Анализ надежности проходческого оборудования с учетом частичного отказа Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

© В. Г. Черных, 2005

УДК: 622.619.004.62 (06)

В. Г. Черных

АНАЛИЗ НАДЕЖНОСТИ ПРОХОДЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ С УЧЕТОМ ЧАСТИЧНОГО ОТКАЗА

Семинар № 17

~И~Т роцесс погрузки горной массы зани-

-*-*■ мает до 30 % времени проходческого цикла и существенно влияет на темпы проходки горных выработок. Начиная с 1969 г. кафедрой «Горные машины и комплексы» Шахтин-ского института ЮРГТУ (НПИ) по за-казу Дружковского, Александровского и затем Ко-пейского заводов изготовителей погрузочных машин были предприняты систематические исследования по определению фактических показателей долговечности и надежности шахтных погрузочных машин (ШПМ) в условиях Центрального и Восточного Донбасса. На основе полученных данных в настоящее время создана база данных наработок на отказ ШПМ, которая регулярно пополняется.

Результаты обследования состояния и перспектив горнопроходческих работ в условиях Российского Донбасса на первое июля 2003 г. показали, что парк погрузочных машин состоит на 62,5 % из машин с нагребающими лапами (главным образом — 2ПНБ2) и на 33,9 % — из машин ковшового типа с осевой разгрузкой ковша (1ППН5).

Детальное рассмотрение процесса эксплуатации серийных погрузочных машин с нагребающими лапами и основных фактических данных о надежности выявило, что машины при эксплуатации, кроме двух состояний — работоспособное и неработоспособное, могут находиться в частично работоспособном со-

стоянии, при т.н. «частичном» отказе (рис. 1). Согласно ГОСТ 27.003—90 та-кое состояние характерно погрузочным машинам как изделиям II типа.

Под частичным отказом системы [1] понимают отказ элемента сложной системы, после которого система остается еще способной выполнять заданные функции, но с пониженным качеством.

Впервые состояния частичного отказа применительно к шахтным погрузочным машинам (типа ПНБ) рассмотрены профессором Носенко А.С. [2], где машину представляли как сложную систему, состоящую из 4-х простых: погрузочного органа (питателя), ходовой части, гидравлической системы и конвейера. С помощью методики оценки надежности сложной системы [1] составлялась матрица вероятностей состояний системы. При этом, гидравлическая часть машины рассматривалась как простая система, единственная работающая в состоянии частичного отказа.

Однако здесь наблюдается ряд несоответствий. Первое — с самим определением частичного отказа, который возможен только внутри сложной системы, а в рассмотренной работе гидравлическая часть является простой системой, когда отказ элемента системы приводит к отказу всей системы, следовательно никаких промежуточных состояний быть не может. Второе — в источнике [3] указывается, что для различных средств механизации горных работ (в том числе, и для проходческого забойного оборудования) характерно последовательное взаимодействие элементов без резервирования, при котором отказ любого элемента является необходимым и

Рис. 1

310

№ п/п Часть машины Наименование узла или детали Вид полного отказа Вид частичного отказа

1 Нагребающая часть редуктор выход из строя подшипника, конического колеса —

промежуточный редуктор — износ муфты

синхронизирующий вал редуктора выход из строя подшипника —

кулиса износ —

кривошип износ —

2 Ходовая часть тормозное устройств — износ фрикционных дисков

натяжное устройство трако-вой цепи износ вилки натяжения —

приводной вал износ вала, —

балансиры — износ

сальник на стакане левого фрикциона порыв —

траки 42.000.40 излом, износ, изгиб

3 Конвейер фартуки — износ

хвостовая секция — износ

приводной вал подшипник-износ —

вал звезды износ —

редуктор подшипник-износ —

конвейерная цепь порыв —

4 Гидрообору- дование насос Н-400 выход из строя течь,

гидроблоки 26.18.000 износ

гидр о коммуникации — порыв

достаточным условием отказа всей системы. Так например, отказ конвейера погрузочной машины приводит к невозможности выполнения ею функции погрузки. Третье — состояния частичного отказа характерны не только гидравлической системе.

Основываясь на вышеизложенных тезисах, в настоящем исследовании предлагается разделить погрузочную машину типа ПНБ на четыре функциональных, последовательно соединенных, сложных технических систем (рис. 2): погрузочный орган; ходовая часть; конвейер; гидравлическая система.

Отличие предлагаемой методики состоит в том, что состояния частичного отказа рассматриваются внутри каждой сложной системы на уровне деталей и узлов машины, указывающее,

что возможны такие отказы элементов системы (составной части машины), которые лишь снижают уровень функционирования системы, не приводя к полному отказу.

Основываясь на результатах обработки журналов наблюдений, были выявлены состояния частичного отказа характерные машине 2ПНБ2 (таблица).

Используя рассмотренную ранее методику определения вероятностных состояний [4] построим графы возможных состояний систем машины и на их основе составим матрицы вероятностей. В качестве примеров, на рис. 3 приведен ориентированный граф для ходовой части машины, а на рис. 4 — матрица вероятностей состояний для гидравлической системы. Для решения полученных систем уравнений по четырем сложным системам на которые разбита машина, применяем математический пакет MathCAD. В результате получаем вероятности нахождения систем в тех или иных состояниях в любой

12 3 4

—<Х(У —-оу —<Х(у -

Рис. 2

л

ЦІ

ц5

Х-'цз яз

111111 111011 J8

Рис.3

Р0 (ґ )_-(^1 + Х 2 + Х3 + Х 4 + Х5 )Ро (ґ ) + ^1Р1 (ґ ) + ^ 2 Р2 (ґ ) + ^3Р3 (ґ ) Р1'(1 ) = Х1Ро (Ґ)-(^1 + Х2 + Х3)Р1 (Ґ) + ^2Р4 (Ґ) + ЦэР5 (Ґ)

Р2 (Ґ) = Х2Ро (Ґ)-^2Р2 (Ґ)

Р3 (ґ ) = ^3 Ро (ґ )-(^3 + Х1 + Х2)Р3 (ґ ) + ^1 Р5 (ґ ) + ^2 Р6 (ґ ) ,

р; (/) = хг Р1 (/) - (Ц1 + ц2 )Р, (/)

р; () = (х3 Р1 ()+^1 р (/)) - (^1 + )Р5 (/)

Р6(ґ) = Х2Р3 (ґ) - (Ц3 + )Рб (/)

Рис 4

Р(І) = П Рі (І).

і=1

Результаты расчетов общего и частных коэффициентов готовности за промежуток времени равный 500 ч. (6 мес. эксплуатации машины) вынесены на график (рис. 5)

Теперь, когда известны вероятности состояний систем, зная характеристики системы в этих состояниях (например, производительность машины), можно определить показатели качества функционирования каждой системы, как математическое ожидание характеристики Ф2 (ґ) качества функционирования системы в момент времени ґ по формуле

ф« = і ф]р] (0.

7=0

В отличие от статистических показателей надежности, которые учитывают лишь факт появления или отсутствия отказов в элементах системы, полученные данные могут дать представление о влия-

Рис. 5

момент времени, при этом вероятность нахождения системы в нулевом состоянии есть коэффициент готовности этой части машинні. Зная, что отказ каждого элемента является случайным независимым событием, при известных вероятностях безотказной работы элементов машины Рі (ґ) в течение требуемого времени ґ, определяем вероятность безотказной работы машины в целом Р(ґ), согласно теореме умножения вероятностей для независимых событий:

нии отказов на конечный эффект функционирования сложной системы, поскольку сложная система может выполнять задачу, даже если некоторые ее элементы отказали.

Таким образом, разработанная методика оценки работоспособности ШПМ непрерывного действия с учетом частичного отказа, позволяет:

1. учитывать реальные процессы эксплуатации и существующее положение «неполноценной» системы технического обслуживания

и плановых ремонтов при оценке работоспособности машины;

2. получать точный показатель надежности (вероятность безотказной работы) машины в целом, зная наработки на отказ деталей машины;

3. получать коэффициент готовности при работе машины в следящем режиме в любой момент времени.

1. Госстандарт СССР. Методика выбора показателей для оценки надежности сложных технических систем. — М.: ВНИИС, 1979. — 42 с.

2. Носенко С.И., Носенко А.С. Погрузочные машины с гидравлическими приводами. — Новочеркасск: ЮР-ГТУ (НПИ), 2002. — 205 с.

4. обеспечить наполнение блока «инженерный анализ и планирование» интерактивного электронного технического руководства, необходимого для выдачи рекомендаций обслуживающему персоналу по ТОР и для построения прогнозных графиков замены деталей, что, по нашему мнению, позволит поддерживать вероятность безотказной работы в заданном интервале.

---------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

3. Гетопанов В.Н., Рачек В.М. Проектирование и надежность средств комплексной механизации. — М.: Недра, 1986. — 208 с.

4. Анализ надежности шахтной погрузочной машины как сложной технической системы. Черных. В. Г. Горный информационно-аналитический бюллетень. № 11. 2003. с. 155..

— Коротко об авторах

Черных Владимир Геннадьевич — аспирант кафедры «Горные машины и оборудование» ШИ ЮРГТУ (НПИ); г. Шахты

--------------------------------- © В. С. Блохин, Н.Г. Малич, 2005

УДК 622.245.12

В. С. Блохин, Н.Г. Малич

МОДЕЛЬ НАУЧНО-УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОГО НАПРАВЛЕНИЯ РАЗВИТИЯ ИНТЕЛЛЕКТА СТУДЕНТА

Семинар № 17

~П ыступая на совещании ректоров вузов, губернатор Днепропетровской области сказал: «В нашей области такой большой научно-педагогический потенциал и громадное число ежегодно выпускаемых молодых специалистов, но горно-метал-лургическая и машиностроительная промышленность, геология, строительство и сельское хозяйство, науч-но-исследовательс-кие институты, включая и

НИИ НАН Украины, области живут, в ос новном, за счет старых квалифицированных кадров (пенсионного возраста). Почему? Куда уходят, где работают выпускники технических вузов региона? Кому и зачем мы готовим дорогостоящие кадры? Почему мы стараемся покупать импортное оборудование, технологии и технику, а не создаем сами? Почему армия молодых специалистов (выпу-