Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии |
Характеристики надежности оборудованияСтр 1 из 25Следующая ⇒
Общие сведения. Высокая оперативность работы транспортной цепи открытых горных разработок, внедрение новых инженерных решений при конструировании и высокая стоимость содержания тяговых агрегатов ставят одним из основных вопрос повышения характеристик надежности их основного оборудования. В связи с усовершенствованием конструкции подвижного состава, применением современных высокоэффективных материалов следовало бы ожидать снижения числа отказов, увеличения межремонтных пробегов, однако исследования показали, что сложность оборудования подвижного состава и интенсивность его использования в ряде случаев опережают рост надежности применяемых элементов. Улучшение технических характеристик новых типов электроподвижного состава не всегда сопровождается повышением их надежности при значительном возрастании стоимости. Как показала практика эксплуатации, электроподвижной состав имеет ряд узлов с низкой надежностью, и основной задачей следует считать не только определение фактических значений характеристик надежности, но и их нормирование. Таким образом, исследование характеристик надежности производится с целью выдачи обоснованных рекомендаций конструкторам для прогнозирования надежности новых систем на стадии проектирования, разработки эффективных технологических процессов восстановления деталей и узлов с нормированными значениями этих характеристик. Полученные численные значения характеристик надежности дают возможность при проектировании заложить, в изготовлении обеспечить и в эксплуатации поддержать экономически оптимальные показатели надежности. Одним из основных понятий, определяющих состояние объекта, является отказ — событие, заключающееся в нарушении работоспособности локомотива, имеющее любое из следующих последствий: – невыполнение показателей (веса поезда, времени хода, скорости движения); нарушение графика движения из-за восстановления работоспособности локомотива в пути следования; неплановый ремонт; – досрочная замена или регулировка оборудования; – повышенный объем работ по отношению к регламентированным на плановом ремонте. Тяговый агрегат представляет собой сложную систему, состоящую из большого числа элементов. Отказ элемента — это событие, заключающееся в нарушении хотя бы одного из его параметров, границы которого определены указаниями технической документации. По своему характеру отказы распределяются на две основные группы: внезапные и параметрические. Внезапный отказ характеризуется резким изменением одного или нескольких параметров элемента (пробой изоляции, появление трещин и разрушение деталей, перекрытие изоляционной поверхности электрической дугой и т. п.). Однако такие отказы не наступают вдруг, их появлению предшествуют медленно протекающие скрытые физические процессы (старение изоляции, накопление усталостных изменений структуры металла, изменение количественного и качественного характера загрязнений изоляционной поверхности и т. п.). Таким образом, внезапность отказа определяется технической возможностью контроля за ходом процесса, поэтому мероприятия планово-предупредительной системы ремонта далеко не всегда достигают цели. Борьба с появлением внезапных отказов должна проводиться в двух направлениях: профилактикой и торможением скрытых процессов разрушения. Наряду с этим следует заниматься изучением закона распределения вероятностей безотказной работы и параметра потока отказов. В первом случае эффективными мерами могут быть: соблюдение эксплуатационных режимов (нагрузка, скорость, частота колебаний, температура), повышение устойчивости металла к усталостным явлениям, замена существующих материалов более эффективными и т. п. Знание закона распределения вероятностей безотказной работы элемента, анализ параметра потока отказов позволяют прогнозировать границы наработки элемента, когда вероятность отказа наибольшая. Параметрический отказ определяется как момент наступления предельного состояния элемента вследствие изменения свойств, форм и размеров деталей (износ, старение), ухудшения производительности агрегата, изменения регулировочных характеристик аппаратов, ухудшения параметров полупроводниковых вентилей и т. п. Прогнозирование ухудшения параметров узлов (агрегатов) производится методами параметрической надежности машин. В соответствии с принятыми понятиями отказ элемента влечет за собой и отказ системы, например тягового агрегата. Так как основной задачей, возложенной на тяговый агрегат, является вывозка определенного объема горной массы в смену, в качестве основного критерия отказа следует считать время простоя тягового агрегата для восстановления его работоспособности. Однако время устранения отказа колеблется в широких пределах, большое значение имеет место и время вынужденной стоянки локомотиво-состава. Поэтому условно считают, что если остановка не вызвала сбоя в работе транспортной цепи, а отказ был устранен силами локомотивной бригады подручными средствами за время, не вызвавшее снижения производительности, — отказа не произошло. В табл. 2 представлены данные об отказах основного оборудования электровозов и тяговых агрегатов в процентах от общего их числа на локомотиве. Из анализа данных табл. 2 видно, что наименее устойчиво работают электрические аппараты. Характерные повреждения: повышенный износ контактов, обрыв гибких проводов (шунтов), износ шарниров подвижной системы, нарушение тока уставки реле, аппаратов защиты и т. п. Отказы элементов механической части: разрывы бандажей колесных пар, изломы рессорных листов и подвесок, интенсивный износ деталей ударно-сцепных устройств и их разрушение, износ сопряжений межтележечных сочленений, неисправности редукторов тягового привода, разрушение резинометаллических блоков буксовых тяг. Отказы тяговых двигателей возникают главным образом из-за разрушений выводов обмоток возбуждения, соединений межкатушечного монтажа, пробоя витковой и корпусной изоляции обмоток якоря и возбуждения, сползания шестерен. Основным видом отказа пневматического и тормозного оборудования являются пропуск воздуха клапанами, манжетами, соединениями, повреждения клапанных коробок компрессоров, резкое повышение температуры их цилиндров, износ колец. Выпрямительные установки отказывают из-за пробоя полупроводникового слоя, ухудшения характеристик. Причинами отказов оборудования тяговых агрегатов являются: неудовлетворительная конструкция (К), некачественное изготовление (И), нарушение режима эксплуатации (Э),
Таблица 2
некачественный ремонт (Р). Статистические данные причин и числа отказов применительно к тяговому агрегату ОПЭ2 за 3 года эксплуатации представлены в табл. 3. Таблица 3
Таким образом, причиной большего числа отказов является неудовлетворительное качество ремонта и нарушение режима эксплуатации подвижного состава. Так, неудовлетворительное содержание автосцепных устройств, нарушения режима восстановления корпуса автосцепки и деталей шарнирного узла вызывают их интенсивный износ и разрушения. Попытки восстановить гребни бандажей колесных пар наплавкой без выкатки из-под локомотива приводят к образованию трещин и последующему их разрыву. На основании анализа отказов оборудования т. п.с. можно выявить узлы и детали, неудовлетворительно работающие в эксплуатации, установить причины. Это позволяет определить основные направления при конструировании нового подвижного состава и назначить такие технологические процессы восстановления, которые обеспечили бы повышение эксплуатационной надежности. Нормируемые характеристики надежности. Надежность является комплексным свойством изделия и применительно к электроподвижному составу (узлам, агрегатам) включает следующие характеристики: безотказность, долговечность, ремонтопригодность и сохраняемость. Безотказность — свойство объекта непрерывно сохранять работоспособность в течение некоторого времени (наработки) при соблюдении заданных условий эксплуатации. Основные показатели безотказности представлены в табл. 4. Определение вероятности безотказной работы для тягового агрегата дает лишь общее Таблица 4
представление о его состоянии. Такой показатель может быть ограниченно использован как сравнительная величина, характеризующая в общем динамику состояния локомотива. При проектировании нового т. п. с. безотказность может быть задана исходя из условий работы или указана в ГОСТ. Более полно безотказность характеризует состояние узла (детали). Для узлов, непосредственновлияющих на безопасность движения, а также для узлов повышенной ответственности при их изготовлении или выпуске из ремонта показатель безотказности нормируют. Фактические, рассчитанные по результатам обработки статистических данных показатели тяговых агрегатов за наработку Tо, значения параметра потока отказов ω (t) приведены в табл. 5. Таблица 5
Гистограмма параметра потока отказов электровоза EL1 (рис. 3) дает возможность сделать следующие выводы: начало эксплуатации характеризуется значительным ростом отказов, что свидетельствует о низком качестве изготовления; период доводки значителен и составляет около 10 мес; начальный период эксплуатации электровозов, прошедших ремонты ТР-3 и средний, характеризуется значительным числом отказов с тенденцией к последующему росту. Это указывает-на низкое качество ремонта, а также на неудовлетворительную диагностику при приемке из ремонта. Период доводки превышает 12 мес после среднего и 20 мес после текущего ремонта. Период установившейся работы характеризуется низким уровнем безотказности. Таким образом, анализируя характерные участки гистограммы: приработки установившегося режима и интенсивной плотности отказов, можно судить об эффективности существующей системы содержания электроподвижного состава, конструктивных недостатках ответственных узлов. Долговечность — это свойство объекта сохранять работоспособность до наступления состояния, регламентированного технической документацией, при установленной системе содержания. Долговечность характеризуется показателями, представленными в табл. 6.
Для определения ресурса детали (наработка до восстановления или списывания) устанавливают границу допуска и систематическими замерами определяют интенсивность (скорость) износа. Строят график износа и аппроксимируют его уравнением, что дает возможность определить ресурс при изменении объема работы. По результатам расчетов составляют карту ресурсов деталей и узлов и используют в дальнейшем для определения межремонтных пробегов, проверки эффективности технологических процессов восстановления деталей и модернизации. Срок службы локомотива определяется с учетом постоянного роста интенсивности его использования, увеличения эксплуатационно-ремонтных затрат и затрат на изменение структуры и цикличности ремонта в зависимости от надежности, изменения цен на локомотивы, ввода в эксплуатацию новых локомотивов с улучшенными характеристиками. Таблица 6
Существующими технологическими методами деталь востанавливается неоднократно, однако долговечность ее ограничивается двумя факторами: накоплением усталостных напряжений, изменением структуры металла и граничным значением суммарных расходов на ее восстановление за время эксплуатации Ti сопоставленных с затратами на ее приобретение. Суммарные затраты, связанные с приобретением и содержанием детали (узла), могут быть выражены: где Сизд — стоимость изделия за вычетом реализованных остатков после списания; Сг — ежегодные затраты, связанные с содержанием изделия; ∫ (г) — ежегодные затраты на содержание, изменяющиеся во времени: ∫ (t)=α tγ з, где α — постоянный коэффициент, определяющий норму прогрессирующих затрат; γ з — показатель, характеризующий степени роста прогрессирующих затрат за время t. Выполнив подстановку, получим исходную формулу: . Функция удельных затрат: . Для определения оптимального срока службы tопт продифференцируем полученное уравнение по t и приравняем нулю: , или , или . Расчет оптимальной долговечности целесообразно вести для узлов с высокой начальной стоимостью и значительными затратами на восстановление: электрические машины, дизель-генераторная установка, выпрямительная установка, некоторые электрические аппараты. Ремонтопригодность локомотива — это его свойство, заключающееся в приспособленности к предупреждению, обнаружению и устранению отказов путем проведения технического обслуживания и текущих ремонтов. Ремонтопригодность является функцией факторов конструктивного, производственно-технического и эксплуатационного характера. Конструктивные факторы: рациональная расчлененность конструкции на обособленно изготавливаемые и обслуживаемые элементы (блочность конструкции); доступность конструктивных элементов для обслуживания и ремонта; особенности расположения деталей и сопряжений в сборочных единицах, являющихся объектами систематического контроля, интенсивного обслуживания и ремонта; применение рациональных методов контроля и оптимальное размещение и оформление контрольных точек; рациональное конструктивное оформление мест разъема, сопряжений элементов конструкции и самих элементов, позволяющее применить при ремонте высокопроизводительное технологическое оборудование и эффективные восстановительные процессы. Факторы производственно-технологические: уровень организации труда; внедрение современных технологических процессов; наличие на предприятии совершенного контрольного и технологического оборудования и его техническое состояние; применение технологических процессов, обеспечивающих направленное формирование заданных свойств восстановленных деталей. К эксплуатационным факторам относятся: принятая система эксплуатации и система планово-предупредительных ремонтов; система обеспечения материалами и запасными частями; уровень технического обучения локомотивных бригад и ремонтного персонала. Из перечисленных наиболее существенными являются конструктивные факторы, так как ремонтопригодность преимущественно закладывается при проектировании. Эффективность мероприятий по улучшению показателей ремонтопригодности определяется их изменением (∆ РП) как произведение вероятности появления одного или большего числа отказов Р∫ за время Т и вероятности Рп восстановления объекта за время t: . Здесь интенсивность обслуживания μ = 1/tср, где tcp — среднее время обслуживания. Таким образом, улучшение ремонтопригодности зависит от четырех параметров. Следует считать рациональным определение следующих показателей ремонтопригодности (табл. 7). При оценке ремонтопригодности локомотива определяют узлы, являющиеся объектами интенсивного обслуживания, ремонта и систематического контроля, а также нормируют ТВ, Рв(t), Ccp. Показатель нормируют с целью сокращения простоев в неплановых ремонтах для узкого круга узлов: токоприемников, колесно-моторных блоков (КМБ), ударно-сцепных устройств. При выполнении плановых видов ремонта, используя данные сетевого графика, рассчитывают вероятность выполнения завершающего события, что также характеризует восстановление элемента в заданный срок, т. е. его ремонтопригодность: , где Ф0 — нормированная функция Лапласа; TТп — заданный срок завершения конечного события; Т0п — ожидаемое время завершения конечного события; σ п — дисперсия работ, лежащих на критическом (рядовом) пути: , здесь σ 2tk — среднее квадратичное отклонение времени работ, лежащих на критическом пути. Для полной характеристики надежности тягового агрегата используют комплексные показатели надежности (табл.8).
Таблица 7
Таблица 8
Таким образом, комплексные показатели более полно отвечают требованиям производства, так как позволяют определить время пребывания тягового агрегата в исправном состоянии, насколько хорошо его конструкция отвечает требованиям ремонтопригодности, размеры затрат на восстановление его работоспособного состояния. В свою очередь анализ затрат позволяет определить степень оснащенности и организации производства, оценить квалификацию исполнителя. При расчете показателей надежности важное значение имеет выбор независимой переменной фиксированной величины, относительно которой производятся расчеты. В качестве независимой переменной для т. п. с. карьерного транспорта могут быть приняты следующие показатели: календарное время работы, время исправного состояния, пробег, выполненная работа, количество израсходованной электроэнергии, масса перевезенного груза. Все эти показатели тесно коррелированы между собой, однако окончательный выбор производят, руководствуясь следующими критериями: показатель должен учитывать специфику эксплуатации т. п.с. и цикличность работы оборудования, показатель должен точно учитываться. В соответствии с этим для механического оборудования, электрических аппаратов и машин может быть принята выполненная работа (ткм); для пневматического оборудования — количество перевезенного груза (т). При определении оптимального значения коэффициента технического использования (кти) исходят из того, чтобы при принятой системе содержания затраты на выполнение плановых и неплановых ремонтов с учетом амортизационных отчислений были наименьшими. Если в качестве наработки на отказ принять груз q, перевезенный тяговым агрегатом за время t0, т. е. х = q t0, тогда: . При оптимальном значении наработки на отказ с учетом минимизированных затрат коэффициент , где Са – амортизационные отчисления; Сав — средняя стоимость проведения одного аварийного ремонта; Суд — удельные затраты на проведение плановых ремонтов. Определение оптимального значения коэффициента технического использования дает возможность установить численное значение уровня безотказной работы т. п. с. Если при сравнении коэффициент Кти опт окажется больше фактического коэффициента технического использования Кти факт, то уровень безотказности не только является достаточным, но даже имеет некоторый «запас» по этому параметру. Внезапные и параметрические отказы, являясь величинами стохастическими, подчиняются определенным законам распределения вероятности безотказной работы, интенсивности отказов и средней наработки до отказа. Сохраняемость т. п. с, его узлов, деталей или материалов характеризуется их способностью непрерывно сохранять исправное и работоспособное состояние в течение определенного срока хранения и транспортировки. Для тяговой единицы различают сохраняемость до ввода в эксплуатацию (нахождение в резерве) и в период эксплуатации (временная постановка в резерв). При заданных условиях хранение т. п. с. не должно отрицательно сказываться на его безотказности и долговечности при последующем вводе в эксплуатацию. Применение показателей сохраняемости имеет смысл также для ряда запасных частей и материалов. Продолжительность хранения детали или материала, как правило, не сказывается заметно на их состоянии, однако при вводе в эксплуатацию (использование материала) показатели надежности таких объектов могут оказаться значительно ниже аналогичных, не подвергавшихся хранению. Так, продолжительное хранение аккумуляторных батарей снижает их емкость, существенному старению и потерей свойств подвергаются электроизоляционные материалы (лаки, компаунды, эмали и т. п.). В период хранения происходит постепенное увеличение обратного тока полупроводниковых вентилей с интенсивностью до 0, 621 А/год. Сохраняемость изделий характеризуется таким сроком нахождения на хранении, в течение которого ухудшение характеристик не выходит за пределы обусловленных норм. Показателями сохраняемости являются средний и γ -процентный срок сохраняемости. Обоснование требуемого уровня безотказности тягового агрегата. В ряде случаев стремление к повышению уровня безотказности производится без знания фактической потребности в этом, что приводит к неоправданным затратам. Поэтому определение рационального значения безотказности имеет первостепенное значение. Тяговый агрегат (локомотиво-состав) является элементом «транспортной цепи» (системы), состоящей из ряда подсистем (рис. 4). С точки зрения надежности все подсистемы «транспортной цепи» и их элементы связаны между собой последовательной зависимостью, т. е. отказ каждого элемента вызывает отказ подсистемы и в конечном результате всей системы в целом. При последовательной зависимости п элементов вероятность безотказной работы , где безотказность i-гo элемента цепи.
Безотказность цепи определяется регулярностью питания приемных бункеров фабрики и непрерывностью работы участка дробления руды. Многолетними наблюдениями установлено, что фактический уровень безотказности цепи, удовлетворяющий поставленным требованиям, находится в пределах 0, 80 — 0, 83. При этом элементы цепи (подсистемы) имеют следующие фактические значения безотказности: I - 0, 970; II - 0, 995; III -0, 978; V -0, 997; тогда безотказность локомотиво-состава (подсистемы IV) будет 0, 850. Безотказность прицепных думпкаров составляет 0, 950. Тогда уровень безотказности тягового агрегата без учета числа локомотиво-составов на линии составит 0, 807. Таким образом определяется необходимое значение безотказности с учетом местных условий эксплуатации. Тогда значение безотказности каждой подсистемы системы «тяговый агрегат ПЭ2М» (рис. 5) с учетом обеспечения безопасности движения определится: I — 0, 988; II - 0, 975; III - 0, 895; IV- 0, 980; V- 0, 970; VI - 0, 980. Рассчитанное по фактической необходимости значение безотказности тягового агрегата обосновывается сравнением фактического Кгф и оптимального Кг опт коэффициентов готовности. Так, если Кгф > Кг опт, уровень безотказности тягового агрегата не только достаточен, но и имеет некоторый «запас». При безотказности, удовлетворяющей потребность эксплуатации, еще велики расходы на устранение неплановых ремонтов узлов, непосредственно не влияющих на безопасность движения. Для таких узлов безотказность может быть обоснована экономическими критериями. Если узел восстанавливается на плановых ремонтах с периодичностью х и стоимостью срп, а стоимость непланового восстановления qрн и закон распределения вероятности безотказной работы узла F(x), тогда удельные затраты на восстановление за наработку хо , где Н (х) - функция восстановления; Сну - стоимость нового узла; Т- срок службы узла. Уровень безотказности будет оптимальным, если суд достигнет наименьшего значения. Сбор и обработка информации. Для расчета показателей надежности и определения эффективности восстановительных мероприятий необходимо создание информационной системы. Основные требования, предъявляемые к информации о работе т.п.с: непрерывность, своевре
менность, полнота и объективность. Так как статистика об отказах является совокупностью случайных чисел, результаты будут получены с известными погрешностями, при этом погрешность будет убывать с возрастанием числа данных. Однако для получения большого числа данных необходима постановка под наблюдение большой группы объектов, что в условиях локомотиворемонтного производства и отсутствия штата работников весьма затруднительно. Поэтому возникает задача выбора такого наименьшего числа объектов наблюдения, при котором можно достаточно объективно и достоверно численно характеризовать работу узла. Если неизвестен закон распределения, расчет числа объектов производят, руководствуясь следующей методикой. Число наблюдаемых локомотивов N и продолжительность испытания tи в течение которого ведутся наблюдения, связаны соотношением , где m — число выборок; L— наработка на отказ; η — коэффициент, зависящий от уровня доверительной вероятности β. Наработка на отказ , здесь — суммарное время работы всех наблюдаемых локомотивов; — суммарное число отказов всех наблюдаемых локомотивов. Далее задаются уровнями относительной ошибки δ и доверительной вероятности β (обычно принимают δ = 0, 1 и β = 0, 9). В зависимости от принятых значений δ и β, используя данные таблиц справочников, определяют число выборок m, которое необходимо для получения принятого значения доверительной вероятности η (для принятых значений δ и β число m = 200). Затем по значениям β и m из таблиц находят значение η (при β = 0, 9 и m = 200 коэффициент η = 0, 92) и определяют необходимое число наблюдаемых локомотивов.
Для повышения достоверности результатов следует увеличить число наблюдаемых локомотивов или повысить продолжительность наблюдений. Сбор информации об отказах осуществляется группой надежности депо, которая производит первичную обработку и кодирование (рис. 6). Основной целью этой работы является создание информационных банков на каждый тяговый агрегат на магнитных лентах для последующей обработки на ЭВМ. При подаче специальных программ из банка можно выбрать данные об отказах по видам оборудования, определенному признаку или группе признаков, получить сравнительные характеристики работы оборудования, определить количественные зависимости исправности работы оборудования от условий эксплуатации, оценить качество ремонта, получить расчетные значения трудоемкости и стоимости плановых и неплановых ремонтов и т. д. Используя банк, мастер депо за 2 — 3 сут до постановки тягового агрегата на плановый ремонт может получить с уровнем доверительной вероятности 0, 892 необходимые данные для ремонта: объем регламентных работ, трудоемкость ремонта, перечень необходимых запасных частей и материалов, загрузку технологического оборудования - и сможет подготовиться к предстоящей работе. С помощью специальной программы можно вызвать из банка данные, необходимые для аналитического прогнозирования надежности на этапе проектирования. Популярное:
|
Последнее изменение этой страницы: 2016-04-11; Просмотров: 2080; Нарушение авторского права страницы