автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.06, диссертация на тему: Повышение надежности буровых станков совершенствованием системы технического обслуживания и ремонта
Автореферат диссертации по теме "Повышение надежности буровых станков совершенствованием системы технического обслуживания и ремонта"
На правах рукописи
Повышение надежности буровых
станков совершенствованием системы технического обслуживания и ремонта
(в условиях СП «Эрдэнэт» )
Специальность 05.05.06 - Горные машины
диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук
Работа выполнена в Московском государственном горном университете (Mi l У)
Научный руководитель Заслуженный деятель науки и техники доктор технических наук, профессор КАНТОВИЧ ЛЕОНИД ИВАНОВИЧ
Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор РАДКЕВИЧ ЯКОВ МИХАЙЛОВИЧ кандидат технических наук ЧАТАЕВ ИГОРЬ КАПЛАНОВИЧ
Ведущее предприятие - ННЦ ГП - ИГД им. Скочинского А. А. Защита диссертации состоится 28 сентября 2005 г. в час на заседании диссертационного совета Д-212.128.09 при Московском государственном горном университете по адресу: 119991, ГСП, Москва, Ленинский проспект, 6.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГГУ.
сентября 20005 г.
Ученый секретарь диссертационного совета
кандидат технических наук, профессор Шешко.Е.Е
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность работы. Горнодобывающая промышленность Монголии -одна из ведущих отраслей, определяющих экономическое развитие страны. В задачах, поставленных перед горной промышленностью страны, отражено требование по повышению экономической эффективности использования горного оборудования на основе внедрения в производство передовой техники и технологии. Исследования показывают, что действующая система технического обслуживания и ремонта (ТОиР) на горных предприятиях страны низко эффективна и имеет ряд недостатков: ремонтно-регулировочным работам подвергаются механизмы и узлы, находящиеся в удовлетворительном состоянии; развивающийся в период эксплуатации отказ обнаруживается и устраняется только в период проведения регламентированных работ; большие простои оборудования в регламентированных ремонтах; неизбежны аварийные отказы в промежутках между регламентированным обслуживанием. Естественно, что это приводит к большим эксплуатационным издержкам: снижению эксплуатационного ресурса машин и механизмов; увеличению трудовых и материальных затрат в результате несвоевременности проведения восстановительных работ и несоответствия их объема и содержания фактическому состоянию оборудования. Большое значение в нынешних условиях приобретает проблема обеспечения высокой технологичности горного оборудования при ремонтах, т.е. совокупности свойств, позволяющих добиться при ремонтах оптимальных затрат времени, труда и средств. Следует отметить, что исследования по установлению уровня ремонтной технологичности горного оборудования на горных предприятиях Монголии до настоящего времени проводились недостаточно. В связи с этим можем утверждать, что разработка методов и средств, рекомендаций, повышающих ремонтную технологичность основного оборудования в нашей стране, является актуальной научной задачей.
Цель работы. Цель настоящей работы заключается в повышении надежности и совершенствовании системы технического сервиса буровых шарошечных станков, эксплуатируемых в условиях Монголии (СП «Эрдэнэт»).
Идея работы — повышение работоспособности и эффективности использования ресурсов буровых станков в процессе его обслуживания достигается соответствием требуемого технического состояния оборудования формируемой системой технического сервиса.
Методы исследования, использованные в работе: метод системного анализа и синтеза; математического моделирования с использованием ЭВМ; производственно-экспериментального исследования; методы анализа результатов наблюдений с использованием математического аппарата теории вероятностей и математической статистики.
Научные положения, выносимые на защиту:
1. Низкая надежность буровых станков, эксплуатируемых в условиях Монголии, главным образом обусловлена несовершенством системы технического обслуживания и ремонта горного оборудования;
2. Математическая модель динамики старения буровых станков в условиях СП «Эрдэнэт», в которой рассмотрено изменение параметра, наиболее полно отражающего динамику старения - параметра потока отказов ю^) в процессе эксплуатации;
3. Математическая модель надежности бурового станка при эксплуатации, в которой рассмотрен комплексный показатель, характеризующий надежность в целом - коэффициент технического использования Кти в зависимости от времени наработки на отказ и времени восстановления машины.
4. Зависимость времени эффективной работы бурового станка от продолжительности планового восстановления;
5. Зависимость удельных затрат на обслуживание каждого дополнительного часа производительной работы бурового станка от его производительной
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждаются: достаточным объемом статистического материала о работе СП «Эрдэнэт», характеризующего условия и показатели функционирования горных предприятий Монголии; удовлетворительной сходимостью результатов в теоретических исследованиях с фактическими данными действующего предприятия (погрешность не более 15% при доверительной вероятности 0,90-0,95); корректным использованием методов математической статистики.
Новизна результатов исследования заключается в следующем: -в установлении зависимости параметра потока отказов буровых шарошечных станков от срока эксплуатации;
-в разработке математической модели надежности бурового шарошечного станка во время эксплуатации;
-в разработке математической модели динамики старения шарошечных буровых станков;
-в установлении зависимости фактических затрат на обслуживание буровых станков от времени производительной работы;
-в установлении зависимости удельных затрат от времени производительной работы буровых станков, чем подтверждается актуальность увеличения срока их производительной работы.
Научное значение состоит в разработке математических моделей надежности и динамики старения буровых станков, позволивших установить зависимости времени эффективной работы станков от продолжительности планового их восстановления и параметра потока отказов от срока эксплуатации.
Практическое значение работы заключается в разработке: -рекомендации по реализации организационных, технических и технологических решений по переходу к системе внутреннего технического сервиса;
-рекомендации по внедрению технологии вибродиагностирования технического состояния горного оборудования и организации данного процесса.
Реализация результатов работы заключается в том, что предлагаемая система внутреннего технического сервиса и комплекс рекомендаций приняты к использованию СП «Эрдэнэт». Материалы диссертационной работы используются в учебном процессе Горного института Монголии при чтении курса лекций по дисциплине «Эксплуатация и ремонт горного оборудования».
Апробация работы. Основное содержание работы, отдельные ее положения были доложены и обсуждены: на техническом совете СП «Эрдэнэт», на Ученом совете Горного института МГУНиТ, в ИГД Монголии.
Публикации. По теме диссертации имеется 2 научных публикации.
Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, списка литературы из 86 наименований, содержат 28 рисунков, 27 таблиц.
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Горнодобывающая промышленность Монголии на современном этапе характеризуется интенсивным развитием открытого способа разработки полезных ископаемых. В задачах, поставленных перед горной промышленностью страны, отражено требование по повышению экономической эффективности использования горного оборудования на основе внедрения новой техники и технологии. Эффективность использования горного оборудования определяется показателями эксплуатационной надежности. Считают, что новые технические возможности позволяют создавать системы управления эксплуатационной надежностью оборудования, целью которых должно быть получение минимального числа отказов при оптимальных ресурсных затратах (трудовых, материальных, финансовых). Для достижения поставленной цели поставлены следующие задачи:
1. Определить количественные показатели надежности горного оборудования (на примере буровых станков и их основных элементов).
2. Разработать математические модели динамики старения бурового станка и ее надежности при эксплуатации.
3. Произвести анализ условий эксплуатации и дать характеристику основных факторов, влияющих на эффективность использования буровых станков.
4. Разработать метод и стратегию ТОиР, наиболее целесообразные в условиях Монголии.
Обеспечением надежности горного оборудования занимаются многие научные и производственные организации. Ведущее место среди них занимают ИГД им. А.А.Скочинского, МГГУ, ИГД МЧМ и Ф, НИИОГР, Ижорский завод им. А.А.Жданова, УЗТМ, НИИКМА, Крастяжмаш. Решению проблемы надежности и ремонта горных машин посвящены работы: Андреевой Л.И., Гетопанова В.Н., Ермоленко В.А., Ефимова В.Н., Кантовича Л.И., Квагинидзе B.C., Островского М.С., Махно Д.Е., Морозова В.И., Паршина A.A., Подерни Р.Ю., Радкевича Я.М., Рахутина Г.С., Рачека В.М., Сысоева Н.И., Солода Г.И., Хазановича Г.Ш., Чатаева И.К., Цэвээна Н., Щадрина А.И. и др. исследователей.
Объектом исследования нами был выбран парк однотипных буровых станков с различными сроками эксплуатации, используемых на СП «Эрдэнэт», который занимает ведущее место в отрасли горной промышленности страны. На долю машин и оборудований в совокупности с транспортными средствами, которые тоже являются объектами ремонтного обслуживания, приходится в среднем на данное предприятие около 50-55% основных фондов горных предприятий. Преобладающий объем исследований выполнен на примере парка буровых шарошечных станков.
Для количественной оценки надежности шарошечных буровых станков, относящихся к восстанавливаемому горному оборудованию, приняты в соответствии с ГОСТом количественные показатели надежности, нашедшие
наибольшее применение при определении надежности горношахтного оборудования: наработка на отказ - Та, среднее время восстановления - Т„, вероятность безотказной работы - P(t), коэффициент готовности- Kt.
Разностороннюю и наиболее полную информацию об эксплуатационной надежности забойного оборудования можно получить путем хронометражных наблюдений. Длительность таких наблюдений зависит как от величины параметра потока отказов, так и от цели наблюдений. Расчётная средняя продолжительность наблюдений за одним станком составила 17 смен. Методом статистических испытаний установлено, что число смен непрерывных наблюдений за работой станков - N зависит от среднего количества отказов в смену псм и должно быть не менее величины: N > 1 + 4 * п
Характер технологических операций буровых станков позволяет рассматривать их работу как состоящую из 2 несовместимых во времени функций: перемещение и бурение. Исходя из этого рассматривались следующие структурные элементы: ходовое оборудование; вращательно-подающий механизм; электрооборудование; гидрооборудование; оборудование пылеподавления и очистки забоя; прочее оборудование.
В процессе хронометражных наблюдений за работой станков было установлено, что время рабочих смен распределяется следующим образом: эффективная работа (бурение)- 48%, вспомогательные операции (перемещение, горизонтирование, наращивание и разбор бурстава) -12%, ликвидация отказов-10%, простои по организационно-техническим причинам-24%, прочие простои-6%. За время наблюдений пробурено 5388 м скважин по М.М.Прододъяконову f=I2
14. Количество отказов и время их ликвидации по элементам, выраженные в процентном отношении, приведены на диаграмме. Наибольший процент отказов и времени восстановления приходится на вращательно-подающий механизм.
Для определения наработок на отказ и среднего времени восстановления шарошечных станков и их элементов исходные данные по отказам и
суммарному времени восстановления разбивались по элементам. На основании этих данных определены среднестатистические величины показателей надежности. Расчеты показывают, что самым надежным оборудованием является оборудование пылеподавления и очистки забоя. У вращательно-подающего механизма и ходового оборудования этот показатель наименьший. Время восстановления электрооборудования самое высокое. Это во многом связано с потерей времени на нахождение отказавших элементов или деталей. Самый высокий коэффициент отказов у вращательно-подающего механизма, который указывает на большее число отказов по сравнению с другим оборудованием, а самый низкий у оборудования пылеподавления и очистки забоя. Коэффициент относительных простоев, характеризующий удельный вес простоев отдельного элемента, самое высокое у вращательно-подающего механизма, самое низкое - у гидрооборудований. Показатели надежности при выполнении функций бурения и перемещения и станка в целом приведены в табл. 1.
Определенный интерес представляет распределение количества отказов элементов по интервалам длительности времени их ликвидации. Наибольший удельный вес составляют отказы станков со временем восстановления от 41 мин до 100 мин (39%) .Время восстановления в этом интервале составляет -44% общего времени ликвидации отказов.
Бурение Перемещение Бурение и перемещение
, к тв 7« КГБ Т п Т, я Кгп То т» к,
1® О сч мин м мин мин м мин мин мин
271 61,2 58 0,82 151 444 52 0,74 254 57 0,81
Отказы в интервале 1-40 мин составляют -51%; наибольшее количество отказов приходится на вращательно-подающий механизм, гидрооборудование и электрооборудование соответственно: 15%, 13%, 9% от общего количества отказов по станкам. Отказы со временем восстановления элементов 1-40 мин не
фиксируются в журналах ремонта станков, хотя по количеству они составляют 51% от всего, а от суммарного времени восстановления -17%. Определение показателей надежности, базирующееся на одних журналах ремонта станков, приводит к их количественному завышению. Нами установлено, что показатели надежности, полученные по журналам ремонта станков и по хронометражным наблюдениям имеют значительные расхождения (рис.1).
В по данным журналов и по данньш жУРпал0В
О по данным наблюдений ° по Данным наблюдений
Рис. 1. Показатели надежности Т0и Тв, полученные по данным журнала ремонта и по хронометражным данным
Для определения функций надежности буровых станков, а также для оценки достоверности показателей надежности, полученных по экспериментальным данным, нами установлены законы распределения времени безотказной работы и времени восстановления при выполнении обеих функций.
При определении вероятности безотказной работы рассматривались: вероятность безотказного выполнения функции бурения; перемещения; обеих функций в течение рабочей смены. Доверительная вероятность расчета
показателей надежности нами принята v >> . Граничные показатели надежности станка и их рабочих функций показаны в табл. 2.
При исследовании показателей надежности проделан анализ факторов, влияющих на нее: продолжительность эксплуатации, горно-геологические условия, климатические условия, система ТО и ремонта.
1. Продолжительность эксплуатации снижает надежность всех структурных элементов, но не влияет на время восстановления.
2. Климатическая жесткость холодной погоды существенно влияет на все характеристики надежности и на все структурные элементы станка, в зимний период снижается наработка на отказ, а время восстановления повышается.
3. Крепость буримой породы не учитывалась из-за малого диапазона, который составляет £=12-14.
4. Система ТОиР низкоэффективная и имеет ряд недостатков: -ремонтно-регулировочным работам подвергаются механизмы и узлы,
находящиеся в удовлетворительном состоянии;
-неизбежны аварийные отказы в промежутках между ППР; -большие простои из-за отсутствия запасных частей;
-несоответствие объема и содержания плановых восстановительных работ фактическому состоянию.
а 1 Функции станка Наработка на отказ, мин Среднее время восстановления, мин Коэффициент готовности Вероятность безотказной работы
Щ Бурение 234 312 47 71 0.893 0.783 0.383 0.480
0 |/"> 1 и Перемещение 104 224 36 77 0.853 0.627 0.825 0.909
Бурение н перемещение 224 290 50 65 0.877 0.743 0.431 0.526
Анализом влияния эксплуатационных факторов определено, что самым весомым фактором, влияющим на надежность бурового станка, является несовершенство системы ТО и ремонта. Для достоверной оценки уровня работы ремонтной службы исследования проводились как по буровым станкам, так и по остальным горным оборудованиям, которые тоже являются объектами обслуживания ЭМС. Анализ по справочным данным ЭМС показывает значительные отклонения от регламента проведения ППР, особенно по
буровым станкам: по экскаваторам в среднем - 5-17%, по буровым станкам - до 41 %. Современный уровень системы обеспечения работоспособности бурового станка оценивается как низкий и нестабильный.
1.Стратегия, в основе которой лежит выполнение аварийных ремонтов и которая не предусматривает прогнозирование срока отказа.
2.В случае ППР по нормативу срок отказа прогнозируется, и при этом прогноз базируется на нормативном ресурсе.
3.Планово-предупредительное обслуживание по техническому состоянию предполагает, что с помощью средств технической диагностики, или иными методами оценивается текущее состояние детали, узла или машины в целом.
Рис.2. Типичная кривая износа Нами проделан анализ стратегий, который привел к следующему выводу: наиболее рациональной ремонтной стратегией является стратегия по фактическому состоянию, которая обеспечивает минимальные затраты на поддержание оборудования в работоспособном состоянии. Это достигается благодаря повышению точности прогноза срока отказа при прочих равных условиях. Практики использования данной стратегии на горных предприятиях нашей страны не существует. Поэтому задача разработки рекомендаций, средств и методов по формированию этой стратегии является важной и актуальной
В процессе работы горного предприятия его техническая служба решает задачи, направленные на планирование ремонтных воздействий, запаса запасных частей и трудовых ресурсов, необходимых для его осуществления. В основе планирования лежит прогнозирование сроков отказа деталей машин и
механизмов. Для разработки ремонтных нормативов, установления регламентированных сроков и объемов по диагностике и ТО планированию и управлению системой ремонта необходимо установить закономерности старения деталей, агрегатов и машин целом. При помощи математической модели появляется возможность однозначно определять распределение вероятностей для характеристик состояний системы. Математическая модель является результатом формирования и описания процесса потери машинной работоспособности и учитывает все основные закономерности процесса. На основании статистического материала нами произведено исследование параметра потока отказов буровых станков в условиях эксплуатации на СП «Эрдэнэт». Обработка данных позволила определить следующие характеристики надежности: математическое ожидание времени наработки на отказ ш, дисперсию времени наработки до отказа Ц параметр потока отказов а = \/т (табл. 3).
Характеристика надежности бурового станка
№ бурового станка Количество отказов Время в работе, час М D ш
10 169 1016 6.01 0.5 0.17
12 127 1088 8.57 0.7 0.12
13 138 1248 9.04 0.7 0.11
В результате исследований построена кривая изменения параметра потока отказов в зависимости от срока эксплуатации, которая может быть аппроксимирована зависимостью: а>(/) = 0.0032 */05"6 (1),
то есть опасность отказов монотонно возрастает в процессе длительной эксплуатации машины (рис. 3).
При составлении математической модели динамики старения буровых станков принята предпосылка в независимости выходных параметров, поэтому было отдельно рассмотрено изменение параметра потока отказов «>(/) в процессе эксплуатации буровых станков, так как именно этот параметр наиболее полно отражает динамику старения.
Рис.3. Изменение параметра потока отказов а