмов, так и на стадии их эксплуатации.
Всоответствии с новым Положением о социалистическом государ ственном производственном предприятии вопрос о целесообразности' ремонта оборудования или замены его должен решаться непосредст венно самим предприятием.
ВДирективах XXIV съезда КПСС по пятилетнему плану разви тия народного хозяйства СССР на 1971—1975 гг. отмечалась необхо
димость повышения технического уровня и эффективности модерни зации и ремонта оборудования.
Организация эффективного использования горношахтного обору дования требует разработки оптимальных ремонтных нормативов и сроков службы машин. В связи с этим важное значение приобретает изучение влияния различных факторов на оптимальность сроков капитального ремонта оборудования и в первую очередь исследова ние факторов, оказывающих непосредственное влияние на произво дительность оборудования в забое и его износ.
Вопрос о замене конструктивно устаревших, но еще физически годных машин новыми должен решаться на основе детального, всестороннего экономического расчета, так как преждевременное
1* |
3 |
отнесение оборудования к морально устаревшему влечет за собой ничем не оправданные потерн в народном хозяйстве.
В настоящей работе комплексно освещены теоретические, методи ческие и практические вопросы экономики и оптимизации надежности, ремонта, межремонтного технического обслуживания и сроков службы горношахтного оборудованияА Ряд задач рассмотрен на конкретных видах горношахтного оборудования, в частности, на при мере угольных комбайнов.
Автор стремился довести разработапные общие теоретические и методологические положения и рекомендации до такой конкрети зации, которая позволяет использовать их в практических целях, т. е. применять непосредственно в работе предприятий, проектных и научно-исследовательских организаций, создающих и эксплуати рующих горношахтное оборудование.
1 Несмотря на то что некоторые изложенные методологические и теоретиче ские предпосылки могут быть использованы при решении задач, касающихся аппаратуры и средств автоматизации, необходимо учесть, что в книге рассматри вается основное горношахтное оборудование. Вопросы надежности и ремонта аппаратуры и средств автоматизации имеют свои специфические особенности и в ряде случаев требуют особого подхода к их решению.
ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И МАТЕМАТИЧЕСКИЙ АППАРАТ ТЕОРИИ НАДЕЖНОСТИ
Общие положения, отказ и неисправность, классификация отказов
Теория надежности рассматривает:
закономерности возникновения отказов и восстановления работо способности машин, механизмов, аппаратов и приборов;
влияние внешних и внутренних воздействий на процессы в тех нических устройствах;
методы количественного определения и сравнительной оценки надежности;
мероприятия по повышению надежности при конструировании и производстве машин, а также способы поддержания необходимого уровня их надежности в процессе эксплуатации.
Основные термины в области надежности приведены в ГОСТ 13377—67, который был введен с 1 июля 1968 г.
Согласно ГОСТ под надежностью понимается свойство изделия выполнять заданные функции, сохраняя свои эксплуатационные показатели в заданных пределах в течение требуемого промежутка времени или требуемой наработки. Надежность изделия обусловли вается его безотказностью, ремонтопригодностью, сохраняемостью, а также долговечностью его частей. Общим является возможность появления неисправностей у рассматриваемых изделий при их эксплуатации. Следует отметить, что надежность — это именно свой ство изделия, которое не следует путать с какими-либо количест венными критериями, в частности, с вероятностью безотказной работы в течение определенного времени. Ни один из количествен ных критериев в общем случае не может служить полной характе ристикой надежности, поскольку надежность более широкое, поня тие, чем любая количественная характеристика.
Одним из основных понятий теории надежности является форму лировка состояния отказа. Отказом принято называть событие, за ключающееся в нарушении работоспособности, т. е. состояния, при котором изделие способно выполнять заданные функции с парамет рами, установленными требованиями технической документации (стандартов, технических условий и др.).
5
Если возникший дефект влияет лишь на второстепенные пара метры и не препятствует нормальной работе, то он должен рас сматриваться как неисправность изделия, но не как отказ. Неисправ
ность изделия в |
делом может в то же время рассматриваться \как |
отказ отдельного |
его элемента. |
Понятие отказа может иметь самое различное содержание: под отказом может пониматься утрата работоспособности определенными элементами, продолжающаяся сверх определенного промежутка времени, и т. д.
Принимаемая формулировка состояния отказа оказывает сущест венное влияние на количественную оценку параметров надежности сложных технических систем, в которых отказ одного или несколь ких узлов не влечет за собой полного прекращения ее работы, а лишь несколько снижает эффективность их использования.
Учет и анализ отказов систем (машин) имеет большое практиче ское значение. Точная информация об отказах дает возможность количественно оценить безотказность машины; сведения об отказах, вызванных разрушением деталей, позволяют оценить долговечность машины и уточнить нормы расхода запасных частей: данные о трудо емкости, длительности и стоимости технического обслуживания и ремонта позволяют оценить ремонтопригодность машины. Совокуп ность всех этих сведений дает объективное представление о надеж ности и позволяет разработать мероприятия по ее повышению.
Надежность машины не может быть характеризована простым суммированием всех наблюдавшихся отказов элементов, так как отказы по своей природе делятся на существенные и несуществен ные (несущественные — быстро обнаруживаемые и быстро устрани мые). Для достаточно полной оценки надежности анализ отказов необходимо вести в нескольких разрезах. Отказы можно классифи цировать с различных точек зрения, по различным признакам [40], по схеме, приведенной в табл. 1.
Согласно схеме, приведенной в табл. 1, следует различать прежде всего отказы, возникшие в нормальных условиях (при которых соблюдаются правила эксплуатации и обслуживания машин) и в ненормальных условиях эксплуатации. В дальнейшем будем рассматривать только отказы, возникающие в нормальных условиях эксплуатации. Отказы, возникающие в ненормальных условиях эксплуатации, могут быть разделены на вызванные неправильными действиями обслуживающего персонала (нарушение установленной последовательности действий, использование при недопустимых пере грузках, нарушение режима смазки и т. д.) и на вызванные сти хийными обстоятельствами (обледенением, снежными заносами
и т. и.).
По причинам возникновения отказы механических систем разде ляют на не связанные с разрушением элементов системы и обусло вленные их разрушением. К разрушению относятся износ, выкраши вание, поломки, коррозия и др. В качестве примеров отказов, не связанных с разрушением, можно назвать попадание влаги в соеди-
6
|
|
Т а б л и ц а 1 |
Группа |
Классификационный признак |
Отказ |
класси |
||
фикации |
|
|
1 |
Условия возникновения |
Возникающий в нормальных или |
2 |
Причины возникновения |
ненормальных условиях |
Не связанный с разрушением, обу |
||
|
|
словленный им |
3Возможности последующего исполь Полный, частичный зования изделия
4Характер изменения параметров Внезапный, постепенный изделия
5 |
Наличие внешних проявлений |
Очевидный |
(явный), |
скрытый (не |
|
6 |
Взаимосвязь |
. отказов элементов |
явный) |
|
|
Независимый, зависимый |
|||||
7 |
изделия |
|
Опасный, |
безопасный, тяжелый, |
|
Последствия |
|
||||
8 |
Способ устранения |
легкий |
|
|
|
Устранимый заменой детали, регу |
|||||
|
|
|
лировкой, чисткой; самоустраня |
||
9 |
Сложность устранения |
ющийся |
|
|
|
Простой, сложный |
|
||||
10 |
Частота возникновения |
Единичный, систематически повто |
|||
11 |
Возможность прогнозирования |
ряющийся |
|
||
Прогнозируемый по возрасту (нара |
|||||
12 |
Происхождение |
ботке), непрогнозируемый |
|||
Конструкционный, |
технологиче |
||||
13 |
Возможности |
устранения причин |
ский, эксплуатационный |
||
Устранимый, неустранимый |
|||||
|
возникновения |
|
|
|
нительные электрические муфты, ослабление креплений под дейст вием вибраций, ослабление или загрязнение контактов электропро-
, водки, разрегулирование управляющих систем и т. п.
Полный отказ означает невозможность использования изделия по назначению до устранения отказа. При частичном отказе имеется возможность частичного использования изделия. Так, вынужденная остановка пневматического двигателя угольного комбайна вследст вие какого-либо нарушения его надежности является полным отка зом, а работа двигателя с пониженной мощностью или с повышен ным удельным расходом сжатого воздуха частичным отказом.
Внезапный отказ возникает неожиданно в результате изменения
значений одного или |
нескольких основных параметров изделия, |
т. е. внезапной полной |
потери работоспособности изделия. Посте |
пенный отказ возникает в результате постепенного изменения значе ний параметров изделия, возрастающей потери работоспособности его элементов. Примером постепенных отказов являются отказы, появляющиеся в результате изнашивания сопряжений. Он проис ходит постепенно, и по достижении предельного износа сопряжение теряет работоспособность. Этому событию обычно .предшествует появление прямых и косвенных признаков (стуков, повышенного
7
люфта, увеличение |
трения |
и |
т. д.). Следует |
особо |
отметить |
распространенный |
случай |
постепенного накопления |
усталост |
||
ных явлений, приводящих |
не |
к постепенному, |
а к внезапному |
||
отказу. |
|
|
|
|
/! |
Очевидный (явный) отказ отчетливо проявляется в момент его возникновения пли вскоре после этого, а скрытый (неявный) отказ может длительное время оставаться незамеченным. Так, нарушение подачп смазки может не обнаружиться, пока не вызовет дальней ших повреждений; утечка жидкости из системы охлаждения может оставаться незамеченной, пока не приведет к перегреву агрегата; прибор может длительное время давать неправильные показания, принимаемые за достоверные.
Независимым отказом считают отказ, возникший по любым при чинам, кроме действия другого отказа, а зависимым — отказ, явля ющийся последствием другого отказа. При анализе надежности изделия следует уделять внимание независимым отказам, явля ющимся первопричиной последующих нарушений работоспособности элементов изделия. Вместе с тем во многих случаях опасность воз никновения взаимозависимых отказов свидетельствует об уязви мости конструкции в целом, что должно быть учтено при оценке ее надежности.
Классификация отказов по последствиям сводится к их разделе нию на опасные и безопасные и на тяжелые и легкие. Опасными принято считать отказы, связанные с опасностью для жизни или здоровья людей, безопасными — не создающими такой угрозы; к тяжелым относятся отказы, приводящие к большим потерям, к лег ким — не вызывающие серьезных потерь. Оценку отказов рекомен дуется производить с позиций данного предприятия исходя из особенностей самих изделий и условий их эксплуатации.
Отказы делят на устраняемые в результате замены отказавшей детали (сюда относятся все случаи отказов деталей вследствие их разрушения); устраняемые регулировкой, настройкой, подтяжкой, (отказы, вызываемые разрегулировкой устройств, ослаблением креплений ит. п.); устраняемые чисткой, смазкой, продувкой (отказы из-за замасливания контактов, образования нагара, засорения трубо проводов и др.) и на самоустраняющиеся (сбои). К ним относятся, например, самовыключение агрегатов вследствие перегрева или перегрузов, кратковременное засорение водопроводов, воздухопро водов, маслопроводов, форсунок орошения и т. п.
К простым относятся отказы легко устранимые, не вызывающие необходимости в длительном и сложном ремонте, к сложным — от казы трудноустранимые. В связи с субъективностью представлений в установлении трудности устранения отказов желательна их кон кретизация применительно к определенным машинам. Для уголь ных комбайнов рекомендуется считать простым отказ, который мож но устранить с помощью комплекта инструмента машиниста ком байна или дежурного электрослесаря.
По частоте возникновения различают единичные, т. е. эпизоди-
8
ческие отказы, обусловленные случайными обстоятельствами, и систематически повторяющиеся отказы.
Прогнозируемые отказы можно предвидеть. Большинство отка зов, в том числе и обусловленных разрушением, если известно, что закон их распределения нормальный, можно предвидеть. Непро гнозируемые отказы нельзя предвидеть. К ним, в частности, отно сятся случайные отказы, распределенные по экспоненциальному закону. Другими словами, знание закономерностей распределения отказов данного вида является ключом к их прогнозированию.
Определение происхождения отказов, а затем деление их на устранимые и неустранимые имеет важное значение при анализе и разработке мероприятий по устранению отказов. К числу устрани мых относятся конструктивные и технологические отказы, которые чаще всего выявляются при отработке и доводке новых изделий и могут быть устранены путем улучшения конструктивного решения, совершенствования технологии и методов контроля производства.
Причины устранимых отказов могут быть исключены совсем или нейтрализованы в такой мере, что возникновение отказа ока жется возможным лишь за пределами амортизационного срока службы машины.
К неустранимым относятся отказы, пути устранения которых еще не найдены или требуют экономически неоправданных за трат. В отношении неустранимых отказов задача сводится к изыска нию мер, обеспечивающих отдаление их во времени и ослабление их последствий.
Приведенная классификация отказов охватывает большую часть практики машиностроения, но не является исчерпывающей. В не которых случаях может оказаться целесообразным выделить допол нительные классификационные признаки или применить более подробную или укрупненную классификацию.
Вугольной промышленности, например, для выемочных машин
икомплексов принята классификация отказов по ряду признаков [63], [65].
Срочным называется отказ, который должен устраняться сразу после его возникновения, несрочным — отказ, устранение которого может быть отложено на некоторое время.
Совместимый отказ, в отличие от несовместимого, может устра няться во время работы горной машины.
Явные отказы в отличие от неявных обнаруживаются при внеш нем осмотре или включении машины. Определение их местонахожде ния может быть произведено за короткий промежуток времени.
Для достаточно полной оценки надежности горношахтного обору дования анализ отказов необходимо вести в нескольких разрезах.. Только при этом условии могут быть получены сведения, например, о соотношении различных отказов: существенных и несущественных, опасных и безопасных, простых и сложных; создается возможность вычисления наработки на любой отказ, например, на существен ный отказ, на опасный отказ, а также анализа закономерностей
9