Надежности работы оборудования горной машины

В результате анализа литературных источников для примере карьерных экскаваторов распределение отказов, по видам оборудования [1]: около 40% отказов от общего их количества приходится на электрооборудование экскаваторов, из них 21,3% отказов происходит в схемах и аппаратуре управления, 6,7% - в высоковольтном распределительном устройстве, 2% - в трансформаторе, а остальные в генераторах и электродвигателях. Основные виды отказов электрической части: обрыв проводов, пробой изоляции, распайка, расцепление и размыкание контактов, механические повреждения.

Характерные отказы виброчувствительного оборудования карьерного экскаватора в процентном отношении к общему количеству отказов наработки на отказ распределяются следующим образом. Магнитная станция управления – разрегулировка параметров – 62%, замена вышедших из строя элементов (пускателей, контакторов, автоматов и др.) – 22%, обрыв проводов и нарушение контактов – 16%, силовой трансформатор – обрыв токоведущей шины – 54%, разрушение сварочных швов маслобака – 46% (в результате всех зарегистрированных отказов была осуществлена замена трансформатора); осветители и прожекторы – замена вышедшей из строя лампы – 57%, замена виброизолирующей пружины – 35%, замена или ремонт патрона – 8%; прожектор – замена лампы и поджатие винтов рефлектора – 58%, поджатие винтов на изоляторе ввода кабеля – 29%, замена патрона – 10%, замена прожектора – 3,0%.

Поскольку производительность экскаватора в основном пропорциональна категории пород по трудности экскавации то наряду с фотопланиметрированием, одним из критериев при оценке горнотехнических условий эксплуатации была выбрана производительность экскаваторов за чистое время погрузки. В табл.4.2 приведены горнотехнические условия и соответствующие им интегральные спектральные функции.

Интегральные спектральные функции это энергетические “индикаторы” динамических нагрузок оборудования экскаваторов. Из таблицы видно, что исследования проводились на двух экскаваторах в каждом из забоев групп 1-3, и на пяти экскаваторах в забоях 4-й группы. Увеличение числа испытуемых машин для забоев 4-й группы связано с трудностями выдерживания неизменных горнотехнических условий, присущих забоям этой группы в длительной эксплуатации экскаваторов и необходимостью обеспечения надежности полученных статистических данных.

Таблица 4.2

Характеристика горнотехнических условий и суммарной вибрационной нагрузки I _ср(f) оборудования экскаваторов выбранных для исследования

При определении количества испытуемых осветителей и прожекторов учтено, что заводом-изготовителем устанавливается по 17 осветителей и 7 прожекторов на каждом экскаваторе ЭКГ–8И.

Предполагаемое значение средней наработки на отказ Т было принято из наших предварительных исследований [94]: для осветителей Т_осв =200 ч, для прожекторов Т_пр = 800ч, для станции управления Т_мсту = 300 ч и силового трансформатора Т_стр = 5300 ч.

Требуемая продолжительность наблюдений в соответствии с формулой (4.1) составила: для забоев групп 1-3 - t_осв =1000 ч, t_пр = 10000 ч, t_мсту = 25500 ч, t_стр = 450500 ч, для забоев группы 4 - t_осв =400 ч, t_пр = 1600 ч, t_мсту = 5100 ч, t_стр = 365500 ч.

При расчете параметров надежности первоначально нами была принята гипотеза об экспоненциальном законе. Такая гипотеза была принята на основании того, что из экспериментальных данных показателей эксплуатационной надежности различных виброчувствительных объектов на различных экскаваторах для каждой группы забоя в зависимости от I _ср(f), параметр потока отказов l имел приблизительно постоянную величину. Например, для магнитной станции управления: в группе І- l»2,9; в группе II- l»3,5; в группе ІІІ- l»4,4; в группе IV- l»7,0. Постоянство параметра потока отказов исследуемых объектов является предпосылкой экспоненциального закона распределения наработок на отказ, поскольку для этого закона справедлива зависимость:

. (4.2)

Исследованиями [1] установлено, что с повышением вибронагруженности показатели эксплуатационной надежности объектов исследований резко ухудшаются. В табл. 4.3. приведены показатели эксплуатационной надежности магнитной станции управления, из которой видно, что ее наработка на отказ Т для экскаваторов 1-й группы забоев в 2,4 раза больше чем для 4-й. При этом пара метр потока отказов λ для станции управления увеличился более чем в 2 раза, а вероятность безотказной работы уменьшилась почти в 4 раза.

Среднее время восстановления t_в также является функцией вибронагруженности станции управления и увеличилось в 1,5 раза для экскаваторов 4-й группы по сравнению с 1-й. Это говорит о том, что с увеличением вибрационных нагрузок для отказавших станций управления их ремонты усложняются.

Аналогичные результаты получены для осветителей и прожекторов (табл. 4.4.), в этой связи мы пришли к выводу, интегральная спектральная функция вибрационного процесса I( Δ f) в исследованном диапазоне 0,2-160 Гц максимальной энергии вибрационного процесса карьерного экскаватора может служить объективным показателем оценки параметров эксплуатационной надежности виброчувствительного электрооборудования машины. Как было показано в разделе 3, эта функция является комплексной характеристикой энергии процесса колебаний, связывающей мощность этого процесса и горнотехнические условия работы машины.

Таблица 4.4

Показатели эксплуатационной надежности осветителей и прожекторов экскаваторов ЭКГ-8И для различных горнотехнических условий эксплуатации

В результате обработки экспериментальных данных установлены зависимости между изменением интегральной спектральной функции вибрационного процесса I( Δ f), наработкой на отказ Т и параметра потока отказов λ виброчувствительного оборудования. Экспериментальные данные этих зависимостей показаны на рис. 4.1. Из рисунка видно, что, например, с уменьшением значений интегральной спектральной функции вибрационного процесса прожектора от I₁( Δ f)= 0,336 м²/с⁴ до I₂( Δ f)=0,06 м²/с⁴, соответственно для групп забоев IV и I, табл. 4.1, параметр потока отказов λ₂ уменьшился по сравнению с λ₁ в 2,5 раза (см. также табл. 4.4). При этом наработка на отказ Т₂ увеличилась по сравнению с Т₂ в 3 раза.

Рис. 4.1. Зависимости средней наработки на отказ Т и параметра безотказной работы λ_i от интегральной спектральной функции мощности вибрации I(Δf):

1 – осветители; 2 – прожекторы; 3 – станция управления

Эмпирические выражения зависимостей, показанных на рис.4.1, представлены формулами (4.3) и (4.4):

. (4.3)

где Т₁ и Т₂ – наработка на отказ, соответственно, до и после изменения вибрационной нагрузки;

I₁( Δ f) и I₂( Δ f) – значения интегральной спектральной функции (суммарной вибрационной нагрузки) процесса в диапазоне частот 1,4 Гц £ D f £160 Гц.

Из формулы (4.3) видно, что наработка на отказ пропорциональна отношению интегральных спектральных функций I₁( Δ f)/I₂( Δ f) в степени 0,5, или тожественно прямо пропорциональна корню квадратному из величины изменения суммарной вибрационной нагрузки. При этом параметр потока отказов λ₂ равен частному от деления первоначального значения параметра λ ₁ на корень квадратный из отношения интегральных спектральных функций:

, (4.4)

Расчетная величина снижения λ₂ в соответствии с формулой (4.4) в данном случае составляет 2,4 раза, что находится в пределах статистической погрешности результатов экспериментальных исследований.

О существенном влиянии величины суммарной вибрационной нагрузки на вероятность безотказной работы виброчувствительного оборудования свидетельствуют также кривые (рис.4.2), которые почти эквидистантно сдвигаются вниз пропорционально увеличению I( Δ f). Откуда видно, что увеличение вибрационной нагрузки в 2-3 раза, снижает вероятность безотказной работы оборудования в среднем на 40-80%.

Рис. 4.2. Зависимости вероятности безотказной работы P(t) от интегральной спектральной функции мощности вибрации I(Δf) экскаватора ЭКГ-8И:

1, 2, 3, 4 – магнитная станция управления; 5, 6, 7, 8 – осветители кузова