книги из ГПНТБ / Болошин, Н. Н. Надежность работы технологических узлов и оборудования обогатительных фабрик

Выше был рассмотрен поток отказов, когда временем отказа можно было пренебречь. Для потока отказов с конечным време­ нем восстановления асимптотическое поведение характеристик та­ кое же. В этом случае вместо значений среднего времени безот­ казной работы Т1 и его дисперсии ст,2 используются суммы сред­ него времени безотказной работы н среднего времени восстановле­

новлений могут различаться самое большее на единицу *, а рас­ стояние между соседними моментами отказа пли восстановления {tn' представляют собой случайные величины и с ростом вре­

мени как А,(/), так и /ь(0 приближаются к —---- — , а число от-

м -1- и

казов УД/) и восстановлений УД/) к -----;---- .

Для потока отказов с конечным временем восстановления важ­ ной характеристикой является коэффициент технического исполь­ зования, который определяет вероятность того, что в любой мо­ мент времени на длительном интервале система находится в ис­ правном состоянии и равняется средней доле времени, в котором технологический узел находится в исправном состоянии и который определяется формулой

Для практики очень важен случай, когда поток отказов с ко­ нечным временем восстановления описывается экспоненциальным распределением времени безотказной работы и времени восстанов­ ления, т. е.:

В общем случае, для произвольных законов распределения вероят­ ность исправной работы на участке времени устанавливается труд­ но. Для стареющих элементов справедливы приближенные фор­ мулы

На длительном промежутке времени суммарная наработка (сумма всех периодов работы) определяется формулой

* При постановке под наблюдение большого количества элементов величины Vy(t) и V-y(t) различаются, как правило, больше чем на единицу.

20

Поток отказов представляет собой случайный процесс и обла­ дает свойствами, которые качественно его характеризуют. В произ­ водственных условиях обогатительных фабрик отказы возникают в случайные промежутки времени. Такого рода процессы в зна­ чительной степени обладают свойствами простейшего потока: ста­ ционарностью, отсутствием последействия и ординарностью.

С т а ц и о н а р н о с т ь процесса означает, что вероятность на­ ступления определенного количества отказов на определенном про­ межутке времени зависит от длительности промежутка времени и не зависит от начала отсчета времени. Для такого потока отка­

стоянной. Потоки отказов, не обладающие этим свойством, назы­

времени не зависит от количества отказов, происшедших до этого момента и времени их начала. Потоки отказов, обладающие этим свойством, называются потоками без последействия, а не обла­ дающие им — потоками с последействием.

О р д и н а р н о с т ь потока отказов представляет собой практи-. ческую невозможность появления двух и более отказов в один и тот же момент.

Требования, характеризующие простейший поток, с большой точностью выполняются во многих производственных процессах. Даже в том случае, когда в производственных условиях, поток от­ казов только в известной степени приближается к упомянутой модели, использование ее позволяет получить характеристики, вполне удовлетворяющие потребностям практики [2, 5, 19, 25, 51].

В условиях эксплуатации технологических узлов на обогати­ тельных фабриках предположение о том, что поток отказов явля­ ется простейшим, можно считать обоснованным. Если исключить периоды пуска фабрики, когда происходит приработка оборудо­ вания, и периоды старения, когда наблюдается резкое увеличение количества отказов, то величина интенсивности отказов является постоянной, что показывает наличие свойства стационарности про­ цесса. Моменты отказов оборудования и узлов, вызываемых подчас разными причинами, являются независимыми друг от друга, что указывает на отсутствие последействия, а учитывая, что отказы различных машин и установок являются событиями независимы­

21

ГЛАВА II

КРИТЕРИИ ОЦЕНКИ НАДЕЖНОСТИ РАБОТЫ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ УЗЛОВ И ОБОРУДОВАНИЯ

§1. Классификация отказов

Внастоящее время в обогатительной практике надежность ра­ боты технологических узлов и оборудования определяется с поотказов одного технологического узла большим количеством конмощыо коэффициента использования оборудования во времени, коэффициента технической готовности или характеризуется коли­ чеством труда, затрачиваемого иа поддержание работоспособности. Все три способа дают приблизительную и косвенную оценку на­ дежности.

Коэффициент использования оборудования и коэффициент тех­ нической готовности * являются количественными характеристика­ ми, но только приблизительно н односторонне определяют надеж­ ность. Коэффициент использования учитывает потери времени не только по причине отказов в работе узлов, но также вследствие простоев, вызванных отсутствием руды, воды и т. п. Коэффициент технической готовности не учитывает потери времени вследствие отказов, которые для своей ликвидации не требуют ремонта обору­ дования, или вызваны необходимостью проведения технологической профилактики или не предусмотрены схемой планово-предупреди­

тельного ремонта.

Оценка надежности с помощью определения затрат труда на поддержание работоспособности не может быть количественной ха­ рактеристикой надежности, так как эта величина зависит от квали­ фикации персонала, степени использования приспособлений, орга­ низации работ и т. д. Таким образом, в настоящее время в обо­ гатительной практике отсутствуют критерии, дающие достаточную количественную оценку надежности.

Надежность необходимо определять количественно для того, чтобы было можно производить сравнительную оценку технологи­ ческих узлов и оборудования и сформулировать требования на на­ дежность для вновь создаваемого оборудования и т. д. В связи с этим вводятся такие характеристики надежности, которые могли бы оцениваться численно, были бы независимыми от влияния раз-

* В данном случае термины, применяемые обогатителями, не соответствуют понятиям по ГОСТ 13377—67.

23

личных производственных условий и обстоятельств и давали бы всестороннюю и полную оценки надежности.

В условиях обогатительных фабрик в работе технологических узлов имеет место многообразие состояний, которые могут рас­ сматриваться как отказ, как нарушение технологического или про-, изводствеипого процесса. Поэтому необходима классификация ви­ дов отказов и четкая формулировка понятия отказа для каждого' технологического узла в зависимости от вида рассматриваемой на­ дежности и условий работы узла.

Изучение условий работы и обслуживания технологических уз­ лов и оборудования, нарушений и неполадок в их работе показы­ вает, что в условиях обогатительных фабрик можно рассматривать и оценивать три вида отказов.

М е х а н и ч е с к и е о т к а з ы проявляются как перерыв в ра­ боте вследствие поломки или неисправности машин или инженер­ ных коммуникаций (подачи пульпы, воды, электроэнергии, масла и т. п.).

О п е р а ц и о н н ы е о т к а з ы проявляются как полное наруше­ ние технологической операции без механических отказов оборудо­ вания технологического узла.

П а р а м е т р и ч е с к и е о т к а з ы проявляются как выход пара­ метра за пределы технологической нормы. В этом случае может не быть механических п операционных отказов узла [25, 29, 32, 48,49,50].

В первом случае рассматриваются, например механические от­ казы магнитных сепараторов, мельниц, насосов, конвейеров. Во втором случае может производиться оценка безотказности работы узла разгрузки бункеров, магнитных конусов, дешламаторов и т. п. В третьем случае может производиться оценка надежности под­ держания технологических параметров работы дробилок, узла из­ мельчения, усредмнтельных устройств.

Не всегда можно четко определить границу между названными видами отказов. Однако всегда для параметрических отказов по­ глощающим состоянием является операционный отказ, а для опе­ рационных отказов — механический. При таком подходе представ­ ляется возможным дифференцированно определить надежность ра­ боты технологических узлов и оборудования с введением количе­ ственных оценок. Для технологических узлов, нормальная работа которых проявляется как совокупность перечисленных видов отка­ зов, оценка должна даваться по каждому виду отказов.

Отсюда видно, что формулировка понятий отказа по своему инженерному смыслу существенно зависит от того, какую сторону работы (функционирования) технологического узла или оборудо­ вания необходимо оценивать сточки зрения надежности [5, 51].

Исследование и оценка надежности работы технологических уз­ лов обогатительных фабрик представляет собой более сложную за­ дачу, чем элементов и установок в других отраслях техники, где понятие отказа определяется однозначно и формулируется как со­

24

бытие, после появления которого характеристики выходят за допу­ стимые пределы [2,4].

Для технологических узлов и оборудования обогатительных фабрик такой подход неприменим, так как качество их работы мо­ жет определяться несколькими предельными состояниями в зави­ симости от назначения и условий работы. Поэтому установление надежности технологических узлов всегда связано с анализом ус­ ловий их использования и в отрыве от них не может быть произ­ ведено, а формулировка состояния отказа связана и оказывает влияние на определение параметров надежности, которые подле­ жат оценке.

Впервую очередь необходимы исследование и оценка механи­ ческих 'И операционных отказов, когда отказ приводит к полной потере работоспособности, так как в этом случае недостаточная надежность приводит к наиболее существенным потерям. В этом же случае надежность работы технологических узлов может быть определена нахождением их в двух граничных состояниях: рабо­ тоспособном и неработоспособном, когда полностью нарушается работа узла и без вмешательства обслуживающего персонала ра­ ботоспособность узла восстановлена быть не может.

Вданной работе исследуются механические и операционные от­ казы. Определение вида отказа технологических узлов, принятое при исследовании надежности, дано в табл. 1.

Таблица 1

Определение состояния отказа при оценке механических и операционных отказов

25

§ 2. Критерии и исходные данные для оценки надежности

Выбор критериев для оценки надежности работы оборудования н технологических узлов обогатительных фабрик может быть сде­ лан на основе анализа характеристик, разработанных в теории надежности, анализа условий работы и неисправностей технологи­ ческих узлов и учета особенностей работы обогатительных фаб­ рик.

Характеристики надежности должны удовлетворять следующим требованиям:

давать оценку надежности собственно технологического узла или оборудования и определяться данными о работе узла: време­ нем безотказной работы, и временем восстановления;

оценивать потери рабочего времени и учитывать влияние на­ дежности на коэффициент использования оборудования во вре­ мени;

сравнивать надежность работы технологических узлов и обору­ дования при разных технических решениях и условиях работы;

выделять узлы или причины, являющиеся главным источником

дующие характеристики:

Р\ — вероятность безотказной работы;

P i — вероятность продолжительности отказа; К — параметр потока отказов;

T i — наработка на отказ (среднее время безотказной рабо­ ты);

Т2 — среднее время восстановления; Кт. и. — коэффициент технического использования *.

Определения характеристик надежности и формулы для их рас­ чета даны в табл. 2.

Для всесторонней характеристики надежности работы техноло­ гических узлов и оборудования необходимо одновременное исполь­ зование нескольких показателей, так как отдельный показатель характеризует только одну сторону надежности.

Вероятность безотказной работы на заданном интервале вре­ мени является основной характеристикой надежности и опреде­ ляет надежность работы узла во времени. Физический смысл этой характеристики определяется так. Если вероятность безотказной работы магнитных сепараторов на интервале времени 100 ч состав­ ляет 80%, то это значит, что по истечении 100 ч в работе останется в среднем 80% сепараторов, или что из общего количества заре­ гистрированных периодов безотказной работы 80% периодов будут

* В обогатительном практике, например в системе Г1ПР мельниц, эту харак­ теристику определяют неправильно, так как не учитывают потери времени на профилактические работы, не связанные с ремонтом, например на загрузку ме­ лющих тел. За счет этого Кт.„ оказывается искусственно завышенным.

26

Т а б л и ц а 2

Характеристики надежности технологических узлов и оборудования обогатительных фабрик

Определяющая формула

в среднем иметь длительность более 100 ч. Вероятность безотказной работы P\(f) п вероятность возникновения отказа Qi(t) связаны зависимостью

Вероятность продолжительности отказа является характери­ стикой, определяющей вероятность, с которой ликвидируется отказ.

Коэффициент технического использования определяет долю вре­ мени или вероятность нахождения узла в работоспособном состоя­ нии в любой момент времени. При установившемся процессе коэф­ фициент технического использования асимптотически приближа­ ется к величине Г] : (^-(-Гг). При низкой надежности работы уз­ ла, высокая ремонтопригодность может дать значение коэффици­ ента технического использования, близкое к единице, поэтому ис­ пользование только одной этой характеристики для оценки надеж­ ности может привести к ошибочным выводам. Коэффициент техни­ ческого использования Кт. п и коэффициент неисправности Ки свя­ заны зависимостью

Характеристики надежности X, Ти Л'т. н обладают важным свой­ ством для проведения анализа причин недостаточной надежности работы технологических узлов. Если при исследовании надежно­ сти технологического узла устанавливается несколько «слабых мест» или если снижение надежности обусловлено действием не­ скольких причин, то общие характеристики надежности могут быть представлены суммой частных характеристик. Возможность рас­ членения в ряд наработки на отказ и интенсивности потока отка­ зов дает возможность определить влияние каждой причины пауменьшение вероятности безотказной работы или наработки на отказ.

Одновременное использование характеристик Р и Р2, Т\, Т2 дает исчерпывающую характеристику надежности.

Основные характеристики надежности при любом законе рас­

Взаимосвязь коэффициента использования оборудования с ха­ рактеристиками надежности определяется следующим образом.

Коэффициент использования оборудования определяется отно­ шением суммы времени периодов работы к общей сумме времени периодов работы и периодов простоев:

28

Сумма времени периодов простоев включает: время простоя вслед­ ствие отказов, неисправностей и проведения профилактических ра­

онным причинам.

Коэффициент технического использования определяется по фор­ муле

При больших простоях вследствие неполадок в работе смеж­ ного оборудования и смежных служб и организационных причин влияние коэффициента технического использования на коэффици­ ент использования оборудования незначительно. В условиях ин­ тенсивного использования оборудования потери времени вследст­ вие отказов достигают более 50% общих потерь времени.

§ 3. Методика хронометражных наблюдений и обработки исходных данных

Исследование надежности работы технологических узлов ба­ зируется на опытных данных об отказах, полученных в условиях промышленной эксплуатации. Опытные данные позволяют устано­ вить законы распределения времени безотказной работы (вероят­ ность безотказной работы) и времени восстановления (вероятность продолжительности отказа) и предложить математическую модель, отражающую изменение надежности работы узлов во времени.

Опытные данные позволяют получить количественные характе­ ристики надежности и определить влияние различных причин на интенсивность и продолжительность отказов, п на этом основа­ нии могут быть разработаны методика расчета надежности раз­ личных узлов и рекомендации по повышению их надежности.

Основным способом получения необходимой и достоверной ин­ формации являются специально организованные хронометражные наблюдения за работой оборудования и технологических узлов в

29