Козлов В.В. Надёжность горных машин и оборудования

Подождите немного. Документ загружается.

131

проектируемой гор ной .машины, комплекса или агрегата, и про-

изводятся расчеты показателей надежности горных машин и сис-

тем забойного оборудования в целом.

Для различных горных машин и систем забойного обору-

дования наиболее характерным является последовательное взаи-

модействие их элементов. В этом случае для синтеза показателей

безотказности машин и их сборочных единиц (средней) для нара-

ботки на отказ Т

и вероятности безотказной работы P(t) могут

быть использованы следующие формулы [1]:

−













∑

TТ

; (8.13)

)()(

tPПtP

, (8.14)

гле N – число последовательно взаимодействующих элементов;

– наработка на отказ i-го элемента.

Для систем забойного оборудования указанные (Т

и P(t))

можно определить по формулам :













∑ ∑

= −

кji

1 1

)(00

)(

; (8.15)

)()()(

tPПtPПtP

кj

⋅=

, (8.16)

где

РиT

ϕϕ )(0

- наработка на отказ и вероятность безотказной

132

работы

i-той функциональной машины;

0(кj)

, Р

кi

– наработка на отказ и вероятность безотказной ра-

боты j-той кинематической или конструктивной связи;

N и M – чсило соответственно функциональных машин и

материальных связей.

Формула синтеза показателя надежности "среднее время

восстановления работоспособного состояния" горных машин и

их сборочных единиц может быть получена из условия

∑

iвiв

nTnТ

где Т

, Т

вi

– среднее время восстановления соответственно объек-

та и его i-го элемента;

n, n

- число отказов соответственно объекта и i-го элемента

для одной и тойже наработки объекта t;

N - число последовательно взаимодействующих элементов

объекта.

Поскольку

iii

ТиТгдеTtnиTtn

0000

== - средние

наработки на отказ соответственно объекта и i-го элемента, полу-

чим

∑

вi

ТТ

. (8.17)

Если в совокупности последовательно взаимодействующих

элементов имеются невосстанавливаемые элементы, то формула

(8.17) будет иметь вид

133













∑∑

вj

вi

ТТ

;

элементоввливаемыхневосстаначислоN

элементагоjотказадонаработкаТ

элементагоjработывремяTгде

вj

−

−−

Для систем забойного оборудования (выемочных комплек-

сов и агрегатов) по аналогии с выражением (8.17)

)..(0

).(

)(0

)(













+==

∑∑

jск

сjкв

iв

ТТ

(8.18)

где Т

в(ϕi)

и Т

0(ϕi)

- среднее время восстановления и наработка на

отказ i-й функциональной машины;

N – число функциональных машин;

в(к.с.j)

и Т

0(к.с.j)

- среднее время восстановления и наработка

на отказ j-й кинематической или конструктивной (материальной)

связи между машинами;

М – число материальных связей.

Как следует из формул (8.17) и (8.18), для синтеза Т

ма-

шины или системы машин необходимо знать не только среднее

время восстановления работоспособного состояния элементов, их

средние наработки на отказ (до отказа), но также предварительно

определить и среднюю наработку на отказ машины или системы

машин.

При найденных значениях Т

и Т

коэффициент готовно-

сти горной машины или системы машин может быть рассчитан

по формуле (1.8).

Если для системы машин известны коэффициенты го-

134

товности функциональных машин К

г(ϕ)

и материальных (кинема-

тических или конструктивных) связей между ними К

г(к.с.j)

, то

формула для определения коэффициента готовности выемочного

комплекса или агрегата будет иметь вид:

1 1

).()(

)1(

−

= =













−+−+=

∑ ∑

сjкгiг

. (8.19)

Когда в сборочных единицах машин или в машинах име-

ются структурно-избыточные элементы, то расчет их показателей

безотказности может быть произведен с учетом рекомендаций,

изложенных в [1, § 8.4]

8.3 Влияние условий эксплуатации горных машин

на уровень надежности

При изменении длины очистного забоя меняется длина

струговых установок очистных комплексов и агрегатов, т. е. ме-

няются длина или число однотипных последовательно взаимо-

действующих элементов систем забойного оборудования. Поэто-

му показатели надежности однотипного забойного оборудования

не будут оставаться постоянными.

Для анализа зависимости величины средней наработки

на отказ Т

оборудования от длины очистного забоя L рассмат-

ривают обычно две группы элементов:

первая - элементы, число которых r

в системе оборудова-

ние не зависит от L (режущая часть, механизм подачи и привод

комбайна, исполнительный орган струговой установки, крепи

сопряжений лавы со штреками) или изменяется дискретно при

значительном увеличении L (число приводных блоков забойных

скребковых конвейеров и стругов, количество насосных станций

135

механизированной крепи);

вторая - элементы, число которых r

или длина изменяют-

ся пропорционально L (тяговые цепи, электрические кабели, тра-

ковые кабелеукладчики очистных комбайнов, тяговые цепи стру-

гов и гидроцилиндры подачи на забой, струговых установок,

скребковые цепи забойных конвейеров, линейные секции реш-

тачного става, конвейеров, секции и магистральные трубопрово-

ды механизированных крепей, направляющие элементы базы и

число резцовых: кареток фронтального агрегата).

Зависимость средней наработки на отказ комплекса или

агрегата от его длины (длины очистного забоя L) может быть

описана выражением

1 1

)(

−

= =













∑ ∑

I II

oji

LТ

, (8.20)

где Т

0i -

средние наработки на отказ соответственно i-го элемента

первой группы Т

и j-го элемента второй группы:

- базовая длина очистного забоя (базовая длина комплек-

са или агрегата, для которой известны значения Т

оi

и Т

), м;

L - длина забоя, для которой рассчитывается средняя нара-

боткана отказ, м.

136

Рисунок 8.3 - График расчетной (1) и экспериментальной

(2) зависимостей н раплекса КМ87Э от длины

очистного забоя

Наработка на отказ механизированной крепи, состоящей из

однотипных секций, в зависимости от длины лавы L и шага уста-

новки секций крепи l, рассчитывается по формуле

......

−













++⋅=

эотросо

ко

ТT

(8.21)

где Т

о.с.

, Т

о.тр.

и Т

о.э.

- средние наработки соответственно на отказ

секции механизированной крепи, 1 м магистрального трубопро-

вода, подсистемы энергоснабжения крепи (насосная станция,

электрооборудование); l - шаг установки секций крепи по длине

очистного забоя, м.

Как следует из формул (8.20) и (8.21), величина средней

наработки на отказ систем забойного оборудования и механизи-

рованной крепи с ростом L будет снижаться по кривым гипербо-

137

лического характера.

Необходимо отметить, что постоянство числа элементов

первой группы или изменчивость по линейной зависимости числа

элементов второй группы не определяют однозначно постоянство

или изменчивость величины параметра потока отказов совокуп-

ности элементов первой и второй групп.

С ростом длины очистного забоя L будут меняться также

частота включений ряда элементов (например, гидроцилиндров

передвижки секций крепи, концевых выключателей стругов, гид-

рораспределителей управления секциями крепи), а также режимы

нагружения элементов. Повысятся нагрузки в тяговых цепях

стругов и исполнительных органах фронтальных агрегатов,

скребковых цепях конвейеров, а также моменты в трансмиссиях

их приводов. Изменятся нагрузки в элементах секций механизи-

рованных крепей. Формулы (8.20) и (8.21) не учитывают послед-

них обстоятельств и поэтому, несмотря на то, что в ряде случаев

расчетная и экспериментальная зависимости T

(L) достаточно

хорошо совпадают (рис. 8.3), указанные формулы могут исполь-

зоваться только для ориентировочных инженерных расчетов. Бо-

лее точная количественная связь между Т

и L может быть уста-

новлена только на основе экспериментальных исследований.

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ

1.Какой из показателей надежности наиболее полно учи-

тывает влияние надежности горной машины на ее производи-

тельность?

2.Какие пути (методы) повышения коэффициента готов-

ности К

можно рекомендовать, анализируя диаграмму рис. 8.2?

3.Изложите логическую схему расчета надежности проек-

тируемого изделия.

138

4.Какая схема взаимодействия элементов наиболее харак-

терна для системы забойного оборудования?

5.Как влияет длина забоя на уровень надежности очистно-

го оборудования?

139

ГЛАВА 9

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ДОЛГОВЕЧНОСТИ НА

СТАДИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

9.1 Общие зависимости [2]

Вероятность безотказной работы по заданному критерию.

Работоспособность деталей машин характеризуется рядом

критериев: прочностью, износостойкостью, жесткостью, тепло-

стойкостью, виброустойчивостью, точностью.

Расчет сводится к сопоставлению (по отдельным крите-

риям) расчетных параметров с их предельными величинами:

характеристиками прочности (пределом прочности, текучести,

выносливости), предельной нагрузкой, ресурсом, предельными

перемещениями (упругими, износными, температурными) тепло-

стойкостью масла и материалов, предельными частотами и ам-

плитудами колебаний, динамической устойчивостью.

Предельные величины расчетных параметров критерия

выбирают по нормативным или справочным данным или уста-

навливают путем испытаний или наблюдений в эксплуатации.

В настоящее время основное применение имеет расчет с

помощью заранее задаваемых коэффициентов безопасности n,

соответственно расчетное условие nYY

lim

≤ . Величины рас-

сматривают детерминированными, хотя в действительности они

могут иметь большое рассеяние. Поэтому приходится вести рас

Работоспособность деталей по заданному критерию

обеспечена, если расчетный параметр критерия Y мень-

ше его предельного значения Ylim. В общем случае пара-

метр Y не должен выходить за предельное значение.

140

чет по наиболее неблагоприятным значениям, причем ис-

тинное значение коэффициента безопасности остается неизвест-

ным.

С переходом на вероятностные методы расчета

lim

YиY рассматривают как случайные величины и мерилом

надежности является вероятность безотказной работы Р по за-

данному критерию. Расчетное условие для обеспечения вероят-

ности 50 % * 0

lim

=−YY , а для обеспечения вероятности Р

lim

SuYY

=−

где

lim

, YY - средние значения величин

lim

YиY ;

lim

SSS += - среднеквадратическое отклонение раз-

ности двух случайных величин

lim

YиY

SS ,

lim

- среднеквадратическое отклонение величин

YиY

lim

;

- квантиль нормированного нормального распределения

- функция от Р.

Здесь, как обычно, полагают, что разность

lim

YY − рас-

пределена по нормальному закону, хотя строго это положение

выполняется только при нормальных распределениях

lim

YиY .

Вероятность безотказной работы Р по заданному

критерию определяют по табл. 4.1 в зависимости от

квантили, найденной из приведенного выше условия: