автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.06, диссертация на тему:Исследование и обоснование уровня надежности очистных механизированных комплексов на стадии разработки

ВВЕДЕНИЕ.

Глава I. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА, ЗАДАЧИ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1. Анализ методов исследований надежности очистных, механизированных, комплексов.

1.2. Модели определения, надежности очистного механизированного комплекса, на стадии разработки.,

1.3. Предпосылки создания комплексной математической, модели обоснования надежности очистного механизированного комплекса.

1Л» Выводы по главе и задачи исследовании.

Глава 2. ИССЛЕДОВАНИЕ ПОКАЗАТЕЛЕМ НАДЕЖНОСТИ ОБОРУДОВАНИЯ ОЧИСТНЫХ. МЕХАНИЗИРОВАННЫХ КОМПЛЕКСОВ, РАБОТАЮЩИХ

НА ТОНКИХ И СРЕДНЕЙ МОЩНОСТИ ПЛАСТАХ.

2.1., Влияние длительности простоев комплекса и скорости подачи комбайна на нагрузку очистного забоя.

2.2. Определение областей рационального повышения надежности оборудования, очистных, механизированных комплексов.

2.3. Анализ показателей надежности оборудования

Выводы по главе

Глава 3. РАЗРАБОТКА МАШШИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ОЦЕНКИ НАДЕЖНОСТИ ОЧИСТНОГО МЕХАНИЗИРОВАННОГО КОМПЛЕКСА НА

СТАДИИ РАЗРАБОТКИ.

3.1. Определение целевой функции модели оценки надежности очистного комплекса

Стр.,

3.2., Исследование надежности очистного комплекса, как сложной системы.

3.3. Разработка методики обоснования уровня надежности очистных: механизированных комплексов на стадии разработки.

Выводы по главе 3.

Глава 4. РЕАЛИЗАЦИЯ МЕТОДИКИ ОБОСНОВАНИЯ УРОВНЯ НАДЕЖНОСТИ ОЧИСТНЫХ МЕХАНИЗИРОВАННЫХ КОМПЛЕКСОВ НА СТАДИИ РАЗРАБОТКИ.

4.1. Априорная оценка уровня надежности оборудования.

4.2. Определение эффективности работоспособных состояний системы

Выводы по главе 4.

Глава 5. ДОСТОВЕРНОСТЬ ПОЛУЧЕННЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ.

5.I. Достоверность и оценка погрешности результатов.

5.2. Ожидаемая экономическая эффективность применения методики обоснования уровня надежности очистных механизированных комплексов на стадии разработки

Выводы по главе

Основными направлениями экономического и социального развития на 1981-1985 годы и на период до 1990 года, принятыми на ХХУ1 съезде КПСС, предусмотрено "ускорить разработку и освоение серийного производства высокопроизводительных комплексов оборудования для выемки угля в сложных горно-геологических условиях", а также "значительно поднять экономичность и производительность техники, её надежность и долговечность" /I/.

Развитие очистных механизированных комплексов сопровождается усложнением их конструкции, структурными изменениями, увеличением потоков информации между функциональными машинами, что требует всестороннего исследования системы. Повышение качества машин определяется совершенством процесса проектирования, "развитием методов расчета параметров машин, обеспечением их оптимальной долговечности и надежности, . формированием оптимальных систем машин для решения задач комплексной механизации" / 2 /.

Для оборудования комплексов со взаимоувязанными параметрами эксплуатации и технического обслуживания на этапе проектирования отсутствуют методы расчета оптимального уровня надежности, как подсистем, так и системы, правила выбора количественных значений показателей надежности. Поэтому научная задача обоснования уровня надежности очистных механизированных комплексов на стадии разработки является актуальной.

Процесс проектирования очистных механизированных комплексов с учетом показателей надежности является многошаговым процессом, требующим применения математических методов как для анализа, так и синтеза на различных этапах их проектирования. Рациональным путем решения данных задач является создание модели очистного комплекса и средств направленного изменения внутренних параметров оборудования с целью получения заданных значений их внешних параметров.

Целью диссертационной работы является установление зависимостей между технико-эксплуатационными, экономическими показателями функционирования и показателями безотказности и ремонтопригодности очистных механизированных комплексов для обоснования уровня их надежности на стадии разработки, что обеспечивает повышение производительности комплексов.

При исследовании надежности очистного механизированного комплекса использовались методы теории вероятностей и математической статистики, теории массового обслуживания, методы определения количественных показателей надежности и экономической эффективности и прогнозирования надежности /3-12/.

Работа базируется на результатах теоретических исследований, выполненных на кафедре "Горные машины и комплексы" Московского горного института, нормативных документах ПШРОУГЛЕМАШа, методических разработках ИГД им. А.А.Скочинского.

Идея работы. Получение априорных оценок уровня надежности очистных механизированных комплексов на стадии разработки произво дится на основании показателей функционирования комлексов-анало-гов и прогнозных значений технико-экономических показателей разрабатываемого оборудования.

Научные положения, разработанные лично соискателем и новизна.

Метод оценки надежности очистных механизированных комплексов на стадии их разработки, отличающийся тем, что он основывается на анализе структуры выемочного цикла, учитывающей количество, вид, последовательность операций и связи между ними.

Математическая модель оценки показателей надежности очистных механизированных комплексов, отличающаяся тем, что она учитывает структуру выемочного цикла, возможные структурные состояния комплексов с различной эффективностью фушсционирования и позволяет нормировать показатели надежности оборудования из условия обеспечения заданной производительности.

Оптимизация уровня надежности очистных механизированных комплексов на стадии разработки, отличающаяся тем, что она производится на основе показателей безотказности и ремонтопригодности, определяемых из условия достижения заданной производительности при прогнозируемых стоимостных ограничениях.

Научное значение работы заключается в разработке математичес кой модели оценки надежности очистных механизированных комплексов, используещей зависимости между технико-эксплуатационными, экономическими показателями функционирования и показателями безотказности и ремонтопригодности оборудования для обоснования уровня надежности на стадии разработки.

Практическое значение работы заключается в том, что получены количественные значения показателей надежности и установлены характерные отказы оборудования механизированных комплексов-аналогов, работающих в условиях тонких и средней мощности пластов, позволяющие принимать обоснованные решения по их повышению. Предложена методика обоснования уровня надежности очистных механизированных комплексов на стадии разработки, обеспечивающая автоматизацию проведения расчетов уровня надежности оборудования и позволяющая оптимизировать его параметры.

Методика обоснования уровня надежности очистных механизированных комплексов на стадии разработки утверждена ШКТИ ПТМ и используется при составлении нормативных документов на проектирование комплексов.

Расчетный годовой экономический эффект от увеличения нагрузки на забой за счет реализации выбранных оптимальных показателей надежности оборудования составил 62 тысячи рублей на один комплекс.

Объектом исследовании в работе является очистное механизированный комплекс, предназначенный для выемки угля из тонких и средней мощности пластов с углами падения до 35°.

Работа выполнена в соответствии с целевой программой 0.05.03 1МТ СМ СССР, постановление Л 472/248 от 12.12.80 г. по теме ПУ-1-195 "Разработка теоретических основ проектирования высокопроизводительных комплексов и агрегатов".

Автор выражает глубокую благодарность научному руководителю - проф., д.т.н. Гетопанову В.Н., доц., к.т.н. Рачеку В.М., к.т.н. Берсеневу Н.В. за оказание консультаций и помощь при работе над диссертацией.

Выводы до главе 5

1. Достоверность выходной информации реализуемой методики определяется сравнением расчетных данных со среднестатистическими данными функционирования комллекоов-знэлогов.

2. Определение погрешности при оценке статистических данных технико-эксплуатационных показателей производится по машинному Бремени работы комбайна. Погрешность моделирования оценивается по производительности комплекса. Погрешность результатов моделирования не превышает 15$.

3. Расчетный годоеой экономический эффект от увеличения нагрузки па забой за счет реализации выбранных оптимальных показателей надежности оборудования составил 62 тысячи рублей на один комплекс.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе дано новое решение актуальной научной задачи обоснования уровня надежности очистных механизированных комплексов на стадии разработки, что имеет существенное значение для повышения производительности комплексов.

Выполненные исследования позволяют сделать следующие выводы:

1.При нагрузке на лаву тысяча тонн и более в условиях тонких- и средней мощности пластов снижение удельной длительности простоев на 10% повышает производительность очистного комплекса на 6,4$ увеличение скорости подачи выемочной машины на 10% повышает производительность комплекса на 3,4$.

Высокопроизводительная работа комплексов при сохранении их конструктивных параметров может быть обеспечена за счет снижения удельной длительности простоев комплексов с 0,7-1,5мин/м до 0,28-0,84 мин/м.

2. В условиях тонких и средней мощности пластов коэффициенты готовности комплексов "Донбасс",, 1КМК97, Ш88, КМ87Э составляют Кр= 0,61-0,8. Средние наработки на отказ комплексов составляют 67-133 мин, среднее время восстановления 32-54 мин. Коэффициенты готовности узкозахватных комбайнов в применяемых комплексах находятся в пределах 0,85-0,89, скребковых конвейеров 0,86-0,92, механизированных крепей 0,89-0,96. Затраты времени на ликвидацию отказов оборудования составляют до 45% машинного времени работы комбайнов.

3. Коэффициенты готовности оборудования комплексов при достигнутом их уровне возрастают более интенсивно при снижении среднего времени восстановления работоспособного состояния Т„, чем при увеличении средней наработки на отказ Т. Так снижение Т, на 10 мин приводит к росту коэффициента готовности комбайна, в " конвейера и механизированной крепи, соответственно на 4,3$,8,8$, 3,7$, тогда, как повышение Т0 на 10 мин приводит к росту коэффициента готовности указанных машин только на 1,9$, 0,2$, 0,7$ соответственно.

Рациональным путем осуществления дальнейшего роста- коэффициента готовности очистных механизированных комплексов является увеличение параметра потока восстановления более 0,19 мин"*.

4. Разработана модель оценки надежности очистных механизированных комплексов, учитывающая их возможные структурные состояния с различной эффективностью функционирования и позволяющая нормировать показатели надежности оборудования из условия обеспечения заданной производительности. За целевую функцию модели принят обобщенный экономический критерий, выраженный удельным показателем в виде затрат на изготовление оборудования на единицу полной ожидаемой эффективности от применения комплекса.

5. Реализация модели по разработанной методике показала, что для оборудования проектируемых очистных комплексов для тонких и средней мощности пластов при прогнозируемых стоимостных ограничениях и заданных базовых значениях коэффициентов готовности аналогов комбайна 0,85, скребкового конвейера 0,87, механизированной крепи 0,89, значения коэффициентов готовности должны быть не менее 0,88; 0,88; 0,92 соответственно.

6. Методика обоснования уровня надежности очистных механизированных комплексов на стадии разработки утверждена ППСТИ ПТМ и используется при разработке нормативных документов на проектирование .

Расчетный годовой экономический эффект от увеличения нагрузки на забой за счет реализации выбранных оптимальных показателей надежности оборудования составляет 62 тыс. руб на один комплекс.

1. Материалы ШТ съезда КПСС. - М.: Политиздат, 1982, 223 с.

2. Ржевский В.В. Горные науки. Методические разработки для научных сотрудников, соискателей, аспирантов и слушателей ШК. М.: МЕИ, 1983, 133 с.

3. Базовский И. Надежность. Теория и црактика. Пер. с англ. М.: Мир, 1965. 373 с.

4. Барзилович Е.Ю., Каштанов В.А. Некоторые математические вопросы теории обслуживания сложных систем. М.: Советское радио, 1971. - 271 с.

5. Барлоу Р., Прошан Ф. Математическая теория надежности. Пер. с англ. М.: Советское радио, 1969. - 488 с.

6. Бердичевский Б.Е. Оценка надежности аппаратуры автоматики. М.: Машиностроение, 1966. 275 с.

7. Бруевич Н.Г. О надежности и точности автоматического производства. В кн. Воцросы точности, надежности в машиностроении. М.: Изд. АН СССР, 1962, с.5-27.

8. Васильев Б.В. Прогнозирование надежности и эффективности устройства. М.: Советское радио, 1970. - 334 с.

9. Вишневский В.П., Пал ант Г.Я., Князьян Г.С. Надежность горной техники. Киев: Техника, 1973. - 96 с.

10. Дружинин Г.В. Надежность систем автоматики. М.: Энергия, 1967. - 526 с.

11. Козлов В.А., Ушаков И.А. Справочник по расчету надежности аппаратуры радиоэлектроники и автоматики. М.: Советское радио, 1975. - 472 с.

12. Колегаев В.Н. Экономическая оценка надежности машин. М.: Знание, 1968. - 115 с.

13. Топчиев A.B. Проблемы повышения надежности и долговечности оборудования. Горные машины и автоматика, 1963,$9, с.3-6.

14. Топчиев A.B., Солод В.И. Расчет производительности выемочных комплексов и агрегатов. М.: Недра, 1966. - 101 с.

15. Топчиев A.B., Хорин В.Н. О расчете производительности горных комбайнов. Горные машины, 1962, № I.

16. Кугель Р.В., Шар Я.Б. Вопросы классификации отказов машини их элементов. Вестник машиностроения, 1966, № I, с.13-21.

17. Хорин В.Н., Рахутин Г.С. Классификация отказов оборудования очистных забоев. Горные машины и автоматика, 1966, № 9,с.73-77.

18. Хорин В.М., Рахутин Г.С. Критерии надежности работы комплексов оборудования очистных забоев с механизированными крепями и их составных элементов. Горные машины и автоматика, 1963, J* 10, с.8-15.

19. Хорин В.М., Рахутин Г.С. Основные положения методики определения надежности комплексов оборудования с механизированными крепями и их элементов. М.: ИГД им.А.А.Скочинского, 1964. 28 с.

20. Гордиенко П.Я., Рахутин Г.С. Вопросы экономической оценки надежности забойного оборудования. М.: ЦНИЭИуголь, 1967.32 с.

21. Бурчаков A.C., Зиглин Л.А., Ярошевский Б.И. Анализ надежности производственных процессов в лавах, оборудованных комплексами. М.: МШ, 1969. - 30 с.

22. Борисенко Л.Д., Занина Л.Н. Статистическое моделирование шахтных, производственных процессов. М.: Наука, 1982. -102 с.онной

23. Методика оценки фактической эксплуатации' надежности горных машин. Донецк, ДонУГИ, - 42 с.

24. Мыс очка И.Г. Исследование надежности выемочных комплексов КМ87 на шахтах восточного Донбасса. Диссертация к.т.н., М.: МГИ, 1975. 184 с.

25. Асташкин Н.В. Применение вероятностных систем обслуживания в горном деле. М.: Недра, 1971. - 156 с.

26. Котляревский Г.П. Основы повышения надежности и долговечности горношахтного оборудования. М.: Недра,1971.- 200 с.

27. Солод В.И., Гетопанов В.Н., Шпильберг И.Л. Надежность горных машин и комплексов. М.: изд.МГИ, 1972. - 168 с.

28. Солод В.И., Сычев Л.С., Радкевич Я.М., Локтионов Б.И.

29. К вопросу обоснования функциональных критериев для оценки качества горных машин. В кн.: Научные основы создания высокопроизводительных комплексномеханизированных шахт с вычислительно-логическим управлением. М.: 1974, с.157-162.

30. Топчиев A.B., Солод В.И., Гетопанов В.Н., Коваль П.В. Расчет производительности горных комбайнов. М.: Недра, 1965. - 67 с.

31. Веников Г. Надежность и проектирование. М.: Знание, 1971. - 95 с.

32. Вентцель Е.С. Теория вероятностей. М.: 1969. - 576 с.

33. Глузман Г.Л., Падерно И.П. Надежность установок и систем управления. М.: Машиностроение, 1966. - 211 с.

34. Гнеденко Б.В., Беляев Ю.К., Соловьев А.Д. Математические методы в теории надежности. М.: Наука, 1965. - 524 с.

35. Гнеденко Б.В., Коваленко И.Н. Введение в теорию массового обслуживания. М.: Наука, 1966. - 431 с.