Рост добычи угля подземным способом связан с ускорением темпов и уменьшением затрат на проведение подготовительных выработок.
Как известно, буровзрывной способ проведения выработок в угольной промышленности занимает более 40%, а в регионе Восточного Донбассаболее 90% всего объема проходческих работ. На эффективность горнопроходческих работ существенное влияние оказывает процесс погрузки горной массы, который составляет до 33% общего времени проходческого цикла и зависит от надежности средств механизированной погрузки, в качестве которых широко применяются шахтные погрузочные машины (ШПМ).
Опыт эксплуатации ШПМ показывает, что основной причиной их низкой эксплуатационной надежности, является несовершенство системы технического обслуживания и ремонта (ТОР), которое приводит к большим трудовым и материальным затратам на поддержание оборудования в работоспособном состоянии. При определении периодичности обслуживания и ремонтов практически полностью отсутствует учет и накопление эксплуатационных данных. Это приводит к тому, что остановка на ремонт производится либо преждевременно, когда оборудование не исчерпало свой ресурс, либо в экстренном порядке, когда наступает аварийная ситуация. При этом полностью не учитываются состояния машин при пониженном качестве функционирования — частичном отказе, характеризующем реальные условиям эксплуатации ШПМ.
Проблема повышения эффективности эксплуатации (технической производительности) стала наиболее актуальной в условиях формирования рыночных отношений и изменения форм собственности угольных предприятий России, когда собственник значительное внимание уделяет минимизации эксплуатационных затрат.
Вследствие интенсивного развития в последнее время компьютерных систем, общепризнанным методом повышения эффективности технического обслуживания и ремонта оборудования является применение информационных технологий в системе ТОР и организация на их основе новой стратегии ремонта. В мировой практике для решения подобной проблемы широкое распространение получили CALS-технологии. Однако, имеющаяся в угольной промышленности России научная база для внедрения информационных технологий в систему ТОР недостаточна. В частности, требуется создание математической модели, обрабатывающей эксплуатационную информацию для оперативной выдачи рекомендаций обслуживающему персоналу и учитывающей не только работоспособное состояние или состояние полного отказа, но и состояния пониженного качества функционирования машиннеобходима методика прогнозирования ресурса узлов и деталей машины на основе применения интерактивных электронных технических руководств.
Приведенный анализ состояния системы ТОР в угольной промышленности Восточного Донбасса свидетельствует о том, что важнейшим направлением повышения надежности ШПМ является совершенствование системы технического обслуживания и ремонта путем разработки рациональной стратегии замены элементов, учитывающей горнотехнические факторы, номенклатуру и надежность быстроизнашиваемых узлов и состояния частичного отказа при эксплуатации машин.
Цель работы — повышение эффективности системы технического обслуживания и ремонта шахтных погрузочных машин путем разработки и реализации прогнозной стратегии технического обслуживания и ремонта, учитывающей состояния частичного отказа.
Идея работы заключается в том, что применение в системе ТОР в интерактивного электронного технического руководства позволяет оперативно определить прогнозные сроки замены быстроизнашиваемых узлов и деталей погрузочной машины и тем самым повысить надежность ШПМ.
Научные положения, разработанные лично соискателем.
1. Состояние частичного отказа является характерным техническим состоянием погрузочных машин как совокупности сложных технических систем, которое заключается в снижении качества функционирования при сохранении их работоспособности в период эксплуатации.
2. Математическая модель надежности шахтной погрузочной машины непрерывного действия, основанная на разработанной модели функционирования сложной технической системы без резервирования с учетом состояний частичного отказа, описывает действительный процесс ее эксплуатации и позволяет определить вероятность каждого состояния систем в произвольный момент времени.
3. Основной причиной низкой эффективности эксплуатации ШПМ для существующей системы организации ТОР является значительная доля времени устранения отказов в цикле «безотказная работа — ремонт», уменьшение которой возможно за счет установления номенклатуры быстроизнашиваемых узлов и деталей и сокращения продолжительности их замены.
4. Прогнозирование сроков замены быстроизнашиваемых узлов ШПМ с учетом состояний частичного отказа, построение графиков ремонта и выдача рекомендации ремонтной службе производится с использованием созданной базы данных показателей надежности и механизма оперативной оценки вероятности их отказа.
Научная новизна работы заключается в следующем.
1. Впервые в модель надежности введен режим частичного отказа ШПМ, благодаря которому учитывается реальная работоспособность машины при пониженном качестве функционирования и описывается действительный процесс их эксплуатации.
2. Создана математическая модель надежности ШПМ, которая в отличие от известных, учитывает интенсивности отказов и восстановлений деталей в состояниях частичного отказа, что позволяет обосновать принципы совершенствования стратегии ТОР.
3. Установлено на основе имитационного моделирования процесса эксплуатации ШПМ, что в принятой в настоящее время стратегии замены деталей основными факторами, обеспечивающими эффективность работы погрузочных машин, являются наличие необходимых запасных частей и продолжительность проведения организационных и ремонтных мероприятий.
4. Впервые создана единая база данных показателей надежности шахтных погрузочных машин, которая учитывает состояния полного и частичного отказа, содержит основные показатели надежности быстроизнашиваемых узлов и деталей как по каждой машине, так и в целом по региону Восточного Донбасса. Использование этой информации при построении прогнозных графиков ремонта позволяет определять вид и сроки предположительных отказов ШПМ, что является основой прогнозной стратегии ремонта.
Практическое значение работы:
— обоснована структура и впервые создано для погрузочной машины 2ПНБ 2 интерактивное электронное техническое руководство, применение которого в системе ТОР ШПМ позволяет повысить вероятность безотказной работы машин в 1,4−2 раза.
— разработаны и реализованы принципы построения прогнозной стратегии ремонта погрузочных машин с применением ИЭТР, включающего модуль «Инженерный анализ и планирование», который обеспечивает возможность строить прогнозные графики для определения вероятностных сроков подготовки проведения ремонтных работ.
По предварительным оценкам внедрение прогнозной стратегии системы технического обслуживания и ремонта позволяет сократить время аварийных простоев ШПМ в 3 — 5 раз и повысить темпы проведения выработок на 10−16%.
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается применением современных апробированных методов исследований:
— анализом научно-исследовательских работ по теме диссертации;
— представительным объемом статистической выборки наблюдений (более 20 машин с объемом погруженной горной массы около 140 тыс. м3 и более 550 зарегистрированных отказов);
— методами обработки, выполненными с использованием современных ЭВМ и программных продуктов с уровнем достоверности полученных результатов 0,95.
— адекватностью математической модели, в которой расхождение между экспериментальными и теоретическими данными составило не более 13%.
Внедрение результатов диссертационных исследований.
Интерактивное электронное техническое руководство шахтной погрузочной машины 2ПНБ 2, включающее модуль «Инженерный анализ и планирование», принято к использованию в ОАО «Копейский машиностроительный завод» и введено в состав технической документации при поставке машин потребителю.
Предлагаемая прогнозная стратегия ТОР совместно с Шахтинским представительством ОАО «Копейский машиностроительный завод» внедрена на шахте «Алмазная» ОАО «Гуковуголь».
Результаты работы рекомендуются к использованию заводам горного машиностроения при создании и подготовке электронной технической документации для горношахтного оборудования.
Апробация работы. Основные положения и результаты работы доложены и одобрены на 50 — 52 научно-практических конференциях Шахтинского института ЮРГТУ (НПИ) и ЮРГТУ (НПИ) (2001;2004 г. г.), симпозиумах «Неделя Горняка» в 2002, 2003, 2004, 2005 г. г. (г. Москва),.
Всероссийской научно-практической интернет-конференции.
Информационные технологии в науке и образовании ИТО-2003″ (Шахты, 2003 г.), научно-практической конференции «Современное состояние и перспективы развития механизации и электрификации горного и нефтегазового производства» (Санкт-Петербург, 2004 г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 печатных работ в журналах и сборниках научных трудов.
Выводы по главе.
1. Предложен метод построения прогнозного графика ремонтов по быстроизнашиваемым узлам, который определяет срок подготовки необходимого узла или детали, и срок их замены по его вероятности безотказной работы.
2. Разработана структура, и на примере машины 2ПНБ2, создано интерактивное электронное техническое руководство II класса со специализированным электронным средством отображения, состоящее из пяти модулей, применение которого, позволит перейти электромеханической службе шахты на более высокий уровень организации работ по ТОР.
3. Для накопления, хранения, анализа эксплуатационной информации и построения прогнозных графиков ремонта разработан модуль ИЭТР «Инженерный анализ и планирование», являющийся программной реализацией методики прогнозирования ресурса элементов, и позволяющий выдавать эксплуатационникам рекомендаций по срокам проведения ремонтных работ, технического обслуживания и подготовки соответствующих запасных частей.
4. Вероятность отказа быстроизнашиваемых узлов и деталей, вероятность состояний частичного отказа и вероятность безотказной работы системы ШПМ определяется в «следящем режиме», что позволяет оперативно оценивать их состояние и применять организационные мероприятия для обеспечения безаварийной работы.
5. Описанные принципы построения прогнозной стратегии ТОР погрузочных машин с использованием ИЭТР позволяют выбрать рациональный вариант ее применения и по предварительным оценкам сократить время простоев ШПМ из-за полных отказов от 3 до 5 раз, увеличив темпы проходки горных выработок на 12−25 погонных метров при выполнении обслуживающим персоналом всех рекомендаций выдаваемых модулем ИАП.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
.
В диссертационной работе дано решение актуальной научно-технической задачи — повышение эксплуатационной надежности шахтных погрузочных машин путем разработки прогнозной стратегии технического обслуживания и ремонта и ее реализации с использованием интерактивного электронного технического руководства.
На основе анализа систем технического обслуживания и ремонта, проведенных производственных наблюдений и обобщения эксплуатационной информации ее статистического анализа и выполненного комплекса имитационного моделирования получены следующие результаты, имеющие как научное, так и практическое значение.
1. Повышение эффективности системы технического обслуживания и ремонта шахтных погрузочных машин необходимо осуществлять применением стратегии замены деталей с использованием информационных технологий, в основу которых должна быть положена система учета, контроля и анализа эксплуатационной информации.
2. При оценке надежности ШПМ необходим учет состояния частичного отказа, как распространенного и свойственного погрузочным машинам непрерывного действия.
3. Надежность погрузочной машины за межремонтный период эксплуатации определяют 30 быстроизнашиваемых узлов и деталей, из которых 9 переводят системы машины в состояния частичного отказа.
4. Установлены законы распределения времени безотказной работы и рассчитаны показатели надежности быстроизнашиваемых узлов и деталей, с использованием которых создана «База данных показателей надежности ШПМ типа ПНБ».
5. Разработанная математическая модель надежности сложной технической системы без резервирования с учетом состояний частичного.
ATVQOO О nOnTTinrDOUO ТУ ГЛГ^?"т1ЛЛТО*1 1ЛЛиЛТГХ/1УТТТШ TTTQVTTIAli ПЛт^/ОЛТТ11ГТ1 машины типа ПНБ. При этом погрузочная машина рассмотрена как совокупность последовательно соединенных технических систем, каждая из которых может находиться в состоянии частичного отказа. Модель позволяет определить вероятность различных состояний в произвольный момент времени и описать реальный процесс эксплуатации машин.
6. Установлено влияние показателей надежности деталей машины и уровня организации ТОР на вероятность безотказной работы ее систем. Основным фактором снижения эффективности системы технического обслуживания погрузочных машин является значительная доля времени устранения отказов в цикле «безотказная работа — ремонт».
7. Разработана структура и создано для серийной погрузочной машины 2ПНБ2 интерактивное электронное техническое руководство II класса, в котором с использованием CALS-технологий реализована методика прогнозирования ресурса элементов в виде модуля «Инженерный анализ и планирование» с применением базы данных показателей надежности ШПМ типа ПНБ. В модуле используется предложенный механизм оперативной оценки вероятности отказа быстроизнашиваемых узлов, позволяющий определять вид и сроки предположительных отказов систем погрузочных машин и выдавать эксплуатационникам своевременные рекомендации по срокам подготовки и замены соответствующих запасных частей, что ф повышает вероятность безотказной работы машины в 1,4−2 раза.
8. Предложены и реализованы принципы построения прогнозной стратегии обслуживания и ремонта ШПМ с использованием ИЭТР, применение которой по прогнозной оценке дает сокращение времени простоев машины из-за полных отказов от 3 до 5 раз и увеличение темпов проходки горных выработок на 10−16%.
9. Интерактивное электронное техническое руководство принято к.
• использованию ОАО «Копейский машиностроительный завод» и ОАО «Гуковуголь».
1. Госстандарт СССР. Методика выбора показателей для оценки надежности сложных технических систем. — М.: ВНИИС, 1979. — 42 с.
2. Носенко С. И., Носенко А. С. Погрузочные машины с гидравлическими приводами. — Новочеркасск: ЮРГТУ (НПИ), 2002. -205 с.
3. Гетопанов В. Н., Рачек В. М. Проектирование и надежность средств комплексной механизации. — М.: Недра, 1986. — 208 с.
4. Хазанович Г. Ш, Карниченко А. С. Совершенствование горнопроходческих работ на шахтах Российского Донбасса // Горный аналитический бюллетень -2001 -№ 8. — С. 120−124.
5. Руководство по техническому обслуживанию и текущему ремонту оборудования шахт с применением нарядов-рапортов. — М.: ИГД им. А. А. Скочинского, 1982.-105 с.
6. Гимельшейн Л. Я. Техническое обслуживание и ремонт подземного оборудования. -М.: Недра, 1984. 221 с.
7. Зайков В. И., Берлявский Г. П. Эксплуатация горных машин и оборудования. — М.: Издательство Московского государственного горного университета, 2001. — 257 с.
8. Колчин А. Ф., Овсянников М. В., Стрекалов А. Ф.,. Сумароков С. В. Управление жизненным циклом продукции. — М.: Анархис, 1998. -304 с.
9. Судов Е. В. Информационная поддержка жизненного цикла продукта. // Компьютерная неделя — 1998. —№ 45 (089) — С. 45−48.
10. Информационные технологии поддержки жизненного цикла продукции. Интерактивные электронные технические руководства. Общие требования к содержанию, стилю и оформлению. Р 50.1.029. М.: — 2001.
П.Носенко С. И., Шемшура Е. А. Методика организации сбора и анализа информации об эксплуатационных качествах проходческого оборудования в условиях Российского Донбасса. — Шахты, 1996. -40 с.
12.Першин В. В. Интенсификация горно — проходческих работ при реконструкции шахт. — М.: Недра, 1988. — 136с.
13.Тулупов В. П. Исследование, разработка и обоснование рациональных технических решений по созданию подземных гидрофицированных погрузчиков: Дис.. канд. тех. наук. Новочеркасск, 1999. 183 с.
14.Носенко А. С. Рабочие процессы, параметры и эффективность шахтных погрузочных машин с гидравлическими приводами / Автореферат дис. докт. техн. наук. — Новочеркасск, 2000.
15.Сапунов О. С. Исследование надежности и разработка путей повышения эффективности шахтных погрузочных машин (на примере ковшовых машин типа ППМ-4): Автореф. дис.. канд. тех. наук. Новочеркасск, 1975. 22 с.
16.Шадрин А. И. Обоснование параметров технической эксплуатации горного оборудования в условиях холодного климата.): Автореф. дис.. докт. тех. наук. Иркутск, 2004. 40 с.
17.Носенко С. И., Тулупов В. П., Носенко А. С. и др. Эксплуатация горнопроходческого оборудования и надежность шахтных погрузочных машин в условиях Восточного Донбасса. // Технология и механизация горнопроходческих работ: Сб. науч. тр. / Южно-Рос. Отд. АГНРФНовочеркасский гос. техн. ун-т. — Новочеркасск: НГТУ, 1997.-С. 80−83.
18. Шиповский И. А. Эксплуатация и ремонт оборудования шахт: Учеб. пособие для вузов. — М.: Недра, 1987. — 215 с.
19. Руководство по эксплуатации 2 ПНБ-2. Копейск: ОАО «КМЗ», 2004. — 245 с.
20. Беликов А. А. Разработка оптимальной стратегии технического обслуживания и ремонта пневмоколесных транспортных машин на основе оценки их текущего технического состояния: Автореф. дис.. канд. тех. наук. С-Пб., 2000. 25 с.
21 .Григорьев Е. А. Обоснование рациональной структуры и параметров адаптивной системы технического обслуживания и ремонта погрузочно-доставочных машин: Автореф. дис.. канд. тех. наук. С-Пб., 2003. 21 с.
22.Красноштанов С. Ю. Управление техническим состоянием экскаваторов на карьерах севера (на примере Удачнинского ГОКа): Автореф. дис.. канд. тех. наук. Иркутск, 2004. 18 с.
23.Корецкий В. Б. Повышение ремонтной технологичности горно-Ф транспортных машина угольных разрезах севера: Автореф. дис.. канд. тех. наук. Кемерово, 2002. 23 с.
24.Александровская JI.H., Афанасьев А. П., ЛисовА.А. Современные методы обеспечения безотказности сложных технических систем: Учебник. — М.: Логос, 2001. — 208 с.
25.В. Г. Черных. Анализ надежности шахтной погрузочной машины как сложной технической системы. // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2003 -№ 11,. — С. 155−158.
Ф 26. Кальницкий Я. Б., Родионов Г. В. Общая классификация шахтных погрузочных машин // Кальницкий Я. Б., Абрамсон Х. И., Родионов Г. В. Подземная механизированная погрузка. — М.: Г. Н.-Т.И. литературы по горному делу, 1961. — С. 5−8.
27.Черных В. Г. Информационное обеспечение при внедрении фирменного обслуживания горного оборудования на шахтах Восточного Донбасса. Исследования в области инженерно-# технических процессов.: Сб. науч. ст. студ., аспир. и молодых ученых./ Юж.-Рос. гос. техн. ун-т (НПИ) — Новочеркасск: УПЦ «Набла» ЮРГТУ (НПИ), 2004. — С 149−150.
28.Хазанович Г. Ш., Ленченко В. В. Буровзрывные походческие системы. Новочеркасск: ЮРГТУ (НПИ), 1999. — 360 с.
29.Гилис В. М, Маенков А. И, Лесин Э. М. Информационное обеспечение системы технического обслуживания и ремонта горнотранспортного оборудования разрезов. // Уголь. 1990 — № 2, — С. 38−42.
30. А. Н. Коваль, A.M. Горлин, В. И. Чекавский. Техническое обслуживание и ремонт горно-шахтного оборудования. М.: Недра, 1987.-344с.
31.Кошкарев М. А, Носенко С. И. Повышение эффективности применения погрузочных машин на шахтах Восточного Донбасса. — М: ЦНИЭИУголь, 1976. — 30 с.
32.Бережная Е. В., Бережной В. И. Математические методы моделирования экономических систем: Учеб. пособие. — М.: Финансы и статистика, 2001.-368 с.
33.Половко A.M., Маликов И. М. Сборник задач по теории надежности. М.: «Советское радио», 1972. — 408 с.
34.Вентцель Е. С. Исследование операций. Задачи, принципы, методология. // М.: Наука, 1980, 208 с.
35.Надежность и эффективность в техники: Справочник: в 10 т./Ред. Совет: B.C. Авдуевский (пред.) и др. -М.: Машиностроение, 1988. Т.3.-328 с.
36.Положение о планово предупредительной системе технического обслуживания и ремонта оборудования угольных и сланцевых шахт МУП СССР. М.: ИГД им. А. А. Скочинского, 1981. — 85 с.
37.Надежность и безопасность технических систем. Серия «Все о качестве. Зарубежный опыт» Выпуск 23, 2001. — М.: НТК Трек, 2001.-28 с.
38.Волков П. Н. Ремонтопригодность машин. М.: Машиностроение, 1975.-386 с.
39.Свешникова А. А. Сборник задач по теории вероятностей, математической статистике и теории случайных функций. — М.: Наука, 1970.-656 с.
40.Труханов В. М. Надежность в технике. — М.: Машиностроение, 1999.-589 с.
41.Хазанович Г. Ш., Ляшенко Ю. М., Никитин Е. В. Методика эксперимента в исследованиях процессов погрузки и транспортировки кусковых пород.: Учебно-методическое пособие / Шахтинский ин-т ОРГТУ (НПИ). — Новочеркасск: ЮРГТУ (НПИ), 2003.-150 с.
42.3айденварг В. Е, Гаркавенко Н. И, Афендков В. С, Дубровский Е. М. Угольная промышленность за рубежом. — М.: Горная промышленность, 1993. — 389 с.
43.Боровиков В. П, Боровиков И. П. STATISTIKA — Статистический анализ и обработка данных в среде Windows. — М.: Филиннъ, 1997. -608 с.
44.Гимельшейн Л. Я. Искусство быть механиком. — М.: Недра, 1990. -137 с.
45.Денисенко Е. В, Плющов Н. Г, Чекавский В. И. Совершенствование технического обслуживания и ремонта горношахтного оборудования. — М.: ЦНИЭИуголь, 1977. — 68 с.
46.Солонин И. С. Математическая статистика в технологии машиностроения. -М.: Машиностроение, 1972. — 216 с.
47.Трегубов Н. М., Акастелов Л. Ф. Ремонт горных машин. — М.: Недра, 1978.-176 с.
48.Бельфор В. Е., Горлин A.M., Морозов В. И. Автоматизация управления ремонтом оборудования на горных предприятиях. — М.: Недра, 1988. 160 с.
49.Вентцель Е. С. Теория вероятностей. — М: Физматгиз, 1968. — 560 с.
50.Морозов В. И., Денисенко Е. В., Воронин Б. В. Организация обслуживания и ремонт горных машин. — М.: МГИ, 1982. — 53 с.
51.Отчет по информации о работоспособности машин АООТ «Копейский машиностроительный завод» в 1-ом квартале 1996 года по Ростовскому угольному региону. — Шахты: 1996. — 38 с.
52.Малевич Н. А. Горнопроходческие машины и комплексы. — М: Недра, 1980.-394с.
53.Солод Г. И., Морозов В. И., Русихин В. И. Технология машиностроения и ремонт горных машин. — М: Недра, 1988. — 421с.
54.Кораблев А. А. Скрипка В. П. Устройство, эксплуатация и ремонт шахтного оборудования. — М.: Недра, 1981. — 320 с.
55.Герике Б. Л. Мониторинг технического состояния горного оборудования.//Горные машины и автоматика — 2002. -№ 9. -С. 30−34.
56.Совершенствование погрузочных и буропогрузочных машин в СССР и за рубежом. В. В. Меркулов, Ю. А. Дмитрак, А. А. Кузьмин (ЦНИИподземмаш): Обзор, инф. / ЦНИИподземмаш. — М.: 1983. -24 с.
57. Алимов А. П., Масленникова В. И. (ВНИИОМШС) Зарубежный опыт применения погрузочных машин при проведении выработок: Обзор. инф./ЦНИЭИуголь. ЦБНТИ Минуглепрома УССР. — М.: 1984. — 56 с.
58.Система технического обслуживания и ремонта техники. Термины и определения ГОСТ 18 322–73. М., Государственный комитет по стандартам.
59.http://www.oilmatica.ru/catalog.shtml.
60.http://www.model.nn.ru/Fobos.htm.
61 .http://www.indikator.spb.ru/armrukl .htm.
62.http://www.trim.ru.
63 .http://www.cals.ru.
64. http ://www.caIscenter.ru.
65.http://www.galaktika.ru.
