CC BY
27
УДК 62-83
И.М. Хошмухамедов, О.В. Косарева-Володько
НАДЕЖНОСТЬ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ КАРЬЕРНЫХ ЭКСКАВАТОРОВ
Аннотация. Проблема надежности электроприводов горного оборудования требует особого внимания, так как от бесперебойной работы горного оборудования зависит весь цикл производства. Для обеспечения такой работы требуется разработать оптимальную систему планово-предупредительных ремонтов. Была произведена разработка критериев, которые позволяют оценить характеристики коэффициента готовности для использования в расчетах рациональной системы межремонтного обслуживания электродвигателей карьерных экскаваторов. На основании представленных в статье данных можно отметить, что все параметры, характеризующие уровень надежности экскаватора, как системы, находятся в прямой зависимости от таких же параметров, характеризующих надежность ЭД. Наилучшие результаты, при прогнозировании параметров надежности ЭД можно получить используя метод, основанный на использовании априорных данных, полученных в процессе эксплуатации, при разделении системы на две группы деталей, узлов и подсистем. Были сделаны выводы, что обоснованное прогнозирование надежности экскаваторов и ЭД должно базироваться только на накоплении статистического материала по данным эксплуатации в течении определенного промежутка времени.
Ключевые слова: экскаватор, надежность, вероятность отказа, электродвигатель, коэффициент готовности, ремонт, узлы, подсистемы.
DOI: 10.25018/0236-1493-2018-12-0-151-156
Эффективность работы горных предприятий зависит от надежной работы эксплуатируемого оборудования.
Основным оборудованием карьеров являются экскаваторы различных типов.
Эффективность функционирования электротехнического комплекса карьерного экскаватора, как системы определяется эффективностью функционирования, как отдельных его подсистем, так и всего комплекса экскаватора в целом.
При этом, как показывает статистика, электротехнические системы (ЭТС) экскаваторов недостаточно надежны, обладают высокой материалоемкостью и энергоемкостью. Время отказов ЭТС составляет 6—15% от времени работы экскаватора.
Для оценки технических возможностей и показателей работы экскаваторов по статистическим данным определяются показатели надежности работы этих машин:
• наработка на отказ — Т;
• среднее время восстановления —
тв;
• коэффициент технического использования — КТ;
• коэффициент готовности — КГ;
• вероятность безотказной работы — Р.
Анализ показателей надежности позволяет сделать вывод, что относительно высокое значение коэффициента готовности, свидетельствует о высоком уровне надежности экскаватора.
Достижение высокой эксплуатационной производительности экскаваторов
ISSN 0236-1493. Горный информационно-аналитический бюллетень. 2018. № 12. С. 151-156. © И.М. Хошмухамедов, О.В. Косарева-Володько. 2018.
связано с обеспечением хорошего технического состояния при минимальных затратах времени на ремонтные работы. Поддержание высокой работоспособности также зависит от рациональной организации их обслуживания и ремонта.
Анализ фактической структуры ремонтов показал, что сроки остановки машин на ремонт определяются по техническому состоянию экскаватора, наличию запасных частей, возможности ремонтно-механических служб, состоянию выполнения плана добычи и т.д.
В карьерных экскаваторах используется большое количество систем и узлов, разнообразных по назначению и принципу работы, но основными элементами сложной структуры экскаватора являются его электродвигатели.
Анализ результатов исследований в области надежности экскаваторных электродвигателей (ЭД), показал, что ряд принятых в настоящее время параметров надежности (вероятность возникновения отказа, параметр потока отказов и остаточный ресурс) не могут в полной мере характеризовать техническое состояние ЭД, основной задачей которого является реализация рабочего алгоритма экскаватора.
Сказанное предопределило рассмотрение вопроса о связи параметров надежности ЭД с надежностью экскаватора в целом, для чего вводится понятие коэффициента готовности К .
Как следует из выражения для коэффициента технического использования экскаватора:
К =-
1р + гт+тв+10б
(1)
где ^ — время эффективной работы; ^ — время выполнения технических операций; ТВ — время устранения отказов; tоб — время выполнения технического обслуживания, данный коэффициент учитывает совокупность тех факторов, кото-
рые определяют на данном календарном отрезке время нахождения экскаватора в работоспособном состоянии.
В силу того, что надежное функционирование экскаватора зависит от надежности составляющего его структуру оборудования, к этому оборудованию можно отнести все показатели, входящие в коэффициент технического использования экскаватора, т.е.
КТ = /(КТМ ; КТЭ; КТВ ; КТС),
Т 4 Т.Мо Т.Эд Т.Во Т.Су"
где КТМо — коэффициент механического оборудования, КТЭд — коэффициент двигателя, КТВо — коэффициент вспомогательного оборудования, КТСу — коэффициент системы управления.
Исходя из вышесказанного, КТ для ЭД можно записать
КТЭд =
Т. Эд
^Ф.Эд^~ ^ Ф. Т.Эд
^Ф.Эд^~ ^Ф.Т.Эд ^В.Эд^~ ^Об
(2)
где ^Эд — время функционировании ЭД при выполнении экскаватором эффективной работы, в процессе которого на него, кроме массовых параметров приводимого в действие механизма, воздействуют динамические нагрузки возникающие и процессе движении; ^ — время функционирования ЭД при выполнении технических операций, в процессе которых на ЭД в основном воздействуют массовые параметры приводимого механизма; ^ — время устранении отказов; — время выполнения технического обслуживания экскаватора.
Другим показателем надежности функционирования экскаватора является коэффициент готовности КГ, характеризующий техническое состояние системы в определенный период времени, обеспечивающее работу экскаватора
(3)
По аналогии с положениями относительно коэффициента КТ можно записать
Кг = /(Кгм ; Кг, ; Кги ; Кг„ ),
Г 4 Г.Мо' Г.Эд' Г.Во' Г.Су"
а для ЭД выражение определения КГ
имеет вид:
К,
^Ф.Эд ^Ф. Т.Эд
Г.Эд
^Ф.Эд + ^ Ф.Т.Эд+ IФ.Эд+ ^Об
(4)
Для оценки взаимосвязи коэффициента готовности К с коэффициентом технического использования КТЭд выразим составляющие календарного фонда времени
К.Эд
«К.Эд = «Ф.Эд + «ФТ.Эд + «Об + tОР,
(5)
где íОР — время простоев по организационным причинам.
Через коэффициент готовности и коэффициент технического обслуживании, можно записать следующие выражение
«Ф.Эд + «Ф.Т.Эд = «Об = («Ф.Эд + ^Ф.Т.Эд)/ КГ.Эд (6)
Из выражения (6) получаем
«Об.Эд = «К.Эд (1 — КОб.Эд)
Подставляя эти выражения в формулу (5), а так же учитывая коэффициент потерь на организационные простои
«Ор = «к (1 — КрЪ
где КР — коэффициент рабочего времени, можно вывести формулу:
«Ф.Эд = «К.Эд КТ.И. КГ.Эд (КОб.Эд + КОР — ^ (7)
Таким образом, в зависимости от эффективной работы, основным количественным показателем надежности является коэффициент готовности, функциональная связь которого с коэффициентом технического использования может быть получена из сопоставления выражений:
К ГЭд .=
Г. Эд
' Об.Эд ^ *ОР
К
(8)
Из формулы (8) видно, что коэффициент готовности выражает надежность при фиксированном значении КОБЭД, являющегося функцией времени обслуживания «О . С увеличением «ОБЭД снижа-
ется вероятность постепенных отказов и повышается коэффициент готовности. Однако появление внезапных отказов не зависит от планового обслуживания, а время, затраченное на него, может использоваться для полезной работы. Таким образом, существует оптимальное значение коэффициента обслуживания КОБЭД при котором К и время полезной работы будут максимальны.
На основании представленных рассуждений можно отметить, что все параметры, входящие в выражения КТ и КГ, которые характеризуют уровень надежности экскаватора, как системы, находятся в прямой зависимости от таких же параметров, характеризующих надежность ЭД.
В свою очередь, применительно к рассматриваемому типу ЭД в качестве обобщенного количественного параметра надежности принимается К , однозначно характеризующий с позиции надежности их основное функциональное назначение и отражающий связь изменения надежности ЭД с уровнем надежности, условиями работы и периодами функционирования экскаватора.
Рассмотрим вопрос прогнозирования коэффициента готовности ЭД, как системы.
Конструкция вновь проектируемой системы в основном состоит из сочетания элементов и узлов, параметры надежности которых могут быть определены на основе анализа параметров надежности уже спроектированных и находящихся в эксплуатации систем, что позволяет прогнозировать надежность новой системы.
При этом, в соответствии с законом больших чисел, возможная ошибка будет тем меньше, чем больше уровень разбивки системы на составляющие.
Однако следует отметить, что применительно к проектированию нового конструктивного исполнения ЭД такой метод
ющие устранение этих причин, то при последующей эксплуатации, за тот же календарный отрезок времени «ВУст ранее затраченного только на восстановление отказавших элементов, причины проявления которых устранены, теперь будет распределяться между работой системы «Р, устранением «ВСл и «ВУст в тех же пропорциях, что и раньше (с тем же коэффициентом готовности).
На основании сказанного можно записать:
К
t = t + t
В.Уст Р В.СЛ
«Р /(«Р + «В.СЛ + «В.Уст) = «Р /tВ
(12)
При этом предполагается, что после устранения причин выявленных отказов, какая-то их часть, определяемая значением коэффициента готовности КГУст за календарный отрезок времени будет определяться как
и
tp (1 - К)/ Кг
прогнозирования параметров надежности даст ориентировочные результаты, так как не может учесть всего многообразия новых сочетаний конструктивных элементов, их исполнения, взаимосвязи и т.д.
Наилучшие результаты, при прогнозировании параметров надежности ЭД, дает метод, основанный на использовании априорных данных, полученных в процессе эксплуатации. Сущность этого метода сводиться к следующему: система разделяется на две последовательные группы деталей, узлов и подсистем — первая охватывает детали, узлы и подсистемы, отказы которых носят случайный характер, вторая — объединяет детали, узлы и подсистемы, причины отказов которых известны и могут быть устранены во время ППР перед последующей эксплуатацией.
Обозначив коэффициенты готовности этих групп соответственно КГСл и КГУст можно записать:
КГ.Сл = «Р /(«Р + «В.^ (9)
КГ.Уст = «Р /(«р + «в.Уст) (10)
где «ВСЛ — время восстановлении при случайных отказах; «ВУст — время восстановления при установленных отказах.
С учетом принятых обозначений коэффициент готовности системы можно записать
К.сис = «Р /(«Р + «В.Уст+ (11)
Если причины установленных отказов выявлены и приняты меры, обеспечива-
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Кох П. И. Надежность механического оборудования карьеров. — М.: Недра, 1978. — 189 с.
2. Шендеров А. И., Емельянов О. А., Один И. М. Надежность и производительность комплексов горнотранспортного оборудования. — М.: Недра, 1976. — 248 с.
3. Гольдберг О. Д., Хелемская С. П. Надежность электрических машин: учебник для студентов вузов / Под ред. О. Д. Гольдберга. — М.: Издательский центр «Академия», 2010. — 288 с.
4. Хомутов С. О., Кобозев Е. В. Прогнозирование вероятности безотказной работы электродвигателей на основе количественной оценки степени влияния воздействующих факторов // Вестник Алтайского государственного технического университета им. И.И. Ползунова. — 2006. — № 2. — С. 4—8.
5. Гольдберг О. Д. Качество и надежность асинхронных двигателей. — М.: Энергия, 1969.
Используя это выражение и преобразовывая с учетом формулы (11), можно получить
К Г.Сист.Пр К Г.Сист
1 + -
кг
(1-К г
кг
Исходя из выше сказанного, можно сделать вывод, что обоснованное прогнозирование надежности экскаваторов и ЭД должно базироваться на накоплении статистического материала по данным эксплуатации в течение определенного периода времени.
6. Кузнецов Н.Л. Надежность электрических машин: учебное пособие. — М.: изд. дом МЭИ, 2012. — 432 с.
7. Глубокий Ю. Н. Надежность электрооборудования: краткий курс лекций / Под ред. В. А. Глухарева. — Саратов: Саратовский ГАУ, 2014.
8. Фозилматов С. А. Повышение энергетической эффективности и улучшение эксплуатационных характеристик синхронного двигателя мощностью 1250 кВА: на правах рукописи / Под ред. Н. Б. Пирматова. — Ташкент: Ташкентский государственный технический университет им. А.Р. Беруни, 2013.
9. Шпет Н.А. Оценка эксплуатационной надежности технических устройств / Электронные и электромеханические системы и устройства: Тезисы докладов XIX научно-техническая конференция 16—17 апреля 2015 г. — Томск: АО «НПЦ «Полюс», 2015. С. 114—116.
10. Krishnan R. Switched Reluctanct Motor Drives / Modeling, Simulation, Analysis, Design and Applications. London, New York/ Washington: CRC Press, Roca Raton. 2001. 216 pp.
11. Marks J. Continuous equipment monitoring and diagnostics at substations // Electrikal World. 1999. Vol. 213. No 6.
12. Diab A. A.Z., Abdeen M. E., Elwany M. A., Hassaneen B. M. Rotor Resistance Estimation for Predictive Maintenance of Sensorless Induction Motor Drives: — Department of Electrical Engineering, Faculty of Engineering, Minia University, Minia, Egypt, Published: May 17, 2016.
13. Катанов Б.А. О надежности карьерных экскаваторов // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2005. — № 3. — С. 88—91.
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ
Хошмухамедов Игорь Маджидович1 — доктор технических наук, профессор, Косарева-Володько Ольга Владимировна1 — кандидат технических наук, доцент, e-mail: kosareva-volodko@rambler.ru, 1 МГИ НИТУ «МИСиС».
ISSN 0236-1493. Gornyy informatsionno-analiticheskiy byulleten'. 2018. No. 12, pp. 151-156. Reliability of electric motors of open pit mine shovels
Khoshmukhamedov I.M1, Doctor of Technical Sciences, Professor, Kosareva-Volod'ko O.V.1, Candidate of Technical Sciences, Assistant Professor, e-mail: kosareva-volodko@rambler.ru,
1 Mining Institute, National University of Science and Technology «MISiS», 119049, Moscow, Russia.
Abstract. Reliability of electric motors of mining equipment is of specific concern as failure-free operation of mining machines governs the whole production efficiency. In order to ensure such operation, it is required to optimize flow chart of preventive maintenance. The estimation criteria for the availability of equipment are developed to be used in computation of the rational preventive maintenance circuit for electric motors of open pit mine shovels. Based on the data presented in the article, it is emphasized that all parameters characterizing reliability of shoveling machines directly depend on the parameters characterizing reliability of electric motors. The best prediction of reliability of electric motors can be achieved with the method based on a priori data obtained during machine operation with dividing the machine system into two groups of parts, i.e. assemblies and subsystems. It has been concluded that the sound prediction of reliability of shoveling machines and electric motors should only rely upon accumulated statistics of the machine operation within a certain period of time.
Key words: shovel, reliability, failure probability, electric motor, availability factor, maintenance, assemblies, subsystems.
DOI: 10.25018/0236-1493-2018-12-0-151-156
REFERENCES
1. Kokh P. I. Nadezhnost' mekhanicheskogo oborudovaniya kar'erov [Reliability of powered equipment in open pit mining], Moscow, Nedra, 1978, 189 p.
2. Shenderov A. I., Emel'yanov O. A., Odin I. M. Nadezhnost' i proizvoditel'nost' kompleksov gornotrans-portnogo oborudovaniya [Reliability and productivity of systems of mining and transport equipment], Moscow, Nedra, 1976, 248 p.
3. Gol'dberg O. D., Khelemskaya S. P. Nadezhnost' elektricheskikh mashin: uchebnik dlya studentov vu-zov. Pod red. O. D. Gol'dberga [Reliability of electrical machines: Textbook for high schools. Gol'dberg O. D. (Ed.)], Moscow, Izdatel'skiy tsentr «Akademiya», 2010, 288 p.
4. Khomutov S. O., Kobozev E. V. Prognozirovanie veroyatnosti bezotkaznoy raboty elektrodvigateley na osnove kolichestvennoy otsenki stepeni vliyaniya vozdeystvuyushchikh faktorov [Prediction of reliability probability of electric motors based on quantification of level of influence factors]. Vestnik Altayskogo gosudarst-vennogo tekhnicheskogo universiteta im. I.I. Polzunova. 2006, no 2, pp. 4—8. [In Russ].
5. Gol'dberg O. D. Kachestvo i nadezhnost' asinkhronnykh dvigateley [Quality and reliability of asynchronous motors], Moscow, Energiya, 1969.
6. Kuznetsov N. L. Nadezhnost' elektricheskikh mashin: uchebnoe posobie [Reliability of electrical machines: Educational aid], Moscow, izd. dom MEI, 2012, 432 p.
7. Glubokiy Yu. N. Nadezhnost' elektrooborudovaniya: kratkiy kurs lektsiy. Pod red. V. A. Glukhareva [Reliability of electrical equipment: short course of lectures. Glukharev V. A. (Ed.)], Saratov, Saratovskiy GAU, 2014.
8. Fozilmatov S. A. Povyshenie energeticheskoy effektivnosti i uluchshenie ekspluatatsionnykh kharak-teristik sinkhronnogo dvigatelya moshchnost'yu 1250 kVA: na pravakh rukopisi. Pod red. N. B. Pirmatova [Повышение энергетической эффективности и улучшение эксплуатационных характеристик синхронного двигателя мощностью 1250 кВА: as a manuscript. Pirmatov N. B. (Ed.)], Tashkent, TashGTU, 2013.
9. Shpet N. A. Otsenka ekspluatatsionnoy nadezhnosti tekhnicheskikh ustroystv [Estimation of operating reliability of engineering devices]. Elektronnye i elektromekhanicheskie sistemy i ustroystva: Tezisy dokladovKHIKH nauchno-tekhnicheskaya konferentsiya 16—17 aprelya 2015, g. Tomsk, AO «NPTS «Polyus», 2015, pp. 114—116.
10. Krishnan R. Switched Reluctanct Motor Drives. Modeling, Simulation, Analysis, Design and Applications. London, New York-Washington: CRC Press, Roca Raton. 2001. 216 pp.
11. Marks J. Continuous equipment monitoring and diagnostics at substations. Electrikal World. 1999. Vol. 213. No 6.
12. Diab A. A.Z., Abdeen M. E., Elwany M. A., Hassaneen B. M. Rotor Resistance Estimation for Predictive Maintenance of Sensorless Induction Motor Drives: Department of Electrical Engineering, Faculty of Engineering, Minia University, Minia, Egypt, Published: May 17, 2016.
13. Katanov B. A. O nadezhnosti kar'ernykh ekskavatorov [Reliability of open pit mine shovels]. Gornyy informatsionno-analiticheskiy byulleten'. 2005, no 3, pp. 88—91.
A_
ОТДЕЛЬНЫЕ СТАТЬИ ГОРНОГО ИНФОРМАЦИОННО-АНАЛИТИЧЕСКОГО БЮЛЛЕТЕНЯ
(СПЕЦИАЛЬНЫЙ ВЫПУСК)
МЕТОДИКА ПОВЫшЕНИЯ КАЧЕСТВА ТРУДОВЫХ ПРОЦЕССОВ
(2018, № 9, СВ 42, 40 с.) Кулецкий Валерий Николаевич1 — кандидат технических наук, генеральный директор, Жунда Сергей Валерьевич1 — заместитель генерального директора по ПК, ПБ, ОТ и экологии, Довженок Александр Сергеевич — доктор технических наук, главный научный сотрудник, ИГД УрО РАН, Галкин Алексей Валерьевич — кандидат технических наук, зав. лабораторией, Полещук Марина Николаевна — кандидат экономических наук, научный сотрудник, НИИОГР, 1 АО «Разрез Тугнуйский».
Рассмотрены понятия трудового процесса как совокупности его основных элементов: персонал, оборудование, рабочие процессы и условия их осуществления, а также качества трудового процесса как степени соответствия состояния его элементов целевым параметрам безопасности и эффективности производства. Показано влияние сочетания состояний элементов на качество трудового процесса в целом и его влияние на риск травмирования персонала. Представлена схема организации деятельности по повышению качества трудовых процессов и алгоритм его повышения, а также алгоритмы работы с персоналом и стандартизации рабочих процессов.
Ключевые слова: трудовой процесс, качество, персонал, оборудование, условия, безопасность, эффективность, риск.
methods of improving the quality of labor processes
Kuletskiy V.N., JSC «Razrez Tugnuisky», Zhunda S.V., JSC «Razrez Tugnuisky», Galkin A.V., PoleshchukM.N., NIIOGR, DovzhenokA.S., Institute of Mining of Ural Branch, Russian Academy of Sciences, 620219, Ekaterinburg, Russia.
The concepts of the labor process as a set of its main elements: personnel, equipment, working processes and conditions of their implementation, as well as the quality of the labor process as the degree of compliance of its elements with the target parameters of safety and efficiency of production. The influence of the combination of States of the elements on the quality of the labor process as a whole and its impact on the risk of injury to personnel is shown. The scheme of the organization of activities to improve the quality of labor processes and the algorithm of its improvement, as well as algorithms of work with staff and standardization of work processes.
Key words: labor process, quality, personnel, equipment, conditions, safety, efficiency, risk.
