Оценка надежности и сопоставительный анализ эффективности применения шахтных погрузочных машин

Оценка надежности и сопоставительный анализ эффективности применения шахтных погрузочных машин

А.С.Носенко, А.А.Домницкий

Шахтинский институт (филиал) ЮРГПУ (НПИ) имени М.И. Платова

Аннотация: В статье приведена методика моделирования работы погрузочной машины на основе метода статистических испытаний и рассмотрен способ определения текущих удельных затрат. Внедрение разработанной методики позволит определять затраты предприятия при использовании машины по назначению на основе случайных параметров наработок на отказ и среднего времени восстановления работоспособного состояния. Кроме того, упрощается процедура оценки эффективности предлагаемой конструктивно - кинематической схемы машины и прогноз ожидаемых показателей надежности и оптимального времени ее эксплуатации. Заданы исходные данные для расчета и основные результаты технико-экономического анализа работы погрузочных машин 2ПНБ2 и МПНК с новым рабочим органом повышенной ремонтопригодности. Ключевые слова: моделирование, метод статистических испытаний, удельные затраты, шахтные погрузочные машины.

Одним из показателей надежности, определяющим технический уровень горнопроходческих машин, считается приведенная стоимость технического обслуживания. Показатель соответствует определенному техническому состоянию и не может использоваться при решении задач оптимизации. Исследования в области шахтных погрузочных машин свидетельствует о том, что отказы отдельных узлов и деталей подчиняется экспоненциально-степенному закону распределения, а время восстановления работоспособного состояния - логарифмически нормальному [1-3].

Рассмотрим методику моделирования работы погрузочной машины с применением метода статистических испытаний и определения текущих затрат на эксплуатацию погрузочной машины.

:

Метод статистических испытаний подробно приведен в работе [1] и заключается в решении задач на основе изучения случайного процесса, когда текущие параметры соответствуют искомым. В этом случае необходимо иметь генератор случайных чисел с различными законами их распределения.

Например, для моделирования экспоненциального закона

, ч 10, при х < 0

распределения случайной величины, ^(х) = •! , достаточно

[1 - е Хх, при х) 0

принять / (х) = -—1п(1 - х),

X

Для решения задачи с дискретными случайными величинами (наработка до отказа, время восстановления), используются специальные приемы [1].

Проведенные исследования выполнены с целью установления удельных затрат на эксплуатацию погрузочной машины с учетом случайных законов распределения наработок и времени восстановления работоспособного состояния отдельных узлов и частей машины на заданный момент отработки ресурса. Такой подход позволяет оценить эффективность применения той или иной конструкции машины, а также прогнозировать ожидаемые показатели надежности.

Технология моделирования с учетом логико-вероятностного анализа и методов статистических испытаний заключается в следующем:

1. Выбор и конструктивно-кинематический анализ погрузочной машины и ее составных частей: нагребающая часть, ходовая тележка и перегружатель, элементы привода.

2. Составление и обоснование расчетной логико-математической модели надежности исследуемого образца.

3. Формализация закона распределения наработок до отказа (Та1) и времени восстановления работоспособного состояния (TВi) и назначение

параметров (, [лi) с учетом заданных горнотехнических условий проведения выработки.

4. Разработка алгоритма решения в зависимости от поставленной задачи.

Нами проведена оценка надежности и сопоставительный анализ эффективности применения шахтной погрузочной машины 2ПНБ2 и экспериментального образца машины МПНК (рисунок 1) [4-5].

Рис. 1.- Экспериментальный образец погрузочной машины МПНК В таблице 1 определены исходные данные для выполнения расчетов и технико-экономического анализа работы погрузочных машин 2ПНБ2 и МПНК с новым рабочим органом повышенной ремонтопригодности.

Рассчитанные по предлагаемой методике прогнозные технико-экономические показатели эффективности погрузочной машины МПНК в сравнении с базовым вариантом (машина 2ПНБ2), отражены в таблице 2.

Таблица №1

Назначенные параметры для интерпретации наработок на

отказ погрузочных машин 2ПНБ2 и МПНК

Узел машины (деталь) Назначенный ресурс, м3 Т Наработка на отказ, м3 Уо Время восстановления, час Т Параметр экспоненциального закона распределения наработок на отказ, . . _ „ 3 Параметр экспоненциального закона распределения времени восстановления,

2ПНБ2

Погрузочный орган

Конический редуктор лап 20000 5000 5 0,25 0,2

Промежуточный редуктор лап 20000 4500 5 0,25 0,2

Вал синхронизирующий 20000 8500 10 0,1 0,1

Кулисный механизм 20000 4000 2 0,3 0,5

Кривошипный механизм 20000 15000 3 0,05 0,4

Вертикальный вал редуктора лап 20000 15000 6 0,05 0,2

По погрузочному органу 100000 8 1,0 0,1

Ходовая тележка

Тормозные фрикционы 20000 2500 3 0,4 0,3

Натяжное устройство 20000 4000 3 0,25 0,3

Вал привода хода 20000 9000 5 0,1 0,12

Балансиры 20000 15000 12 0,05 0,1

Фрикционы 20000 7000 0,75 0,15 1,5

Траковые секции 20000 1500 2 0,75 0,5

По ходовой тележке 100000 4,5 1,75 0,2

Продолжение таблицы № 1

Скребковый перегружатель

Листы фартуков 20000 6500 3 0,15 0,3

Хвостовая секция 20000 4500 4 0,2 0,02

Вал привода 20000 6500 3 0,15 0,3

Вал звезды 20000 15000 10 0,1 0,1

Приводной 20000 14000 10 0,1 0,1

редуктор

Скребковая цепь 20000 9000 12 0,11 0,08

По скребковому 100000 15 0,75 0,1

перегржателю

Гидрооборудование

Насос 20000 4800 1 0,21 1

Гидроблоки 20000 3500 2 0,29 0,5

Гидравлика 20000 4500 0,5 0,22 2

Гидрозамок 20000 5400 1 0,19 1

По гидрооборудо- 20000 1,12 0,9 0,59

ванию

МПНК

Погрузочный орган

Лапа 20000 20000 2 0,05 0,5

Шарниры 20000 1500 12 0,05 0,1

Гидророблоки 20000 6500 3 0,15 0,3

Узел уплотнений 20000 7000 0,75 0,15 1,3

гидроцилиндров

Гидроцилиндр 25000 8000 3 0,15 0,3

Стол 100000 20000 3 0,05 0,3

По погрузочному 100000 3,75 0,6 0,25

органу

Ходовая тележка

Вал привода хода 20000 5000 6 0,2 0,2

Цепь траковая 20000 4500 3 0,25 0,33

По ходовой 100000 0,4 0,2

тележке

Скребковый перегружатель

Приемный бункер 20000 5500 1 0,2 1

Хвостовая секция 20000 7-00 65 0,15 0,15

Скребковая цепь 20000 5500 1 0,2 1

По перегружателю 100000 1 0,3 1

Продолжение таблицы № 1

Гидрооборудование

Гидроблок 20000 2700 0,67 0,37 1,5

Гидромотор 20000 2300 6 0,43 0,17

Гидроцилиндр 20000 1800 3 0,55 0,33

Гидравлика 20000 4000 0,5 0,25 2

Гидронасос 20000 6200 3 0,16 0,33

Гидрозамок 20000 6300 3 0,16 0,33

По гидроприводу 20000 3,02 2,65 0,31

Таблица № 2

Прогнозные технико-экономические показатели

эффективности погрузочных машин 2ПНБ2 и МПНК

Наименование 3 Суд, руб/м ' 3 Суд, руб/м

2ПНБ2/МПНК 2ПНБ2/МПНК

Погрузочный орган 9,5 / 6,5 9,5 / 6,5

Ходовая тележка 7 / 4 7 / 3,5

Скребковый перегружатель 12 / 7 10 / 6,5

Гидрооборудование 6 / 17 8 / 16

Затраты на восстановление работоспособного состояния 32 / 32 33 / 33

Затраты на проведение тех. обслуживание 41 / 41 31 / 31

Общие затраты на эксплуатацию машин 120 / 120 100 / 100

Суд- для времени наработки до 1-го капитального ремонта (2 10 м ),

5 3

Суд, - для времени отработки назначенного ресурса (10 м ),

Расчеты показывают, что улучшение показателей надежности нагребающей части машины МПНК обеспечивает снижение удельных затрат до 6,5 руб/м . Но, в виду повышения нагрузки на гидравлический привод, падает надежность машины в целом, что приводит к увеличению затрат по ликвидации отказов. В результате чего, суммарные удельные затраты, получаются одинаковыми и составляют около 100 руб/м .

Литература

1. Носенко А.С. Рабочие процессы, параметры и эффективность шахтных погрузочных машин с гидравлическими приводами: дис. ... д-р техн. наук: 05.05.06. Новочеркасск, 2000, 279 с.

2. Носенко А.С., Хазанович В.Г., Носенко В.В., Шемшура Е.А. Выбор комплектов оборудования для проведения подготовительных выработок на основании фактических показателей надежности// Горное оборудование и электромеханика. 2009. №7. С. 8-11.

3. Шемшура Е.А. Пути оптимизации системы эксплуатации горнопроходческого оборудования// Инженерный вестник Дона, 2013. №4. URL: ivdon.ru/magazine/archive/n4y2013/2001.

4. Хазанович Г.Ш., Ляшенко Ю.М., Носенко А.С., Остановский А.А., Никитин Е.В. Разработка гидрофицированных погрузочных и транспортных модулей горнопроходческих машин. // Научно-технические проблемы строительства вертикальных стволов, околоствольных дворов, горизонтальных и наклонных выработок: сб. науч. тр. / АО «Ростовшахтострой», Новочерк. гос. техн. ун-т. Новочеркасск: НГТУ, 1998. С. 159-164.

5. Носенко А.С., Каргин Р.В., Хазанович В.Г., Носенко В.В. Разработка гидрофицированных модулей погрузочно-транспортных систем. // Горное оборудование и электромеханика. 2009. №4. С. 13-16.

6. Ключникова О.В., Шаповалова А.Г., Цыбульская А.А. Основные принципы выбора типа и количества строительных машин для комплексного производства работ//Инженерный вестник Дона, 2013, №4 URL: ivdon.ru/magazine/archive/n4y2013/2064.

7. Directive 2004/54/EC of the European Parliament and of the Council of 29 April 2004 on minimum safety requirements for tunnels in the Trans-European Road Network URL: bmvit.gv.at/verkehr/strasse/tunnel/downloads/ EURL_200454EGvom762004en.pdf.

8. Agreement on Main. International Traffic Arteries (AGR) ECE/TRANS/SC. 1/384 14 March 2008. URL: unece.org/fileadmin/DAM /trans/conventn/ECE-TRANS-SC1-384e.pdf.

9. Cater pillar performance handbook.Edition 41.CaterpillarInc., 2011, -1474 p.

10. Caterpillar performance handbook. Edition 29. Caterpillar Inc., 2011.-1014p.

References

1. Nosenko A.S. Rabochie processy, parametry i jeffektivnost' shahtnyh pogruzochnyh mashin s gidravlicheskimi privodami [Work process, parameters and efficiency underground loading machines with hydraulic drive]: dis. ... d-r tehn. nauk: 05.05.06. Novocherkassk, 2000. 279 p.

2. Nosenko A.S., Hazanovich V.G., Nosenko V.V., Shemshura E.A. Mining Equipment and Electromechanics. 2009. №7. Pp. 8-11.

3. Shemshura E.A. Inzenernyj vestnik Dona (Rus), 2013. №4. URL: ivdon.ru/magazine/archive/n4y2013/2001.

4. Hazanovich G.Sh., Ljashenko Ju.M., Nosenko A.S., Ostanovskij A.A., Nikitin E.V. Nauchno-tehnicheskie problemystroitel'stva vertikal'nyh stvolov, okolostvol'nyh dvorov, gorizontal'nyh i naklonnyh vyrabotok: trudy. Novocherkassk: NGTU, 1998. Pp. 159-164.

5. Nosenko A.S., Kargin R.V., Hazanovich V.G., Nosenko V.V. Mining Equipment and Electromechanics. 2009. №4. Pp. 13-16.

6. Kljuchnikova O.V., Shapovalova A.G., Cybul'skaja A.A. Inzenernyj vestnik Dona (Rus), 2013, №4 URL: ivdon.ru/magazine/archive/n4y2013/2064.

7. Directive 2004/54/EC of the European Parliament and of the Council of 29 April 2004 on minimum safety requirements for tunnels in the Trans-European Road Network URL: bmvit.gv.at/verkehr/strasse/tunnel/downloads/ EURL_200454EGvom762004en.pdf.

8. Agreement on Main. International Traffic Arteries (AGR)ECE/TRANS/SC.1/384 14 March 2008. URL: unece.org/fileadmin/DAM/ trans/conventn/ECE-TRANS-SC1-384e.pdf.

9. Cater pillar performance handbook.Edition 41.CaterpillarInc., 2011. 1474

p.

10. Caterpillar performance handbook. Edition 29. Caterpillar Inc., 2011.1014p.