автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.06, диссертация на тему:Основы теории функционирования и повышение эксплуатационной надежности карьерного оборудования как динамической системы разноресурсных элементов

ДОНЕЦКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

РГб ОА

ОСНОВЫ ТЕОРИИ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ И ПОВЫШЕНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ НАДЕЖНОСТИ КАРЬЕРНОГО ОБОРУДОВАНИЯ КАК ДИНАМИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ РАЗНОРЕСУРСНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

Специальность 05.05.06 "Горные машины "

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Донецк - 2000

Диссертацией является рукопись.

Работа выполнена в Донецком государственном техническом университете Министерства образования и науки Украины.

Научный консультант: доктор технических наук, доцент СЕ-МЕНЧЕНКО Анатолий Кириллович, Донецкий государственный технический университет, профессор кафедры "Горные машины".

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор БОЙКО Николай Григорьевич, Донецкий государственный технический университет, заведующий кафедрой "Горная механика",

доктор технических наук, старший научный сотрудник СИЛАЕВ Виктор Иванович, Донецкая государственная академия управления, профессор кафедры "Менеджмент в производственной сфере",

доктор технических наук, профессор ФИНКЕЛЬШТЕЙН Зельман Лазаревич, Донбасский горнометаллургический институт, профессор кафедры "Горная энергомеханика".

Ведущая организация:

Национальная горная академия Украины, кафедра "Горные машины", Министерство образования и науки Украины, г. Днепропетровск.

Защита состоится 2000 г. в 12 час. на заседании специализиро-

ванного совета Д 11.052.05 в Донецком государственном техническом университете по адресу: 83000, г. Донецк, ул. Артема, 58,1 уч. корпус.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Донецкого государственного технического университета (83000, г. Донецк, ул. Артема, 58, II уч.к.)

Автореферат разослан •З/йй&^А^' 2000 г.

Ученый секретарь

специализированного ученого совета Д11.052.05, \

доктор технических наук, профессор _еЦ'.Р. Шевцов

И22-5.0

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Для успешной интеграции Украины, как суверенного государства, в мировую экономику необходимо обеспечить высокую конкурентоспособность выпускаемой отечественной продукции.

В настоящее время Украина располагает крупнейшей машиностроительной базой по производству горного оборудования, в том числе такими крупнейшими предприятиями как "Азовмаш". НКМЗ, "Донецкгормаш", Горлов-ский, Ясиноватский машиностроительные заводы и т. д.. Значительная часть продукции этих предприятий приходится на выпуск средств механизации для открытых работ.

Особенностью средств механизации для открытых работ является их высокая теоретическая производительность и стоимость, а следовательно, и существенные потери добычи и убытки, связанные с устранением отказов этого оборудования.

Опыт эксплуатации технологических систем горно-обогатительных отраслей, оснащенных данным оборудованием, показал его недостаточную надежность при эксплуатации, что отрицательно сказывается на себестоимости продукта производства. Эти отрицательные последствия значительно усугубляются при работе комплексов оборудования, представляющих собой, как правило, системы последовательно соединенных по функциональному признаку машин и их групп.

Поэтому, повышение эксплуатационной надежности горного оборудования для открытых работ является актуальной проблемой, имеющей важное практическое значение.

Вместе с тем, следует отметить, что изученность процессов функционирования горных машин как объектов надежности, представляющих систему элементов, наработка на отказ которых имеет как различные законы, так и параметры этих законов (т.е. систем различного ресурса) и закономерностей формирования параметра потока отказов как элементов, так и машины в целом, с учетом переходных процессов нельзя признать достаточной. Необходимы также дальнейшие исследования по выявлению влияния ресурса работы машин, входящих в комплекс для открытых работ, на эффективность его использования.

Актуальными задачами также являются: формализация процессов функционирования горных машин и комплексов для открытых работ как объектов надежности; создание методов оптимизации восстановления их работоспособного состояния, с учетом как переходных, так и установившихся процессов формирования параметра потока отказов их элементов по критериям, обеспечивающим повышение эффективности их использования, а также разработка адаптивной системы сервисного обслуживания.

Выше изложенное свидетельствует об актуальности научной и практической значимости решения проблемы, заключающейся в разработке научных основ теории функционирования и повышения эксплуатационной надежности карьерного оборудования как динамической системы разноресурсных элемен-

тов, что позволяет обеспечить дальнейшее повышение его технического уровня и эффективности использования.

Связь работы с научными программами, планами и темами. Исследования проведены в соответствии с научным направлением Донецкого государственного технического университета "Разработка и совершенствование параметров, режимов работы и технологии производства горных машин и комплексов высокого технического уровня", а также согласно приказам ЦК КПСС и Совета Министров СССР №773 от 7.08.85г. "О мерах по коренному повышению технического уровня, качества машиностроительной продукции и развитию машиностроения как основы научно-технического прогресса в XII пятилетке и в перспективе до 2000 года" и № 718-214 от 13.Об.86г. "О дополнительных мерах по повышению технического уровня продукции машиностроения".

Цель работы. Повышение технического уровня и эффективности использования карьерного оборудования на основе разработанной теории функционирования и многокритериального синтеза процесса восстановления его работоспособности как динамической системы разноресурсных элементов.

Поставленная цель определила необходимость решения следующих главных задач.

1. Формализовать процесс восстановления горной машины для открытых работ как объекта надежности, представляющей сложную динамическую систему элементов различного ресурса (определяемого их законами и параметрами наработки на отказ), убывающих и вводящихся в эксплуатацию в различное время.

2. Установить влияние законов наработки на отказ и плановости замен элементов горной машины на нестационарность процесса их восстановления на показатели надежности, техническую производительность и количество необходимых запасных частей, а также влияние эксплуатационных факторов на технологический процесс восстановления.

3. Разработать математическую модель функционирования комплекса для открытых работ как системы машин различного функционального назначения и ресурса, автоматизировать ее формирование в ЭВМ на базе математических моделей функционально законченных элементов, учитывающих возможные структуры средств механизации добычи полезного ископаемого и нестационарность процесса их восстановления.

4. Установить влияние структуры и параметров комплекса горных машин для открытых работ как системы машин различного функционального назначения и ресурса на эффективность его использования.

5. Разработать метод адаптивной оптимизации планово-предупредительных ремонтов горного оборудования как системы элементов различного ресурса с обоснованием оптимального времени проведения очередного ремонта, его вида и затрат на его реализацию.

6. Разработать систему комплексного адаптивного сервисного обслуживания оборудования для открытых работ как динамической системы элементов и машин различного ресурса.

7. Апробировать разработанные научные основы теории функционирования и повышения эксплуатационной надежности горных машин как динамической системы элементов различного ресурса.

Объект исследования - эксплуатация оборудования карьеров.

Предмет исследования - процесс функционирования и синтез процесса восстановления работоспособного состояния горного оборудования для открытых работ.

Идея работы Учет особенностей переходных процессов формирования параметра потока отказов элементов горного оборудования, обусловленных плановыми заменами, видом и параметрами их законов наработки на отказ, при определении оперативного коэффициента готовности и структурно-параметрической оптимизации процесса восстановления его работоспособности.

Методы исследований. Достижение поставленной цели обеспечивается на основе использования методологии системного подхода и рационального сочетания теоретических и экспериментальных методов исследований. Экспериментальные исследования по установлению законов наработки на отказ элементов машины и параметра потока ее отказов реализованы на серийно выпускаемых машинах в реальных условиях их эксплуатации. Обработка результатов экспериментальных исследований проводилась на ЭВМ методами теории вероятностей и математической статистики. При разработке математических моделей функционирования машин и комплексов для открытых работ использовались основные положения классической теории надежности и численные методы вычислений. Адекватность математической модели горной машины как объекта надежности, состоящего из большого количества элементов различного ресурса, устанавливалась методами регрессионного анализа на основе сравнения по критерию Фишера параметра потока отказов горной машины по результатам натурных и вычислительных экспериментов, а также путем сравнительного анализа.

Основные научные положения, выносимые на защиту.

1. Функционирование горной машины сопровождается переходными процессами формирования параметра потока отказов элементов, входящих в ее состав. Впервые показано, что длительность этих процессов для основной части элементов машины соизмерима с ресурсом ее работы и обуславливает не-стацион'арность процесса восстановления работоспособного состояния, величину и характер изменения оперативного коэффициента готовности, эффективность ее использования во времени. Факторами, определяющими длительность и характер изменений этих переходных процессов, являются вид и параметры законов распределения вероятности наработки на отказ, а также время их плановой замены.

2. Нестационарный процесс восстановления горной машины, характеризуемый оперативным коэффициентом готовности, временными, трудовыми и материальными затратами на восстановление машины во времени, адекватно описывается математической моделью функционирования машины как динамической системы разноресурсных элементов, учитывающей переходные процессы формирования параметра потока отказов и плановую замену ее элементов.

3. Функционирование комплекса как динамической системы машин различного функционального назначения и ресурса, которые могут вводиться в эксплуатацию в различное время, характеризуется случайным процессом формирования его технической производительности, параметры распределения которого определяются сбалансированностью машин по ресурсу и производительности. Этот процесс может быть описан совокупностью взаимоувязанных, с учетом его структуры, математических моделей следующих функционально-законченных элементов: горная машина или группа машин (последовательно, параллельно или смешанно соединенных); горная машина или группа машин (последовательно, параллельно или смешанно соединенных) с бункером, расположенным на ее (их) входе; узел суммирования потоков добываемого материала; узел разделения потока добываемого материала, учитывающий стратегию управления им.

4. Повышение технического уровня и эффективности использования горных машин может быть достигнуто комплексным адаптивным сервисным обслуживанием на основе многокритериальной оптимизации процесса восстановления их работоспособности с учетом переходных процессов формирования параметра потока отказов элементов. Это обеспечивается увеличением: ресурса и ремонтопригодности их элементов; оперативного коэффициента готовности на основе сокращения числа неплановых простоев, обусловленных внезапными отказами; коэффициента использования машины с рациональными технико-экономическими показателями ее работы и безопасности эксплуатации на основе сокращения частоты диагностирований, длительности капитальных ремонтов и рационального использования трудовых ресурсов при их реализации.

5. Многокритериальная адаптивная оптимизация процесса восстановления работоспособности горных машин обеспечивается разработанным методом комплексного решения следующих задач: определения оптимального времени диагностирования, выбраковки и замены элементов с прогнозируемыми отказами по критерию минимально допустимой работоспособности и (или) безопасности эксплуатации; определения оптимального времени плановой замены элементов с непрогнозируемыми отказами по критерию минимального ущерба от неплановых простоев от замены этих элементов; обоснования вида очередного ремонта (текущего или капитального) по критерию эффективности работы комплекса, в состав которого они входят; определения оптимального времени постановки машины на капитальный ремонт по критерию снижения приведенных затрат на эксплуатацию машины в случае реализации капитального

ремонта; сокращения длительности нахождения машины в капитальном ремонте по критерию минимального времени его реализации и снижения затрат на его реализацию по критерию равномерного распределения трудовых ресурсов.

Выносимые на защиту научные положения составляют научные основы теории функционирования и повышения эксплуатационной надежности горных машин как объектов надежности, представляющих собой систему элементов различного ресурса.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций. Научные положения, выводы и рекомендации обоснованы:

- корректным использованием методологии системного подхода, апробированных современных методов теории надежности, теории вероятностей, математической статистики, а также современных методов оптимизации;

- результатами теоретических и экспериментальных исследований работы серийно выпускаемых экскаваторов типа ЭКГ-8И как объектов надежности в реальных условиях их эксплуатации;

- разработанными математическими моделями, описывающими процесс функционирования горной машины как объекта надежности, представляющего систему элементов различного ресурса, и комплекса горных машин как системы машин различного ресурса и производительности, адекватно отражающих реальные процессы изменения во времени показателей надежности при их использовании.

Достоверность результатов исследований обеспечивается: представительностью условий и объема проведенных экспериментальных исследований по сбору статистической информации наработки на отказ и восстановлению работоспособного состояния элементов экскаватора; использованием при обработке этой информации современных методов математической статистики; достаточной степенью адекватности разработанных математических моделей процесса функционирования горных машин и комплексов как объектов надежности.

Научная новизна работы заключается в следующем:

- впервые установлены особенности процесса восстановления горных машин и комплексов, представляющих динамические системы элементов различного ресурса, и обоснована необходимость учета нестационарного характера параметра потока отказов этих элементов при оптимизации процесса сервисного обслуживания и восстановления работоспособного состояния горных машин;

- разработаны научные основы процесса функционирования горных машин и комплексов как объектов надежности, представляющих динамические системы элементбв различного ресурса (и производительности для комплекса), позволяющие описать процесс восстановления этих машин с учетом как установившихся, так и переходных процессов формирования параметра потока отказов, их составных частей и объектов в целом;

- разработан метод формализации функционирования комплекса как системы сложной структуры, представляющей последовательное, параллельное и смешанное соединение горных машин различного функционального назначения,

ресурса и производительности, позволяющий автоматизировать формирование математической модели этого процесса в ЭВМ на основе разработанных и обобщенных универсальных математических моделей функционально законченных элементов (ФЗЭ);

- разработаны математические модели оптимизации процесса восстановления горных машин как системы элементов с диагностируемыми и недиагностируе-мыми отказами, позволяющие оптимизировать планово-предупредительные ремонты горных машин с учетом изменения во времени показателей надежности, как самой машины, так и других машин, входящих в комплекс;

- экспериментально установлены законы и параметры распределения наработок между отказами элементов серийно выпускаемых экскаваторов типа ЭКГ-8И и показано, что параметр потока отказов машины есть величина нестационарная, зависящая от ее наработки и изменяющаяся на протяжении всего срока эксплуатации;

- развита теория комплексного адаптивного сервисного обслуживания горного оборудования как динамической системы элементов и машин различного ресурса.

Научное значение работы состоит в развитии теории функционирования и методов синтеза процесса восстановления горных машин и комплексов для открытых работ на основе установленных закономерностей формирования параметра потока отказов их элементов.

Практическое значение работы заключается в повышении эксплуатационной надежности, установлении закономерностей влияния эксплуатационных факторов на процесс восстановления горных машин и комплексов и разработке:

- структуры системного комплексного адаптивного сервисного обслуживания горного оборудования для открытых работ, позволяющей обеспечить организацию его ремонтов с учетом конкретных условий эксплуатации, а также повышение оперативного коэффициента готовности машин, сокращение длительности ремонтов и снижение трудовых затрат на их реализацию, обоснование рационального количества запасных частей и времени их поставки;

- методики оптимизации капитального ремонта горного оборудования для открытых работ по критерию равномерности ресурса работ при его реализации;

- математического обеспечения адаптивной оптимизации проведения планово-предупредительных ремонтов горных машин как системы элементов различного ресурса;

- математического и программного обеспечения для моделирования процесса функционирования горных машин и комплексов как объектов надежности, представляющих систему элементов различного ресурса (и производительности для комплекса), позволяющих описать процесс восстановления этих машин с учетом как установившихся, так и переходных процессов формирования параметра потока отказов их составных частей и объектов в целом;

- методики проведения и обработки статистических данных экспериментальных исследований функционирования экскаваторов типа ЭКГ8-И как объектов

надежности, установления законов распределения между отказами, времени, трудоемкости и стоимости устранения отказов;

- технологии капитальных ремонтов экскаватора ЭКГ - 8И необезличенным методом, позволившая повысить эффективность его реализации за счет сокращения длительности ремонтных работ и равномерного распределения трудовых ресурсов;

- технологии капитального ремонта экскаватора ЭКГ-8И методом обезличенных замен сборочных единиц и агрегатов, позволившая увеличить комплексные показатели надежности на различных экскаваторах на 12-30% и сократить длительность ремонта в 1,5 раза.

Реализация выводов и рекомендаций работы.

Основные выводы и рекомендации работы использованы АОО «Азов-маш» при модернизации выпускаемого оборудования, проведении и организации его капитального ремонта, а также при организации технических центров системы фирменного обслуживания.

Результаты исследований включены в книгу «Ремонтная технологичность карьерных механических лопат», а также использованы при чтении курса "Эксплуатация и ремонт горного оборудования" в ДонГТУ.

Личный вклад соискателя. Теоретические и экспериментальные исследования, вошедшие в диссертационную работу, выполнены совместно с сотрудниками ДонГТУ, МГГУ, АОО «Азовмаш» и других организаций при активном участии автора или под его руководством. Результаты этих исследований опубликованы в соавторстве с ними. Основные идеи работы и методики теоретических и экспериментальных исследований принадлежат автору.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и получили одобрение на межвузовских научно-технических конференциях: Международном симпозиуме «Горная техника на пороге XXI века» (Москва 1995г.); Международной научно-технических конференции «Машиностроение и техносфера на рубеже XXI века" (Севастополь 1999г.); Международном симпозиуме «Неделя горняка - 2000» (Москва 2000г.); международном научно-практическом семинаре «Практика и перспективы развития институционного партнерства» (Таганрог 2000г.); VII Международной научно-технических конференции «Машиностроение и техносфера на рубеже XXI века" (Севастополь 2000г.).

Публикации. По теме диссертации автором опубликовано более 34 научные работы, в том числе: 1 монография, 2 брошюры, 20 статей в научных специальных изданиях Украины (8 - без соавторства), опубликовано 3 тезиса докладов наконференциях.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех разделов (10 подразделов) и заключения; содержит 325 страницы, в том числе 272 страниц машинописного текста, 48 рисунков, 26 таблиц, список ссылок из 248 наименований и приложения.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Первый раздел диссертации "Состояние проблемы, цель, задачи и методология исследований" состоит из двух подразделов и посвящен анализу и обоснованию актуальности проблемы, формулировке цели, постановке задач и обоснованию методологии исследований.

Актуальность рассматриваемой проблемы обосновывается значительным объемом добычи сырья открытым способом, высокими производственными мощностями заводов Украины - изготовителей карьерного оборудования, необходимостью повышения надежности и эффективности его использования.

Анализ состояния проблемы показал, что повышение надежности горных машин обеспечивается как на стадии их создания и модернизации путем повышения наработки на отказ их элементов на основе совершенствования методов их расчета и оптимизации структуры и параметров, так и в период их эксплуатации путем снижения затрат времени на устранение отказов и повышения коэффициента оперативной готовности на основе совершенствования организационной структуры и технологии реализации процесса восстановления.

Вопросам повышения надежности горного оборудования и комплексов машин для открытых работ посвящены труды многих научно-исследовательских и проектно-конструкторских организаций, а также вузов и заводов горного машиностроения, среди которых следует отметить ИГТМ АН Украины, НГА, ИГД им. Скочинского, Донгипроуглемаш, НИПКТИуглегор-маш, Гипроуглемаш, ВНИПИрудмаш, ДонУГИ, ДонГТУ, МГИ, КТИ, Донецк-гормаш, Гипромашуглеобагащение, Механообр, Новокрамоторский, Ясинован-ский, Горловский, Мариупольский заводы машиностроения и др.

Наиболее весомый вклад в решение данной проблемы внесли: А. В. Докукин, В. Н. Потураев, А. А. Алейников, Е. В. Александров, Я. И. Алыниц, Д. Т. Анкудинов, Е. Ю. Барзелович, Л. И. Барон, В. М. Берман, А. И. Берон, Н. Г. Бойко, В. А. Бренер, Ю. Н. Васильев, Б. А. Верклов, Г. Н. Водянник, П. И. Волков, Н. Д. Генкин, В. Н. Гетопанов, Л. Б. Глатман, Б. В. Гнеденко, П. А. Горбатов, В. Г. Гуляев, В. К. Дедков, В.А. Дьяков, А. А., Ицкович, Л. И. Кантович, Н. Г. Картавый, А. Ф. Кичигин, Н. В. Кияновский, В. П. Кондрахин, П. А. Корля-ков, П. И. Кох, М. Г. Крапивин, Ю. Д. Красников, В. И. Кузнецов, Г. В. Малеев, В. И. Морозов, В. П. Надутый, В. Н. Назаренко, В. И. Нестеров, В. В. Пак, И. Л. Пастоев, Е. 3. Позин, Н. С. Поляков, Г. С. Рахутин, В. М. Рачек, И. Г. Резников, А. Я. Рогов, Ю.С. Рудь, Б. Т. Рунов, М. С., В. И. Русихин, Сафохин, В. Я. Се-душ, П. В. Семенча, П. Г. Сидоров, В.И. Силаев, А. К. Семенченко, В. И. Серов, Б. А. Скородумов, Н. Н. Смирнов, М. И. Сокур, В. И. Солод, Г. И. Солод, С. В. Солод, Н. С. Сургай, В. В. Тон, А. В. Топчиев, Л. С. Ушаков, 3. Л. Финкель-штейн, В. П. Франчук, А. Г. Фролов, В. Н. Хорин, 3. Я. Хургин, П. С. Шахтарь, П. М. Шилов, И. Л. Шпильберг, В. А. Цапко и др.

В результате анализа работ этих ученых установлено, что существующая теория надежности горного оборудования не учитывает нестационарность процесса восстановления, обусловленную плановостью замен и различием ресурса (определяемого видом и параметрами законов их наработки на отказ) его

элементов. Для повышение технического уровня и эффективности использования горных машин необходима разработка системы комплексного адаптивного сервисного их обслуживания как динамической системы управления надежностью и техническим уровнем в пределах полного жизненного цикла, начиная от создания и до конца эксплуатации. Оптимизация процесса восстановления горного оборудования должна производится с учетом переходных процессов формирования параметра потока отказов элементов. Недостаточно изучен вопрос влияния этих переходных процессов на характер изменения и величину оперативного коэффициента готовности машин, а также на эффективность функционирования комплексов как системы машин различного функционального назначения и ресурса.

Во втором подразделе на основании выполненного анализа технологических процессов и средств механизации открытых работ разработаны их структурные формулы и показано, что наиболее перспективными средствами механизации открытых работ является использование комплексов как систем горных машин различного функционального назначения и ресурса, вводимых в эксплуатацию в различное время.

С учетом проведенного анализа состояния проблемы, технологических процессов и средств механизации для открытых работ сформулирована цель, поставлены задачи и обоснована методология исследований.

Второй раздел «Теоретические основы функционирования и синтеза процесса восстановления горных машин для открытых работ как системы элементов различного ресурса» включает три подраздела и является теоретической базой научных основ функционирования и повышения эксплуатационной надежности карьерного оборудования как динамической системы разноресурс-ных элементов.

Первый подраздел посвящен разработке и автоматизированному формированию математической модели процесса восстановления горной машины.

На основе анализа функционирования горных машин как объектов надежности для разработки математических моделей (формализации) их функционирования как систем элементов различного ресурса были обоснованы и приняты следующие исходные положения. 1. Горная машина - это система последовательно взаимоувязанных элементов различного ресурса, имеющих свои характеристики надежности. 2. Основными критериями эффективности использования горной машины являются: оперативный коэффициент ее готовности и затраты на поддержание ее работоспособного и исправного состояний в момент эксплуатации, необходимое количество запасных частей. 3. Процесс восстановления машины рассматривается как нестационарный и ординарный с ограниченными последствиями. 4. Показателями надежности элементов машины являются их законы распределения наработки на отказ и параметры этих заков. 5. Отказы рассматриваются в виде двух типов: прогнозируемые; случайные.

С четом этих положений была разработана математическая модель процесса восстановления горной машины как динамической системы разноресурс-ных элементов:

Wc:(t)=<D:

t-rnt

t

kiV

t

kilpi

t

£o

N ■=N • +N • 1 ci iNHi m>

NHi(t)=fcoci(T)dT, Nni(t) =

0 '3i

Твш» = ^ш«' TBni(t) = tBiNni(t), TBi(t) = tBiNci(t),

N3 N3 N3

TBH(t)= ZTBIli(t), TBn(t)= ITrai(t);TB(t)= ZTBi(t),

1 = l i = 1 i = l CBHi« = cBiNHiW» CBni(t) = cBiNni(l),

N3

CBi(t) = cBiNci(t), CB(t)= ICBi(t), i = l

BH

Э

1+ ITBHiO>ci(t)At

i = l

0)

Здесь: N3 - число элементов различного ресурса; ccj(t) - частота отказа i-того элемента (закон распределения его наработки на отказ); a>j(t) =f(cij(t)) -уравнение Вольтерра второго рода; acj (t) - функция параметра потока отказов i-того элемента при его плановой замене через наработку t3;; ©¡(t) - функция параметра потока отказов i-того элемента при отсутствии плановых (упреждающих) замен; к, - коэффициент относительной замены, равный отношению наработки элемента до его плановой замены к математическому ожиданию его наработки tpi; N„j, Nni, Nci- соответственно неплановое, плановое и общее количество замен i-ro элемента; tBi - математическое ожидание времени восстановления одного отказа i-того элемента; Твн;, Гшп, TBci - соответственно неплановое, плановое и общее время восстановления работоспособности i-ro элемента; Тв„, Твп, - соответственно неплановое и плановое время восстановления работоспособности машины; Тв, Св - ожидаемые время и затраты на поддержание работоспособности машины за наработку t; cBi - математическое ожидание стоимости восстановления одного отказа i-того элемента; CBHi, Свш, CBCi - соответственно неплановая, плановая и общая стоимость восстановления i-ro элемента; kr(t), kr(t) - оперативный коэффициент готовности машины на момент ее наработки t и его средняя величина за наработку t.

Для решения уравнения Вольтерра был предложен метод численного интегрирования в виде рекурентных зависимостей, основанный на использовании методов Симпсона (с увеличенным шагом интегрирования MAt) и трапеций (с шагом интегрирования At), позволяющих значительно сократить затраты компьютерного времени на получение решения.

Математическая модель процесса восстановления горной машины как интегрированного функционально законченного элемента (ФЗЭ) запишется:

где Хм - входной вектор машины (наработка машины - г, к;); Р - вектор параметров машины компонентами которого являются вектора параметров, входящих в машину элементов Р; (ос^), сВ|) и N3; Ум - выходной вектор функционирования машины. Компонентами этого вектора являются выходные вектора элементов (N„1, Ып!, Н;,

), а также время и затраты

на поддержание работоспособности машины за наработку I, средний и текущий коэффициенты готовности машины.

Для реализации этой модели было разработано программное обеспечение на основе использования шести типов элементов машины, наработка на отказ которых подчиняется законам распределения: экспоненциальный, Релея, Вей-булла, Гамма, усеченный нормальный и логарифмически нормальный законы.

Во втором подразделе приведена разработанная математическая модель функционирования комплекса как системы машин различной производительности и ресурса, которая при рассмотрении комплекса как интегрированного ФЗЭ была представлена в виде:

У1(Т) = Р»(Х1(Т),Р»(Т)), где Т - наработка комплекса; У* (Т) - вектор выходных параметров комплекса (расределение производительностей комплекса на выходах); Х*(Т) - вектор входных параметров комплекса; Р»(Т) - вектор параметров комплекса, учитывающий структуры и параметры машин.

При разработке этой модели были приняты следующие исходные положения. 1.Комплекс для открытых работ - это система взаимосвязанных горных машин различного функционального назначения и ресурса. 2. Структура комплекса характеризуется его составом (количеством машин, входящих в комплекс и их параметрами), а также соединением машин между собой. 3. Основными параметрами горных машин, входящих в комплекс, являются: теоретическая производительность и оперативный коэффициент их готовности, а также трудозатраты на восстановление и стоимость ремонтов. 4. Выходными показателями, определяющими эффективность его функционирования, являются: средневзвешенная техническая производительность комплекса (}к в различный период его эксплуатации; уровень использования машин, входящих в комплекс, по производительности с учетом их ресурса, оцениваемый по величине

коэффициентов сбалансированности машин комплекса: кск = , где -

реальная средневзвешенная производительность к-той машины комплекса при его функционировании на протяжении интервала времени ДТ; - средневзвешенная техническая производительность к-той машины комплекса при его функционировании на протяжении интервала времени ДТ.

Данное представление функционирования комплекса позволяет учесть нестационарность процесса его восстановления и оценить уровень сбалансированности машин, входящих в состав комплекса как по производительности, так и по их ресурсу, а также структуру комплекса как сложной системы.

Реализация рабочего цикла комплекса обеспечивается изменением во времени показателей наработки на отказ его машин ^ , которая будет зависеть от объема работ, выполненных каждой машиной при работе комплекса.

В качестве ФЗЭ комплекса были приняты его составные части, процесс функционирования которых описывается зависимостью: У = /(Р,X), где 7 -выходной вектор, описывающий результат функционирования ФЗЭ; Р - вектор параметров элемента; X - входной вектор, характеризующий параметры потока материала на входе элемента; / - вектор-функция преобразования входного вектора в выходной.

В таблице 1 приведены основные типы ФЗЭ комплексов для открытых работ, их условные обозначения и математические модели как интегрированных элементов.

Таблица 1

Основные типы ФЗЭ комплекса для открытых работ и их описание

Типы ФЗЭ Условное обозначение ФЗЭ Математическая модель ФЗЭ

к-тая машина или группа машин Хк_ г"Рк , Ук -—[ к 1— % =П(1'к,Хк)

1-тая машина, имеющая бункер (Б) на входе XI П VI —ЬаЛ I Н VI =Г2(Р1 ДО

,)'-тый узел суммирования потоков х, В| • VII -• ^гч. у^Гзехд,...,^)

¡-тый узел разделения потока со стратегией управления Су Хц __ -- А; (¥п,...,У1^) = ?4(ХьСу)

В таблице 2 приведены ФЗЭ комплекса типа машина или группа машин, их структуры, условные изображения и математические модели, а также структурные формулы и математические модели для определения вектора их параметров.

Для практической реализации модели функционирования комплекса были разработаны математические модели £2, 1'3, ФЗЭ комплекса, вектор функций (РиРг) и программное обеспечение для автоматизированного ее формирования в компьютере.

Таблица 2

ФЗЭ комплекса типа машина или группа машин, их условные обозначения и математические модели_

ип ФЗЭ Уровень Структура Условное изображение Математическая модель Струк ту'Р-пая формула Вектор параметров

-тая машина омнлекса 0 -ш- Ук=П(Хк, Рк) к Рк = Щ>тк, когк)

-тая группа араллель-ого соеди ения ФЗЭ 0 ровня т ЧЖР - Рк1 _ Ук, =?1(Хк,, Р^) =(1, 2, Р2,-,РЮ

-тая группа оследователь-ого соедине-ия ФЗЭ 0 [)ОВНЯ 1 ШШ..... .....чжь 1 1 к,= =[1,2, К2(РЬ Р2,-,РМ)

•тая группа араллельного ¡единения 'ЗЭ от 0 до 1-кровня гШ-| _НЕН_ Ц к, г Ук; =?1(Х1Ч, Рк;) кг '(к, к,..... к,-0 =^1(Рк ,Ркг -.,Ркь1)

■тая группа эслсдовательн -о соединения ЗЭ от 0 до 1-1 >овня 1 -ш-и-..... .....-жп- \ Г кг= Чк, кь .... ki.il =^2(Рк ,Ркг ...,Ркь1)

В третьем подразделе приведены разработанные теоретические основы оптимизации времени проведения очередного ремонта машин и оборудования и обоснования вида ремонта и затрат для его реализации.

На рисунке 1 приведена структурная схема адаптивной оптимизации ремонтов горной машины как системы элементов различного ресурса.

Согласно схеме исходным моментом оптимизации ремонтов является процесс функционирования горной машины, заключающийся в изменении количества и состояния элементов, входящих в нее.

Входными данными для этого блока являются: - количество элементов (или их групп) после очередного выполненного ремонта, состояние которых характеризуется накоплением необратимых повреждений; - количество элементов (или их групп) после очередного выполненного ремонта, состояние которых не диагностируется и которые характеризуются внезапными (непрогнозируемыми) отказами.

Рис. 1 - Структурная схема адаптивной оптимизации ремонтов горной машины как системы элементов различного ресурса

Результатом функционирования машины являются текущие состояния N1 - диагностируемых элементов и ^ - недиагностируемых.

В процессе диагностирования, реализуемого в момент времени, соответствующий очередному диагностированию Т0, производится выбраковка и на ее основе замена элементов накопленная необратимая повреждаемость которых не обеспечивает требуемой их работоспособности и работоспособности машины в целом. Полученные результаты диагностики Яд* обрабатываются соответствующими методами с целью определения оптимального времени следующей диагностики 11оггг, а также выбраковки и замены диагностируемых элементов (или их групп).

В течении очередного межремонтного периода ведется также сбор информации о неплановых заменах элементов с непрогнозируемыми отказами Яд • При этом фиксируется время установки (замены) отказавших элементов, что обеспечивает адаптивную оптимизацию. На основе анализа результатов сбора информации о неплановых заменах реализуется прогнозирование оптимального времени ^опт замены недиагностируемых элементов (или их групп). На основе данных о 1;опт и ^опт известными методами разработки структуры ремонтного цикла определяется время очередного ремонта машины Тор. Сущность этих методов может быть сведена к следующему. По данным ^01тг1и ^опт производят объединение в ремонтные группы элементов машины (детали, узлы и п. т.) с близкими или кратными оптимальными временами замен (сроками службы). Центрами группирования обычно выбирают наиболее дорогие элементы либо элементы, ущерб от несвоевременной замены которых наибольший.

При оптимизации межремонтных периодов в качестве функции цели принимают минимальные затраты на ремонт.

С учетом полученного оптимального времени Тор прогнозируются затраты на очередной ремонт и оценивается величина текущего коэффициента готовности машины кг на последующий межремонтный период. Основными характеристиками очередного ремонта являются величины соответственно для прогнозируемых и случайных отказов: Тв|, Т^ - затраты времени, необходимого для выполнения ремонтных работ; N3;, - количество запасных частей, необходимых для очередного ремонта; Ср;, С^, - стоимость затрат на ремонт или замену элементов машины; Тр., - трудозатраты на выполнение очередных ремонтов. Эти величины определяются на основе использования математической модели процесса восстановления машины.

По полученным данным о затратах на очередной ремонт с учетом прогнозирования оперативного коэффициента готовности машины и данных о коэффициентах готовности кг1 других машин, входящих в состав комплекса, в котором работает машина, определяется вид очередного ремонта, который может быть текущим или капитальным, а также необходимое время его реализации Тт, Тк.

Для реализации предложенного метода многокритериальной адаптивной оптимизации ремонтного цикла были разработаны следующие методики и математическое обеспечение оптимизации. 1. Времени диагностирования элементов машины с прогнозируемыми отказами на основе использования статистических данных о потере их работоспособности в процессе эксплуатации. Критериями обоснования этого времени являются показатели работоспособности машины и безопасности ее эксплуатации. 2. Времени использования элементов машины с непрогнозируемыми отказами по статистическим данным наработки этих элементов на отказ (параметра потока отказов). Критерием оптимального времени использования таких элементов машины принята экономическая целесообразность дальнейшего использования (замены) элементов. 3. Времени постановки горной машины на капитальный ремонт и оптимизации процесса его реализации как по времени, так и по равномерности использования трудовых ресурсов, необходимых для ремонта.

Совокупность изложенных выше методов и математических моделей, учитывающих выявленные особенности процесса восстановления горных машин и функционирования комплекса как объекта надежности, является теоретической базой научных основ функционирования и повышение эксплуатационной надежности карьерного оборудования как динамической системы разно-ресурсных элементов.

Третий раздел «Экспериментальные и теоретические исследования процесса восстановления горных машин как системы элементов различного ресурса» включает три подраздела и посвящен установлению законов процесса восстановления горного оборудования и факторов, влияющих на этот процесс, ис-

следованию влияния законов наработки на отказ и плановости замен элементов на показатели надежности горных машин и необходимое количество запасных частей, а также установлению влияния структуры и параметров комплекса как системы машин различной производительности и ресурса на эффективность его использования.

В первом подразделе приведены результаты экспериментальных исследований процесса восстановления экскаватора типа ЭКГ-8И, целью которых являлось получение и накопление данных о фактических показателях надежности, как для экскаватора в целом, так и для его основных систем и элементов, а также получение необходимых данных для оценки разработанной математической модели процесса восстановления горной машины как системы разноре-сурсных элементов.

В этом подразделе приведены основные результаты обработки статистических данных о фактических показателях надежности элементов и узлов экскаватора типа ЭКГ-8И, полученные в результате многолетних наблюдений (наработка 30 ООО часов) за работой 14 экскаваторов этого типа.

В результате анализа этих данных экспериментально было установлено следующее. Процесс восстановления горных машин должен рассматриваться как нестационарный, ординарный, с ограниченными последствиями, а машина

- как система элементов различного ресурса, определяемого видом и параметрами закона наработки на отказ элемента. Трудоемкость, стоимость и продолжительность ремонтов экскаваторов типа ЭКГ-8И подчинены логарифмически нормальному закону. Основными законами наработки элементов машины на отказ являются законы: Вейбулла, Релея, экспоненциальный, нормальный и логарифмически нормальный.

Во втором подразделе приведены результаты экспериментальных исследований влияния эксплуатационных факторов на процесс восстановления карьерных механических лопат.

Анализ результатов исследований позволил установить:

- наработка между ремонтами при повышении классности пород снижается, а продолжительность, трудоемкость и стоимость возрастают. Это объясняется тем, что с повышением классности разрабатываемых пород увеличивается интенсивность износа элементов экскаватора и, как следствие, увеличиваются объемы работ и количество ремонтов;

- изменение нагрузок во времени при управлении экскаватором оператором с высокой квалификацией имеет сравнительно спокойный характер, с математическим ожиданием в пределах номинальных величин, в то время, как при работе оператора с низкой квалификацией нагрузки главных приводов носят ярко выраженный нестабильный колебательный характер и резко возрастают за весьма короткий промежуток времени, достигая значений близких к стопорным, что пагубно сказывается на работе основных сборочных единиц экскаватора, особенно в плохо подготовленных забоях и в условиях низких температур;

- основными факторами, характеризующими внешнюю среду карьерных механических лопат, являются температура, влажность и запыленность воздуха. Кроме того, в некоторых случаях появляются и другие факторы, такие как барометрическое давление (в высокогорных районах) и солнечная радиация;

- заметное снижение коэффициента готовности как экскаватора в целом, так и элементов его механической части в зимние месяцы происходит главным образом не за счет уменьшения наработки на отказ, а за счет увеличения времени восстановления. Это явно прослеживается на элементах, не генерирующих тепловую энергию и не изолированных от внешней среды, а также на элементах, находящихся в некоторых зонах кузова, где имеет место значительно увеличение времени восстановления в зимние месяцы в сравнении с летними. Коэффициент готовности электрооборудования довольно стабилен. Это объясняется значительным увеличением времени восстановления отказов зимой и почти неизменной наработкой на отказ в течение года;

- процесс восстановления карьерных механических лопат зависит от большого количества субъективных факторов, разделяемых в основном на две группы: конструктивные и эксплуатационные. Конструктивные факторы, такие как сложность сборочных единиц и деталей, негабариты, масса, способы сопряжения и взаимозаменяемость сменных деталей и сборочных единиц, а также доступность для проведения ремонта в значительной степени определяют продолжительность и трудоемкость ремонтных работ. К эксплуатационным факторам, влияющим на процесс восстановления карьерных механических лопат, относятся такие факторы, как техническое оснащение ремонтных баз, наличие и способы хранения ЗИП, система технического обслуживания и ремонта, квалификация обслуживающего и ремонтного персонала, наличие соответствующей эксплуатационной и ремонтной документации и др.

Таким образом, факторами, существенно влияющими на процесс восстановления горных машин и его эффективность, являются: качество подготовки забоя и классность разрушаемых пород; уровень квалификации обслуживающего персонала; климатические условия выполнения ремонтов; фактическая техническая оснащенность ремонтных баз и территориальная разбросанность карьера.

Исследования позволили сделать вывод, что система технического обслуживания и ремонта должна учитывать влияние этих факторов и быть направленной на максимальную адаптацию к горнотехническим условиям, обеспечение повышения квалификации обслуживающего персонала, повышение уровня специализации и оснащения средствами механизации ремонтных работ, а также на максимальное использование периода благоприятных климатических условий для проведения планово-предупредительных ремонтов.

В третьем подразделе приведены результаты исследований влияние законов наработки на отказ и плановости замен элементов на показатели надежности горных машин и необходимое количество запасных частей, и влияния структуры и параметров комплекса как системы машин различной производительности и ресурса на эффективность его использования.

Исследования законов наработки на отказ и плановости замен на показатели надежности горных машин и необходимое количество запасных частей были проведены при помощи ЭВМ на базе математической модели (1) с использованием специального программного обеспечения.

Адекватность математической модели (1) процесса восстановления горной машины как объекта надежности, состоящего из большого количества элементов различного ресурса, была установлена методами регрессионного анализа на основе сравнения по критерию Фишера параметра потока отказов горной машины по результатам натурных и вычислительных экспериментов по функционированию экскаватора ЭКГ-8И, а также путем их сравнительного анализа.

В качестве примера, на рис. 2а приведены зависимости коэффициентов

готовности кг в функции относительной наработки на отказ — для законов

тр

Вейбулла, Релея, экспоненциального и усеченного нормального, характеризующихся следующими параметрами: к - коэффициент формы (для элементов, наработка на отказ которых подчинена закону Вейбулла); V - коэффициент вариации 1р (для элементов, наработка на отказ которых подчинена усеченному

нормальному закону). На рисунке приняты следующие обозначения: 1 - наработка на отказ; к3 - относительная величина математического ожидания наработки на отказ к, =

, где ц - математическое ожидание наработки на отказ

/ 1р

элемента, Тр- ресурс машины. Для прогнозирования требуемого количества

замен элементов в процессе эксплуатации в функции наработки на отказ на рис. 26 приведены зависимости математического ожидания количества деталей, исчерпавших свой ресурс, для различных законов наработки при к3 =0,2. а) б)

к, 1.0

0.6

I 1 Вейбулла(к= 1 )) Кз=0,2 Тв =0,1 К,

1 споненциалы ый

ХНормальный (у= 9,3)

Ве ¿булла [к= 0,7 )

0.2

0.4

0.6

Рис. 2 - Влияние законов наработки на отказ элементов на изменение:

- (а) - оперативного коэффициента готовности горной машины

- (б) математического ожидания неплановых замен элементов

Влияние уровня плановости замены элементов горных машин на их оперативный коэффициент готовности проявляется в сокращении числа отказов ее элементов в процессе функционирования и обуславливается изменением характера формирования их параметра потока отказов во времени по причине плановой замены элементов до исчерпания ими своего ресурса.

На рис. 3 приведены зависимости оперативного кг и усредненного оперативного кг коэффициентов готовности экскаватора ЭКГ-8И от относительного времени его наработки при различных значениях коэффициента относительной замены к^

При оценке влияния структуры комплекса и ресурсной сбалансированности машин, входящих в него, на эффективность его работы в качестве критерия был принят коэффициент сбалансированности комплекса, отражающий соотношение реальной технической производительности комплекса к возможной технической производительности первой (добычной) машины или первой группы машин. На рис.4а, 46, 4в приведены изменения величины коэффициента сбалансированности комплекса от числа последовательно соединенных машин при различных значениях коэффициентов готовности к^ и сбалансированности по производительности На рис. 4г и рис. 4д приведены зависимости коэффициента сбалансированности и коэффициента вариации технической производительности V комплекса (при различных его структурах и величине коэффициента готовности машин кг^=0,85) в виде графиков, где: кривая 1 - для N последовательно соединенных машин различного функционального назначения; кривые 2 и 4 - для N последовательно соединенных групп машин различного функционального назначения (соответственно по 2 и 4 машины в группе); кривая б - для N последовательно соединенных машин различного функционального назначения, оборудованных бункерами, обеспечивающими сбалансированность комплекса.

кг |

0.9

0.8

1 3 2

аи^ Л1 л »1

\

я 4 \ й

0 0.4 0.8 УТР

Рис. 3 - Изменение оперативного кг и усредненного оперативного кг коэффициентов готовности отвального экскаватора ЭКГ-8И от относительной наработки (1,2 - соответственно оперативный и усредненный коэффициенты готовности при /с, =0,5; 3, 4 и 5 - усредненные коэффициенты готовности соответственно при к, =0,75, к-, =1 и к, =1,25; 6 - оперативный коэффициент готовности при отсутствии плановых замен

На рисунке приняты следующие обозначения: кг, - коэффициент готовности первой (добычной) горной машины комплекса; 01 - теоретическая производительность первой машины; (^ — теоретическая производительность ]-той машины; к^ - коэффициент готовности ]-той машины комплекса.

Данные для построения графиков были получены расчетным путем с использованием разработанной математической модели функционирования комплекса (3).

1,0

^СК

0,8 0,6 0,4 0,2

1,0

а)

_ , 1 О)-, <0(5=1

N

Кг] 1.0

0,95 0.8

0,9 0.6

0,85

0,8 0.4

0.2

б)

01= О ¡; Кса=о ,75

1.2

V

Кг] 0.8

0,95

0,9 0.4

0,85

0,8

N 0

1

/2

6

8

10

в)

Кс0=1 ; Кг]=0,8 5

Ог2сь (^=1,501 01=01

N >

Рис. 4 - Изменение параметров эффективности работы комплекса:

(а, б, в) - коэффициента сбалансированности комплекса К1к оз числа последовательно работающих машин N при их различны] параметрах

(г) - коэффициента сбалансированности комплекса Кск от его структуры

коэффициента вариации V технической производительности комплекса от его структуры

Проведенные исследования позволили установить:

1. Процесс формирования потока отказов элементов горной машины, наработка на отказ которых подчинена законам Вейбулла, Релея и усеченному нормальному, характеризуется двумя зонами. Первая зона - зона переходного процесса, формируемая в начальный период эксплуатации, длительность которой не менее средней наработки на отказ и возрастает с уменьшением коэффициента вариации (для усеченного нормального закона) и с увеличением отклонения коэффициента формы от единицы (для распределения Вейбулла). Вторая зона -зона установившегося процесса, в ее пределах величина параметра потока отказов, независимо от вида закона наработки на отказ, остается постоянной и равной обратной величине математического ожидания наработки элемента.

2. Факторами, определяющими нестационарность процесса восстановления, характер изменения оперативного коэффициента готовности и техническую производительность машины, являются: удельное количество элементов машины, длительность переходных процессов которых соизмерима или превышает ресурс машины, и отношение времени плановой замены к ресурсу (средней наработке на отказ) элементов, наработка на отказ которых не подчиняется экспоненциальному закону. Коэффициент оперативной готовности не изменяется при плановых заменах элементов, наработка на отказ которых подчиняется экспоненциальному закону, снижается - для закона Вейбулла с коэффициентом формы меньше единицы и увеличивается - при коэффициенте формы больше единицы.

3. Техническая производительность комплекса должна рассматриваться как случайная величина. Факторами, определяющими ее математическое ожидание и коэффициент вариации, являются: структура комплекса; уровень сбалансированности машин комплекса по производительности и надежности; характер изменения оперативного коэффициента готовности машины; соотношение теоретических производительностей последующих и первой машины комплекса.

4. Оценка технической производительности горных машин и комплексов, оптимизация процесса их восстановления должны учитывать виды и параметры законов наработки на отказ элементов, входящих в их состав, и время их плановой замены. Для элементов машины, наработка на отказ которых подчиняется экспоненциальному закону распределения, не целесообразны их плановые замены. Для элементов машины с непрогнозируемыми отказами, с законами распределения Вейбулла (к>1) и усеченного нормального для поддержания эффективной работы машины, целесообразно предусматривать плановые замены, и с законами распределения Вейбулла (к<1) целесообразна начальная заводская приработка этих элементов с целью сокращения времени неплановых простоев в период эксплуатации машины. Оптимальное время плановых замен должно определяться с учетом экономической целесообразности.

Четвертый раздел «Повышение эффективности использования и технического уровня горного оборудования» состоит из двух подразделов и посвящен апробации и оценке эффективности разработанных научных основ функциони-

рования и повышении эксплуатационной надежности карьерного оборудования как динамической системы разноресурсных элементов.

В первом подразделе описывается, разработанная ПО "Азовмаш" под руководством автора, система адаптивного комплексного обслуживания горного оборудования, структура которой представлена на рисунке 5. Особенностью разработанной системы технического обслуживания является организация службы сервиса при заводе-изготовителе и технических центров в местах эксплуатации выпускаемых изделий.

Фирменное комплексное адаптивное обслуживание объектов эксплуатации осуществляется под руководством службы сервиса, которая обеспечивает комплексное взаимодействие технических центров с заводом-изготовителем и проектировщиком оборудования.

Функциональная структура службы сервиса представлена на рисунке 6. Служба сервиса производит обработку и обобщение данных об отказах и результатах диагностики объектов эксплуатации, полученных от технических центров. На базе анализа служба сервиса разрабатывает и передает: заявки на поставку ЗИП заводам-изготовителям; данные об отказах, поломках и предложениях по совершенствованию оборудования - проектировщику и осуществляет управление работой технического центра.

Функциональная структура технического центра приведена на рисунке 7. Работа технического центра заключается в сборе данных об отказах (поломках) объектов эксплуатации, диагностировании их текущего состояния, анализе полученных статистических данных и, на основе этих данных, разработке рекомендаций и предложений по формированию и поставкам ЗИП для отдела снабжения, разработке рекомендаций по конструкторско-технологическим решениям, направленным на совершенствование машины и процесса ее восстановления для конструкторского и технологического отделов и технического центра, а также разработке предложений по организации и проведению ремонтов для отдела ремонтов и технического центра.

Фирменное комплексное адаптивное обслуживание предусматривает: обеспечение опорных пунктов необходимой конструкторской, технологической, эксплуатационной и нормативной документацией; ознакомление специалистов по эксплуатации оборудования с особенностями технического обслуживания поставляемой техники; обучение эксплуатационного персонала правилам технической эксплуатации и обслуживания; постоянное наблюдение за работой оборудования с целью разработки и принятия конструкторскими службами мер по повышению его надежности при новом проектировании; разработка конст-рукторско-технологической документации на модернизацию и реконструкцию оборудования; корректировка и разработка комплектов запчастей; периодическое диагностирование и обслуживание оборудования с применением средств неразрушающе го контроля; разработка совместно с заказчиком заявок на запчасти и комплектующие материалы; разработка сетевых графиков проведения техобслуживания и ремонта оборудования; организация и проведение плановых ремонтов. То есть разработанная система сервисного обслуживания обес-

Рис. 5 - Структура системного комплексного адаптивного обслуживания

Сбор данных с технических центров

Рис. 6 - Функциональная структура службы сервиса

Рис. 7 - Функциональная структура технического центра

печивает возможность организации комплексного технического обслуживания и адаптивную организацию ремонтов с учетом конкретных условий эксплуатации горного оборудования на протяжении его полного "жизненного" цикла.

Во втором подразделе приведены результаты апробации, которые показали, что применение разработанной адаптивной системы технического обслуживания обеспечивает возможность повышения технического уровня и эффективности использования горного оборудования, как системы элементов различного ресурса, за счет повышения его надежности, обеспечения требуемой величины оперативного коэффициента готовности машин, совершенствования организации процесса восстановления путем оптимизации времени диагностирования, выбраковки и замены элементов с накапливаемой повреждаемостью, оптимизации времени замены недиагностируемых элементов с учетом переходных процессов формирования параметра потока отказов, обоснования вида и времени проведения очередного ремонта, оптимизации времени реализации капитального ремонта по критериям его длительности и равномерного использования трудовых ресурсов, оптимизации требуемого количества запасных частей, времени их изготовления и поставки, а также снижение общих затрат на выполнение ремонтов. Разработанная система комплексного адаптивного обслуживания горного оборудования была внедрена на семи ГОКах (Орджони-кидзевском, Навои, Шарышовском, Бородинском, Экибастузском, Беловском и Александрийском) и охватывала 58 объектов (экскаваторы ЭР5250, ЭКГ-8И, ЭКГ-5И, ЭРШРП5250, ЭРШРД5250, ЭРП2500, отвалообразователи 01ПР5250/190, ОШС5000/95, ОШС4000/125, 01ИР5000/90, перегружатели ПГ5000/60, ПЗК5250, ПМВ5250/95, ПМД5250/95, ПМК5000, а также забойные, магистральные, подъемные и торцевые конвейеры) и показала свою высокую эффективность.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертации даны теоретическое обобщение и новое решение актуальной научной проблемы, имеющей важное народнохозяйственное значение и заключающейся в развитии теории функционирования и методов синтеза процесса восстановления горных машин как динамических систем элементов различного ресурса, что позволяет обеспечить повышение эксплуатационной надежности, технического уровня и эффективности использования как этих машин, так и комплексов, в состав которых они входят.

Основные научные и практические результаты диссертационной работы состоят в следующем.

Разработаны:

1. Основы теории процесса функционирования горных машин как динамических систем элементов различного ресурса, адекватно представленные закономерностями формирования параметра потока отказов элементов и характера изменения оперативного коэффициента готовности машины с учетом как переходных, так и установившихся процессов параметра потока отказов непрогнозируемых элементов, а также математической моделью горной машины как

системы последовательно соединенных элементов различного ресурса, определяемого видом и параметрами законов наработки на отказ элементов. Разработанная математическая модель горной машины позволяет описать процесс ее восстановления как нестационарный, ординарный, с ограниченными последствиями и может быть автоматизировано сформирована в ЭВМ на основе математических моделей функционально законченных элементов, наработка на отказ которых подчиняется законам распределения - экспоненциальному, Релея, Вейбулла, гамма, усеченному нормальному и логарифмически нормальному.

2. Метод оптимизации комплексного адаптивного сервисного обслуживания горной машины как системы элементов различного ресурса, предусматривающий: определение вида очередного ремонта машины и оптимальное время начала его проведения с учетом нестационарности процесса ее восстановления и экономической целесообразности работы комплекса; адаптивную оптимизацию времени диагностирования элементов машины с прогнозируемыми отказами на основе использования статистических данных о потере их работоспособности в процессе эксплуатации из условия обеспечения работоспособности машины и безопасности ее эксплуатации; определение оптимального резерва запасных частей и оптимального времени плановой замены элементов машины с непрогнозируемыми отказами по статистическим данным наработки на отказ из условия экономической целесообразности; оптимизацию времени постановки горной машины на капитальный ремонт и технологии его реализации как по величине длительности так и по равномерности использования трудовых ресурсов, необходимых для ремонта.

3. Основы теории процесса функционирования комплексов как систем машин различного функционального назначения и ресурса, новизна которых заключается в учете изменений оперативного коэффициента готовности машин комплекса, обусловленных нестационарностью процесса их восстановления. Основными типами функционально законченных элементов комплекса как системы машин различного ресурса являются: горная машина или группа машин (последовательно, параллельно или смешанно соединенных); горная машина или группа машин (последовательно, параллельно или смешанно соединенных) с бункером, расположенным на ее (их) входе; узел суммирования потоков добываемого материала; узел разделения потока добываемого материала. На основе математических моделей функционально законченных элементов и методики составления структуры и эквивалентной схемы замещения комплекса обеспечивается формирование процесса функционирования комплекса как объекта надежности в ЭВМ.

4. Система комплексного адаптивного сервисного обслуживания горного оборудования, реализуемая на протяжении всего его «жизненного» цикла, и обеспечивающая повышение его технического уровня и эффективности использования за счет: повышения эксплуатационной надежности путем обеспечения требуемой величины оперативного коэффициента готовности машин; совершенствования организации процесса восстановления путем оптимизации времени диагностирования, выбраковки и замены элементов с накапливаемой

повреждаемостью; оптимизации времени замены недиагностируемых элементов с учетом переходных процессов формирования параметра потока отказов, обоснования вида и времени проведения очередного ремонта; оптимизации времени реализации капитального ремонта по критериям его длительности и равномерного использования трудовых ресурсов; оптимизации требуемого количества запасных частей, времени их изготовления и поставки, а также снижение общих затрат на восстановление.

5. Методика комплексных экспериментальных исследований процесса восстановления горной машины как объекта надежности, позволяющая на основе длительных наблюдений за работой машин, с использованием диспетчерских графиков, дефектных ведомостей, журналов ремонтных работ, актов расследования аварий и статистических данных об отказах элементов машин получать исходные данные для оценки эффективности ее работы, устанавливать законы наработки на отказ, трудоемкости, стоимости, продолжительности ремонтов и их параметры, наметить пути дальнейшего повышения технического уровня горного оборудования на основе многокритериальной оптимизации процесса ее восстановления и совершенствования конструкции.

Теоретически и экспериментально установлено:

1. Горная машина как объект надежности должна рассматриваться как система элементов различного ресурса, определяемого видом и параметрами закона наработки элемента на отказ, а процесс ее восстановления должен рассматриваться как нестационарный, ординарный, с ограниченными последствиями. Разработанная математическая модель процесса восстановления горной машины адекватно описывает процесс ее восстановления как системы элементов различного ресурса и может быть использована для оценки частных и интегральных показателей надежности машин при их эксплуатации, описания процесса функционирования комплексов как систем машин различного функционального назначения и ресурса, а также при анализе и синтезе процесса восстановления как комплекса в целом, так и машин в отдельности.

2. Процесс формирования параметра потока отказов элементов горной машины, наработка которых подчинена законам Вейбулла, Релея и усеченному нормальному, характеризуется двумя зонами. Первая зона - зона переходного процесса, формируемая в начальный период эксплуатации, длительность которой не менее средней наработки на отказ и возрастает с уменьшением коэффициента вариации (для усеченного нормального закона) и с увеличением отклонения коэффициента формы от единицы (для распределения Вейбулла). Вторая зона - зона установившегося процесса; в ее пределах величина параметра потока отказов, независимо от вида закона наработки на отказ, остается постоянной и равной обратной величине математического ожидания наработки элемента.

3. Факторами, определяющими нестационарность процесса восстановления, характер изменения оперативного коэффициента готовности и техническую производительность машины, являются удельное количество элементов машины, длительность переходных процессов параметра потока отказов кото-

рых соизмерима или превышает ресурс машины, и отношение времени плановой замены элементов, наработка на отказ которых подчинена закононам, отличным от экспоненциального, к их ресурсу (средней наработке на отказ). Коэффициент оперативной готовности при плановых заменах элементов снижается во времени для нормального закона и закона Вейбулла с коэффициентом формы больше единицы и увеличивается - при коэффициенте формы меньше единицы, не изменяется при экспоненциальном законе наработки элементов на отказ.

4. Техническая производительность комплекса должна рассматриваться как случайная величина. Факторами, определяющими се математическое ожидание и коэффициент вариации, являются: структура комплекса; уровень сбалансированности машин комплекса по производительности и надежности; характер изменения во времени оперативного коэффициента готовности машин, входящих в его состав; соотношение теоретических производительностей последующих и первой машины комплекса.

5. При оценке технической производительности горных машин и комплексов и оптимизации процесса их восстановления необходимо учитывать виды и параметры законов наработки на отказ элементов, входящих в их состав, и время их плановой замены. Для элементов машины, наработка на отказ которых подчиняется экспоненциальному закону распределения, не целесообразны их плановые замены. Для элементов машины с непрогнозируемыми отказами, с законами распределения Вейбулла (к>1) и усеченного нормального, для поддержания эффективной работы машины целесообразно предусматривать плановые замены, а с законами распределения Вейбулла (к<1) целесообразна начальная заводская приработка этих элементов с целью сокращения времени неплановых простоев в период эксплуатации машины. Оптимальное время плановых замен должно определяться с учетом экономической целесообразности.

6. Система технического обслуживания и ремонта горных машин должна учитывать, кроме нестационарности процесса их восстановления, влияние таких эксплуатационных факторов, как качество подготовки забоя и классность разрушаемых пород, уровень квалификации обслуживающего персонала, климатические условия выполнения ремонтов, фактическую техническую оснащенность ремонтных баз и территориальную разбросанность карьера, и быть направленной на максимальную адаптацию к горнотехническим условиям, обеспечение повышения квалификации обслуживающего персонала, повышение уровня специализации и оснащения средствами механизации ремонтных работ, а также максимальное использование периода благоприятных климатических условий для проведения планово-предупредительных ремонтов, т. е. должна быть комплексной и адаптивной.

7. Изменение параметра потока отказов экскаваторов типа ЭКГ - 8И носит нарастающий характер, а его наработка на отказ не противоречит закону Вейбулла, трудоемкость, стоимость и продолжительность ремонтов - логарифмически нормальному. Законами наработки элементов экскаватора на отказ яв-

ляются законы: Вейбулла, Релея, экспоненциальный, нормальный и логарифмически нормальный. Значительная часть наработки на отказ элементов экскаватора подчиняются закону Вейбулла. Преобладающая часть элементов экскаватора имеет среднюю наработку на отказ, соизмеримую с его ресурсом.

8. Разработанные научные основы теории функционирования горных машин как системы элементов различного ресурса позволяют не только описать нестационарность процесса их восстановления, но и устанавливать его новые закономерности, а разработанная система комплексного адаптивного сервисного обслуживания позволяет учесть в полной мере основные факторы, определяющие эффективность процесса восстановления, установленные выше (п.6).

9. Повышение технического уровня и эффективности использования карьерного оборудования достигается на основе использования разработанной теории функционирования и повышения эксплуатационной надежности карьерного оборудования как динамической системы разноресурсных элементов путем внедрения разработанной системы комплексного адаптивного сервисного обслуживания, обеспечивающей: повышение оперативного коэффициента готовности машин до 5% и комплексов до 8%; сокращение длительности ка-премонтов в 1,5 раза; снижение трудовых затрат на их реализацию до 20%; обоснование рационального количества запасных частей и времени их поставки. Годовой экономический эффект в 1996г. на Орджоникидзевском ГОКе, обусловленный комплексным адаптивным сервисным обслуживанием двух вскрышных комплексов, состоящих их роторных экскаваторов ЭР5250, отва-лообразователей ОШР 5250/190 и четырех экскаваторов типа ЭКГ-8И составил 1 116 572 грн. (доля соискателя 60%).

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Кравченко В.М. Русихин В.И. Ремонтная технологичность карьерных механических лопат. - М.: Издательство московского государственного горного университета, 1995. - 321 с.

2. Кравченко В.М., Благоразумов В.Ю., Гусаров A.A. и др. Развитие фирменного обслуживания - путь повышения надежности машин и оборудования: Обзор. - М.: ЦНИИТЭИтяжмаш, 1991. - 68 е., ил. -{Технология, экономика, организация производства и управления. Сер. 8. Вып. 39). - Библиогр.: 8 назв.

3. Кравченко В.М., Мокроносов А.Г., Пахнев Н.В. Развитие фирменного технического сервиса горнодобывающей техники при переходе к рынку - М.: ЦНИИТЭИтяжмаш, 1992. 110 с.

4. Кравченко В.М., Семенченко А.К., Шабаев O.E. Анализ функционирования горных машин как объектов надежности // Сборник научных трудов ДонГТУ. Серия горно-электромеханическая. - 1999. - Вып.7. - С. 143-146.

5. Кравченко В.М., Семенченко А.К., Шабаев O.E., Семенченко Д. А. Математическая модель процесса восстановления горной машины как системы эле-

ментов различного ресурса // Науковий вкник НГА УкраУни. - 1999. - №2. -С. 66-69.

6. Кравченко В.М., Семенченко А.К., Шабаев O.E. Оптимизация времени проведения очередного ремонта машин и оборудования, обоснование вида ремонта и затрат для его реализации // Прогрессивные технологии и системы машиностроения: Международный сб. науч. трудов. - Вып.8- Донецк: ДонГТУ, 1999.-С.125-130.

7. В.М. Кравченко. Структура средств механизации добычи полезных ископаемых открытым способом по функциональному признаку // Известия Донецкого горного института. - 1999. - №2. - С. 99-107.

8. Кравченко В.М., Семенченко А.К., Шабаев O.E. Математические модели функционально законченных элементов комплексов для открытых работ // Системш технологи. Системне моделювання технолопчних процеав: 36. наук, праць. - Вип. 6. - Дшпропетровськ: "Системш технологи", 1999. - С. 164-169.

9. Кравченко В.М., Семенченко А.К., Шабаев O.E. Математические модели определения параметров функционально законченных элементов комплекса// Системш технолога. Системне моделювання технолопчних процеав: 36. наук, праць. - Вип. 7. - Дшпропетровськ: "Системш технолога", 1999. -С. 77-81.

Ю.Кравченко В.М. Влияние структуры и параметров комплекса на его техническую производительность // Прогрессивные технологии и системы машиностроения: Международный сб. науч. трудов. - Вып. 10. - Донецк: ДонГТУ, 2000. -С.108-112.

П.Кравченко В.М., Семенченко А.К., Шабаев O.E., Семенченко Д. А. Влияние законов наработки на отказ элементов горных машин на характер процесса их восстановления // Известия Донецкого горного института. - 1999. - №3. -С. 56-60.

12.Кравченко В.М., Семенченко А.К., Шабаев O.E. Определение оптимального времени эксплуатации элементов горных машин с непрогнозируемыми отказами // Науковий В1сник НГА УкраГни. - 1999. - №5. - С. 78-79.

13.Кравченко В.М. Комплексное адаптивное техническое обслуживание горного оборудования для открытых работ // Уголь Украины. - 2000. - № 2/3. - С. 33-35.

М.Кравченко В.М. Анализ методов ремонта и технического обслуживания оборудования для открытых работ // Уголь Украины. - 1999. - № 11/12 - С. 17-19.

15.Кравченко В.М. Оптимизация времени наработки горного оборудования до капитального ремонта и технологии его проведения // Уголь Украины. -2000,-№4. -С. 34-36.

16.Кравченко В.М., Семенченко А.К., Шабаев O.E. Влияние нестационарности восстановления горных машин на их производительность // Уголь Украины -2000.-№ 5.-С. 30-31.

17.Кравченко В.М. Определение оптимального времени диагностирования элементов с накопляемой повреждаемостью // Уголь Украины. - 2000. - № 6. -С. 41-42.

18.Кравченко В.М., Семенченко А.К., Шабаев O.E. Формализация процесса функционирования комплексов как объектов надежности // Науковий вкник НГА Укра'ши. - 1999. - №6. - С. 56-58.

19.Кравченко В.М., Семенченко А.К., Шабаев O.E., Семенченко Д. А. Математическая модель процесса функционирования комплекса как объекта надежности // Науковий вюник НГА Укра'ши. - 2000. - №1. - С. 22-26.

20.Кравченко В.М., Семенченко А.К., Шабаев O.E., Семенченко Д. А. Оценка адекватности математической модели процесса восстановления горной машины как системы элементов различного ресурса // Вибрации в технике и технологиях. - 1999. - №3. - С. 25-27.

21.Кравченко В.М. Влияние законов наработки машины на отказ на изменения во времени коэффициента ее готовности и количества необходимых запасных частей // Прогрессивные технологии и системы машиностроения: Международный сб. науч. трудов. - Вып.9. - Донецк: ДонГТУ, 2000. - С. 199203.

22.Кравченко В.М. Оценка производительности и эффективности работы комплекса как системы элементов различного ресурса // Известия Донецкого горного института. - 2000. - №1. - С. 71-74.

23 .Кравченко В.М. Научные основы теории надежности и технического обслуживания горных машин как системы элементов различного ресурса // Сборник трудов Донбасского горно-металлургического института. - 2000. -Вып.11.-С. 36-41.

24.Островский М.С., Русихин В.И., Кравченко В.М. Система обеспечения безотказной и безаварийной работы технологического оборудования (Вибромониторинг состояния машин): Мировая горная промышленность. -М.: МГА «ИНТЕРМИН». - 1996. - №2. - С. 68-69.

25.Кравченко В. М. Совершенствование системы технического обслуживания и ремонта мощных ленточных конвейеров. В кн.: Технология, экономика, организация производства и управления, М.: ЦНИИТЭИтяжмаш, 1991. -Вып.9. - С. 1-17.

26.Кравченко В. М. Перспектива развития циклично-поточной технологии на открытых горных разработках. В кн: Передовой производственный опыт и научно-технические достижения в тяжелом машиностроении, М.: ЦНИИТЭИтяжмаш, 1990. - Вып. 13. - С. 4 - 12.

27.Кравченко В. М. , Гусаров А. А., Каретников О. А. Перспективы развития технического обслуживания крупного оборудования на горных предприятиях. В кн.: Надежность и качество горных машин и оборудования, М.: МГИ, 1991. - С. 194-197.

28. Кравченко В. М., Эрлих Г. JI. Промышленный сервис горношахтного оборудования ПО "Азовмаш". В кн: Передовой производственный опыт и научно-технические достижения в тяжелом машиностроении, М.: ЦНИИТЭИ-тяжмаш, 1990. - Вып.12. - С.12-16.

29.Благоразумов В. Ю. , Кравченко В. М., Гусаров A.A. Проведение технического обслуживания машин и оборудования производства ПО "Азовмаш". М.: ЦНИИТЭйтяжмаш, 1991. - Вып.9. - С. 23-28.

30.Кузненов В. П., Малишевский Ю.В., Русихин В.И., Кравченко В.М. Метал-лополимерные пасты. Мировая горная промышленность. - М.: МГА «ИН-ТЕРМИН», 1996. - №4. - С. 63-64.

31.Русихин В.И., Островский М.С., Кравченко В.М. Применение металлофто-ровых подшипников в горных машинах. Мировая горная промышленность. -М.: МГА «ИНТЕРМИН», 1996. - №4. - С. 65-67.

32.Кравченко В.М. Оценка уровня квалификации машиниста экскаватора //Сб. трудов, Международный симпозиум "Горная техника на пороге XXI века". 17 19 октября 1995г.-М.:МГГУ, 1996.-С. 186-189.

33.Русихин В.И., Кравченко В.М., Кванидзе B.C. Определение критических отрицательных температур и порога хладноломкомсти металлоконструкций экскаваторов на Нерюнгринском разрезе //Сб. трудов, Международный симпозиум "Горная техника на пороге XXI века". 17 19 октября 1995г. - М.: МГГУ, 1996.-С. 190- 193.

34.Кравченко В.М., Семенченко А.К., Шабаев O.E. Оптимизация времени проведения очередного ремонта машин и оборудования, обоснование вида ремонта и затрат для его реализации // Сборник трудов VI международной научно-технической конференции "Машиностроение и техносфера на рубеже XXI века". - Том 2. -Донецк: ДонГТУ, 1999. - С.64-65.

Личный вклад автора в работах, опубликованных в соавторстве, заключается в следующем: [1-3], [11] - общая идея работы, формулировка выводов; [5], [6], [8], [9], [12], [18], [19] - постановка задачи, разработка математической модели, анализ результатов и формулировка выводов; [4], [16], [20], [24], [25], [2734] - постановка задачи, анализ результатов и формулировка выводов.

АНОТАЦ1Я

Кравченко В.М. Основи Teopii функцюнування i тдвищення експлуа-тацшноУ надшност[ кар'ерного устаткування як динам1чно1 системи р1зноресур-сних елеменпв.

Дисертащя на здобуття наукового ступеня доктора техшчних наук за спещаль-нютю 05.05.06 - "Прнич1 машини". Донецький державний техшчний ушверси-тет, Донецьк, 2000.

Дисертащя присвячена доашдженням пронесу вщновлення прничих машин \ шдвищенню !х експлуатацшно1 надшносп. В робой подане нове вир1-шення актуально! науковоТ проблеми, що мае важливе народногосподарське значения 1 полягае в розвитку теорп функцюнування I метод!в синтезу процесу вщновлення прничих машин як систем елемештв р1зного ресурсу, що дозволяе забезпечити шдвищення ефективносп використання, техшчного р1вня 1 конку-рентоспроможпост1 як цих машин, так \ комплексов, до складу яких вони вхо-дять.

Розроблена математична модель функцюнування прничоТ машини як ди-нам1чно1 системи елемегтв р1зного ресурсу, що дозволяе адекватно описати процес П вщновлення як нестащонарний ординарний з обмеженими наслщка-ми. Вихщним вектором модел!- е частков! й штегральш показники характеристик над1Йносп устаткування з урахуванням перехщних процеав формування параметра потоку вщмов 1 планових замш слемитв машини. До часткових по-казниюв вщносяться характеристики надшност! для кожного елемента, що входить до складу машини: параметр потоку вщмов, кшьгасть елемент1в, що вщмовили, час I витрати на Гх вщновлення. 1нтегральними показниками е зале-жност! змш В1д напрацювання машини, час 1 витрати на и функцюнування, а також оперативний коефщент готовность

Процес функцюнування комплекав повинен розглядатися як система вза-емоув'язаних прничих машин рпного функщоналыюго призначення, продук-тивност1 1 ресурсу, структура 1 параметри яко! визначаються технолопчним процесом використання машин ! може бути описаний вщповщною математич-ною моделлю у вигляд! сукупносп таких основних тигав функцюнально заюн-чених елемештв комплексу як системи машин р1зного ресурсу: прнича машина або трупа машин, послщовно, паралельно або зм1шано з'еднаних; прнича машина або група машин, послщовно, паралельно або зм1шано з'еднаних ¡з бункером, розташованому на и (1х) вход г, вузол тдсумовування потоив добувано-го матер1алу; вузол розпод1лу потоку добуваного матер1алу.

Метод оптим1защТ комплексного адаптивного сервюного обслуговування прничо1 машини як системи елеменпв р1зпого ресурсу передбачае: визначення виду чергового ремонту машини й оптимального часу початку його проведения; адаптивну опттпзащю часу д1агностування елеменпв машини з прогнозо-ваними вщмовами; визначення оптимального резерву запасних частин 1 оптимального часу планово'! замши елеметтв машини з непрогнозованими в1дмо-вами; оптим1защю часу поставлення прничо'/ машини на кашталышй ремонт 1 технологи його реал'пацн як за тривалктю, так 1 за р1вном1ршстю використання трудових ресурсов, необхщних для ремонту.

Експериментально встановлено, що змша параметра потоку вщмов екс-каватор1в типу ЕКГ-81 носить наростаючий характер, а трудомктюсть, вартють 1 тривалкть його ремонпв шдпорядковаш логарифлпчно нормальному закону.

Законами напращовання елеменпв екскаватора на в1Дмову е закони: Вейбулла, Релея, експоненщальний, нормальний 1 логарифм1чно нормальний. Напрацю-вання на вщмову значноУ частини елеменпв екскаватора пщпорядковуються закону Вейбулла. Переважна частина елеменпв екскаватора мае середне на-працювання на вщмову, сум1рне з його ресурсом. Кр1м цього встановлено, що факторами, як1 сутгево впливають на процес вщновлення прничих машин 1 його ефектившсть, е: яысть шдготування забою 1 класшсть порщ, що руйнуються; р1вень квал1ф1кащУ обслуговуючого персоналу; юнматичш умови виконання ремонтов; фактична техшчна оснащешсть ремонтних баз 1 територ1альна роз-кидашсть кар'еру.

Теоретично, на баз1 розроблених математичних моделей, встановлено ось що. Факторами, що визначають нестацюнаршсть процесу вщновлення, характер змши оперативного коефвдента готовност I техшчну продуктивность ма-шини, е питома кшьюсть елеменпв машини, тривалють перех1дних процеав параметра потоку вщмов яких сум1рна або перевищуе ресурс машини, I вщно-шення часу планово!' замши елеменпв до Тх ресурсу. Техшчна продуктившсть комплексу повинна розглядатися як випадкова величина. Факторами, що визначають п математичне чекання I коефвдент вapiaцiT, е: структура комплексу; р1вень збалансованосп машин комплексу за продуктившстю \ надшшстю; характер змши у час! оперативного коефщента готовност1 машин, що входять до його складу; сшввщношення теоретичних продуктивностей наступних 1 першоГ машини комплексу.

Розроблена система комплексного адаптивного обслуговування прничо-го устаткування була впроваджена на семи ГЗКах (Орджоншдзевському, На-во1, Шаришовському, Бородшському, Еюбастузькому, Беловському та Олек-сандршському) \ охоплювала 58 об'екпв (екскаватори ЕР5250, ЕКГ-81, ЕКГ-51, ЕРШРП5250, ЕРШРД5250, ЕРП2500, вщвалоутворювач1 ОШР5250/190, ОШС5(ЮО/95, ОШС4000/125, ОШР5000/90, перевантажувач1 ПГ5000/60, ПЗК5250, ПМВ5250/95, ПМД5250/95, ПМК5000, а також вибшт, мапстральш, пщйомш1 торцев! конвеери) 1 показала свою високу ефектившсть.

Ключов! словп прниче устаткування, процес вщновлення працездатносп, теор1Я функцюнування, багатокритершна оттпзащя, параметр потоку вщмов

АННОТАЦИЯ

Кравченко В.М. Основы теории функционирования и повышение эксплуатационной надежности карьерного оборудования как динамической системы разно-ресурсных элементов.

Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук по специальности 05.05.06 - "Горные машины". Донецкий государственный технический университет, Донецк, 2000.

Диссертация посвящена исследованиям процесса восстановления горных машин и повышению их эксплуатационной надежности. В работе дано новое направление оптимизации ремонта на основе многокритериального синтеза с учетом переходных процессов формирования параметра потока отказов эле-

ментов машины. Установлено существенное влияние плановых замен и различия ресурса элементов машины, обусловленного видом и параметрами закона наработки на отказ, на характер изменения оперативного коэффициента готовности и эффективность использования горного оборудования во времени.

Разработаны основы теории функционирования и многокритериальной оптимизации процесса восстановления горных машин как динамических систем элементов различного ресурса и система адаптивного сервисного обслуживания горного оборудования, апробация которой показала высокую эффективность ее применения. Результаты работы использованы при организации технического обслуживания роторных и ковшовых экскаваторов, перегружателей, конвейеров, дробилок и другого оборудования для открытых работ.

Ключевые слова: горное оборудование, процесс восстановления работоспособности, теория функционирования, многокритериальная оптимизация, параметр потока отказов

THE SUMMARY

Kravchenko V.M. Basics of the theory of functioning and increase of operational reliability of open-cast equipment as the dynamic system of different resource elements.

The dissertation on taking of the Doctor of Technical Science degree on speciality 05.05.06 - "Mining machines". - Donetsk State Technical University, Donetsk, 2000.

The dissertation is devoted to researches of process of restoration of mining machines and increase of their operational reliability. In the dissertation the new direction of optimization of repair based on its multi-criterion synthesis with taking into account transient processes of formation of the parameter of failures flow of the machine elements is given. The essential influence of scheduled replacement and difference of resource of the machine elements caused by the kind and parameters of the laws of time between failures, on character of change in time of operative availability and efficiency of use of mining equipment is established.

The basics of the theory of functioning and multi-criterion optimization of the restoration process of mining machines as dynamic systems of various resource and system of adaptive service of mining equipment which adaptation has shown high efficiency of its use are developed. The results of work were used at organization of maintenance service of rotary and bucket excavators, stage loaders, conveyors, crushers and other equipment for open cast.

Key words: mining equipment, process of restoration, theory of functioning, multi-criterion optimization, parameter of failures flow