Технико-экономические свойства ГТМиО

Основными технико-экономическими свойствами горнотранспортных машин, кроме ранее рассмотренных, являются надежность, включающая безотказность, работоспособность, долговечность, ремонтопригодность и сохраняемость.

Надежность - свойство машины выполнять заданные функции, сохраняя во времени значения установленных эксплуатационных показателей (производительности, скорости, расхода топлива и электроэнергии и др.) в заданных пределах, соответствующих за­данным режимам и условиям использования, технического обслу­живания, ремонта, хранения и транспортирования.

Надежность - комплексное свойство, которое может включать безотказность, долговечность, ремонтопригодность, сохраняемость. Количественной характеристикой этих свойств являются еди­ничные и комплексные показатели надежности.

Безотказность — свойство машины непрерывно, сохранять рабо­тоспособность в течение некоторого времени или некоторой нара­ботки.

Показателями безотказности являются вероятность безотказ­ной работы, средняя наработка до отказа, интенсивность отказов, параметр потока отказов, наработка на отказ.

Вероятность, безотказной работы Р(t) —вероятность того, что в заданном интервале времени или наработки не возникает отка­за машины

P(t) = P(T₁≥t), (3.2)

где T₁ – время до отказа; t – время, в течение которого определяется вероятность безотказной работы.

Например, для многих горных машин время их безотказной ра­боты до технического осмотра составляет 500 машино-часов. Если за это время у 10 из 100 наблюдаемых машин возникает отказ, то веро­ятность безотказной работы машин составит

P(t) = = 0,9 или 90 %.

Под наработкой понимают продолжительность или объем выполненной работы, измеряемый в машино-часах, кубометрах отгруженной горной массы, тонно-километрах перемещенного груза и др. единицах. Наработка может быть до пер­вого отказа, между отказами, между ремонтами и т. д.

Наработка на отказ (Т) – среднее значение наработки исправной машины между отказами

, (3.3)

где N – число однотипных машин в исследуемом промежутке времени; n - количество отказов по всем машин; t_i - время работы машины между i-ми отказами за рассматривае­мый период эксплуатации.

Наработка на отказ позволяет сравнивать надежность однотипных машин, эксплуатируемых в одинаковых условиях.

Средняя наработка до отказа - математическое ожидание на­работки машины до первого отказа.

Параметр потока отказов - среднее количество отказов маши­ны или ее деталей на единицу времени или объема выполненных работ, взятое для рассматриваемого периода эксплуатации

, (3.4)

где n_i – число отказов i-ой машины; ∆t – промежуток времени; N – число однотипных машин.

Физическая сущность параметра потока отказов и. интенсивности отказов одинаковы, хотя первый употребляется при­менительно к восстанавливаемым техническим устройствам, а вто­рой - к невосстанавливаемым.

Для характеристики нескольких свойств машины могут быть использованы комплексные показатели надеж­ности: коэффициент готовности и технического использования, средняя и удельная суммарная трудоемкость технического обслу­живания и ремонта, средняя и удельная стоимость технического обслуживания и ремонта и т. д.

Коэффициент готовности - вероятность того, что машина будет работоспособна в произвольно выбранный момент времени в про­межутках между плановыми ремонтами

, (3.5)

где Т - наработка на отказ; Т_о - среднее время устранения отказов.

Коэффициент технического использования - отношение нара­ботки машины за некоторый период эксплуа­тации к сумме этой наработки и времени всех простоев, вызванных техническим обслуживанием и ремонтами за тот же период экс­плуатации

, (3.6)

где Т - суммарная наработка машины; Т_о - суммарное время устранения отказов; Т_ППР – время простоя машины на планово-предупредительных ремонтах.

Коэффициент технического использования характеризует не только надежность конструкции машины, но и организацию и состояние ремонтного хозяйства на предприятии.

Для оценки надежности работы i-ых деталей, узлов или видов оборудования в машине пользуются коэффициентом отказов

К_о = n_i/n, (3.7)

где n_i – количество отказов i-ых деталей, узлов или видов оборудования в машине; n – общее количество отказов по машине за исследуемый промежуток времени.

Коэффициент относительных простоев характеризует время простоя машины на восстановлении i-ых отказов детали, узла или вида оборудования

К_оп = , (3.8)

где t_Вi – время устранения i-го отказа детали, узла, вида оборудования; Т_В – общее время устранения отказов по машине за исследуемый промежуток времени.

Работоспособность - состояние машины, при котором она спо­собна выполнять заданные функции, сохраняя значения заданных параметров в пределах, установленных нормативно-технической до­кументацией. Если хотя бы один из заданных параметров не соот­ветствует предъявляемым требованиям, то машина находится в не­работоспособном состоянии. Более полным понятием, характери­зующим состояние машины, является понятие - исправное состоя­ние или неисправное состояние. Если машина в работоспособном состоянии должна удовлетворять только тем требованиям, кото­рые обеспечивают ее нормальное функционирование, то в исправ­ном состоянии машина должна соответствовать всем требованиям нормативно-технической документации. Так, при нарушении внеш­ней окраски машина считается неисправной, так как она не удов­летворяет требованиям к внешнему виду. Вместе с тем эта неис­правность не нарушает нормального функционирования и работоспособности машины.

Событие, заключающееся в нарушении работоспособности ма­шины, называется отказом. К типовым относятся отказы, харак­терные для данного типа машин и наиболее часто повторяющиеся. Перечень ти­повых отказов приводится в технической документации на маши­ну.

Отказы классифицируются на конструктивные, технологические и эксплуатационные.

Конструктивные отказы связаны с несовершенством конструк­ции машины и вызваны ошибками при выборе величины и харак­тера нагрузок, неправильным выбором материалов, погрешностя­ми расчетов и т. д.

Технологические отказы возникают вследствие нарушения или несовершенства технологии изготовления или ремонта машин.

Эксплуатационные отказы появляются в результате нарушения правил и условий эксплуатации.

Под долговечностью понимают свойство машины сохранять работоспособность до наступления предельного состояния с необхо­димыми перерывами для проведения технического обслуживания и ремонтов.

Предельное состояние машины определяется невозможностью ее дальнейшей эксплуатации из-за неустранимого нарушения тре­бований безопасности или неустранимого ухода заданных пара­метров за установленные пределы, или неустранимого снижения эффективности эксплуатации. Признаки предельного состояния устанавливаются в тех­нической документации на каждый тип машины.

Показателями долговечности являются технический ресурс и срок службы машины.

Технический ресурс (Т_R) - наработка машины, сборочной единицы, детали от начала эксплуатации или после ремонта до наступле­ния предельного состояния.

Начало эксплуатации машины в соответствии с действующими положениями может исчисляться: с момента ее отгрузки потреби­телю; с момента ее получения потребителем; с момента ее уста­новки у потребителя; с момента окончания ее монтажа и наладки у потребителя; с момента постановки на балансовый учет.

Различают средний ресурс, назначенный ресурс, средний ресурс до ремонта или между ремонтами, гамма-процентный ресурс, сред­ний ресурс до списания.

Назначенный ресурс — суммарная наработка машины, при до­стижении которой эксплуатация должна быть прекращена незави­симо от ее состояния. Этот ресурс назначается из соображений безопасности и экономичности.

Гамма-процентный ресурс — наработка, в течение которой ма­шина не достигнет предельного состояния с заданной вероятностью γ процентов. Гамма-процентный ресурс определяется из уравнения

1-F_p(t) = γ/100, (3.9)

где F_p(t) – функция распределения ресурса.

Коэффициент ресурса детали или сборочной единицы в машине

К_р = R_д/R, (3.10)

где R_Д - ресурс детали или сборочной единицы в машине; R - ре­сурс машины в целом.

Срок службы (Т_сл) - календарная продолжительность работы машины от ее начала эксплуатации или после капитального ремонта до наступления предель­ного состояния, оговоренного в технической документации.

Различают средний срок службы, средний срок службы до ре­монта или между ремонтами, гамма-процентный срок службы, средний срок службы до списания.

Долговечность разделяют на физическую, экономическую и мо­ральную.

Физическая долговечность — это продолжительность работы ма­шины в средних условиях эксплуатации до капитального ремонта или до списания. Для горных машин она определяется чаще всего несколькими ремонтными циклами (сроками между капиталь­ными ремонтами), число которых определяется техническим состоянием базовых деталей.

Списание машин производят в тех случаях, когда их эксплуа­тация становится опасной, технически невозможной или экономи­чески нецелесообразной.

В качестве критерия физической долго­вечности для горных машин может быть принят срок службы ос­новных (базовых или корпусных) деталей, определяемый по формуле

Т_ф = , (3.11)

где S_mas, S_нач – соответственно максимальный и начальный зазор в месте наибольшего изнашивания; tgα – величина, характеризующая интенсивность изнашивания; ε – коэффициент, показывающий, во сколько раз быстрее изнашивается деталь сопряженная с базовой.

Физическая долговечность машин зависит от прочности и изно­состойкости деталей, качества материала и технологии изго­товления, соблюдения правил технической эксплуатации и т. д.

Моральная долговечность - это продолжительность работы (срок службы) машины, после которой её конструкция становит­ся технически и экономически неэффективной по сравнению с но­выми типами машин. Моральная долговечность определяется техническим прогрессом в производстве новых машин. Показатель моральной долговечности определяется из вы­ражения

Т_м = , (3.12)

где η - коэффициент, учитывающий снижение производительности морально устаревшей машины; Р_н - производительность вновь проектируемой машины, м³/ч; Р_о - производительность машин, на момент проектирования, вы­полняющих аналогичные операции, м³/ч; ε - коэффициент, учиты­вающий совершенствование организа­ции производства, повышение квалификации и производительности труда при выполнении смежных операций.

Моральную долговечность машин можно продлить модерниза­цией ее агрегатов, сборочных единиц и узлов, что повышает производительность, надежность и долговечность машин, расширяет их технологические возможности.

Экономическая долговечность - это продолжительность рабо­ты машины, исчисляемая несколькими ремонтными циклами, после которых производительность ее резко снижается, а за­траты каждого ремонтного цикла воз­растают.

Горнотранспортные машины имеют высокую стоимость и значительные сро­ки службы, поэтому их списание не всегда целесообразно после отработки срока, установленного нормативной документацией. В этом случае не­обходим анализ, который позволяет установить, что эффективнее ремонт или списание машины.

Экономическая долговечность машины определяется из выражения

, (3.13)

где А_н - стоимость новой машины; А_Э - удельные эксплуатацион­ные затраты на поддержание машины в работоспособном состоя­нии; С^Т - коэффициент, учитывающий ухудшение эксплуатацион­ных характеристик машины в процессе работы; Т - период вре­мени со дня установки машины до ее замены; К - среднегодовой прирост производительности труда на участке работы машины, ч.

Повышение экономической долговечности машин может быть достигнуто за счет снижения их первоначальной заводской стоимости, умень­шения эксплуатационных расходов и улучшения качества ремонта.

Ремонтопригодность — свойство машины, заключающееся в при­способленности к предупреждению и обнаружению причин возник­новения ее отказов, повреждений и устранению их последствий пу­тем проведения ремонта и технического обслуживания.

Показателями ремонтопригодности являются вероятность вос­становления в заданное время и среднее время восстановления.

Вероятность восстановления Р(t_в) в заданное время t_з - веро­ятность того, что время восстановления Р(t_в) будет меньше времени t_з

Р(t_в) = Р(t_в ≤ t_з). (3.14)

Среднее время восстановления - математическое ожидание времени восстановления работоспособности машины

, (3.15)

где t_Вi - время устранения i-го отказа; n - число отказов.

Ремонтопригодность характеризуется продолжительностью пре­бывания машин в неработоспособном состоянии, затратами труда и средств на выполнение ремонтов и технического обслуживания.

Ремонтопригодность машин зависит от конструктивных и органи­зационных факторов, условий эксплуатации и материально-техни­ческого обеспечения. Чем сложнее машина, тем больше она содержит деталей и сбо­рочных единиц, тем чаще появляются отказы и увеличиваются затраты времени на их устранение.

Сохраняемость - свойство машины непрерывно сохранять ис­правное и работоспособное состояние в течение и после хранения и транспортирования. Показателями сохраняемости являются сред­ний срок сохраняемости, гамма-процентный срок сохраняемости.

Срок сохраняемости определяет календарную продолжитель­ность хранения и транспортирования машины в заданных условиях с учетом проведения необходимого технического обслуживания, установленного в соответствующей нормативно-технической доку­ментации. В основном сохраняемость машины определяется при­способленностью материалов, используемых при ее изготовлении, к условиям хранения и транспортирования.

Следовательно, бесперебойная работа машин зависит от уровня надежности, определяющей эффективность и экономичность их использова­ния.

4.0. Техническое состояние горнотранспортных машин и оборудования в процессе эксплуатации

4.1. Факторы, влияющие на изменение технического состояния

машин

В процессе эксплуатации техническое состояние ГТМиО под дей­ствием различных факторов (горно-геоло­гические условия, атмосферные осадки, влажность, низкие и высокие температуры, абразивность частиц горных пород, кислотность воды, перегрузки и др.), происходит непрерывное ухудшение технического состояния машины, что приводит к изменению эксплуатационных свойств. Так, при износе вооружения долот уменьшается скорость бурения, при износе зубьев ковшей экскаватора резко возрастает величина сопротивления резанию, при изнашивании деталей двигателя привода значительно уменьшается его мощность и повышается расход топлива и т.д. С повышением температуры снижается надежность электрического оборудования машин из-за ухудшения охлаждения токоведущих частей. Резкие перемены температур атмосферного воздуха ухудшают свойства резинотехнических изделий. Низкие температуры приводят к хладоломкости металла деталей машин. Частицы абразивных пород проникая во вращающиеся части машин, подшипники, открытые зубчатые передачи и им подобные, вызывают повышенный износ их, приводящий к поломкам.

Согласно ГОСТ техническим состоянием объекта на­зывается совокупность подверженных изменению в процессе про­изводства или эксплуатации свойств объекта, характеризуемая в определенный момент времени признаками, установленными тех­нической документацией на этот объект. Признаками технического состояния объекта могут быть количественные и качественные ха­рактеристики его свойств.

Под параметрами технического состояния машины понимают механические, электрические, химические и другие величины, а так­же геометрические размеры, определяющие связи и взаимодей­ствие между элементами (например, сопряженными деталями) и средой (например, рабочим органом и горной поро­дой). Параметры технического состояния машины изменяются от номинальных зна­чений до предельных. Уровень исправности машины в нужный мо­мент времени определяется разностью между номинальным и те­кущим значениями параметров технического состояния. Разность между предельным и текущим значениями - остаточный ресурс.

Различают неисправности горнотранспортных машин, не приводящие к отказам, т.е. дефек­ты и неисправности и их сочетания, вызывающие отказы. Устра­нение отказов связано с выводом машины из эксплуатации на определенный период времени. Причины, вызывающие изменение технического состояния, разделяются на конструктив­ные, производственно-технологические, эксплуатационные.

Причины конструктивного характера, приводящие к появлению неисправностей и отказов, это следствие конструктивного несовершенства сборочных единиц и деталей машин. В ряде случаев
это результат ошибок, допущенных при проектировании, из-за неправильного выбора материалов, размеров, допусков, способов терми­ческой обработки и др.

Причины производственно-технологического характера, приводящие к появлению неисправностей и отказов, это результат нарушения технологии изготовления или ремонта деталей. Они мо­гут появляться при неправильной замене материалов деталей или нарушении технологии их обработки, сборке и монтаже машин, приспособленности к восстановлению корпусных деталей.

Причины эксплуатационного характера, приводящие к появлению неисправностей и отказов, возникают в результате есте­ственного изнашивания сопряженных деталей, а также взаимодей­ствия деталей с внешней средой (горной породой, кислородом воз­духа и т. д.). Эксплуатационные неисправности и отказы машин зависят от уровня их технического обслуживания, ремонта, хранения, квали­фикации и отношения обслуживающего персонала. От квалифика­ции рабочих зависит годовая выработка машин, время простоя и затраты на их тех­ническое обслуживание и ремонт.

Одним из важнейших факторов влияющих на техническое состояние ГТМиО является износ и разрушение деталей.