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

ЭКСПЛУАТАЦИОННАЯ НАДЕЖНОСТЬ ГОРНОШАХТНОГО ОБОРУДОВАНИЯ ;

Интенсивность потока отказов, вероятность безотказной работы оборудования и наработка на отказ

В условиях комплексной механизации и автоматизации в уголь­ ной промышленности проблема надежности приобретает особое зна­ чение.

Специальными хронометражными наблюдениями, проведенными на шахтах в течение суток на всех звеньях подземного транспорта, было установлено, что простои основных звеньев подземного транс­ порта составляют 45,9% общего времени наблюдения. Потери вре­ мени из-за технических неисправностей на отдельных звеньях транс­ порта составляли 13,9% общего времени простоев, а простои дру­ гих звеньев транспорта, смежных со звеном, на котором возникла техническая неисправность, составили' 47,6% общего времени потерь, т. е. простой из-за- технических неисправностей одного звена вызывал простой такой же длительности трех-четырех смежных звеньев.

Приведенные данные показывают, насколько важно поддержи­ вать горношахтное оборудование и транспортные средства с доста­ точной степенью надежности в работоспособном состоянии.

Эксплуатационная надежность относится к числу важнейших характеристик горных машин и тесно связана с экономическими результатами их работы, так как устранение отказов требует опре­ деленных затрат средств на ремонт машины, а снижение производи­ тельности машины (восстановление работоспособности, как правило, идет за счет рабочего времени машины) влияет на увеличение себе­ стоимости угля.

Если учесть, что условно постоянная часть расходов себестои­ мости угля составляет значительную долю (в ряде случаев доходит до 50% и более всех затрат), станет ясно, что повышение эксплуата­ ционной надежности машин является важным источником снижения себестоимости добычи 1 т угля.

Изложенная методика определения эксплуатационной надежности горношахтного оборудования угольных комбайнов и конвейеров опробована на экспериментальных данных. Эти экспериментальные

данные были получены хронометражными наблюдениями за рабо­ той комбайнов 1К-52ш, в течение более двух тысяч смен в 80 лавах шахт Донецкого бассейна.

В результате обработки этих данных были получены баланс рабочего времени (рис. 11, а) и структура простоев по горно-техни­ ческим причинам комбайна 1К-52ш (рис. 11, б).

Рис. 1]. Баланс рабочего времени (я) и структура простоев по горно-технпче- скпм причинам (б) комбайна 1К-52ш

J — неисправность комбайна; 2 — неисправность конвейера в лаве; з — неисправность оро­ шения; -I — скок комбайна с конвейера; 5 — неисправность маслостаиции; о — неисправность

конвейера вне лавы; 7 — отказы по горно-геологическим причинам

Из рис. И , а видно, что время работы комбайна ^Раб в балансе рабочего времени составляло 24,7%, технологические перерывы Тптзанимали 25,2% и 5,9% рабочего времени тратилось на проведе­ ние профилактического осмотра и ремонта комбайна Трем и 24,3% на перерывы по организационным причинам Т0рг' 19,9% рабочего времени уходило на поиск и устранение отказов по горно-техниче­ ским причинам Тотк.

X

Так как рассматриваемые вопросы касаются надежности горно­ шахтного оборудования, то более детальному анализу, естественно, подлежат потери рабочего времени на поиск и устранение отказов по горно-техническим причинам.

Из рис. 11, б видно, что значительное число простоев возникало из-за неисправности комбайна и конвейера в лаве, а также из-за неисправности конвейера вне лавы.

Эти данные показывают, что изучение закономерностей надеж­ ности комбайнов и конвейеров имеет первостепенное значение.

52

Горношахтное оборудование в своем большинстве относится к изделиям многократного действия. Для таких изделий характерно возникновение отказов при эксплуатации, на отыскание и зютранение которых затрачивается время. Поэтому для изделий многократ­ ного действия применяют характеристики потоков отказов и вос­ становления этих изделий.

Под потоком событий (отказов) понимают последовательность событий, происходящих одно за другим в какие-то моменты времени. Поток однородных событий можно изобразить как последователь­

Поток событий называют стационарным, если вероятность появле­ ния того или иного числа событий на отрезке времени длиной т (см. рис. 12) зависит только от длины участка и не зависит от того, где именно на оси ОТ расположен этот участок.

Поток событий называют потоком без последствия, если для любых непрерывающихся участков времени число событий, которое появляется на одном из них, не зависит от числа событий, появляіощихся на других.

Поток событий называют ординарным, если вероятность появле­ ния на элементарном участке АТ двух или более событий настолько мала по сравнению с появлением одного события, что ею можно пренебречь.

Если поток событий обладает всеми тремя свойствами (стационар­ ный, ординарный и не имеет последействия), то он называется про­ стейшим (или стационарным пуассоновским) потоком.

Поток событий характеризуют плотностью потока (или парамет­ ром А,). Параметром потока событий называют предел

где Р' (Т, АТ) — вероятность появления одного события в проме­ жутке времени АТ; Р" (Г, АТ) — вероятность появления двух или более событий в промежутке времени АТ.

Для ординарных потоков

и (57) следует, что у ординарных потоков-

53

где ?nCp (Т, АТ) — среднее число событий в интервале от Т до Т + АГ; тср (Т) — среднее число событий в интервале от 0 до Т. Для стационарного потока исходя' из его определения

Я (Т) = const = Я.

Так как изделия многократного действия, в частности угольные комбайны и конвейеры, обычно состоят из значительного числа эле­ ментов, то поток отказов можно считать ординарным без последей­ ствия.

В общем случае кривая Я (Т) теоретически имеет вид, приведен­ ный на рис. 13, из которого видно, что имеются три различных периода:

период приработки [Я (Т) довольно быстро убывает]. В началь­ ный период эксплуатации ііашииы выходит из строя относительно большое число деталей, в ко­ торых были допущены скрытые производственные дефекты, а также выявляются ошибки, до­ пущенные при монтаже и

сборке; стационарный период [Я (Т)

практически постоянная], т. е. период нормальной работы. Этот период наиболее продолжитель­ ный. Процесс приработки за­ кончен, а интенсивный износ и

-старение еще не наступили. Все дефекты сборки и монтажа выяв­ лены и устранены. В этот период отказы машины происходят зна­ чительно реже, чем в период приработки и период интенсивного

возрастает]. В этот период физический износ одной детали под воз­ действием трения оказывает влияние на другие детали. Регули­ ровка машины нарушается. Возникают биения, люфты, ненормаль­ ные зацепления зубчатых передач и т. д: В результате этого появле­ ние отказов учащается и со временем может достичь такой величины, что машину эксплуатировать дальше невозможно.

Задача состоит в том, чтобы период приработки машины был как можно меньшим и совпадал с периодом обкатки на заводе-изготови- теле, период нормальной работы длился как можно дольше, чтобы выявить момент наступления интенсивного физического износа машины в целом.

В начальный период приработки, микрогеометрия более грубых стальных поверхностей уменьшается (рис. 14, кривая /), а микро­ геометрия более чисто обработанных поверхностей увеличивается •(см. рис. 14, кривая II) и после некоторого периода времени микро­ геометрия трущихся поверхностей становится одинаковой для ■обеих деталей (см. рис. 14, кривая III). Аналогичная картина

54

По экспериментальным данным среднее время наработки на

отказ определяется по формуле

П

где Ті — продолжительность времени работы машины в і-том интер­ вале между отказами.

Анализ формул (61), (62) показывает, что вероятность безотказ­ ной работы зависит от интенсивности отказов или средней нара­ ботки на отказ и увеличивается при уменьшении интенсивности отказов или при увеличении средней наработки.

В случае нестационарного потока отказов, т. е. когда интенсив­ ность потока отказов зависит от Т, вероятность безотказной работы

Теоретические положения, изложенные выше, были проверены на экспериментальном материале. Результаты обработки экспери­ ментальных данных по комбайну 1К-52ш приведены в табл. 5 и в табл. 6 — по скребковому конвейеру СП-63, работающему в лаве. Следует отметить, что часть наблюдений была исключена из-за отсут- 'Ствия данных о наработке комбайна и конвейера в лаве.

56

Т а б л и ц а 6

По данным табл. 5 и 6 проведен графический анализ интенсив­ ности отказов угольных комбайнов и скребковых конвейеров в лаве (рис. 15 и 16), наработки на отказ (рис. 17 и 18) и вероятности безот­ казной работы в течение 1' ч (рис. 19 и 20).

Как видно из рис. 15, интенсивность отказов комбайнов на вре­ менной оси не остается постоянной.

Полученная закономерность изменения интенсивности отказовпрежде всего не является абсолютно достоверной, так как она по­ лучена, хотя и на значительном, но все же ограниченном объеме хропометраяшых данных.

Теперь рассмотрим, как полученная закономерность согласуется7 с теоретическими рассуждениями. Как видно из рис. 15, на интер­ вале наработки, равном длительности ремонтного цикла Т — 12 ме­ сяцев, полученные данные могут быть аппроксимированы кривой I напоминающей изображенную теоретическую кривую на рис. 13, а отклонения от этой кривой можно считать случайными. Однако нам; представляется возможной аппроксимация полученных данных кри­ вой более высшего порядка (см. рис. 15, кривая II), которая болеѳподробно повторяет экспериментальные данные. Характерным для этой кривой является то, что она имеет несколько экстремумов (то­ чек минимума и максимума), и при этом максимумы интенсивности отказов на первом, четвертом, седьмом и двенадцатом месяце. Такой чередование максимумов интенсивности отказов может быть объяс­ нено следующим образом.

57

Рис. 15. Изменение интенсивности отказов комбайна 1К-52ш по наработке

Рис. 17. Изменение средней наработки на отказ ком­ байна 1К-52ш в зависимости от общей наработки комбайна

58

Первый, четвертый и седьмой месяцы соответствуют периодам: эксплуатации, которые следуют или непосредственно после изгото­ вления комбайна, или после первого и второго текущих ремонтов.

Рпс. 18. Изменение средней наработки на отказ кон­ вейера СП-63 в зависимости от общей наработки конвейера

Это соответствует представлениям о закономерностях изменения ин­ тенсивности отказов. На девятом месяце эксплуатации имеется глобальный минимум интенсивности отказов, после которого начи-

Рис. 19. Изменение вероятности безотказной ра­ боты комбайна 1К-52ш по наработке

нают проявляться последствия интенсивного износа вплоть до конца ремонтного цикла комбайна, в результате чего интенсивность отка­ зов увеличивается.

Рис. 20. Изменение вероятности безотказной работы

іконвейера СП-63 по наработке

На протяжении тринадцатого — пятнадцатого месяцев значения интенсивности отказов по каждому из месяцев получены по зна­ чительно меньшему объему хронометражных данных, чем за каждый

59*