Прогнозирование надежности электродвигателей главных механизмов карьерных экскаваторов Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

ЛГИ, 1989. - 31 с. горных машин: Монография. - М.: Изд-во

3. Ляхомский А.В., Фащиленко В.Н. МГГУ, 2004. - 296 с.

Управление электромеханическими системами

— Коротко об авторах ------------------------------------------------

Валиев Р.М., Фащиленко В.Н. - Московский государственный горный университет, Попельнюхов В.И. - ЛГОК.

------Ф

^-------

---------------------------------------- © И. М. Хошмухамедов, 2006

УДК 621.879:621.313.13:621.3.019.3 И.М. Хошмухамедов

ПРОГНОЗИРОВАНИЕ НАДЕЖНОСТИ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ ГЛАВНЫХ МЕХАНИЗМОВ КАРЬЕРНЫХ ЭКСКАВАТОРОВ

Семинар № 21

~П абота электродвигателей постоял янного тока главных механизмов карьерных экскаваторов характеризуется высоким уровнем резкопеременных динамических нагрузок и, как следствие, повышенной вибрацией, результатом чего являются отказы в работе главных механизмов карьерных экскаваторов, составляющее по данным эксплуатации до 32 % от общего времени простоя экскаваторов во внепланых ремонтах.

В результате анализа статистических данных отказов электродвигателей установлено, что наименее надежными элементами являются: обмотка якоря, коллекторный, подшипниковый и щеточные узлы. Число отказов по коллекторному узлу достигает 21 %, по щетко-держательному аппарату - 16 %, по обмотке якоря до 42 % [2].

Из-за низкой коммутационной надежности электродвигателей происходит подгар пластин коллектора, который в процессе работы развивается по всей

контакторной поверхности. Он вызывает перегрев деталей, способствует образованию перебросов и круговых огней, снижает ресурс деталей как самого коллектора, так и конусно-нажимного узла.

Наиболее тяжелым видом отказа в процессе эксплуатации является образование кругового огня на коллекторе, который составляет 14 % относительно всех отказов, а также пробой изоляции катушек статора между витками на корпус.

Как показывает анализ статистических данных восстановление электродвигателей главных механизмов требует значительных затрат временных ресурсов, что также сказывается на времени нахождения в простое карьерных экскаваторов. Увеличение технического ресурса электродвигателей в послере-монтный период требует разработки методов прогнозирования надежности с учетом особенностей восстановления их элементов.

Функции плотности вероятности времени восстановления f (тв) и вероятности восстановления Р (тв) электродвигателей (рисунок) с высокой степенью согласия (по критерию Колмогорова)

отвечают распределению Вейбулла и характеризуются следующими зависимостями:

Цтв) = 0,1781 уЗ

Р(гв) = 1 - ехр

ехр

Тв

7,3

Тв

7,3

Проверка согласия фактического и теоретического распределения значений f (тв) и Р (тв) по критерию Колмогорова при доверительной вероятности у = 0,9 дает хорошую сходимость.

Все выше сказанное позволяет отметить, что имея статистические данные о техническом состоянии электродвигателей и условий их эксплуатации, можно построить математическую модель прогнозирования надежности, которая позволит получить оптимальные параметры отвечающие требованиям эксплуатации.

Проблема эксплуатационной надежности электродвигателей главных механизмов карьерных экскаваторов, выработавших свой технический ресурс, требует особого внимания. Для беспере-

327

Функция плотности вероятности / (тв) и вероятность восстановления Р (тв) электродвигателя ДПА-82А механизма подъема экскаватора ЭКГ-8 И

бойной работы карьерных экскаваторов необходима разработка оптимальной системы планово-пре-дупредительных ремонтов.

Как показывает анализ результатов исследований надежности электродвигателей главных механизмов, ряд принятых в настоящее время параметров надежности (вероятность возникновения отказа, параметр потока отказов и остаточный ресурс) не могут в полной мере характеризовать техническое состояние указанных электродвигателей. Предложим критерии, которые позволяют оценить характеристики коэффициента готовности для использования в расчетах рациональной системы межремонтного обслуживания электродвигателей главных механизмов карьерных экскаваторов, что предопределило рассмотрение вопроса о связи параметров надежности электродвигателей с надежностью карьерных экскаваторов в целом, для чего вводится понятие коэффициента готовности Кг.эд и коэффициента технического использования Ктэд, специфичных для оценки надежности оборудования карьерных экскаваторов.

Как следует из выражения для коэффициента технического использования карьерных экскаваторов

Кт =■

1р + 1Т

(1)

сит от надежности составляющего его структуру оборудования, к этому оборудованию можно отнести все показатели, входящие в коэффициент технического использования карьерного экскаватора, т. е.

КТ = Г (Кт.МО; КТ.ЭД; KТ.СУ),

где КТМО - коэффициент технического использования механического оборудования; КТСУ - коэффициент технического использования системы управления.

Исходя из выше сказанного, КТ для электродвигателя можно записать

К

Т.ЭД

.ЭД + ^ Ф .Т.ЭД

(2)

где 1Р - время эффективной работы; -

время выполнения технических операций; 1В - время устранений отказов; 1ОБ -время выполнения технического обслуживания, этот коэф-фициент учитывает совокупность тех факторов, которые определяют на данном календарном отрезке время нахождения карьерного экскаватора в работоспособном состоянии [1, 2].

В силу того, что надежное функционирование карьерного экскаватора зави-

1Ф.ЭД ^ 1Ф.Т.ЭД ^ '■Б.ЭД ^ ОБ

где 1ФЭд - время функционирования электродвигателя при выполнении карьерного экскаватора эффективной работы, в процессе которого на него, кроме массовых параметров приводимого в действие механизма, воздействуют динамические нагрузки, возникающие в процессе работы; 1ФТЭд -время функционирования электродвигателя при выполнении технологических операций, в процессе которого на электродвигатель в основном воздействуют массовые параметры приводимого механизма; 1в.Эд - время устранения отказов; 1ОБ - время выполнения технического обслуживания карьерного экскаватора.

Другим показателем надежности функционирования карьерного экскаватора является коэффициент готовности КГ, характеризующий техническое состояние системы в определенный период времени, обеспечивающее работу карьерного экскаватора

и + и

(3)

По аналогии с коэффициентом КТ можно записать

Кг = Г (Кг.мо; Кг ■эд; Кг .СУ)

а для электродвигателя выражение для КГ имеет вид

K

Г.ЭД

.ЭД + t Ф .Т.ЭД

tф эл + ^ тэд + t r эл + tr

(4)

(6)

^Ф.ЭД = ^.ЭД ■ КТ ■ КГ.ЭД ■ КОР и (7)

и имеет вид

K _ KГБ.ЭД + KГР — 1

1Ф.ЭД ^ 1Ф.Т.ЭД ^ ‘■Б.ЭД ^ ГБ

Для оценки взаимосвязи коэффициента готовности КГЭд с коэффициентом технического использования КТЭ выразим составляющие календарного фонда времени

^.ЭД = ^.ЭД + ^.Т.ЭД + tВ.ЭД +

+toБ + top, (5)

где toP - время простоев по организационным причинам; через коэффициент готовности (4) и коэффициент технического обслуживания

Г.ЭД

K

K _ Уэд tГБ.ЭД

ГБ.ЭД . ■

LK.ЭЛ

Из выражения (4) имеем

t + t + t _ tФ ЭД + tФ .Т.ЭД

1Ф.ЭД т 1Ф.Т.ЭД т 1В.М K ■

K Г.ЭД

Из выражения (6) имеем

tОБ.ЭД = tК.ЭД ^(1- КОБ.ЭД) •

Подставляя эти выражения в (5) и имея ввиду выражения

tр + tт _ 7^ или tФ .ЭД + tФ.Т.ЭД _

K Т K Т.ЭД

для коэффициента потерь на организационные простои

top = tK ■(l- Кр) ,

получим

tФ•ЭД = tK•ЭД ■ КТ ■ КГ.ЭД ■ (КОБ.ЭД +

+Кор - 1). (7)

Таким образом, в зависимости от эффективной работы (7) основным количественным показателем надежности является коэффициент готовности,

функциональная связь которого с коэффициентом технического использования может быть получена из сопоставления выражений

Из формулы (8) видно, что коэффициент готовности выражает надежность при фиксированном значении КоБЭд, являющегося функцией времени обслуживания ^.эд. С увеличением 1ОБ.Эд снижается вероятность постепенных отказов и повышается в связи с этим коэффициент готовности. Однако появление внезапных отказов не зависит от планового обслуживания, а время, затраченное на него, может использоваться для полезной работы. Таким образом, существует оптимальное значение коэффициента обслуживания Коб.Эд, при котором Кг.Эд и время полезной работы будут максимальны.

Можно отметить, что все параметры, входящие в выражения КТ и Кг, которые характеризуют уровень надежности карьерного экскаватора как системы, находятся в прямой зависимости от таких же параметров, характеризующих надежность ЭД.

В свою очередь, применительно к рассматриваемому типу ЭД в качестве обобщенного количественного параметра надежности принимаются Кг.Эд, однозначно характеризующий с позиции надежности их основное функциональное назначение и отражающий связь изменения надежности ЭД с уровнем надежности, условиями работы и периодами функционирования карьерного экскаватора.

Рассмотрим вопрос прогнозирования коэффициента готовности ЭД как системы.

Конструкция вновь проектируемой системы в основном состоит из сочетания элементов и узлов, параметры надежности которых могут быть определе-

ны на основе анализа параметров надежности, находящихся в эксплуатации систем, что позволяет прогнозировать надежность новой системы.

При этом в соответствии с законом больших чисел возможная ошибка будет меньше, чем больше уровень разбиения системы на составляющие.

Наилучшие результаты при прогнозировании параметров надежности ЭД дает метод, основанный на использовании априорных данных, полученных в процессе эксплуатации. Сущность этого метода сводится к следующему. Система разделяется на две последовательные группы деталей, узлов и подсистем: первая охватывает детали, узлы и подсистемы, отказы которых носят случайный характер, вторая - объединяет детали, узлы и подсистемы, причины отказов которых известны и могут быть устранены во время ППР.

Обозначив коэффициенты готовности этих групп соответственно КГсЛ и Кг. уст, можно записать:

Кг„„ =—^—; (9)

Кг

^Р + ^В.СЛ

(10)

К Г.С

1р

^Р + ^В.СЛ + ^В.УСТ

(11)

нее затраченного только на восстановление отказавших элементов, причины проявления которых устранены, теперь будет распределяться между работой системы ^р, устранением 1ВСЛ и 1ВУСТ в тех же пропорциях, что и раньше (с тем же коэффициентом готовности).

На основании сказанного можно записать:

КГ.С

. (12)

При этом предполагается, что после устранения причин выявленных отказов, какая-то их часть, определяемая значением коэффициента готовности КГУСТ за календарный отрезок времени

= 1'р (1 - К густ )

1',

К

останется.

С учетом сказанного можно записать

КГ.С

(13)

Из выражений (10) и (12) имеем:

^Р = ІВ.УСТ ■ КГ.СИСТ ;

и

где 1ВСЛ - время восстановления при случайных отказах, 1В УСТ - время восстановления при устранимых отказах.

С учетом принятых обозначений коэффициент готовности системы можно записать

Подставляя эти выражения в уравнение (13) и преобразовывая с учетом формулы (11), имеем

К Г.С

К Г.С

1 +

КГ.СИСТ (1 КГ.УСТ )

Если причины устранимых отказов выявлены и приняты меры, обеспечивающие устранение этих причин, то при последующей эксплуатации за тот же календарный отрезок времени 1ВУСТ, ра-

К Г.УСТ

Таким образом можно отметить, что прогнозирование надежности электродвигателей главных механизмов карьерных экскаваторов должно базироваться на накоплении статистического материала по данным эксплуатации.

— Коротко об авторах -----------------------------------------

Хошмухамедов И.М. - Московский государственный горный университет.

УДК 622:621.31 Н.Г. Пейль

СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ РАБОТЫ ОДНОМАССОВЫХ И ДВУХМАССОВЫХ

© Н.Г. Пейль, 2006

ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ СИСТЕМ РАБОЧИХ ОРГАНОВ В РЕЗОНАНСНОМ РЕЖИМЕ

Семинар № 21

сследование резонансных режимов с замкнутой системой управления позволило выявить влияние различных обратных связей на поведение системы в целом, а так же решить две основные задачи: возможность активного воздействия на величину амплитуды колебаний в резонансном режиме и возможность настройки на резонанс с помощью обратной связи при статическом возмущающем воздействии.

Все исследования проводились в отношении одномассовой электроме-

ханической системы (ЭМС) вращателя

бурового станка. Однако особенности механики бурового станка требуют произвести сравнительный анализ его работы в резонансном режиме как двухмассовой ЭМС с упругими связями.

Резонансные режимы в одномассовой ЭМС с разомкнутым управлением

Предварительно произведён анализ резонансных режимов, возникающих в одномассовой ЭМС рабочих органов с разомкнутым управлением при наличии статических возмущающих воздействий, имеющих периодический колебательный характер.