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

Исследование надежности работы мелы-шц показывает, что су­ ществующий уровень безотказности, определяемый наработкой на отказ в 21—75 ч, недостаточен. Для увеличения надежности рабо­ ты мельниц необходимо уменьшить интенсивность отказов, воз­ никающих вследствие подтяжки болтов и загрузки стержней.

§ 5. Надежность работы футеровки мельниц*

Исходным материалом для изучения надежности работы футе­ ровки являются опытные данные промышленной эксплуатации мельниц на обогатительных фабриках Джезказганского и Балхаш­ ского горно-металлургических комбинатов, полученных в течение

4—7 лет.

Обработаны данные по работе 400 комплектов футеровок трех

100ГСЛ, сплава 300X12Г5) и работающих в 1—3 стадиях измель­ чения. Данные, характеризующие конструкцию, материал и каче­ ство футеровок, приведены в табл. 26.

При исследовании надежности работы футеровок учитывалась надежность полного комплекса футеровки, в связи с чем останов­ ки мельниц, вызванные разрушением или выпадением отдельных элементов футеровки, не принимались во внимание. Таким обра­ зом, в нашем случае под безотказностью понимается свойство комплекта футеровки сохранять работоспособность в течение опре­ деленного промежутка времени в заданных условиях эксплуата­ ции. Отказ — это полная потеря работоспособности футеровки или утрата ею первоначальных размеров и форм, необходимых для нормального протекания процесса измельчения. Отказ футеровки приводит к остановке мельницы на перефутеровку.

Футеровки мельниц относятся к невосстанавливаемым элемен­ там, в связи с чем надежность их работы определяется только ха­ рактеристиками безотказности: средней наработкой до отказа, вероятностью безотказной работы и интенсивностью отказов [4— 8, 39]. В применении к футеровкам теряют смысл характеристики безотказности, свойственные восстанавливаемым элементам и си­ стемам: среднее время отказа, интенсивность восстановления и коэффициент технического использования.

Таким образом, для полного определения надежности работы футеровки необходимо определить среднюю наработку до отказа и закон распределения времени безотказной работы.

Футеровка в процессе работы подвергается, в основном, износовым воздействиям, и только на последней стадии работы футе­ ровки к износовым воздействиям прибавляются другие воздейст­ вия случайного характера: вибрации, перекосы, удары, приводя-

* Написано по материалам исследований, выполненных в институте Механобр под руководством II С. Киселева.

ч

щие к концентрации усилий н разрушению болтов или пластин футеровки. По изложенным соображениям распределение време­ ни безотказной работы должно подчиняться нормальному закону, характерному для износовых отказов.

Результаты обработки опытных статистических данных пока­ заны на рис. 22 и 23.

в

Рис. 22. Кривые плотности распределения времени безотказной работы футеровок мельниц на ДГМК (а, б, в) и БГМК (г):

Кривые плотности распределения времени безотказной работы, характеризующие частость, с которой с течением времени футе­ ровки выходят из строя, показаны на рис. 22.

Плотность распределения показывает, ' как распределяются отказы во времени, на каких участках времени отказы имеют наи­ большую частость, какая из футеровок имеет наибольшее или наименьшее рассеяние отказов. По виду кривой плотности распре­ деления определяют физическую природу процессов и закономер­ ности, которым они подчиняются. Из кривых видно, что распре­ деление опытных данных близко к нормальному закону, который

характерен для постепенных накапливающихся изменений, приво­ дящим к износовым отказам.

Кумулятивные кривые распределения времени безотказной работы футеровок мельниц показаны на рис. 23.

Показанные на рис. 22 кривые плотности распределения отка­ зов построены по фактическим срокам остановок мельниц на перефутеровку, т. е. по тем отказам, которые имели место на практике.

а б

Рис. 23. Кумулятивные кривые распределения времени безотказной ра­ боты футеровок мельниц на ДГМК (а, б, в) и БГМК (г).

Обозначения кривых те же, что и на рнс. 22; Т — средняя наработка до отказа

Полученные на фабриках продолжительности периодов службы футеровок являются величинами случайными, предвидеть которые заранее для каждой отдельной футеровки в точности невозможно. Но вполне возможно предвидеть вероятность различной продолжи­ тельности периодов работы футеровок или долю футеровок в ра­ боте дольше определенного времени. Для этого необходимо найти наиболее характерное в установленной закономерности, т. е. уста­ новить характер теоретического закона распределения и его па­ раметры.

На рис. 24 и 25 показаны экспериментальные кумулятивные кривые распределения времени безотказной работы и кривые тео­ ретического нормального закона распределения.

Порог чувствительности t0 футеровок — это период, в течение которого незаметно воздействие дробящих тел и измельчаемого

84

материала и только после этого времени воздействие становится ощутимым и создает опасность отказов футеровки.

Экспериментальные кривые и кривые теоретического нормаль­ ного закона распределения (см. рис. 24 и 25) имеют хорошую сходимость.

Рис. 24. Близость экспериментальных кумулятивных кривых распределе­ ния времени безотказной работы футеровок мельниц 1 к теоретическим кривым распределения нормального закона 2:

Согласие экспериментальных и теоретических функций надеж­ ности футеровок определялось по критерию Пирсона [43]. Для функций безотказной работы всех рассматриваемых футеровок критерии показали хорошую и удовлетворительную сходимость.

Физический процесс, происходящий с футеровкамн во время работы, является процессом износа, общий характер которого показам на рис. 22 и 23 и, как это видно из кривых на рис. 24 и 25,

вцелом хорошо согласуется с теоретическим нормальным законом.

Вто же время из рис. 24 и 25 видно, что сходимость эксперимен­ тальных данных с теоретическими нормальными распределениями

внекоторых случаях недостаточно высока для того, чтобы можно было утверждать, что выход из строя этих футеровок обусловлен

только явлением износа. Так обстоит дело, например, для футеровок Крюкова из стали 80ГСЛ и волнистых футеровок из сплава 300Х12Г5 и из стали 80ГСЛ на мельницах МШР-36-40 второй ста­ дии измельчения фабрики ДГМК.

Рис. 25. Близость экспериментальных кумулятивных кривых распределе­ ния времени безотказной работы футеровок мельниц 1 к теоретическим кривым распределения нормального закона 2:

Кривые функции безотказной работы также были сопоставлены с экспоненциальным законом распределения, характерного для модели внезапных отказов:

где Т — средняя выработка до отказа, ч; t0— порог чувствительности футеровки.

Проверка показала хорошую сходимость опытных данных с экспоненциальным законом распределения на участке работы фу­ теровки за порогом чувствительности.

Согласованность экспериментальных функций надежности с теоретическим экспоненциальным законом на этом участке имеет практический смысл. Экспоненциальная модель отказов свиде­ тельствует о том, что отказы после порога чувствительности воз-

86

мыкают вследствие перегрузок на элементы изношенных футеровок, избавиться от которых нельзя, не заменив их на новые. Таким образом, появление на определенном этапе работы футеровок от­ казов, описываемых экспоненциальным законом, свидетельствует о том, что футеровки начинают работать в это время в условиях перегрузки, устранить которые можно только перефутеровкой.

Хотя на участке времени после порога чувствительности имеется достаточно высокая сходимость экспериментального распределе­ ния с экспоненциальным законом, общий закон выхода футеровок из строя не экспоненциальный, а нормальный, т. е. основным про­ цессом во всех рассмотренных футеровках является процесс из­ носа.

Таким образом, построенные по производственным данным функции надежности футеровок на различных этапах работы фу­ теровки находятся в согласии с двумя теоретическими законами распределения футеровок — нормальным и экспоненциальным.

Экспериментальные кривые (см. рис. 24 и 25) распределения времени безотказной работы футеровки позволяют проследить из­ менение вероятности безотказной работы футеровки, а следова­ тельно, и вероятность остановки мельниц на перефутеровку. Эти же кривые дают возможность проследить изменение вероятности аварийной остановки мельниц в зависимости от величины плано­ вого срока между перефутеровками по сравнению с наработкой (средней продолжительностью работы) футеровки.

На участке времени 1500—2500 ч, численно примерно, равному порогу чувствительности, вероятность отказа практически равна нулю. Вероятность безотказной работы футеровки, равной 90%, обеспечивается па интервале времени 3000—4500 ч (4—6 месяцев). Исключение составляет футеровка Крюкова из стали 80ГСЛ для мелышц МШР-36-40 при работе во второй стадии измельчения ДГМК, для которых заданная надежность обеспечивается только на интервале времени 1500 ч.

Вероятность безотказной работы футеровок (см. рис. 23) до времени, равному средней наработке до отказа, для всех футеро­ вок очень мала (для большинства футеровок меньше 20—30%). Надежная работа футеровок и мельниц в течение срока, равного средней наработке до отказа, невозможна (будет выходить из строя до 70—80% работающих машин) и будет приводить к ава­ рийной остановке мельниц.

Данные о простоях мельниц на Джезказганском горно-метал­ лургическом комбинате (РОФ-1) приведены в табл. 27. Фактиче­ ские простои мельниц вследствие отказов футеровок в отдельные месяцы составляют 200—300% по сравнению с плановым, а в среднем превышают плановые простои на 36%.

Чтобы избежать не предусмотренных планом ремонтов, свя­ занных с преждевременным, аварийным выходом футеровок из строя, необходимо гарантировать планируемый срок службы доста-

Т а б л и ц а 27

точной вероятностью безотказной работы футеровок и на этой основе выбирать срок проведения планово-предупредительных ре­ монтов.

Периодичность планово-предупредительных ремонтов, а следо­ вательно, их плановое количество и потребность в количестве за­ пасных комплектов футеровки, не может выбираться по величине средней наработки до отказа (среднему сроку службы футеровки).

Здесь представляется целесообразным ввести понятие гаранти­ рованной наработки Тг футеровки, которая определяет продолжи­ тельность периода надежной работы футеровки с гарантированной высокой и наперед заданной вероятностью безотказной работы, установленному на основании изучения закономерностей возник­ новения отказов. Из этого определения вытекает, что на интерва­ ле времени работы футеровки (0—Тт) вероятность выхода футеро­ вок из строя должна быть мала.

Гарантированная наработка может быть определена по опыт­ ным кривым распределения.

Так, для волнистых футеровок мельниц МШР-36-40 второй стадии из стали 110Г13Л и 80ГСЛ на ДГМК она составляет 4600 и 4700 ч против средней наработки до отказа для этих же футе­ ровок 5300 и 6400 ч. Таким образом, повышение вероятности без­ отказной работы футеровки на интервале между ППР в среднем с 30—40% До 85% требует уменьшения продолжительности времени между соседними ППР примерно на 15%.

88

Гарантированные наработки до отказа рассматриваемых футеровок приведены в табл. 28.

Наиболее надежные футеровки при вероятности безотказной работы 0,85 следующие:

волнистая из стали 80ГСЛ для шаровых мельниц МШР-36-40 второй стадии измельчения, Г,.=4650 ч;

волнистая из стали 100ГСЛ для шаровых мельниц МШР-27-44 второй стадии измельчения, Гг=6200 ч.

Графики перефутеровок ППР, составленные в соответствии с гарантированными наработками футеровок Тт, исключают ава­ рийные выходы мельниц из строя и связанные с этим повышенные расходы на ремонт мельниц.

С другой стороны, может показаться, что так как гарантиро­ ванная наработка Тг меньше наработки Т в среднем на 15%, а по некоторым футеровкам еще больше, то замена футеровки через промежутки времени Тг приведет к увеличению расходов, связан­ ных с перефутеровкой мельниц. На самом деле это не так. Во-пер­ вых, исключаются повышенные расходы на ремонт в связи с ава­ рийным выходом мельниц из строя, а также потери рабочего времени мельниц. Во-вторых, степень износа футеровки мельниц может быть оценена визуально, и поэтому после наступления сро­ ка перефутеровки по гарантированной наработки Тг работа мель­

ниц может быть продолжена в зависимости от фактического из­ носа.

В табл. 28 приведена также максимальная наработка до отказа футеровки, гарантирующая бездефицитное снабжение фабрики футеровками. Этот срок определен исходя из вероятности безот­ казной работы футеровки 50%. По этому сроку необходимо рас­ считывать объем поставок футеровок в течение года. Тогда с га­ рантией 50% можно считать, что футеровками будет обеспечено

плановое количество перефутеровок даже для квартальных ин­ тервалов.

Как следует из табл. 28, наибольшую среднюю наработку до отказа имеют футеровки:

Крюкова из стали 110Г13Л для шаровых мельниц МШР-32-31 I стадии измельчения на ДГМК (Г = 5499 ч или 7,6 месяца);

волнистые футеровки из стали 80ГСЛ для шаровых мельниц МШР-36-40 II стадии измельчения на ДГМК (Г = 6414 ч или 8,9 месяца);

волнистые футеровки из стали 100ГСЛ на мельницах II стадии измельчения на БГМК (Т=7512 ч или 10,4 месяца).

Причиной низких гарантированных наработок до отказа футе­ ровок при вероятности безотказной работы, равной 0,85, является большой размах вариаций средней наработки до отказа изго­ товляемых футеровок.

Среднее квадратическое отклонение средней наработки до отка­ за реальных футеровок доходит до 35% (волнистые футеровки из стали 80ГСЛ для мельниц МШР-36-40 на ДГМК).

90