На правах рукописи удк 622. 232 Шемшура Елена Анатольевна выбор рациональных вариантов проходческого оборудования с учетом фактических показателей надежности специальность 05.
Скачать 426.22 Kb.
|
Третья глава посвящена теоретическим исследованиям и математическому моделированию надежности проходческого оборудования. Оценка эффективности работы системы машин основывается на выборе критериев оценки работоспособности, ремонтопригодности и долговечности проходческого оборудования и обосновании принятия комплексного критерия фактического уровня надежности. Применительно к этому оборудованию определена номенклатура показателей надежности: коэффициент готовности КГ, вероятность безотказной работы  , вероятность восстановления  , среднее время восстановления  и наработки на отказ  , средний ресурс до списания  и до капитального ремонта  .При этом произведено уточнение определения «коэффициента готовности» применительно к проходческим машинам. Основываясь на различии технической (QT) и эксплуатационной (QЭ) производительности машины, считаем наработку Т, определенную с использованием QT, наработкой по чистому времени работы машины (ТМ), а наработку Т, определенную с помощью QЭ наработкой по общему времени работы машины (ТО). Соответственно определяем и коэффициент готовности. Среднее время восстановления ТВ в общем случае включает: время на обнаружение неисправности (tобн); время на вызов ремонтной службы (tвыз); продолжительность поиска и доставки запасных частей (tпз); непосредственное время на устранение отказа (tнв). Часть перечисленных составляющих зависит только от технологичности машины (tобн; tнв), а часть – от организации технического обслуживания (tвыз;tпз). Поэтому следует различать общее время восстановления: ТОВ = tобн+ tвыз+ tпз+ tнв и технически необходимое время восстановления отказа: ТТВ = tобн+ tнв. Коэффициенты готовности, определенные по ТОВ и ТТВ, также имеют различный смысл. Коэффициент КГ, определенный по ТОВ, характеризует надежность машины при сложившемся уровне технического обслуживания (ТО), а определенный по ТТВ – при организации технического обслуживания, исключающей простои машины из-за вызова ремонтной службы, поиска и доставки запасных частей. Таким образом, взаимосвязь коэффициентов готовности представляем схемой, в которой  - максимально возможный при интенсивной эксплуатации машины;  - при интенсивной эксплуатации машины и существующей организации ТО и Р;  - максимально возможный при существующей организации проходческого цикла;  - коэффициент готовности в реальных условиях эксплуатации.
Для сравнения разнотипных машин по показателям надежности более объективным следует считать коэффициент , так как этот коэффициент характеризует машину без учета влияния существующего уровня организации проходческих и ремонтных работ. Коэффициент можно использовать для количественной оценки надежности однотипных машин, работающих в сходных горнотехнических условиях эксплуатации. Все четыре коэффициента рассчитываются в результате обработки одних и тех же производственных данных.В качестве целевой функции в настоящем исследовании приняты приведенные (удельные) к 1 м3 горной выработки в целике затраты на эксплуатацию оборудования СЭО, ограничением является уровень производительности системы не ниже заданного. Приведенные фактические затраты представим в виде формулы: СЭО=Сам+См+Сзп+Сэ+Срр , где часть статистически постоянных членов, таких как заработная плата Сзп, амортизационные отчисления на реновацию Сам, затраты на материалы См, стоимость энергии Сэ определяются по известным методикам, но в отличии от них выражаются через требуемую производительность. Особую группу в рассматриваемых затратах составляют затраты на поддержание и восстановление работоспособного состояния машин Срр, напрямую зависящие от их технического уровня, надежности, и существующей организации сервиса оборудования. В эту группу входят удельные затраты на капитальный ремонт Скр, профилактические ремонты Ср, и ликвидацию случайных отказов Со:  . Математическая модель, связывающая производительность проходческой системы и ее стоимостные характеристики, имеет следующий вид:   , где n - количество механического оборудования в забое; Сi – балансовая стоимость машины для потребителя, руб.; Тф – фактический ресурс для списания, ч; Q – требуемая производительность проходческой системы, м3/ч; Ко – коэффициент, учитывающий заготовительно-складские расходы; τпр – тарифная ставка проходчика со всеми доплатами и начислениями, руб./см; tсм – расчетная (чистая) продолжительность смены, ч; nм – число проходчиков, занятых на основных операциях; Твсп – суммарная трудоемкость вспомогательных работ за смену, чел.-ч/м3; z – тариф на электроэнергию, руб./кВт-ч; NΣ – суммарная энерговооруженность забоя, кВт; Кс – средний коэффициент спроса в течение смены; τ – относительная продолжительность работы оборудования за смену; Кi - калькуляционной стоимости ремонта машины на рудоремонтном заводе, руб.; Ткр - реальной средней длительности ремонтного цикла, ч; Тн.р – достигнутый ресурс машины, ч; α – коэффициент, учитывающий затраты на демонтаж, транспортировку и монтаж машин при каждом капитальном ремонте; Тр.о , Тт. j – наработка машин проходческой системы на ремонтный осмотр и текущий ремонт j-го типа соответственно; l – количество текущих ремонтов j-го типа; Сро, Ст - затраты на ремонтные осмотры оборудования и проведение текущих ремонтов соответственно, руб.:  ,  , здесь τр – средняя часовая зарплата рабочего-ремонтника с доплатами и начислениями, руб./ч; qро, qт – трудоемкость выполнения ремонтного осмотра и текущего ремонта соответственно, чел.-ч; Сзч, Срм – затраты на запасные части и расходные материалы соответственно, руб.; λi – интенсивность отказов машины (определяется по данным наблюдений за работоспособностью оборудования); Тв.ср - среднее время устранения отказа проходческой системы, ч; т – количество рабочих-ремонтников, занятых устранением отказа.Представленное выражение позволяет определять приведенные затраты на эксплуатацию оборудования проходческой системы на любой момент отработки ресурса при обеспечении эксплуатационной производительности не ниже заданной. Построение математической модели процесса функционирования проходческой системы основано на априорном анализе надежности. Проходческая система является типично сложной системой, состоящей из подсистем, решающих три основные технологические задачи: разрушение массива горных пород, удаление продуктов разрушения за пределы контура выработки, обеспечение устойчивости обнаженных поверхностей. Процесс эксплуатации системы представляет собой последовательность различных состояний ее элементов (работы, профилактики, ремонта). Элементы каждой  -ой подсистемы характеризуются интенсивностью отказов  и восстановлений  . Величины  и являются достаточным математическим описанием работы проходческой системы при = 1, 2, 3, 4. Величины с индексом =1 относим к средству разрушения массива; =2 - средству для уборки горной массы; =3 - средствам удаления горной массы из призабойной зоны; =4 - оборудованию для крепления выработки.По принятым определениям проходческая система относится к однофункциональной системе, задачей которой является проведение горной выработки в течение интервала времени   , где - время работы, предусмотренное проходческим циклом. Каждый элемент находится в одном из двух состояний: .При этом возможны такие отказы элементов сложной системы, которые снижают качество функционирования машины, но не приводят к ее полному отказу. В дальнейшем состояние рассматриваемой системы, описывается  -мерным вектором  : .Состояние  системы можно интерпретировать как двоичное число, все возможные состояния системы выписать в порядке следования натурального ряда чисел в двоичной системе исчисления. Выпишем эти состояния, транспонировав вектор-столбец  в вектор-строку  :    Считаем, что потоки отказов и восстановлений работоспособности системы ординарны. Тогда переход из состояния  в состояние  возможен лишь в том случае, когда вектор отличается от вектора значением только одной компоненты.Далее каждому состоянию системы присвоим характеристику качества функционирования  системы в этом конкретном состоянии. Каждый из элементов выполняет определенные функции, необходимые для выполнения задачи системой в целом. В нашем случае для выполнения задачи – проведения горной выработки - требуется, чтобы происходило отделение горной массы от массива, осуществлялась погрузка горной массы и ее перемещение, происходило временное и постоянное крепление выработки. Будем считать, что все элементы системы должны работать в течение всего времени выполнения задачи, и отказавший элемент сразу же начинает восстанавливаться, а система продолжает выполнять задачу, но уже другим способом. Переход системы из одного состояния в другое характеризуется отказом или восстановлением только одного элемента системы. Каждый элемент системы характеризуется постоянной интенсивностью отказов  и восстановлений  . Величины  и  являются вероятностями перехода системы из одного состояния в другое за промежуток времени  . В связи с изменением состояния системы изменяются способы  выполнения задачи и соответственно меняются характеристики  качества функционирования системы. В рассматриваемом случае будем считать, что характер перехода системы из состояния в состояние является Марковским, т.е. все будущее поведение системы зависит от ее настоящего состояния и не зависит от ее прошлого поведения.Марковский процесс характеризуется матрицей переходных вероятностей  :  .Элементы этой матрицы  - условные вероятности перехода в момент  из состояния  в состояние  . Переходные вероятности для  представляются в виде:  .Вероятность остаться в состоянии  определяется как вероятность события, дополнительного к совокупности всех возможных переходов из этого состояния в другие :  , где  - интенсивность перехода из состояния в состояние  (т.е. или  ).Очевидно, что  ,  ,т.е. матрица переходных вероятностей является стохастической (сумма элементов каждой ее строки равна 1). Возможные состояния системы и переходы между ними для данного случая изображаются с помощью графа состояний (рис. 2).
процессом с непрерывным временем и конечным числом дискретных состояний. Вероятность состояний в момент  можно связать с вероятностями состояний в момент . Действительно, система может попасть в состояние двумя взаимно исключающими друг друга путями. Во-первых, она уже может находиться в состоянии  в момент времени и не сделать ни одного перехода в течение интервала  . Эти события имеют вероятности  и  соответственно. Во-вторых, в момент времени система может находиться в одном из состояний  и за время совершит переход из состояния в состояние . Эти события имеют вероятность  пребывания системы в состоянии в момент времени  , которую можно описать уравнением: .Здесь вероятность  и  - условные вероятности не покинуть состояние за время или перейти из состояния в состояние при условии, что система находилась в состоянии или  соответственно. Рассматриваемый процесс удобно характеризовать матрицей интенсивностей переходов   ,  ,где  - число способов выполнения задачи.Для того чтобы получить вероятность попадания системы в состояние за время одним из возможных способов вероятности умножаются на или  соответственно. Затем в соответствии с теоремой полных вероятностей берется сумма этих произведений по всем возможным способам . Задавшись начальными условиями, решается эта система уравнений, и получаем вероятности  того, что система в момент  будет находиться в состоянии  ,  . Применительно к рассматриваемому случаю, система дифференциальных уравнений имеет вид:  .Таким образом, проведенный априорный анализ надежности проходческой системы позволяет заключить, что представленная матрица является матрицей коэффициентов системы дифференциальных уравнений для вероятностей состояния системы, что, в свою очередь, позволяет решать прямую и обратную задачи надежности: прямая - оценка качества функционирования системы по известным показателям надежности, обратная - определение требуемого набора показателей надежности для заданных показателей качества функционирования системы (максимум производительности, минимум затрат на эксплуатацию).Для проведения статистических испытаний и решения задач, связанных с оценкой эффективности эксплуатации проходческого оборудования разработан имитационно-моделирующий алгоритм (рис. 3), который объединяет процессы функционирования отдельных машин в общий процесс всей технологической системы. И позволяет определять приведенные затраты на эксплуатацию машин с учетом случайного потока отказов и восстановления работоспособного состояния на любой момент отработки ресурса, с возможностью принятия решения об эффективности применения проходческого оборудования, а также возможности прогнозирования ожидаемых показателей надежности и оптимальных сроков эксплуатации. Статистические испытания на имитационной модели проводились с целью исследования влияния основных факторов на критерий эффективности и целевую функцию. Обработка результатов моделирования проводилась методами математической статистики, при этом ошибка не превысила 10% при доверительной вероятности 0,95. Оценка адекватности модели проводилась путем сравнения результатов моделирования и данных хронометражных наблюдений за работой проходческой техники, расхождение между результатами вычислительного эксперимента и опытными данными не превысило 14%. Обработка результатов статистических испытаний позволила установить зависимости, по которым можно сделать вывод, что уровень надежности проходческих машин, соответствующий КГ = 0,82-0,86, вполне способен свести до минимума потери времени, связанные с отказами. Поэтому значение времени наработки на отказ системы Тос находящееся в диапазоне 5-6 ч, можно считать оптимальным (при Твс = 0,8-1,3 ч). Полученные зависимости позволяют прогнозировать значения приведенных затрат на эксплуатацию проходческого оборудования при различных значениях производительности, надежности, интенсивности отказов оборудования в процессе эксплуатации (рис. 4, 5). В результате эксперимента получены значения коэффициента готовности комплектов проходческого оборудования в различных горнотехнических условиях. На основании анализа результатов экспериментальных исследований установлено, что при сокращении количества капитальных ремонтов на один и увеличенном среднем ресурсе до капремонта на 50 % (что возможно за счет проведения агрегатированных ремонтов по фактическому состоянию) уровень приведенных затрат на эксплуатацию будет ниже на 10-12 % к моменту отработки ресурса, чем при обычном режиме эксплуатации.  Рисунок 3. Блок-схема алгоритма расчета приведенных затрат потребителя при эксплуатации проходческого оборудования с учетом фактических показателей надежности
нутую наработку, но и саму стоимость ремонта или заменяемых частей. Основой для вывода предложенного показателя послужил коэффициент готовности изделия  , применяемый как более объективный для сравнения разнотипных машин по показателям надежности, а также оценки уровня организации технического сервиса. Показатель тяжести отказа имеет вид:  , где  - коэффициент, учитывающий стоимость ремонта относительно стоимости машины в целом.Следовательно,  .Этот показатель применим для оценки как одного наступившего отказа какого-либо элемента системы, так и для всей системы в целом. Разработанная программа для расчета приведенных затрат на эксплуатацию проходческого оборудования позволяет получать необходимые значения для определения предложенного показателя (табл. 2). Графики для определения КТ по всей системе при определенном коэффициенте технической готовности в зависимости от относительного коэффициента  приведены на рис. 6.При определении значений предложенного показателя принимался ряд допущений и ограничений: - коэффициент готовности берется условно одинаковым для всех элементов системы с последовательным их соединением (например, для одного элемента системы – 0,5, 0,6, …1,0 или для всей системы в целом – 0,125, 0,216, …1,0, когда  );- число элементов системы равно 3, принимаем коэффициент готовности для постоянного крепления выработки равным 1; - считаем нецелесообразным рассмотрение отказов с показателем тяжести более 1, так как в данном случае имеем либо затраты на ремонт, превосходящие в стоимость оборудования, либо недопустимо низкий коэффициент готовности системы.
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Г
определяется постоянными величинами 
, 
, то переходные вероятности 
не зависят от времени, следовательно, матрица 
является стационарной, а Марковский процесс, для которого матрица переходных вероятностей стационарна, называется однородным.
; 2 – при 
;
; 4 - при 
;
; 6 – при 
Похожие:
 | На правах рукописи удк 544. 032. 65 Никифоров Александр Михайлович... Учебный курс (рабочая программа) «Логика научного исследования» для аспирантов очной и заочной форм обучения специальностей 09. 00.... | | Рабочая программа учебной дисциплины монтаж и эксплуатация бурового оборудования В задачи дисциплины входит также изучение студентами методов расчёта надёжности и долговечности и умения их использовать с учётом... |
| На правах рукописи удк: 616. 716. 1-053. 31/7-071. 3 Нувахов Натан... «Технология изделий легкой промышленности» и 262200. 62 «Конструирование изделий легкой промышленности» | | На правах рукописи пономарёва елена Владимировна мифопоэтика и интертекстуальность... Урок включает в себя дополнительный материал, таблицы, схемы, документы, дающие возможность значительно активизировать учебную деятельность,... |
| Доклад белоногова василия васильевича главы администрации города... Россия, 197046, Санкт-Петербург, ул. Малая Посадская, 30; Тел.: (812) 232 59 15; Факс: (812) 232 33 76; e-mail | | Учебно-методическое пособие специальность 030501. 62 «Юриспруденция» Миронова Елена Анатольевна – преподаватель кафедры уголовного права и процесса фгбоу впо «рэу им. Г. В. Плеханова», кандидат юридических... |
| Учебно-методический комплекс криминалистика (название дисциплины)... Миронова Елена Анатольевна – преподаватель кафедры уголовного права и процесса фгбоу впо «рэу им. Г. В. Плеханова», кандидат юридических... | | Учебно-методический комплекс судебная экспертиза (название дисциплины)... Миронова Елена Анатольевна – преподаватель кафедры уголовного права и процесса фгбоу впо «рэу им. Г. В. Плеханова», кандидат юридических... |
| Учебно-методический комплекс судебная медицина (название дисциплины)... Миронова Елена Анатольевна – преподаватель кафедры уголовного права и процесса фгбоу впо «рэу им. Г. В. Плеханова», кандидат юридических... |  | На правах рукописи «Новоубеевская основная общеобразовательная школа» Дрожжановского муниципального района Республики Татарстан |
| На правах рукописи ... | | На правах рукописи Федерального Государственного образовательного стандарта общего образования (фгос ооо, М.: «Просвещение», 2011 год) |
| На правах рукописи Данное постановление в районной газете «Северный край» и разместить на официальном сайте Администрации района | | На правах рукописи Утвердить прилагаемую Стратегию развития медицинской науки в Российской Федерации на период до 2025 года |
| На правах рукописи Печатается по решению учебно-методической комиссии Института истории фгаувпо «Казанский (Приволжский) федеральный университет» | | На правах рукописи Барклая Вадим Ильич Жуков С. В. Королюк Е. Г. Избранные лекции по медицине катастроф. – Тверь, 2007. – 120с |
