При разработке, испытаниях и эксплуатации технического оборудования важное значение приобретают вопросы обеспечения их надежности. Надежность в сложившихся представлениях определяется как одно из основных свойств оборудования, характеризующих ее способность выполнять заданные функции в процессе эксплуатации [3].
Вопросам надежности сепараторов посвящен ряд научных работ [1; 2; 6]. Исследование надежности работы технологических узлов может иметь прикладное значение только при условии получения практических данных об отказах, полученных в условиях промышленной эксплуатации.
При эксплуатации горного оборудования любого назначения и конструкций возникают как внезапные, так и постепенные отказы. Внезапные отказы возникают в первую очередь в результате ошибок при проектировании, изготовлении и эксплуатации. Постепенные отказы – в результате длительной эксплуатации оборудования, в результате нарушения прочности и снижения долговечности под влиянием знакопеременных нагрузок и вибрации, в том числе отказы в результате износа и старения материалов.
Цель исследований
Надежность оборудования, как и всякого технического объекта, зависит от показателей его конструктивных узлов и элементов. Исследование тяжелосредного сепаратора СКВП-20, базируется на опытных статистических данных об отказах, которые после обработки позволяют установить законы распределения времени безотказной работы (вероятность безотказной работы) и времени восстановления (вероятность продолжительности отказа) и предложить математическую модель, отражающую изменение надежности работы узлов во времени.
Метод исследования
Основными положениями анализа являются:
- методика исследования надежности работы сепаратора СКВП-20;
- определение закона распределения времени безотказной работы и времени восстановления тяжелосредных сепараторов СКВП-20;
- определение параметров полученного распределения, установление правомочности аппроксимации экспериментальных результатов выбранных видов распределения с теоретическими.
Обработка полученных опытных данных проводилась согласно математической статистике [5]. План наблюдений за объектами, реализованный на ЦОФ, соответствует плану [N, R, T], где N - число сепараторов, взятых под наблюдение, символ R обозначает, что после отказов наблюдаемые объекты заменяли на новые или восстанавливались, после чего опять велось наблюдение.
Время подконтрольной эксплуатации прекращалось в заранее установленный момент Т. Число отказов при такой системе наблюдений является случайной величиной.
Обработка исходных данных для установления функций распределения времени безотказной работы и времени восстановления производится в следующем порядке.
1. Данные о времени безотказной работы и восстановления располагаются в порядке возрастания, диапазон значений разбивается на 6-12 интервалов. Для каждого интервала определяется:
- частота попадания в интервал и эмпирическая частота (плотность) распределения времени безотказной работы и восстановления;
- накопленные частоты на всем промежутке рассмотренных интервалов.
2. Определяется математическое ожидание и среднеквадратическое отклонение времени безотказной работы и восстановления.
3. По накопленным частотам строятся гистограммы и суммарные кривые, по которым устанавливаются возможные виды теоретических законов распределения. Производится проверка соответствия эмпирических кривых распределения теоретическим законам.
Результаты исследования и их обсуждение
Время простоя тяжелосредного сепаратора СКВП-20 из-за отказов его конструктивных узлов и элементов представлено на рисунке 1.
Рис. 1. Время простоя тяжелосредного сепаратора типа СКВП-2 из-за его конструктивных узлов и элементов: 1 - сработала токовая защита вследствие перегруза двигателя (наличие постороннего предмета); 2 - очистка технологического трубопровода вследствие заштыбовки; 3 - оборвало лепестковую передачу; 4 - вырвало уплотнение между рабочим колесом и ванной сепаратора вследствие износа металлоконструкций; 5 - ремонт металлоконструкций вследствие износа; 6 - срезало пальцы на большой зубчатой звездочке
Исследованиями установлено, что наиболее распространенными отказами тяжелосредного сепаратора СКВП-20 являются: перегруз двигателя, обрыв лепестковой передачи, очистка технологического трубопровода. Результаты обработки статистических данных приведены в таблице 1 и на рисунке 2.
Таблица 1
Распределение времени безотказной работы и времени аварийного ремонта тяжелосредных сепараторов типа СКВП-20
Наработка между отказами |
Время аварийного ремонта |
|||||||||||
№ пп |
Интервал (наработка между отказами), мм |
Частоты эмпирические, шт. mi |
Эмпири-ческая частота, % mi/åmi |
Плотность распре-деления, % |
Распре-деление P1=P(T1≥t) |
Теоретическое распределение (экспонента), PТ1=е-t/T1 |
Интервал (время аварийного ремонта), час |
Частоты эмпири-ческие, шт. mi |
Эмпирическая частота, % mi/åmi |
Плотность распре-деления, % |
Распре-деление P2=P(T2≥t) |
Теоретическое распределение (экспонента), PТ2=е-t/T2 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
12 |
13 |
1 |
0 - 50 |
67 |
45,6 |
45,6 |
100,0 |
100,0 |
0 - 15 |
102 |
69,39 |
69,39 |
100,0 |
100,0 |
2 |
51 - 100 |
40 |
27,2 |
27,2 |
54,4 |
55,2 |
16 - 30 |
21 |
14,29 |
14,29 |
30,61 |
36,12 |
3 |
101 - 150 |
12 |
8,2 |
8,2 |
27,2 |
30,8 |
31 - 45 |
10 |
6,80 |
6,80 |
16,32 |
16,13 |
4 |
151 - 200 |
10 |
6,8 |
6,8 |
19,0 |
17,2 |
46 - 60 |
7 |
4,76 |
4,76 |
9,52 |
6,67 |
5 |
201 - 250 |
9 |
6,1 |
6,1 |
12,2 |
9,6 |
61 - 75 |
4 |
2,72 |
2,72 |
4,76 |
2,76 |
6 |
251 - 300 |
5 |
3,4 |
3,4 |
6,1 |
5,4 |
76 - 90 |
3 |
2,04 |
2,04 |
2,04 |
1,14 |
7 |
301 – 350 |
4 |
2,7 |
2,7 |
2,7 |
3,0 |
|
|
|
|
|
|
|
Сумма |
147 |
|
|
|
|
|
147 |
|
|
|
|
Сравнение распределений вероятностей эмпирических с теоретическими (рис. 2) показывает, что максимальное расхождение для вероятности безотказной работы не превышает 3,6% (интервал 3) и 5,5% для вероятности продолжительности восстановления (интервал 2), что указывает на хорошее соответствие эмпирических законов распределения экспоненциальным теоретическим.
При проверке соответствия между экспериментальным и теоретическим распределениями по критерию Колмогорова [4] определяется максимальное расхождение между экспериментальной и теоретической функциями, на основании которых определяются величины:
,
где D – максимальное значение разницы между теоретическим и эмпирическим распределениями; n – количество зарегистрированных отказов.
а)
б)
Рис. 2. Кумулятивные кривые распределения:
а - времени безотказной работы тяжелосредных сепараторов СКВП-20;
б - времени восстановления отказов тяжелосредных сепараторов СКВП-20
На основании значений а1 и а2 по таблице [4] определяется критерий Колмогорова, который для рассматриваемого случая равен Р(а1) = 0,98 и Р(а2) = 0,834, что указывает на хорошее соответствие экспериментальных данных теоретическому экспоненциальному закону распределения (если Р(a) ≥ 0,05, то принимается гипотеза о согласованности экспериментальных и теоретических распределений).
Экспериментальные кривые распределения времени безотказной работы и времени восстановления дают возможность проследить изменение вероятности безотказной работы до первого отказа и вероятности продолжительности отказа в зависимости от времени: кривые распределения представляют собой графики вероятности безотказной работы и вероятности продолжительности отказа (рис. 2).
На 15-минутном интервале вероятность безотказной работы составляет 80-90%, на 1,5-часовом интервале она снижается до величины 40-50%. Низкие значения вероятности безотказной работы показывают, что нормальная работа тяжелосредного сепаратора СКВП-20 может происходить только при условии постоянного обслуживания технологическим персоналом.
Заключение
В результате исследований установлено, что эффективная работа сепаратора возможна только при наличии обслуживающего персонала.
Определен закон распределения времени безотказной работы и времени восстановления тяжелосредных сепараторов СКВП-20.
Полученные в данной статье результаты могут быть использованы в качестве исходных для постановки и решения ряда задач теории надежности, например, задачи определения необходимого резерва запасных частей, задачи определения оптимальной периодичности замены отдельных элементов тяжелосредного сепаратора СКВП-20 и других.
Рецензенты:
Тарасов Ю.Д., д.т.н., профессор, профессор кафедры горных транспортных машин, Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Национальный минерально-сырьевой университет «Горный», г. Санкт-Петербург;
Юнгмейстер Д.А., д.т.н., профессор, профессор кафедры машиностроения, Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Национальный минерально-сырьевой университет «Горный», г. Санкт-Петербург.
Библиографическая ссылка
Хачатрян С.А., Задков Д.А. ИССЛЕДОВАНИЕ НАДЕЖНОСТИ СЕПАРАТОРА СКВП-20 ЦЕНТРАЛЬНОЙ ОБОГАТИТЕЛЬНОЙ ФАБРИКИ «ПЕЧОРСКАЯ» ОАО «ВОРКУТАУГОЛЬ» // Современные проблемы науки и образования. – 2015. – № 2-1. ;URL: https://science-education.ru/ru/article/view?id=20687 (дата обращения: 05.06.2024).