Козлов В.В. Надёжность горных машин и оборудования

Подождите немного. Документ загружается.

Таблица 1.1 Классификация отказов элементов горных

машин

Классификационные при-

знаки

Виды отказов

По характеру утраты эле-

ментом работоспособности

Функциональные, параметри-

ческие

По влиянию на безопас-

ность работ

Безопасные, опасные

По характеру процесса воз-

никновения отказа

Внезапные, постепенные

По взаимосвязи между со-

бой

Независимые, зависимые

По возможности осуществ-

ления контроля

Контролируемые, неконтро-

лируемые

По характеру повреждения

элемента

Допустимые, недопустимые

По причине и периоду воз-

никновения

Конструкционные, техноло-

гические (изготовитель

ные),

эксплуатационные (при ос-

воении объекта; до первого

капитального ремонта; после

капитального ремонта)

Элемент может потерять работоспособность как в резуль-

тате разрушения, заклинивания, т. е. прекращения функциониро-

вания, так и вследствие выхода какого-либо параметра за преде-

лы допускаемой величины (например, снижение сопротивления

изоляции обмотки статора электродвигателя комбайна ниже до-

пускаемого уровня). В этой связи отказы можно разделить на

функциональные и параметрические.

Отказы очистных (проходческих) комплексов и агрега-

тов— это события, заключающиеся прекращении или резком

ухудшении выполнения ими своей основной функции выемки

полезного ископаемого (проведения выработки), а также в появ-

лении опасной ситуации для рабочих.

Если отказы функциональных машин и других элементов

комплекса или агрегата и их связей вызывают нарушение работо-

способности, то они являются одновременно и отказами ком-

плекса или агрегата.

Отказы элементов, при которых не возникает опасной си-

туации и имеется возможность осуществлять выемку полезного

ископаемого (проведение горной выработки), относятся к по-

вреждениям, вызывающим неисправности комплекса или агре-

гата.

Опасными являются отказы, которые при возникновении,

в процессе их ликвидации или в последующем создают опасную

ситуацию для рабочих (разрывы тяговых цепей комбайнов стру-

гов или нижних ветвей скребковых конвейеров, поломки пере-

крытии секции крепи и др.).

Внезапные отказы возникают при резком, скачкообразном

изменении одного или нескольких основных параметров элемен-

та в результате различных случайных воздействий обычно физи-

ческого характера.

Постепенные отказы характеризуются плавным измене-

нием параметров элемента, например, в результате изнашивания,

старения.

Независимые отказы в отличие от зависимых не связаны

с предшествующими отказами других элементов. Примером за-

висимого отказа может служить сход комбайна с конвейера в

результате поломки соединений рештачного става конвейера.

Контролируемые отказы выявляются средствами техни-

ческой диагностики или обслуживающим персоналом при прове-

дении проверок и осмотров, а неконтролируемые не могут быть

выявлены без частичной или полной разборки сборочных единиц.

Допустимые отказы возникают в результате естественно-

го повреждения элементов при эксплуатации машин, недопус-

тимые — в результате недостаточной прочности или весьма ин-

тенсивного износа элементов. Последний вид отказов требует

самого пристального внимания и полной их ликвидации.

Установление причины и периода возникновения отказа

позволяет обоснованно подходить к разработке мероприятий по

повышению надежности горно-шахтного оборудования.

Для решения практических вопросов в области надежности

используются показатели, с помощью которых можно количест-

венно оценить уровень надежности горных, транспортных, ста-

ционарных машин, комплексов, агрегатов и другого горно-

шахтного оборудования. Процесс возникновения отказов различ-

ных объектов имеет многопричинный, случайный характер, и

поэтому при количественной оценке надежности используются

методы теории вероятностей, теории случайных процессов мате-

матической статистики.

1.2 Показатели (критерии) надежности [1]

Надежность горных машин и комплексов, определенная в

условиях промышленной эксплуатации с учетом воздействия

различных факторов, связанных с условиями эксплуатации и об-

служивания, называется эксплуатационной надежностью.

Для количественной оценки различных свойств надежно-

сти используются показатели безотказности, долговечности,

ремонтопригодности, сохраняемости, а также комплексные

показатели надежности.

Б Е З О Т К А З Н О С Т Ь

К основным показателям безотказности относятся:

Средняя наработка на отказ Т

- от-

ношение наработки восстанавливаемого

объекта к математическому ожиданию чис-

ла его отказов в течение этой наработки.

Если Т

определяется по результатам работы или испыта-

ний N однотипных объектов, каждый из которых имел суммар-

ную наработку t

и n

отказов, то

∑

(1.1)

вероятность безотказной работы р(t) характеризует веро-

ятность того события, что в пределах заданной наработки t отка-

за объекта не возникнет:

)

()( ttPtp ≥=

, (1.2)

где t

- наработка объекта от его включения до отказа.

На практике иногда удобнее пользоваться вероятностью

противоположного события - вероятностью отказа q(t), харак-

теризующей вероятность события, состоящего в том, что в задан-

ном интервале наработки возникнет отказ объекта:

)

()( ttPtp <=

(1.3)

Показатели p(t) и q(t) используют для оценки безотказно-

сти восстанавливаемых и невосстанавливаемых объектов. При

этом 1)()(

tqtp .

Конкретные численные значения p(t) и q(t) имеют опре-

деленный смысл лишь тогда, когда они поставлены в соответст-

вие с заданной наработкой объекта, в течение которой возможно

возникновение отказа.

Для невосстанавливаемых и неремонтируемых объектов

используется средняя наработка до отказа Т

- математическое

ожидание наработки объекта до первого отказа. Если за период

испытаний или наблюдений каждый из N однотипных невосста-

навливаемых или неремонтируемых объектов имел наработку до

отказа t

, то

∑

(1.4)

Удобным показателем для анализа частоты отказов от-

дельных элементов системы является коэффициент отказов K

представляющий собой отношение числа n

отказов i-го элемента

к общему числу отказов n системы за одну и ту же наработку:

nnK

ioi

(1.5)

Поскольку

∑

= nn

, то для системы в целом 1=

K .

Д О Л Г О В Е Ч Н О С Т Ь

Наиболее распространенными показателями долговечно-

сти горно-шахтного оборудования являются:

средний ресурс до капитального ремонта Т

р.к.

характери-

зующий долговечность оборудования, выпускаемого заводами

угольного и горного машиностроения, и средний ресурс между

капитальными ремонтами Т

р.м.к.

характеризующий долговеч-

ность оборудования, поступившего с ремонтного предприятия.

Для объектов, работающих практически непрерывно (гид-

ростойки и металлоконструкции секции механизированных кре-

пей) могут использоваться показатели долговечности, измеряе-

мые сроком службы в календарном исчислении времени: средний

срок службы до капитального ремонта Т

сл.к.

и средний срок

службы между капитальными ремонтами Т

сл.мк

При наличии данных о ресурсе (сроке службы) х

каждого

из N однотипных объектов средний ресурс (срок службы) до ка-

питального ремонта (или между капитальными ремонтами) опре-

деляется по формуле

∑

Для оценки долговечности используются также гамма-

процентный ресурс Т

р.γ

и гамма-процентный срок службы

сл.γ

, т. е. такие ресурс и срок службы, при выработке которых

объект не достигнет предельного состояния с заданной вероятно-

стью γ, выраженной в процентах.

Если, например, средний ресурс до капитального ремонта

очистного комбайна Т

р.к

= 300 тыс. т угля, и при этом для 90%

комбайнов данного типа он превышает 200 тыс. т, то Т

р.к

(γ=90%)

=2000тыс. т.

Р Е М О Н Т О П Р И ГО Д Н О С Т Ь

Наиболее часто используемым показателем ремонтопри-

годности является:

РЕСУРС  чистое время работы изделия.

СРОК СЛУЖБЫ  календарное время пребыва-

ния изделия в работе.

а) среднее время восстановления работоспособного со-

стояния Т

, представляющее собой математическое ожидание

времени восстановления работоспособного состояния объекта.

Если в процессе испытаний или работы N однотипных

объектов суммарное время простоев из-за отказов и количество

отказов каждого из них составили соответственно τ

, и n

, то

∑∑

(1.6)

В общем случае время, затрачиваемое на ликвидацию от-

каза j-го типа, представляет собой сумму следующего вида:

jjjoj

д оп п.з

τττττ +++=

, (1.7)

где τ

– время ожидания, связанное с необходимостью обнару-

жения отказа, освобождением фронта работ;

п. j

– подготовительно-заключительное время, затрачиваемое

на подготовку свертывания рабочего места и материальных

средств (запасных частей, инструмента) перед началом и после

ликвидации отказа;

опj

– оперативное время, характеризующее затраты време-

ни исполнителей на выполнение основных и вспомогательных

операций при ликвидации отказа;

д j

– дополнительное время на отдых и личные надобности

исполнителей.

Показатель Т

, определенный по времени простоев в виде

полной суммы (1.6), характеризует не только ремонтопригод-

ность объекта, но и организацию ремонтной службы, ее обеспе-

ченность запасными частями и инструментами.

Если имеются данные о величине указанных составляю-

щих затрат времени, то можно получить показатели ремонтопри-

годности, базирующиеся на использовании оперативного време-

ни и оперативной трудоемкости работ;

б) средняя оперативная продолжительность внепла-

нового текущего ремонта (устранения отказа) данного вида

опвн

∑

T τ

где п

- количество внеплановых текущих ремонтов (отказов) j-го

вида за расчетный период;

в) средняя оперативная трудоемкость внепланового те-

кущего ремонта (устранения отказа) данного вида

опвн

∑

где

оп

- трудоемкость выполнения одного внепланового теку-

щего ремонта (устранения одного отказа) данного вида, чел-ч;

г) средняя оперативная продолжительность планового

текущего ремонта данного вида

опв.пл

∑

T τ

где n

k -

количество плановых текущих ремонтов k-го вида за рас-

четный период;

д) средняя оперативная трудоемкость планового теку-

щего ремонта данного вида

оппл

∑

где

kоп

W – оперативная трудоемкость выполнения одного пла-

нового текущего ремонта k-го вида за расчетный период, чел-ч

е) средняя оперативная трудоемкость технического об-

служивания данного вида

опобс

∑

где n

- количество работ по техническому обслуживанию i-го

вида за расчетный период;

оп

- оперативная трудоемкость выполнения техниче-

ского обслуживания i -го вида, чел.-ч.

С О Х Р А Н Я Е М О С Т Ь

Комплексным показателем надежности, которыми

удобно использоваться для оценки влияния уровня надежности

горных машин, комплексов и агрегатов на величину их произво-

Показателями сохраняемости объекта являются

средний срок сохраняемости и гамма-процентный срок со-

храняемости, которые определяются аналогичными пока-

зателями долговечности.

дительности, является коэффициент готовности К

, который учи-

тывает безотказность, ремонтопригодность объекта.

В установившемся режиме эксплуатации К

характеризует

вероятность того события, что объект окажется в работоспособ-

ном состоянии в произвольно выбранный момент времени, кроме

планируемых периодов, в течение которых применение объекта

по назначению не предусматривается. Величина К

вычисляется

по формуле

).(

вг

TTTK

(1.8)

Для анализа простоев системы из-за отказов ее элементов

удобно использовать показатель, называемый коэффициентом

относительных простоев К

о.п.i

, который определяется из выраже-

ния

о.п.

(1.9)

где n

- число отказов i - го элемента;

n - общее число отказов системы;

вi

и Т

- соответственно среднее время восстановления

работоспособного состояния i - го элемента и системы в целом;

Кo i - коэффициент отказов.

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ

1. Перечислите основные термины теории надежности?

2. Какими свойствами (компонентами) характеризуется

надежность?

3. Дайте определение надежности.