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.
|
На правах рукописи УДК 622.232 Шемшура Елена Анатольевна ВЫБОР РАЦИОНАЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ПРОХОДЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ С УЧЕТОМ ФАКТИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ НАДЕЖНОСТИ Специальность 05.05.06 – «Горные машины» Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Новочеркасск - 2009 Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт)» Научный руководитель: доктор технических наук, профессор Носенко Алексей Станиславович Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Ляшенко Юрий Михайлович кандидат технических наук, старший научный сотрудник Ошеров Борис Аронович Ведущая организация - ГОУ ВПО «Уральский государственный горный университет» Защита состоится «30» июня 2009 г. в 10 часов на заседании диссертационного совета Д 212.304.04 при ГОУ ВПО «Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт)» по адресу: 346428, г. Новочеркасск, Ростовской обл., ул. Просвещения, 132. (гл. корпус, к. 107). С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке университета, с текстом автореферата – на сайте ЮРГТУ (НПИ): www.npi-ru. Автореферат разослан «26» мая 2009 г.
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность работы. Отличие угледобывающего предприятия от большинства других промышленных предприятий состоит в том, что затраты на приобретение и эксплуатацию оборудования и поддержание машин в работоспособном состоянии имеют более весомую часть, и по сути определяют эффективность работы предприятия. Горнопроходческие работы (ГПР) являются ключевым звеном в системе горного предприятия. В целях повышения их эффективности ведутся работы в направлении создания комплектов и агрегатов нового технического уровня технического перевооружения ГПР, проводятся значительные исследования, направленные на совершенствование механического способа разрушения с помощью исполнительных органов проходческих комбайнов, а также использование энергии высоконапорных струй воды в сочетании с механическим способом разрушения. Одним из путей повышения эффективности ГПР ведущие специалисты считают разработку научно обоснованных процедур выбора горнопроходческого оборудования. Решение такой задачи актуально по следующим соображениям: - во-первых, существование множества вариантов проходческих машин, из которых для конкретных условий могут быть скомпонованы комплекты и комплексы (это оборудование для разрушения горного массива, удаления горной массы из призабойной зоны и крепления выработки); - во-вторых, высокая стоимость оборудования и значительный уровень экономического риска; - в-третьих, завышенные характеристики оборудования, рекламируемые заводами-изготовителями, вызывают необходимость в апробированных методах оценки фактических возможностей оборудования на основе моделирования процессов его эксплуатации; - в-четвертых, неполнота информации о процессах эксплуатации горнопроходческих машин приводит к искаженным результатам оценки характеристик машин. В результате анализа проведенных ранее исследований эффективности ГПР и путей ее повышения установлено, что существующие показатели, критерии и характеристики ее оценки, как правило, индивидуальны для каждой из машин. При оценке надежности, как одной из важнейших составляющих эффективности применения оборудования, недостаточно учитывается влияние фактических показателей надежности отдельных элементов проходческой системы на качество функционирования и выходной эффект системы в целом, а также случайный характер многих событий, таких как отказы оборудования, их ликвидация, изменение условий эксплуатации и других. Таким образом, представляется актуальным научное обоснование и разработка метода выбора вариантов рационального проходческого оборудования на основании фактических показателей надежности и с учетом технико-экономической оценки конечной эффективности их применения. Соответствие диссертации плану работ ЮРГТУ (НПИ) и целевым комплексным программам. Диссертационная работа входит в состав исследований по научному направлению «Интенсивные ресурсосберегающие методы и средства разработки угольных пластов, использование углей и охрана труда», утвержденному решением Ученого Совета ЮРГТУ (НПИ) от 25.01.01 г., и выполнена в рамках темы П-53-767 «Исследование рабочих процессов и совершенствование конструкций горнопроходческих машин», проводимых кафедрами «Технологические машины и комплексы» и «Сервис транспортных и технологических машин» в рамках НИР Шахтинского института (филиала) ЮРГТУ (НПИ). Цель работы. Повышение эффективности горнопроходческих работ путем выбора рациональных вариантов проходческого оборудования на основе исследований фактических показателей надежности и технико-экономической оценки его функционирования. Идея работы. Оценка эффективности проходческого оборудования и выбор рационального варианта комплекта машин для проведения подготовительных выработок осуществляется методом статистических испытаний с учетом фактора надежности по критерию минимизации приведенных затрат на эксплуатацию. Научные положения: - при проведении подготовительных выработок по породам с коэффициентом крепости по шкале проф. М.М. Протодьяконова f=6-14 зависимость наработки на отказ бурильных и погрузочных машин от крепости описывается гиперболической функцией, время восстановления и коэффициент готовности – линейной; - случайные величины наработки на отказ горнопроходческого оборудования подчиняются экспоненциальному и экспоненциально-степенному (двухпараметрическому распределению Вейбулла с параметром формы b=0,8-1,5) законам распределения, случайные величины времени восстановления - экспоненциальному и логарифмически-нормальному законам; - выбор рациональных параметров горнопроходческих машин целесообразно производить на основе имитационно-статистической модели функционирования, с использованием метода статистических испытаний и генерацией потоков случайных чисел, подчиненных экспоненциальному, экспоненциально-степенному и логарифмически-нормальному законам распределения; - надежность горнопроходческого оборудования характеризуется комплексным критерием - показателем тяжести отказа, учитывающим готовность машин к работе в реальных условиях эксплуатации и относительную стоимость восстановления работоспособного состояния. Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается применением современных апробированных методов исследований: анализа научно-исследовательских работ, посвященных исследуемому вопросу; статистических методов планирования вычислительных экспериментов, выполненных с использованием современных ПЭВМ и программных продуктов; адекватностью теоретических моделей реальному процессу (расхождение расчетных и опытных данных в большинстве случаев не превышает 10%); достаточностью объема экспериментальных данных при уровне доверительной вероятности 0,9 и относительной ошибке не более 10 %. Научная новизна работы состоит в следующем: - для полученных зависимостей показателей надежности бурильных и погрузочных машин от коэффициента крепости горных пород установлены численные значения коэффициентов уравнений регрессии на основе данных производственных наблюдений за работоспособностью горнопроходческого оборудования в подготовительных забоях; - получены численные параметры законов распределения случайных значений наработки на отказ и времени восстановления проходческого оборудования; - разработана математическая модель надежности технической системы: модель формирования потоков отказов и восстановлений работоспособности оборудования системы с учетом фактических показателей надежности позволяет имитировать процесс эксплуатации системы и устанавливать ее эффективность. - предложен новый критерий оценки надежности проходческого оборудования для сравнения различных вариантов при одинаковых комплексных показателях, обеспечивающий возможность учета относительной стоимости восстановления работоспособного состояния. Значение работы. Научное значение заключается в обосновании критерия оценки эффективности проходческого оборудования, позволяющего определять затраты на восстановление работоспособного состояния проходческой техники, и уточнении на его основе принципов выбора рациональных вариантов оборудования; описании процесса эксплуатации проходческой системы как стохастического с учетом фактических показателей надежности, благодаря которым учитывается реальная работоспособность машин; установлено соответствие применяемых законов распределения случайных величин потокам отказов и восстановлений составляющих элементов системы на основе экспериментально полученных данных. Практическое значение состоит в том, что ее результаты, в частности, методика, алгоритм и программное обеспечение используются при выборе горнопроходческих машин и оценке их характеристик эксплуатационной надежности техники применительно к конкретным условиям эксплуатации и направлены на дальнейшее совершенствование методов проектирования проходческих систем. Внедрение результатов диссертационной работы. Основные результаты диссертационных исследований приняты к применению техническими службами шахт и угольных предприятий ЗАО «Управляющая компания «Гуковуголь»; нашли отражение в «Методике организации сбора и анализа информации об эксплуатационных качествах проходческого оборудования в условиях Российского Донбасса», утвержденной и принятой к использованию ОАО «Ростовуголь», ОАО «Гуковуголь» и ОАО «КМЗ»; «Методике выбора рациональных вариантов оборудования проходческой системы», утвержденной и принятой к использованию ЗАО «Управляющая компания «Гуковуголь». Апробация работы. Основные положения и результаты исследований доложены и одобрены на научно-практических конференциях Шахтинского института ГОУ ВПО ЮРГТУ (НПИ) (1996-2008 г.г.), на IX международной научно-практической конференции «Информационно-вычислительные технологии и их приложения» г. Пенза (2008 г.), на симпозиуме «Неделя горняка-2009» г. Москва, на научных семинарах кафедр «Технологические машины и оборудование» и «Сервис транспортных и технологических машин» ШИ (Ф) ГОУ ВПО ЮРГТУ (НПИ). Публикации. По теме диссертации опубликованы 13 научных работ. Автор выражает признательность доктору технических наук Г.Ш. Хазановичу, а так же коллективам кафедр «Сервис транспортных и технологических машин» и «Технологические машины и оборудование» ШИ (Ф) ГОУ ВПО ЮРГТУ (НПИ) за оказанную поддержку и методические советы на различных этапах исследований. ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ В первой главе проведен анализ ситуации, сложившейся на шахтах и угольных предприятиях Восточного Донбасса, установлено современное состояние механизации горнопроходческих работ по статистическим данным в динамике. Это позволило выделить причины снижения эффективности проведения ГПР, направления повышения технико-экономических показателей, основные тенденции развития. Одним из направлений изучения путей повышения эффективности эксплуатации проходческого оборудования является критический анализ методов оценки его надежности, имеющий следующую последовательность:
Вопросам совершенствования проходческого оборудования, исследования его надежности посвящены работы многих известных ученых: докт. техн. наук Г.В. Родионова, А.Д. Костылева, Н.В. Тихонова, Я.Б. Кальницкого, С.С. Музгина, А.А. Соловьева, С.А. Полуянского, Г.С. Рахутина, Л.И. Кантовича, Г.М. Водяника, Б.А. Верклова, И.В. Ляшенко, Р.Ю. Подэрни, Н.И Сысоева, Г.Ш. Хазановича, А.И. Деева, П.А. Михерева, Ю.М. Ляшенко, А.С. Носенко; канд. техн. наук С.Г. Калмыкова, О.П. Иванова, В.Г. Сильня, С.И. Носенко, О.Д. Гагина, В.Д. Ерейского, Н.В. Гонтаря, И.Д. Мариана, П.Д. Кравченко, И.Ф.Рюмина, С.Е. Лоховинина и других. Анализ работ, посвященных изучению надежности горношахтного оборудования, позволяет сделать следующие выводы: уровень надежности горного оборудования остается еще низким, а изучение вопросов, связанных с надежностью проходческого оборудования, имеет очень большое практическое значение; вопросы, посвященные надежности решаются в основном применительно к добычному оборудованию (результаты этих работ, представляющие большую ценность в методическом отношении, не могут быть использованы в настоящем исследовании, что обусловлено особенностями работы проходческих комплектов); для проходческого оборудования работы посвящены в основном погрузочным машинам, для которых решались задачи, позволившие оценить эксплуатационные показатели надежности, определить структуру и величину трудозатрат на поддержание машины в работоспособном состоянии, а также произвести анализ стоимости технического обслуживания. Так как при строительстве горных выработок эксплуатируется различное механическое оборудование, представляющее в совокупности сложную техническую систему, возникает необходимость системного подхода к изучению проблемы надежности и перехода от одного отдельно взятого типа оборудования к проходческим комплектам и комплексам в целом. Анализ состояния вопроса показал, что для достижения цели диссертации требуется решение следующих задач: - изучение и систематизация условий эксплуатации горнопроходческой техники на угольных шахтах Российского Донбасса; выбор базовых шахт и горных выработок для проведения производственных наблюдений и исследований; - уточнение методики и разработка программы производственных наблюдений за работоспособностью проходческого оборудования; - сбор, обобщение данных о работоспособности, ремонтопригодности, ресурсе горнопроходческих машин, их узлов в типичных условиях эксплуатации; - выбор количественных показателей надежности проходческого оборудования для оценки эффективности его эксплуатации; - разработка адекватных математических моделей, описывающих показатели надежности и эффективности проходческих систем с учетом случайных процессов возникновения отказов, восстановления и планового технического обслуживания; - разработка методики оценки затрат на эксплуатацию оборудования с учетом фактических показателей надежности и ремонтопригодности, позволяющей определять их на момент отработки установленного ресурса при обеспечении эксплуатационной производительности не ниже заданной; - проведение статистических испытаний, анализ результатов испытаний, разработка рекомендаций по оценке эффективности проходческого оборудования и методики выбора рационального проходческого оборудования в конкретных горно-геологических условиях. Во второй главе приведены результаты производственных наблюдений за работоспособностью горнопроходческого оборудования. Сбор информации об условиях проведения горных выработок в Восточном Донбассе проводился на 20 шахтах по 179 подготовительным забоям, в результате определены характерные условия эксплуатации проходческого оборудования и номенклатура средств механизации технологических процессов, получивших наибольшее применение при строительстве выработок. Установлено, что основное количество выработок проводится по породам выше средней крепости и крепким, характерными являются сечения площадью от 12 до 15 м2, более 70% общего объема проходки образуют горизонтальные и слабонаклонные выработки. Анализ средств механизации горнопроходческих работ выявил следующее: из общего объема комбайнами проходится около 8% выработок, остальные – буровзрывным способом с использованием погрузочных и буропогрузочных машин. Парк погрузочных машин распределяется поровну между машинами непрерывного и периодического действия. Для механизации процесса бурения шпуров используются колонковые электросверла ЭБГП–1, бурильные установки типа УБШ и навесное бурильное оборудование. Для удаления разрушенной горной массы из призабойного пространства в основном применяется конвейерный транспорт. Для определения показателей надежности проходческих машин разработана «Методика организации сбора и анализа информации об эксплуатационных качествах проходческого оборудования в условиях Российского Донбасса», проведены производственные наблюдения. Наблюдения проводились по выборочному методу. Результаты наблюдений обрабатывались известными методами математической статистики и теории вероятности. Влияние условий поведения горных выработок на надежность машин определялось установлением зависимостей показателей надежности бурильных и погрузочных машин от крепости горных пород. Полученные уравнения регрессии, графическое изображение которых представлено на рис. 1, довольно точно описывают имеющийся материал – для всех уравнений связи корреляционное отношение было не ниже 0,89. Случайные значения наработки на отказ и времени восстановления горнопроходческих машин, полученные в результате производственных наблюдений, проверялись на соответствие различным законам распределения. В качестве критерия для поверки согласованности эмпирического и выбранного теоретического распределений использовали критерий К. Пирсона. Установлено, что наработка машин хорошо описывается двухпараметрическим законом распределения Вейбулла, с параметром формы b от 0,8 до 1,5; время восстановления – экспоненциальным и логарифмически-нормальным законам. 
Рисунок 1. Зависимости показателей надежности проходческого оборудования от крепости горных пород Проведены анализ и обобщение результатов исследований работоспособности проходческого оборудования, проводимых кафедрой «Технологические машины и оборудование» ШИ (ф) ЮРГТУ (НПИ) в условиях Российского Донбасса, и публикаций данных аналогичных исследований в Кузбассе. Основные показатели функционирования оборудования проходческих систем приведены в таблице 1. Таблица 1
Это позволило получить фактические количественные показатели надежности серийно выпускаемого проходческого оборудования и обоснованно подойти к определению исходных данных для проведения исследований работоспособности и ремонтопригодности проходческих систем с учетом ожидаемых затрат на ее эксплуатацию в современных условиях применения. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
окт. техн. наук, профессор
Добавить документ в свой блог или на сайт
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 |
