Оценка надежности и эффективности работы горношахтного оборудования по критерию энергосбережения Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

структурной схемы составляют г|=0,6±0,1 в зависимости, главным образом, от соотношений между геометрическими параметрами РО и размерами рабочей -зоны экскаватора (максимальный

1е +1,р

вылет ковша /?т«) Так, при малой сумме длин стрелы /,с и рукояти Ьр (отношение -< 0,9>

^тжх

энергозатраты при внедрении ковша возрастают ввиду больших относительных смещений звеньев механизма. При увеличении геометрических параметров РО смещения звеньев уменьшаются, что приводит к снижению энергозатрат. Однако рост геометрических параметров обусловливает повышение металлоемкости экскаватора. При проектировании машины стремление конструктора к снижению металлоемкости (и соответственно, стоимости машины) может привести к росту энергозатрат при внедрении ковша.

Таким образом, в результате анализа установлены следующие свойства данного рычажно-гидравлического механизма:

выходные и входные параметры связаны посредством преобразователей, определяющихся структурной схемой;

ввиду обратимости гидравлических машин часть гидроцилиндров при их совместной работе функционирует в режиме насоса, что приводит к росту энергозатрат;

передаточная функция мощности характеризуется наличием минимального значения, т.е. параметры механизма имеют оптимальные значения.

УДК 622.68

Г.А. Боярских, Д.И.Симнсинов

ОЦЕНКА НАДЕЖНОСТИ И ЭФФЕКТИВНОСТИ РАБОТЫ ГОРНО-ШАХТНОГО ОБОРУДОВАНИЯ ПО КРИТЕРИЮ ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯ

Одной из основных тенденций, определяющих экономическую ситуацию и эффективность работы горнодобывающих предприятий, является непрерывное старение парка горно-шахтного оборудования (ГШО).

Эксплуатация ГШО в предотказном состоянии связана с постоянным увеличением доли затрат на эксплуатацию и ремонт технологического оборудования в себестоимости добычи и переработки продукции горного производства. Признаком неблагоприятного развития данной ситуации является увеличение удельных энергетических затрат, вызванных значительным физическим износом ГШО и ростом потребностей в его ремонте. В целом темпы старения ГШО опережают его воспроизводство, модернизацию и реновацию.

Наряду с известными причинами, возникновение такого дисбаланса вызвано несоответствием действующих систем организации ремонта реальной интенсивности процессов его старения. Также можно отметить, что применяемые критерии определения предельного состояния ГШО не в полной мерс учитывают характер изменений параметров ГШО в межремонтный период, ремонтный цикл и срок службы, а также экономические последствия этих изменений.

Характер протекания процесса старения узлов и деталей ГШО, как практически и всех технических систем, зависит от времени. Эта зависимость характеризуется тремя основными зонами (рис.1, б, в).

Зона 0—11, связанная с уменьшением интенсивности отказов скорости изна-

шивания и удельных энергозатрат, называется периодом приработки. Именно в этот период наиболее отчетливо проявляются дефекты деталей, приобретенные в результате ошибок на этапах конструирования, производства и эксплуатации. Основная доля дефектов, как правило, связана с производственными ошибками: несоблюдение техпроцесса, износ станков и оборудования, неудовлетворительное качество материалов и комплектующих и др. При конструировании ошибки могут быть вызваны недостаточным учетом реальных условий работы деталей и механизмов. Для начала эксплуатации весьма важным моментом является обоснованный выбор режима работы (приработки), при котором обеспечивается минимальный первичный износ деталей.

Зона 1,-12 соответствует периоду установившихся режимов эксплуатации, характеризуется стабилизацией интенсивности отказов. Энергозатраты в этот период и расходы на ремонт минимальны. На этом участке Х(0 -со!^, т. с. имеет место экспоненциальный закон

Влияние технического состояния машин на эффективность их работы: а - закономерности изменения оизико-механических свойств материалов и удельных нагрузок в процессе старения типовых элеме1ггов машин, б - изменение технико-экономических эксплуатационных показателей типовых элементов машин в процессе их старения: I - коэффициент трения К. 2 - энергозатраты У. 3 - абсолютный юное i* в- вероятностно-статисти-ческис характеристики надежности для определения межремонтного периода типовых элементов машин: 1 - fft): 2-*tft):mVgai; S ■ A:(t):-tjiga:- b,;

4 ■ Aft): 5 ■ A'ft)

распределения контролируемых параметров работы машин.

По мерс накопления остаточных деформаций и износа несущих псвсрхностей деталей нарушается нормальная работа триботсхничсских сопряжений, увеличивается коэффициент

трения К и растут удельные энергозатраты Э (см.рис.1.б) (2, 3]. Начиная с момента О, обо-« рудование вступает в третью зону эксплуатации - ускоренного старения, при котором интенсивность отказов возрастает, точка перелома, как правило, связана с наступлением предельного состояния.

С целью определения верхнего предела области моделирования изменения удельных энергозатрат и соответственно периода нахождения машины в эксплуатации, ограниченной пределом существования механической системы, найдем характерную точку перелома Я -характеристики.

Можно принять, что физико-механические свойства, являясь случайной величиной с диапазоном рассеяния от 5ди до в ходе эксплуатации по мере развития процессов старения ухудшаются и математическое ожидание (см. рис. 1, а. линия В) падает.

Возрастающая удельная нагрузка, воздействующая на изделие, также является случайной величиной с начальным рассеиванием Эщ и последующим его возрастанием до Ь'т, а математическое ожидание (см. рис.1, а, линия Л) изменяется во времени, что также связано с развитием процессов старения. Очевидно, что отказы из-за старения произойдут в области перекрытия 5 распределений /¡{ам) и /Арц) с определенной вероятностью отказов. Характерная точка М [/(/),/) перелома эмпирической /'-характеристики, как правило, соответствует области перекрытия распределений /¡{ри) и /Арн) и объясняется нарастающим во времени удельным нагружением деталей и снижением их несущей способности, приводящим к соответствующим отказам. Точка перелома на кривых интснснвностсй отказов, как правило, располагается в правой части кривой распределения (см. рис.1, в).

Таким образом, очевидно, что эффективный период восстановления нормированного состояния системы связан с зоной ускоренного старения - М [Д(Г), /]. Наличие характерной точки перелома зависимости Л*(Г) позволяет выявить период установившихся процессов старения, тем самым предотвратить эксплуатацию в третьей зоне, характеризующейся возрастающей интенсивностью отказов, увязав межремонтный период с этой точкой, и решить рассматриваемую задачу в случае нормального закона и закона распределения Всйбулла сопоставлением и исследованием статистических зависимостей /.*({) и/*(/). При явно выраженной корреляции роста энергозатрат с интенсивностью отказов (рис. 1,6) определяемая величина верхнего предела периода эксплуатации Iене. (см.рис.1,в) на основе статистических моделей состояния будет адекватна моменту постановки оборудования на ремонт по критерию энергосбережения.

С целью определения координаты характерной точки перелома М (см. рис.1,в) в

соответствии с методикой (1 ] общая совокупность Я (0 разбивается на две /-с и /-с совокупности, причем соотношение соседних (по интервалам) величин эмпирической интенсивности отказов принято Д,(/уЯ,(/)>2. Составляются два линейных уравнения:

Х,(/)=Г1(/1д8 а,) , (1)

Совместное решение этих уравнений позволяет определить оптимальную величину периода :плуатации с заданным уровнем доверительной вероятности на основе статистических данных о работе машины.

Таким образом, в предлагаемой адаптивной системе ремонта согласуются периодичность ремонта с закономерностями изменения технико-экономических эксплуатационных показателей машин. Система ремонта будет полностью соответствовать реальному состоянию парка оборудования предприятия при велении постоянного сбора, учета и обработки информации о надежности машин, тем самым отражая динамику- изменения технического состояния оборудования в процессе эксплуатации. В результате каждый ремонтный цикл будет базироваться на собственной уточненной модели предельного состояния по параметрам энергозатрат и энерговооруженности

Дня определения момента выхода энергозатрат за установленные пределы необходимо в предложенную адаптивную систему восстановления включить элементы диагностирования, что по существу создаст основу для мониторинга технических параметров машины по критерию энергозатрат и позволяет исключить необратимость процесса старения благодаря определению верхнего предела предельного состояния.

Решение задачи определения моментов диагностирования предельного состояния сводится к определению таких моментов времени Х\, Х2, Х3, ... , ХКу которые оптимизируют величину полных затрат от отказов и от проведения диагностирования [2].

Стоимостная величина энергозатрат в описанной ситуации может быть найдена как

X ь I

с=2 /[с,(^1)+с2(^.1-оИо, (3)

*=С х„

причем решение удовлетворяет условию

(4)

где к= 1, 1, .... - порядковый номер диагностирования; Хъ - моменты наступления диагностирования; С| потери от выхода эксплуатационных параметров за устансвлснныс нормы; С: - затраты на диагностику; Г - закон распределения контролируемых параметров в интервале времени [0, 7*п.с \

Пользуясь минимаксным методом и обозначив конечное число моментов

диагностирования через п, получаем выражение для определения момента диагностирования (2)

кж^-п (5)

п 2 С2

Число моментов диагностирования п выбирается как наибольшее целое число, удовлетворяющее следующему неравенству:

С-Т

/»(/1-1) < 2—5— . (6) С1

После того, как п выбрано, определяются моменты проведения диагностирования Хи Х2ч. А'з, ... , Л"к, соответствующие условию (5). Рассчитанное оптимальное число моментов диагностирования позволяет при любой интенсивности изменения технического состояния на участке эксплуатации в интервале [0, Твп.с] установить оптимальную продолжительность эксплуатации за межремонтный период, ремонтный цикл и срок службы по критсрик> энергозатрат.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Бабаев С.Г. Надежность нефтепромыслового оборудования. - М.: Недра, 1987.-264 с.

2. Боярских Г. А., Кук л и в Л. Г. Теория старения машин. - Екатеринбург: Изд-во УГГГ А, 1998 -192 с.

3. Боярских Г. А. Надежность и ремонт горных машин. - Екатеринбург: Изд-во У111 А. 1998.-

340 с.

УДК 621.879

В.С.Шестаков, А.П.Комиссаров

ПОВЫШЕНИЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ

КАРЬЕРНЫХ ЭКСКАВАТОРОВ

Гидравлические карьерные экскаваторы (ЭГ) по сравнению с канатными мехлопатами типа ЭКГ обладают рядом преимуществ: меньшей в 1,8 ... 2,2 раза металлоемкостью, большими усилиями копания, возможностью ведения селективной добычи полезного ископаемого. Все эти преимущества привели к тому, что гидравлические экскаваторы начинают вытеснять канатные.

Использование гидравлического привода в горных машинах, в частности в гидравлических экскаваторах, обусловливает необходимость проведения исследований с целью установления закономерностей функционирования гидрофицированного оборудования и обоснования рациональных конструктивных и режимных параметров. Анализ публикаций за последние годы показал, что многие фирмы и научные коллективы проводят работы по совершенствованию конструктивных и гидравлических схем гидравлических экскаваторов. На кафедре горных машин