Розвиток наукових основ функціонування і підвищення ефективності використання кар'єрного обладнання

- визначення виду чергового ремонту машини й оптимальний час початку його проведення з урахуванням нестаціонарності процесу її відновлення й економічної доцільності роботи комплексу;

- адаптивну оптимізацію часу діагностування елементів машини з прогнозованими відмовами на основі використання статистичних даних про втрату їх працездатності в процесі експлуатації з умови забезпечення працездатності машини і безпеки її експлуатації;

- визначення оптимального резерву запасних частин і оптимального часу планової заміни елементів машини з непрогнозованими відмовами за статистичними даними напрацювання на відмову з умови економічної доцільності;

- оптимізацію часу постановки гірничої машини на капітальний ремонт і технології його реалізації як за величиною тривалості, так і за рівномірністю використання трудових ресурсів, необхідних для ремонту.

3.Основи теорії процесу функціонування комплексів як системи машин різного функціонального призначення і ресурсу, новизна яких полягає в урахуванні змін коефіцієнта готовності машин комплексу, обумовлених не стаціонарністю процесу їх відновлення. Основними типами функціонально закінчених елементів комплексу як системи машин різного ресурсу є: гірнича машина або група машин (послідовно, паралельно або змішано з'єднаних); гірнича машина або група машин (послідовно, паралельно або змішано з'єднаних) із бункером, розташованому на її (їх) вході; вузол підсумовування потоків матеріалу, що здобувається; вузол поділу потоку матеріалу, що здобувається. На основі математичних моделей функціонально закінчених елементів і методики складання структури та еквівалентної схеми заміщення комплексу, забезпечується формування процесу функціонування комплексу як об'єкта надійності в ЕОМ.

4.Система комплексного адаптивного сервісного обслуговування гірничого устаткування, що реалізується на протязі усього його “життєвого” циклу, і забезпечує підвищення його технічного рівня й ефективності використання за рахунок: забезпечення необхідної величини коефіцієнта готовності машин; удосконалення організації процесу відновлення шляхом оптимізації часу діагностування, вибракування і заміни елементів із пошкоджуваністю, що накопичується; оптимізації часу заміни елементів, що не діагностуються, з урахуванням перехідних процесів формування параметра потоку відмов, обгрунтування виду і часу проведення чергового ремонту; оптимізації часу реалізації капітального ремонту за критеріями його тривалості і рівномірного використання трудових ресурсів; оптимізації необхідної кількості запасних частин, часу їх виготовлення і поставки, а також зниження загальних витрат на відновлення.

5.Методика комплексних експериментальних досліджень процесу відновлення гірничої машини, що дозволяє: на основі тривалих спостережень за роботою машин із використанням диспетчерських графіків, дефектних відомостей, журналів ремонтних робіт, актів розслідування аварій і статистичних даних про відмови елементів машин одержувати вихідні дані для оцінки ефективності її роботи; встановлювати закони напрацювання на відмову, трудомісткості, вартості, тривалості ремонтів та їх параметри; намітити шляхи подальшого підвищення технічного рівня гірничого устаткування на основі багатокритерійної оптимізації процесу її відновлення й удосконалення конструкції.

Теоретично й експериментально встановлено:

1.Гірнича машина повинна розглядатися як система елементів різного ресурсу, що визначається видом і параметрами закону напрацювання елемента на відмову, а процес її відновлення повинний розглядатися як нестаціонарний, ординарний, з обмеженою післядією. Розроблена математична модель процесу відновлення гірничої машини адекватно описує процес її відновлення як системи елементів різного ресурсу. Модель може бути використана для оцінки часткових і інтегральних показників надійності машин при їх експлуатації, опису процесу функціонування комплексів як систем машин різного функціонального призначення і ресурсу, а також при аналізі і синтезі процесу відновлення як комплексу в цілому, так і машин окремо.

2.Процес формування параметра потоку відмов елементів гірничої машини, напрацювання яких не суперечить законам Вейбулла, Релея й зрізаному нормальному, характеризується двома зонами. Перша зона - зона перехідного процесу, яка формується в початковий період експлуатації, тривалість якої не менша від середнього напрацювання на відмову і зростає із зменшенням коефіцієнта варіації (для зрізаного нормального закону) та із збільшенням відхилення коефіцієнта форми від одиниці (для розподілу Вейбулла). Друга зона - зона усталеного процесу; в її межах величина параметра потоку відмов залишається постійною і дорівнює зворотній величині математичного чекання напрацювання елемента незалежно від виду закону його напрацювання на відмову.

3.Факторами, що визначають нестаціонарність процесу відновлення, характер зміни коефіцієнта готовності і технічну продуктивність машини, є: питома кількість елементів, що мають ресурс сумірний з ресурсом машини, закони напрацювання їх на відмову, а також їх планові заміни. Коефіцієнт готовності машини при планових замінах її елементів збільшується, якщо їх напрацювання на відмову не суперечить нормальному закону та закону Вейбулла з коефіцієнтом форми більшим за одиницю, знижується для закону Вейбулла з коефіцієнтом форми меншим за одиницю та не змінюється при експоненціальному законі напрацювання елементів на відмову.

4.Технічна продуктивність комплексу повинна розглядатись як випадкова величина. Факторами, що визначають її математичне чекання і коефіцієнт варіації, є: структура комплексу; рівень збалансованості машин комплексу за продуктивністю; характер зміни у часі коефіцієнта готовності машин, що входять до його складу; співвідношення теоретичних продуктивностей наступних і першої машини комплексу.

5.При оцінці технічної продуктивності гірничих машин і комплексів і оптимізації процесу їх відновлення повинні враховувати види і параметри законів напрацювання на відмову елементів, що входять до їх складу, і час їх планової заміни. Для елементів машини, напрацювання на відмову яких підпорядковується експоненціальному закону розподілу, не доцільні їх планові заміни. Для елементів машини з непрогнозованими відмовами, із законами розподілу Вейбулла (k>1) і зрізаного нормального для підтримки ефективної роботи машини доцільно передбачати планові заміни, а із законами розподілу Вейбулла (k<1) доцільне початкове заводське припрацювання цих елементів із метою скорочення часу позапланових простоїв в період експлуатації машини. Оптимальний час планових замін повинен визначатися із урахуванням економічної доцільності.

6.Система технічного обслуговування і ремонту гірничих машин повинна враховувати, крім нестаціонарності процесу їх відновлення, вплив таких експлуатаційних факторів, як якість підготовки вибою і класність порід, що руйнуються, рівень кваліфікації обслуговуючого персоналу, кліматичні умови виконання ремонтів, фактичну технічну оснащеність ремонтних баз і територіальну розкиданість кар'єру, тобто повинна бути комплексною й адаптивною.

7.Зміна параметра потоку відмов екскаваторів типу ЕКГ-8І носить наростаючий характер, а його напрацювання на відмову не суперечить закону розподілу Вейбулла, трудомісткість, вартість і тривалість ремонтів - логарифмічно нормальному. Законами напрацювання елементів екскаватора на відмову є закони: Вейбулла, Релея, експоненціальній, нормальний і логарифмічно нормальний. Значна частина напрацювання на відмову елементів екскаватора не суперечить закону Вейбулла. Переважна частина елементів екскаватора має середнє напрацювання на відмову, сумірне з його ресурсом.

8. Підвищення технічного рівня й ефективності використання кар'єрного устаткування досягається на основі розробленої системи комплексного адаптивного сервісного обслуговування. Її впровадження забезпечує: підвищення коефіцієнта готовності машин до 5% і комплексів до 8%; скорочення тривалості капремонтів у 1,5 разу; зниження трудових витрат на їх реалізацію до 20%; обгрунтування раціональної кількості запасних частин і часу їх постачання. Річний економічний ефект у 1996 р. на Орджонікідзевському ГЗК, зумовлений комплексним адаптивним сервісним обслуговуванням двох взкришних комплексів, що складаються з роторних екскаваторів ЕР5250, відвалоутворювачів ОШР 5250/190 і чотирьох екскаваторів типу ЕКГ-8І, склав 1 116 572 грн. (частка здобувача 60%).

Основні положення дисертації опубліковані в таких роботах

1. Семенченко А.К., Кравченко В.М., Шабаев О.Е. Теоретические основы анализа и синтеза горных машин и процесса их восстановления как динамических систем - Донецк: РВА ДонНТУ, 2002. - 302с.

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

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

4. Кравченко В.М. Математическая модель параметра потока отказов горной машины как системы элементов различного ресурса // Прогрессивные технологии и системы машиностроения: Международный сб. науч. трудов. - Вып.15.- Донецк: ДонГТУ, 2001. - С.152-156.

5. Кравченко В.М. Математическая модель процесса восстановления горной машины как системы разноресурсных элементов с прогнозируемыми и внезапными отказами// Наукові праці ДонДТУ. Серія гірничо-електромеханічна. - 2001. - Вып.27. - С. 220-224.

6. 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.

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

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

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

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

11. Кравченко В.М., Семенченко А.К., Шабаев О.Е., Семенченко Д. А. Математическая модель процесса функционирования комплекса как объекта надежности // Науковий вісник НГА України. - 2000. - №1. - С. 22-26.

12. 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. 199-203.

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

14. 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.

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

16. Кравченко В.М., Семенченко А.К., Шабаев О.Е., Семенченко Д. А. Математическая модель процесса восстановления горной машины как системы элементов различного ресурса // Науковий вісник НГА України. - 1999. - №2. - С. 66-69.

17. Кравченко В.М., Семенченко А.К., Шабаев О.Е. 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.

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

19. Кравченко В.М., Семенченко А.К., Шабаев О.Е. Математические модели функционально законченных элементов комплексов для открытых работ // Системні технології. Системне моделювання технологічних процесів: Зб. наук. праць. - Вип. 6. - Дніпропетровськ: "Системні технології", 1999. - С. 164-169.

20. Кравченко В.М., Семенченко А.К., Шабаев О.Е. Математические модели определения параметров функционально законченных элементов комплекса // Системні технології. Системне моделювання технологічних процесів: Зб. наук. праць. - Вип. 7. - Дніпропетровськ: "Системні технології", 1999. - С. 77-81.

21. Кравченко В.М., Семенченко А.К., Шабаев О.Е., 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.

22. Кравченко В.М., Семенченко А.К., Шабаев О.Е. Определение оптимального времени эксплуатации элементов горных машин с непрогнозируемыми отказами // Науковий вісник НГА України. - 1999. - №5. - С. 78-79.

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

24. Кравченко В.М., Семенченко А.К., Шабаев О.Е. Формализация процесса функционирования комплексов как объектов надежности // Науковий вісник НГА України. - 1999. - №6. - С. 56-58.

25. Кравченко В.М., Семенченко А.К., Шабаев О.Е., 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.

26. 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.

27. Кузнецов В. П., Малишевский Ю.В., Русихин В.И., Кравченко В.М. Металлополимерные пасты. Мировая горная промышленность. - М.: МГА "ИНТЕРМИН", 1996. - №4. - С. 63-64.

28. Русихин В.И., Островский М.С., Кравченко В.М. Применение металлофторопластовых подшипников в горных машинах. Мировая горная промышленность. -М.: МГА "ИНТЕРМИН", 1996. - №4. - С. 65-67.

29. Кравченко В. М., Сопилкин Г.В., Гусаров А.А., Сидоров В.А. Определение трудоемкости ремонтов агрегатов большой единичной мощности. М.: ЦНИИТЭйтяжмаш, 1991. - Вып.9. - С. 28-31.

30. Седуш В.Я., Кравченко В. М., Сидоров В.А. и др. Применение тепловизора для технической диагностики металлургических агрегатов. М.: ЦНИИТЭИтяжмаш, 1991. - Вып.9. - С. 31-35.

31. Кравченко В.М. Математическая модель процесса восстановления горной машины как системы элементов различного ресурса // Горный информационно-аналитический бюллетень. - М.:Изд-во МГУ, 2001.-№11. - С. 230-232.

32. Кравченко В.М., Семенченко А.К., Шабаев О.Е. 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.

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

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

Анотацiя

Кравченко В.M. Розвиток наукових основ функціонування і підвищення ефективності використання кар'єрного обладнання. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.05.06 - "Гірничі машини". Донецький національний технічний університет, Донецьк, 2002.

Дисертація присвячена дослідженням процесу відновлення гірничих машин і підвищення їх експлуатаційної надійності. У роботі поданий новий напрям оптимізації ремонту, що базується на його багатокритерійному синтезі з урахуванням перехідних процесів формування параметра потоку відмов елементів машини. Встановлений суттєвий вплив плановості заміни і різниці ресурсу елементів машини, зумовленого видом і параметрами законів напрацювання на відмову, на характер зміни в часі оперативного коефіцієнта готовності й ефективність використання гірничого устаткування.

Розроблені основи теорії функціонування і багатокритерійної оптимізації процесу відновлення гірничих машин як динамічних систем різного ресурсу і система адаптивного сервісного обслуговування гірничого устаткування, апробація якої показала високу ефективність її використання. Результати роботи використані при організації технічного обслуговування роторних і ківшових екскаваторів, перевантажувачів, конвеєрів, дробарок і іншого устаткування для відкритих робіт.

Ключові слова: гірниче устаткування, процес відновлення працездатності, теорія функціонування, багатокритерійна оптимізація, параметр потоку відмов

Аннотация

Кравченко В.M. Развитие научных основ функционирования и повышения эффективности использования карьерного оборудования. - Рукопись

Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук по специальности 05.05.06 - "Горные машины". Донецкий национальный технический университет, Донецк, 2002.

Диссертация посвящена исследованиям процесса восстановления горных машин и повышения их эксплуатационной надежности. В работе дано новое решение актуальной научной проблемы, имеющей важное народнохозяйственное значение и заключающейся в развитии теории функционирования и методов синтеза процесса восстановления горных машин, как систем элементов различного ресурса, что позволяет обеспечить повышение эффективности использования, технического уровня и конкурентоспособности, как этих машин, так и комплексов, в состав которого они входят.

Разработана математическая модель функционирования горной машины как динамической системы элементов различного ресурса, позволяющая адекватно описать процесс ее восстановления как нестационарный ординарный с ограниченными последствиями. Выходным вектором модели являются частные и интегральные показатели характеристик надежности оборудования с учетом переходных процессов формирования параметра потока отказов и плановых замен элементов машины. К частным показателям относятся характеристики надежности для каждого элемента, входящего в состав машины: параметр потока отказов, количество отказавших элементов, время и затраты на их восстановление. Интегральными показателями являются зависимости изменений от наработки машины время и затраты на обеспечение ее функционирования, а также коэффициент готовности.

Процесс функционирования комплексов должен рассматриваться как система взаимоувязанных горных машин различного функционального назначения производительности и ресурса, структура и параметры которой определяются технологическим процессом использования машин и может быть описан соответствующей математической моделью в виде совокупности следующих основных типов функционально законченных элементов комплекса как системы машин различного ресурса: горная машина или группа машин, последовательно, параллельно или смешанно соединенных; горная машина или группа машин, последовательно, параллельно или смешанно соединенных с бункером, расположенном на ее (их) входе; узел суммирования потоков добываемого материала; узел разделения потока добываемого материала.

Метод оптимизации комплексного адаптивного сервисного обслуживания горной машины, как системы элементов различного ресурса, предусматривает: определение вида очередного ремонта машины и оптимальное время начала его проведения; адаптивную оптимизацию времени диагностирования элементов машины с прогнозируемыми отказами; определение оптимального резерва запасных частей и оптимального времени плановой замены элементов машины с непрогнозируемыми отказами; 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.

Экспериментально установлено, что изменение параметра потока отказов экскаваторов типа ЭКГ - 8И носит нарастающий характер, а трудоемкость, стоимость и продолжительность его ремонтов подчинены логарифмически нормальному закону. Законами наработки элементов экскаватора на отказ являются 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. Кроме этого установлено, что 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.

Теоретически, на базе разработанных математических моделей, установлено следующее. Факторами, определяющими нестационарность процесса восстановления, характер изменения коэффициента готовности и техническую производительность машины, являются удельное количество элементов машины, длительность переходных процессов параметра потока отказов которых соизмерима или превышает ресурс машины, и отношение времени плановой замены элементов к их ресурсу. 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 во времени коэффициента готовности машин, входящих в его состав; соотношение теоретических производительностей последующих и первой машины комплекса.

Разработанная система комплексного адаптивного обслуживания горного оборудования была внедрена на семи ГОКах (Орджоникидзевском, Навои, Шарышовском, Бородинском, Экибастузском, Беловском и Александрийском) и охватывала 58 объектов (экскаваторы ЭР5250, ЭКГ-8И, ЭКГ-5И, ЭРШРП5250, ЭРШРД5250, ЭРП2500, отвалообразователи ОШР5250/190, ОШС5000/95, ОШС4000/125, ОШР5000/90, перегружатели ПГ5000/60, ПЗК5250, ПМВ5250/95, ПМД5250/95, ПМК5000, а также забойные, магистральные, подъемные и торцевые конвейеры) и показала свою высокую эффективность.

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

The summary

Kravchenko V.M. Development of Scientific Basics of Functioning and Increase of Efficiency of Open-cast Equipment. - Manuscript.

The dissertation on taking of the Doctor of Technical Science degree on speciality 05.05.06 - "Mining machines". - Donetsk National Technical University, Donetsk, 2002.

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 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.

Размещено на Allbest.ru