CC BY
13
ИЗВЕСТИЯ УРАЛЬСКОЙ ГОСУДАРСТВЕННОЙ ГОРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКОЙ АКАДЕМИИ
МАТЕРИАЛЫ УРАЛЬСКОЙ ГОРНОПРОМЫШЛЕННОЙ ДЕКАДЫ
10-20 апреля 2003 г.
Вып. 17
ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ И ЭКСПЛУАТАЦИОННОЕ
ОБЕСПЕЧЕНИЕ НАДЕЖНОСТИ И ЭФФЕКТИВНОСТИ ГОРНОГО ОБОРУДОВАНИЯ
ФОРМИРОВАНИЕ БАЗЫ ДАННЫХ И АНАЛИЗ ХАРАКТЕРА ИЗМЕНЕНИЯ НАДЕЖНОСТИ ЭКСКАВАТОРОВ ЭКГ-8И В УСЛОВИЯХ ОАО «УРАЛАСБЕСТ»
РУБЦОВ М. В. Уральская государственная горно-геологическая академия
Эксплуатируемое в настоящее время на большинстве горных предприятий оборудование, известно, морально и технически устарело, что отражается в постоянно растущем времени жовления снижения объемов добычи (табл. 1). Следовательно, в сложившейся ситуации (мость эффективного технического обслуживания и ремонта возрастает и является одним из »ных факторов, определяющих технико-экономические показатели работы предприятия.
I ¿блица I
Простои в неплановых ремонтах экскаваторов и сведенные с ними потери горной мессы па рудниках ОАО «Ураласбсст»
Рудник Гол
1999 2000 2001
Южный 11028 2586 11930 2763 17963 3835
Центра;! ьный 10187 2389 10543 2472 17434 3939
Отвал 4081 1503 5435 2117 6772 2777
Примечание. Числитель - ч, знаменатель - тыс. т.
Для выбора оптимальной стратегии ремонта необходимо знать закономерности расгределе-показателей надежности.
Ввиду того, что большинство горных предприятий ведет разработки месторождений полез-ископаемых открытым способом, при котором в качестве выемочного оборудования исполь-тиотся экскаваторы, причем наибольшее их количество - это экскаваторы с ковшом емкостью от 3 *> 8 м, рассмотрим работы экскаваторов ЭКГ-8И в ОАО «Ураласбест».
По данным эксплуатации и ремонта экскаваторов ЭКГ-8И в различных горно-геологических условиях, ОАО «Ураласбест» установлены законы и характеристики эмпирического распределения показателей надежности электрического и механического оборудования экскаваторов (табл. 2 и 3). Из таблиц видно, что наибольшей надежностью обладают экскаваторы, рабо-
тающие в породах III категории по трудности экскавации, т. е. на перевалочных пунктах. Это ясняется тем, что ОАО «Ураласбсст» используют на перевалочных пунктах относительно экскаваторы, управляемые машинистами с высокой квалификацией.
Табл
Характеристики эмпирическою распределения наработки на отказ механической чаети карьерных экскаваторов, ч
Характеристики распределения
Категория порол по трудности экскавации
■ — ■■
III
IV-V
Математическое ожидание X Среднеквадратическое отклонение С
270 75
400 123
250 91
Табл»
Характеристики эмпирического распределения наработки на отказ электрической части карьерных жскаоатороо« ч
Характеристики распределении
Категории работ но трудности экскавации
1 — II
III
IV-V
Математическое ожидание X Среднеквадратическое отклонение G
240 83
300 92
240 89
На основе данных расчета надежности (табл. 4-9) были построены графики плотности яти ости отказов J[t) (рис. I), вероятности безотказной работы Р(1) (рис. 2), интенсивности Ц/) (рис. 3) и вероятности отказов F(l) (рис. 4) механического и электрического оборудования каваторов ЭКГ-8И.
Т
Расчет количественных характеристик эксплуатационной надежности электрической чаети экскаваторов ЭКГ-8И, работающих на породах I и II категорий
/|.Ч
Плотность вероятности
отказа /(/)■= 0.004 *0С04'*
Вероятность безотказной работы
/>(/) = е ° 004''
Интенсивность
отказов МО ш 0.004
Вероятность отказов
F(0-1
О 40 80 120 160 200 240 280 320 360 400 440
0.004
0,003
0,0029
0,0025
0,0021
0,0018
0,0015
0,0013
0,0011
0,0009
0,0008
0,0006
I
0,85 0,73 0.62 0,53 0,45 0,38 0,33 0,28 0,24 0,2 0,17
0,004 0,004 0,004 0,004 0,004 0,004 0,004 0,004 0.004 0,004 0,004 0,004
0 0,15 0,27 0,38 0,47 0,55 0,62 0,67 0,72 0,76 0.8 0,83
I
1 V\
4 Ii А 4
Г ш \ 1
V L-
Рис, I. Плотность вероятности отказов электрического (1) и механического (2) оборудования экскаваторов ЭКГ-8И, работающих в различных горногеологических условиях: I - экскаваторы, работающие в породах 1—11 категорий; II - III категории; 111 - IV-V категорий
Интенсивность отказов
1 ,(I,- 270
Плотность вероятности отказа
0,0001
0,0002
0,0007
0,0017
0,003
0,0046
0.005
0,004 0,0024 0,0011 0,0004
0,00005 0,0002 0,0007 0,002 0,004 0,0075 0,012 0,017 0,022 0,039 0.47
Вс. 2. Вероятность безотказной работы гастрического (1) и механического (2) оборудования экскаваторов ЭКГ-8И, работающих в различных горногеологических условиях: экскаваторы, работающие в породах 1-11 категорий; II - III категории; III - IV-V категорий
Таблица 6
Расчет количественных характеристик жеплуатанионной надежности электричеекой _____части экскаваторов ЭКГ-ЯИ. работающих на породах III категории_
Плотность вероятности отказа
Вероятность безотказ!ЮЙ работы
Вероятность
отказов . ^(г-Ш
0,999
0,991
0,982
0,933
0,864
0,742
0,58
0,42
0,258
0,136
0.067
0,00009 0,00025 0.00066 0,0015 0,0027 0,0047 0,0073 0,01 0,014 0,017 0,021 0,036 0,04
0,0001 0,0003 0,0006
0,001
0,009
0,018
0,067
0,136
0,258
0,42
0,58
0,742
0,864
0,933
0,982
0.991
0,0012 0,0022 0,0032 0,0039 0,0039 0,0032
0,018 0.009
0,0003
Таблица 5
Расчет количественных характеристик эксплуатационной надежности механической части экскаваторов ЭКГ-8И, работающих на поролах I и II категорий
F(t)
I i и
л i\ V V ••
/ 4- >> SL •
• V
Рис. 3. Интенсивность отказов экскаваторов ЭКГ-8И, работающих в различных горно-геологических условиях:
1 - электрическое оборудование;
2 - механическое оборудование;
- экскаваторы, работающие в породах 1-11 категорий; 11-111 категории; III - IV-V категорий
Расчет количественных характеристик эксплуатационной надежности механической части экскаваторов ЭКГ-8И, работающих на породах III кагсюрии
ч
Плотность вероятности отказа
-l-T~e J,a'!
I2Z5V2*
АО
Вероятность безотказной работы
по
122.5 }
Интенсивность отказов
,-400' 122.5
Вероятность отказов
0 0
40 0.00005
80 0,0001
170 0,0002
160 0,0004
200 0,0008
240 0,0013
7 80 0,0014
320 0,0024
360 0,0028
400 0,003
440 0,0028
480 0,0024
520 0,0014
I
0.999 0.995 0,991 0,982 0,95 0,903 0.841 0,742 0.618 0,5 0,382 0,258 0,159
0
0.00007 0,00011 0,00023 0,0005 0,00087 0,0015 0.0023 0,0036 0,005 0,0065 0,0082 0,01 0,019
0 0,001 0,005 0,009 0,018 0,05 0,097 0.159 0,258 0,382 0,5 0,618 0,742 0,841
мм
Рис. 4. Вероятность отказов экскаваторов ЭКГ-8И, работающих в различных горно-геологических условиях: 1 - электрическое оборудование; 2 - механическое
оборудование; I - экскаваторы, работающие в породах 1-11 категорий; II - III категории; III - IV-V категорий
Таблица 8
Расчет количественных характеристик эксплуатационной надежности электрической части экскаваторов ЭКГ-8И, работающих на породах IV и V категорий
Ьч
Плотность вероятности отказа
Вероятность безотказной работы ,240-/,,
/V) = <*>«(-
89
-)
Интенсивность
отказов > 89
Вероятность от га ю в
ПО
■
0 0
40 0,0003
80 0.0008
120 0,0016
160 0,0026
200 0.0036
240 0.004
280 0.0036
320 0.0026
360 0.0016
400 0.0008
440 0.0003
I
0.991 0,971 0.919 0,816 0,674 0,5 0,326 0,184 0,081 0,029 0.039
0
0.0004 0,0009 0.002 0.0036 0.006 0,009 0.012 0.016 0,022 0,03 0,04
0
0.009 0.029 0.081 0.184 0,326 0.5 0,674 0,816 0.919 0,971 0.991
Таблица 9
Расчет количественных характеристик эксплуатационной надежности механической части экскаваторов ЭКГ-8И, работающих на породах IV и V категорий
Плотность вероятности
отказа •
9¡ЛТ'
Вероятность безотказной работы
/ЧО
МО«
Интенсивность отказов
91 Л 91
725ГГ
91
Вероятность отказов
ПО
0 0
40 0.0005
80 0,0007
120 0.0015
160 0.0025
200 0.0035
240 0.004
280 0.0038
320 0.003
360 0.002
400 0.0011
440 0.0004
0.991 0.971 0,919 0,823 0,71 0,5 0,382 0,276 0,116 0,05 0,018
0
0,00035 0,0008 0.0018 0.003 0.0052 0.0079 0.011 0.014 0.017
0.024 0,03
0
0,009 0,029 0.081 0.177 0.29 0.5 0.61В 0.724 0,884 0,95 0,982
Как показывают статистические данные, низкое качество ремонта вызывает до 20 % всех от-ов. из-за которых теряется 18 % общих потерь времени производительной работы эксказаторов. этих же данных следует, что несвоевременный ремонт и сверхнормативная эксплуатация дета-Ьей экскаваторов приводят к увеличению числа отказов на 17 % и на 13 % общих потерь времени. 3 связи с этим можно сделать вывод, что применяемая в ОАО «Ураласбест» система планово-жедупредительных ремонтов (ПГ1Р) не соответствует реальным темпам старения оборудования и ■гтенсивности отказов, вследствие чего необходимо осуществить переход от применяемой систе-к системе ремонта по фактическому состоянию (РФС). Этот переход является процессом, требующим значительных изменений структуры пред-ариятия и дополнительных капиталовложений и, следовательно, должен быть осуществлен в не-дько стадий, первой из которых является внедрение оборудования для вибродиагностики, т. к. <жность большинства электромеханического оборудования напрямую определяется Е-ращаю-мися узлами и деталями, испытывающими высокие динамические нагрузки и подверженными
наибольшему износу. Вибродиагностика оборудования позволяет обнаруживать дефекты на их зарождения, что дает возможность наблюдать за их развитием и своевременно планировать боты по ремонту и обслуживанию машины, т. е. вибродиагностика эффективна при посте износных отказах оборудования, согласно же произведенным расчетам, надежность элек!, нического оборудования большинства экскаваторов описывается нормальным законом рас ления, являющимся адекватной моделью постепенных отказов, что наглядно видно на рис. I и
2. Кроме того, вибродиагностика позволяет в которой степени снизить количество в отказов, происходящих, как правило, в ной стадии эксплуатации, характерных для трооборудования экскаваторов, работаю породах I, II категорий (см. рис. I, 2), над" которого с достаточной доверительной ностью описывается экспоненциальным за счет балансировки роторов после из ния и ремонта. Наряду с этим вибродиаг позволяет обнаруживать и идезггифиг зарождающиеся дефекты в подшипниках, в механических передач, в частности з ременных, с упругими муфтами и др., п ски все дефекты электромагнитной с электрических машин, т. е. вибродиа-наиболее эффективна для электрического дования, а как видно из построенных графиков (см. рис. I, 2, 3, 4), электрическое оборуд является менее надежной частью экскаватора, на электрооборудование экскаваторов ЭКГ-8И ходится 57,3 % общего количества отказов и 52,7 % общих потерь времени (рис. 5).
В связи с внедрением диагностики изменится схема технического обслуживания и ре она будет предусматривать проведение работ по смешанному принципу: принудительно и по тической потребности.
Содержание работ по техническому обслуживанию остается идентичной системе ППР. исключением оборудования, подвергающегося вибродиагностике, его ремонт осуществляется запланированные сроки, а по фактической потребности.
Немаловажным вопросом является установление числа моментов и периодически стирования. Решение задачи определения моментов диагностирования предельного с сводится к определению таких моментов времени X,, Л* Х)...ЛК, которые оптимизируют ну полных затрат на устранение отказов и от проведения диагностирования.
Стоимостную величину на ремонт в описанной ситуации можно вычислить:
с=Е Д|/(с, (к +1)+с2 (л\_, - Фт,
причем решение удовлетворяет условию
„ „ С, /ЧЛГ,
Хы-Х'+с; т&Г) *
где к » I, 2,... - порядковый номер диагностирования; Х- моменты наступления диагн ния; С - потери от выхода эксплуатационных параметров за установленные нормы; С -на диагностику; А* - закон распределения контролируемых параметров в интервале времени
до верхнего значения предельного состояния Т^ .
Пользуясь минимаксным методом и обозначив число моментов диагностирования ч получаем выражение для определения момента диагностирования:
Хк = + к = 0,п.
п 2С2
57,3
б)
52,7
42,7
47,3
по частоте
по простоям
мех оборудование
побору-дование
Рис. 5. Соотношение доли отказов (а) и величины простоев (6) механического и электрического оборудования экскаваторов ЭКГ-8И
Число моментов диагностирования п выбирается как наибольшее число, удовлетворяющее ;му неравенству:
С Т
п(п-\)-<2-р—. (4)
Ч
После того как п выбрано, определяются моменты проведения диагностирования Хи Х2, Х3, , соответствующие условию (4) [2].
Рис. 6. Вероятность безотказной работы электрического оборудования экскаваторов ЭКГ-8И, работающих в породах 1-111 категорий: I - генератор двигателя подъема; 2 - возбуждение; 3 - генератор двигателя поворота; 4 - питающий кабель; 5 - генератор двигателя напора; б - генератор двигателя хода
Рис. 7. Вероятность безоткатной работы электрического оборудования экскаваторов ЭКГ-8И, работающих в породах ill категории: I ■ возбуждение; 2 - генератор двигателя поворота; 3 - генератор двигателя подъема; 4 - генератор двигателя поворота
Моменты проведения диагностировании устанавливаются согласно вероятности безотказной работы (см. рис. 2). Из рис. 2, 6 и 7 видно, что вероятность безотказной работы электрического оборудования экскаваторов изменяется в пределах 0</>(')<'» причем в начале работы, после очередного ремонта, вероятность безотказной работы равна I. После этого она начинает убывать по мерс увеличения объемов выполняемых горных работ, т. е. по мерс изнашивания или нарушения кинематической связи деталей сопряжения и узлов. Согласно исследованиям ОАО «Ураласбсст», вероятность безотказной работы электрического оборудования должна составлять не менее 0,95,
1 1
при этом получается минимальный коэффициент простоя, минимальный коэффициент п тики, минимальное значение параметра потока износных отказов. Следовательно, число м диагностирования вращающихся частей электрооборудования должно быть максимальным ; чала эксплуатации, т. е. после ремонта или замены до 20 часов работы наименее надежных подвергающихся вибродиагностике, у экскаваторов, работающих в I-II категориях; с начала плуатации до 150 часов работы наименее надежных узлов электрооборудования, подверг вибродиагностике, у экскаваторов, работающих в III категории; с начала эксплуатации до 1 сов работы наименее надежных узлов электрооборудования подвергающихся вибродиа экскаваторов, работающих в породах IV-V категорий (см. рис. 2). Как видно из рис. 3, в у ные периоды времени наблюдается интенсивный рост числа отказов электрооборудования ваторов, характерный для периода старения. Из рис. 7 и 8 видно, что наименее надежным электрооборудования являются: генератор двигателя подъема, возбуждение и генератор дви поворота.
Применяемая система кой диагностики роторных состоит из датчика вибрации, ройства для анализа вибрации, сборщика данных - анал встроенными модемными вами связи и управления с трального компьютера, нахо гося, по замыслу, на ре механическом заводе, явля одним из подразделений «У рал асбест».
Ike работы по анализу зультатов измерений, а также постановке диагноза вы специалисты диагности подразделения, расположенного ремонтно-механическом заводе, все измерения осуществляет оператор с минимальной специальной подготовкой, находя непосредственно на месте эксплуатации экскаваторов, в распоряжении оператора имеется щик данных СД-12 и модем. В сборщик по линиям связи автоматически передается задание измерение, а после их проведения сборщик подключается к телефонной сети, автоматически кумулируст данные измерения в указанное подразделение и получает результаты диагноза и гноза (рис. 8) (1].
Был произведен расчет экономической эффективности инвестиционного проекта по в нию оборудования для вибродиагностики, согласно которому необходимым условием для чения его эффективности должна быть среднегодовая прибыль от внедрения данного обору ния не менее 1,5 млн руб., при кредите ие более 50 %.
Полученные модели отказов электрического и механического оборудования экска заданным уровнем вероятности безотказной работы позволяют классифицировать стру элементы на группы долговечности, устанавливать соответствующие значения периодичности монтов и диагностирования при условии минимизации текущих затрат.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
LUK N*K
Рис. 8. Оптимальная структура центра диагностики
1. Барков А. В.. Тулугуров В. В. Диагностической обслуживание предприятий - основа перевода рудования на ремонт по состоянию. Ьпр^Дуц^.у^кМек.сот 1996 г.
2. Боярских Г. А. Развитие научно-мгтодических основ подготовки специалистов для машин тельного и ремонтного производств // Известия Уральской государственной горно-геологической а Вып. 14. 2002. С. 132-141.
