книги из ГПНТБ / Бескровный Н.Т. Экономика и оптимизация надежности и ремонта горношахтного оборудования

ЭКОНОМИКА ОРГАНИЗАЦИИ РЕМОНТА ГОРНОШАХТНОГО ОБОРУДОВАНИЯ

Экономические проблемы ремонта

Организация ремонтных работ охватывает широкий круг вопро­ сов — объем, классификация, способы и источники возмещения их стоимости, организация и экономика ремонтов горношахтного обо­ рудования на шахтах и ремонтных предприятиях, нормы амортиза­ ции на капитальный ремонт, снабжение запасными частями и спе­ циализация ремонтных предприятий.

Исследование этих вопросов и их правильное решение с точки зрения теории надежности позволит улучшить эффективность ис­ пользования основных фондов угольной промышленности.

В теории надежности преобладает два подхода к решению задач организации профилактических работ. Первый — сводится к поста­ новке задач в следующем виде: какими конструктивными, техноло­ гическими и организационными мероприятиями обеспечить получе­ ние требуемых показателей надежности системы к моменту сдачи- в эксплуатацию или передачи потребителю. Выбор критериев, кото­ рыми должна определяться надежность системы, отыскание опти­ мальной по отношению к этим критериям структуры системы (резер­ вирование), выбор элементов и режимов их работы, расчеты на надежность, методы проведения заводских и эксплуатационных испы­ таний, текущий контроль качества в процессе производства — вот далеко не полный перечень тех проблем, которые должны быть ре­ шены на этапе создания и изготовления системы до ее эксплуатации.

Однако эффективность работы системы зависит не только от ее «врожденных» свойств, заложенных в нее на этапе конструирования и изготовления, но и от способа и качества ее обслуживания. Если, например, свести все обслуживание к ликвидации аварийных отка­ зов, полностью исключить все мероприятия предупредительного характера, показатели надежности системы окажутся низкими. С другой стороны, чрезмерно частоё проведение работ по техниче­ скому (профилактическому) обслуживанию также может привести к перерасходу средств на ремонт, что снизит эффективность исполь­ зования системы. Поэтому наряду с первым подходом решения задач

90

организации профилактических работ широко распространен и вто­ рой, который можно назвать эксплуатационным. - Задача ставится следующая. Дана функционирующая система, требуется разработать мероприятия для получения наилучших по­ казателей эксплуатационной надежности, которые бы обеспечили наиболее эффективное использование системы. Круг вопросов, кото­ рые нужно решить при этом, весьма широк. Сюда входит разработка аппаратуры контроля и поиска неисправностей, решение вопросов параллельной работы системы (дублирование) и снабжения запас­ ными частями; организационные мероприятия и, наконец, вопросы

выбора объемов и сроков профилактических мероприятий.

В настоящей главе предпринята попытка дать экономическое обоснование некоторых из них, касающихся организации сроков проведения профилактических работ. Правильная организация про­ ведения профилактических работ является -актуальной проблемой для всех длительно используемых систем.

Согласно действукЯцему положению [53] в угольной и горноруд­ ной промышленности все виды ремонтных работ и профилактического обслуживания, как правило, производят в порядке проведения пла­ ново-предупредительных ремонтов (ППР), осуществляемых черев установленные межремонтные сроки заменой комплектов деталей и узлов независимо от их состояния, а также по мере возникновения аварийных отказов. При назначении сроков проведения профилак­ тических работ, если и учитывают каким-то образом показатели на­ дежности деталей и узлов, то вопросы экономики играют второстепен­ ную роль.

Назначение периодов и объемов проведбния профилактических мероприятий должно происходить, во-первых, с учетом надежности элементов системы, во-вторых, в зависимости от конкретного эконо­ мического критерия оптимальности, определяющего эффективность использования данной системы. Эти два обстоятельства позволяют в ряде случаев поставить и решить задачу определения оптимального правила проведения профилактических работ.

Износ деталей и изучение закономерностей возникновения отказов

Детали горных машин в зависимости от назначения могут быть активные, базовые и' вспомогательные.

Активные детали непосредственно передают мощность или служат опорами для движущихся нагруженных деталей. К этой группе де­ талей могут быть отнесены'муфты, зубчатые и червячные передачи,, шлицевые соединения, подшипники качения.

Базовые детали — станины, корпуса, рамы обеспечивают точной взаимное расположение узлов машины.

Вспомогательные детали — это детали вспомогательного назна­ чения, в том числе детали управления (рукоятки), защитных устройств, устройств для смазки и охлаждения.

91

Наиболее характерной причиной выхода машин из строя является износ их основных деталей.

Изучение закономерностей износа деталей очень важно для ра­ циональной эксплуатации, ремонта и дальнейшего совершенствова­ ния конструкции машин.

Разные виды износа деталей машин можно разделить на две основные группы. В первую группу входят виды износа, характери­ зующиеся малыми скоростями и постепенным нарастанием разруше­ ния. Вторая группа вклю­

ностей деталей, нагрузок, скорости относительных и других пере­ мещений. Большое влияние на интенсивность и характер износа оказывают также характеристики обработанной поверхности. Так, шероховатость, волнистость, направление следов обработки микромеханические характеристики обработанной поверхности (микротвер­ дость, наклеп поверхностного слоя и остаточные напряжения) влияют на износостойкость, усталостную прочность, поведение при трении и коррозионную стойкость.

Связь между изнашиванием и понижением работоспособности машин еще недостаточно изучена. Динамика изнашивания боль­ шинства деталей машин очень сложна, многообразна и не может быть достоверно описана в аналитической форме.

Результаты большого числа исследований нарастания износа раз­

92

ных деталей машин во времени обобщены в работе [67], при этом выделено восемь наиболее характерных схем (рис. 34).

Наиболее распространенной и давно известной (см., например, [71]) схемой износа отдельных деталей и узлов является схема I, которая характеризуется чередованием трех последовательных ста­ дий: интенсивный износ в период приработки; равномерное нараста­ ние износа в период стационарного режима работы; прогрессивное нарастание износа после того как он достигает определенной вели­ чины.

Однако фактическое изнашивание деталей не всегда протекает по классической схеме I (см. рис. 34). В одних случаях периоды при­ работки оказываются длительными, в других отсутствует явно вы­ раженный период нормальной работы деталей. Схемы II, I I I и I V соответствуют такому характеру износа, при котором четко выде­ ляется лишь один из трех этапов. На схеме I I скорость износа ѵ„ непрерывно снижается, на схеме I I I она постоянна, а на схеме I V непрерывно повышается.

На схемах V, VI и VII четко выявлены только два периода из­ носа. Период приработки переходит в период возрастающей (схема У) или стабильной (схема VI) скорости износа. На схеме VII период равномерного износа переходит в период возрастающей скорости износа. На схеме VIII скорость износа резко возрастает, а затем остается постоянной. Однако и эти схемы не исчерпывают всего раз­ нообразия встречающихся закономерностей износа деталей во вре­ мени, так как износ деталей может характеризоваться не только временем работы, но и условиями и режимом эксплуатации деталей и узлов.

Назначение изучения скорости износа — определение стойкости деталей и узлов.

В отличие от срока службы детали, который включает время ра­ боты детали при повторном ее использовании, в том числе и время работы после восстановления, стойкостью детали называют время ее работы с износом в пределах допуска, гарантированного машино­ строительным заводом.

Поступают в этом случае следующим образом. Пренебрегая про­ межутком времени и величиной износа в период приработки, расчет­ ная стойкость элемента детали, износ которого происходит под воз­ действием трения, определяется по формуле

где öIim — предельно допустимый износ элемента, мк.

Под предельно допустимым износом понимают такую величину, превышение которой может вызвать поломку или переход в аварий­ ный режим работы с прогрессирующим износом трущихся поверх­ ностей деталей. Предельный износ устанавливают конструкторские организации и машиностроительные заводы с учетом величины передаваемого усилия и его знака, заданных параметров механической

93

и термической обработки деталей. Для цементированных и ' за­ каленных деталей S!lm определяют по заданной толщине твердого слоя; для деталей классов точности 2 и 3 бцт определяют по «потере классности» — по переходу зазора в следующий класс точности. Величина 6Ит деталей, которые могут быть восстановлены после износа, определяет не полный износ, а лишь износ до первого вос­

становления.

После расчета Тѵ для всех элементов определяют расчетную стойкость детали Т р д по наименьшему Т р.

Закономерности возникновения отказов можно изучать, приме­ няя два возможных подхода. Первый — физический, основанный на изучении соотношений нагрузки и прочности, второй — статистиче­ ский, основанный на наблюдении за количеством отказов.

Под нагрузкой здесь понимают степень воздействия среды на изделие. Воздействия могут быть механические, физические, хими­

Отказ изделия обычно возника­ ет под влиянием некоторых небла­ гоприятных воздействий или. сочетания ряда неблагоприятных воз­

действий. В общем случае можно утверждать, что отказ детали воз­ никает тогда, когда прочность ее будет ниже действующей нагрузки. Это положение имеет простой и постоянный смысл по отношению к полным отказам типа поломки, перегорания сопротивления, про­ боя конденсатора и т. п., но его можно распространить и на частич­ ные, параметрические отказы, имея в виду, что выход параметра за пределы допуска также вызывается преобладанием нагрузки над прочностью.

В этом случае вероятность отказа в момент времени Т можно рас­ сматривать как вероятность совместного наступления двух событий. Первого, когда в момент времени Т нагрузка будет больше X, и вто­ рого, когда прочность в этот же момент времени будет меньше X.

Таким образом, если принять, что Х х — верхнее значение допу­

детъ меньше X; F 2 (X) — вероятность того, что действующее значе­

то в этом случае вероятность возникновения отказа равна нулю, так как преобладание нагрузки над прочностью исключается (рис. 35).

Разность Х 2—Х 1 можно назвать запасом прочности.

94

Идеальное соотношение между возможной нагрузкой на изделие

меняется, поэтому на практике чаще встречается случай, когда на­ ступление событий X > Х ! и X <; Х 2 возможно с какой-то вероят­ ностью, и кроме того, с какой-то вероятностью, отличной от нуля, возможно наступление события Х х > Х 2, т. е. может встретиться случай, когда нагрузка преобладает над прочностью. Тогда наступает состояние отказа.

Для определения вероятности наступления отказа используем плотность распределения нагрузки / х (X) и плотность распределения прочности, которые на рис. 36 изображены кривыми 1 и 2. На оси X выделим элементарный отрезок dX.

Тогда по площади(X,- )dX мож­ но определить элементарную ве­ роятность попадания нагрузки на

можно записать выражение для элементарной вероятности наступле­ ния отказа

Fz (Xi)fi (Xi)dX.

I

Просуммируем таким образом полученные элементарные вероят-

-ности. Тогда вероятность отказа Р ( Х х >- Х„) при заданных плот­ ностях распределения нагрузки и прочности определяют по формуле

Формулу (83) можно получить аналогичными вышеприведенными выкладками, а также интегрированием по частям формулы (82).

Таким образом показана возможность изучения закономерностей отказов на основании физического подхода, при котором внимание исследователя сосредоточивается на изучений факторов, влияющих на характеристики прочности и нагрузки.

95

Таким образом, изучение отказов деталей для выявления зако­ нов распределения наработки на отказ может найти применение при организации планово-предупредительного ремонта.

Оптимизация стойкости деталей и узлов машин

Нормативы стойкости деталей и узлов являются основой органи­ зации планово-предупредительного ремонта в угольной промышлен­ ности. Важным требованием, предъявляемым к нормативам стойкости,

следует начинать с выбора целесообразных для данной машины и ее деталей групп классификации отказов. Следует особенно обратить внимание на возможность возникновения отказов, опасных для жизни людей. Ниже будет рассмотрен случай установления норма­ тивной стойкости деталей, отказ которых приводит к простою машин и к связанным с этим экономическим последствиям.

В результате обработки исходного материала достаточного объема должен быть получен перечень отказов по каждой детали исследуе­ мой машины. Расположив все случаи в порядке возрастания нара­

и т. п.) и строят наглядные кривые (рис. 38) распределения нара­ ботки на отказ по оси абсцисс—наработку, а по оси ординат—частоту

98

отказов) и кривые убыли (по оси ординат — процент деталей, про­ должающих работать безотказно). Ординаты кривых убыли (см. рис. 37) характеризуют вероятность безотказной работы при вы­ бранной величине наработки. Можно было бы задаться определен­ ной вероятностью безотказной работы всех деталей машин и по зна­ чению этой вероятности определить стойкость каждой детали ма­ шины.

Однако установление нормативной стойкости, соответствующей какой-то определенной для всех деталей вероятности безотказной работы, не выдерживает критики. Установление нормативной стой­ кости деталей является вопросом в большей мере экономическим, так как длительность восстановления работоспособности машин после отказа различна и возникновение отказа ряда горных машин, например угольного комбайна, скребкового конвейера, приводит к потере добычи угля, что ведет к увеличению себестоимости 1 т угля. С другой стороны, частота замены деталей или ремонта ма­ шины влияет на величину затрат на проведение планово-предупре­ дительного ремонта.

Таким образом, для определения оптимальной стойкости деталей необходимо проводить экономический расчет.

В угольной промышленности в последнее время проводится большая работа по разработке нормативов стойкости деталей и узлов горношахтного оборудования. Положенная в основу этих разработок методика [45] имеет недостаток, так как она не учитывает виды распре­ деления наработки на отказ, что является существенным при опре­ делении оптимальной стойкости деталей и узлов.

Предложенная ниже методика [9] основана на экономическом расчете и приспособлена к различным распределениям наработки деталей на отказ.

Условимся оптимальной стойкостью детали считать такую стой­ кость, при которой суммарные затраты на единицу наработки будут минимальными. Наработка детали при этом может выражаться во временных и объемных показателях.

Рассмотрим, как влияет величина межремонтного периода на суммарные S затраты, приходящиеся на единицу наработки, измерен­ ные временем работы или объемом выполненной работы. Предполо­ жим, что профилактические замены определенной детали произ­ водятся через период Тпл. Тогда суммарные затраты, приходящиеся на единицу наработки данной детали, определяются по формуле

и убытки, связанные с устранением отказа детали; Гср> пл — средняя

99