CC BY
33
3. Кузнецов Ю.М., Шляпников Л.К. Пневмотранспорт железорудного концентрата / Сталь. - 1980. -J61. - С.75-78.
4. Кузнецов Ю.М., С.В. Ли , Шляпников Л.К., Некрасов A.B. Пневмотранспорт металлургических порошков на большие расстояниям / Сталь. - 1988. -№ 10. - С. 66-69.
5. Конвейеры: Справочник / P.A. Волков, А Н. Гнутов, В.К. Дьячков и др; под общ. ред. Ю.А. Пертсна. - Л.: Машиностроение. 1984. - 367с.
6. Ферль X., Палке П., Шмидт X.. Высокоэффективное и надежное оборудование, технические шшовационные решения проблем цементной промышленности // Цемент. - 1995. - № 3. - С. 8-14.
УДК.622.683:625
СЛ.Фесенко, Б.Н.Осинников, Д.Н.Неугодников, С.А.Ванных
ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ ОСНОВНЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ НАДЕЖНОСТИ ДУМПКАРОВ
Множественность воздействий и различие характера нагрузок, которым подвергается вагон-самосвал, предполагает проведение оценки надежности по его отдельным составным частям, так называемым базовым узлам. В этом случае думпкар может быть представлен следующими основными базовыми узлами: ходовая тележка, пневморазгрузочный механизм, верхняя рама с кузовом , автосцспнос и ударно-тяговое устройство, нижняя рама, механизм открывания борта, аппаратура автотормоза и рычажная тормозная передача.
Из всего многообразия нагрузок, которым подвергается вагон-самосвал в процессе эксплуатации, самыми значительными являются ударные нагрузки, возникающие в процессе погрузки думпкара, влияние которых определяет надежность базовых узлов и вагона-самосвала в целом.
Взаимодействие базовых узлов вагона-самосвала с точки зрения влияния на его надежность процесса погрузки представлено на схеме (см.рисунок). Из схемы вытекает, что источником формирования отказов, возникающих от ударных нагрузок, являются узлы, непосредственно воспринимающие и гасящие динамические усилия от ударов горной массы: верхняя рама, нижняя рама и механизм открывания борта.
В этом случае расчет вероятности безотказной работы вагона-самосвала будет производиться по формуле
рм -ЛО +3(0-/?(') /ко» О)
где Рр (/) - вероятность безотказной работы вагона-самосвала за период эксплуатации /](г) -
вероятность безотказной работы базовых узлов думпкара группы (верхняя рама, нижняя рама, механизм открывания борта) за период эксплуатации Р2(0- вероятность безотказной работы базовых узлов думпкара группы (ходовая тележка, пневморазгрузочный механизм, автосцепное и ударно-тяговое устройство, аппаратура автотормоза и рычажная тормозная передача) за период эксплуатации Л
Структурная схема взаимодействия базовых узлов думпкара с точки зрения влияния процесса погрузки на надежность
работы вагона-самосвала: Р\ (/) - вероятность безотказной работы базовых узлов 1 группы, />2 (О - вероятность безотказной работы базовых узлов 2 группы
В связи с тем, что в системе (вагон-самосвал - система, состоящая из конструктивно и функционально объединенных и взаимодействующих между собой элементов) рассматриваются только внезапные отказы, закономерность их возникновения достаточно точно описывается экспоненциальной функцией. В этом случае интенсивность отказов постоянна и формула вероятности безотказной работы по группам базовых узлов может быть представлена в следующем виде:
/>,(,) = (2) Р2(О-Г1*4*****', (3)
где со - параметр потока отказов; / - оцениваемый период эксплуатации; 1,2,...7 - индексы базовых узлов вагонов-самосвалов.
Для расчета оценок показателей надежности базовых узлов используются следующие формулы:
среднее число отказов, приходящееся на 1 базовый узел за время г
параметр потока отказов
-МО-—. и)
п6
(5)
Д/
наработка вагона-самосвала на 1 отказ базового узла
г=4т> (6)
МО
где тср(О - накопленное от начала наблюдений число отказов одного базового узла вагона-самосвала за период /; т(/) - накопленное от начала наблюдений число отказов всех наблюдаемых базовых узлов; п5 - количество наблюдаемых базовых узлов; Дт - число отказов базового узла за интервал времени эксплуатации
Д1 = (1+Ы)-1
Двусторонние доверительные границы для параметра потока отказов с доверительной вероятностью 0=0,9 определяются по требованиям действующего стандарта.
Основные показатели надежности базовых узлов определяются по следующим формулам-
1. Гамма-процентная наработка до отказа
г■ оЛ ню;
(7)
2. Гамма-процентный срок службы
г =1Г1_1п-?1>| . (8)
3. Вероятность восстановления базового узла в заданное время
Р,=\-е~°* . (9)
4. Вероятность восстановления вагона-самосвала в заданное время работы
Р„=1~Ре* ■ (Ю)
Ориентировочный межремонтный срок для базовых узлов вагона-самосвала рассчитывается по формуле
Тр^О-К^Ьр.; (11)
где К« - коэффициент технического использования вагона-самосвала; х ПД о ~ среднее время простоя вагона-самосвала, соответственно, при плановом и неплановом восстановлении базового
узла.
Коэффициент готовности, комплексно характеризующий такие свойства вагона-самосвала, как безотказность и ремонтопригодность, определяется по формуле
*в=7~+Г' (12)
' р 'в
где - время пребывания вагона-самосвала в работоспособном состоянии за некоторый
регламентируемый период (в это время не входят простои на плановых видах обслуживания и ремонтов); /„ - время восстановления работоспособности вагона-самосзала после отказов за этот же период без учета времени ожидания восстановления.
Коэффициент технического использования, отражающий уровень организации работ по восстановлению работоспособности и исправности вагона-самосвала после отказа и учитывающий простои в плановых видах ремонта и обслуживания, определяется по формуле
Кти =-Ь>-, (13)
ГДС 'о*1 рем - время простоя вагона-самосвала на технических обслуживаниях и ремонтах за
регламентированный период.
Коэффициент использования календарного времени определяется по формуле
К„ (14)
" 365 р
В качеств примера расчета показателен надежности вагонов-самосвалов 2ВС-105 существующей конструкции приведем расчет, выполненный на базе выборки статистических данных по отказам, представленных в табл.1 (рудные карьеры Урала).
Таблица 1
Распределение отказов базовых узлов вагонов-самосвалов 2ВС-105 и статистическая оценка времени их восстановления
Наименование базовых узлов Год Время восстановления отказа, сутки/отказ
1997 1998 1999 Всею
Ходовая тележка 98 41 24 163 0,47
Пневморазгрузочный механизм 24 31 9 64 1,29
Верхняя рама с кузовом 33 21 9 63 1,65
Автосцепное и ударно -тяговое устройство 34 30 8 72 0,24 •
Нижняя рама 13 12 3 28 0,77
Механизм открывший борта 10 11 4 25 0,77
Аппаратура автотормоза и рычажная тормозная передача 4 4 2 10 0,71
Итого: 216 150 59 425 5,9
Структура распределения календарного времени следующая: рабочее время - 298 суток: плановые ремонты - 12,4 суток; ремонты в связи с устранением отказов - 11,8 суток; ожидание устранения отказов - 34,8 суток; запас - 8 суток.
Расчет показателей надежности базовых узлов вагона-самосвала 2ВС-105 приведен в табл.2 и выполнен при доверительной вероятности р = 0,9 и относительной ошибке 6 = 0,2.
Техническими условиями на эксплуатацию думпкаров установлено, что наработка вагона-самосвала на отказ при существующей системе технического обслуживания и ремонта должна составлять 125 суток.
Анализ полученных показателей надежности свидетельствует о следующем:
- гамма-процентная наработка на отказ показывает, что такие базовые узлы, как ходовая тележка, пневморазгрузочный механизм, верхняя рама с кузовом и автосцспнос и ударно-тяговое устройство, обладают сравнительно низким ресурсом и по надежности не отвечают современным техническим требованиям;
- гамма-процентный срок службы нижней рамы, которая служит основополагающим узлом всей конструкции и определяет срок службы вагона в целом, составляет 6,6 лет при требуемом сроке службы вагона-самосвала 15 лет, что ниже в 2,3 раза.
Рассчитанный межремонтный срок профилактических ремонтов подтверждает, что периодичность их проведения применительно к таким базовым узлам, как ходовая тележка, пневморазгрузочный механизм и верхняя рама с кузовом, не соответствует действующим нормативам.
Таблица 2
Показа гели надежности базовых узлов вагонов-самосвалов 2ВС-105 существующей конструкции
Наименование базовых узлов Параметры надежности
Тщ, сутки 1 /сутки («,-365 суток) 7", (у » 90 сутки (годы) (t, - 365 суток) Тро, (Т-90 сутки
ресурс до отката срок службы
Ходовая тележка 370 2,70 0,373 39 331 (0,9) 0,627 20
11невморазгрузоч-ный механизм 942 1,06 0,679 99 843(2,3) 0,321 23
Верхняя рама с кузовом 957 1,04 0,684 101 856(2,3) 0,316 20
Автосцепное и ударно-тяговое устройство 838 1,19 0,648 88 750(2,1) 0,352 80
Нижняя рама 2154 0,46 0,845 (0,604)* 227 2408(6,6) 0,155 77
Механизм открывания борта 2412 0,41 0,861 254 2158(5,9) 0,139 86
Аппаратура автотормоза и рычажная тормозная передача 6031 0,16 0,943 636 5395(14,8) 0,057 230
Вагон-самосвал: />и- 0,576; р^ -0.424 • При Г - 1095 суток.
Расчет перспективных показателей надежности вагонов-самосвалов, выполненный Институтом горного дела УрО РАН, свидетельствует, что реализация разработанных рекомендаций по совершенствованию конструкции базовых узлов думпкара позволит повысить надежность отдельных элементов и всего вагона-самосвала в целом.
Так, внедрение предложенных мероприятий позволяет сократить, а в некоторых случаях и исключить внезапные отказы, в частности:
- ходовой тележки - по причине сдвига роликовой буксы, излома средней буксы, излома и трещин боковины, трещин шкворневой балки и др.;
- пневморазгрузочного механизма - по причине обрывов штока цилиндров опрокидывания, разгерметизации цилиндров опрокидывания и др.;
- верхней рамы с кузовом - по причине изломов продольного борта, бортовых кронштейнов, продольной балки верхней рамы, лобовой стенки; обрывов бортовых кронштейнов, продольного борта, бортовых петель, лобовой стенки, нижних и верхних листов верхней рамы и
др-;
- автосцепного и ударно-тягового устройства - по причине обрывов и изломов автосцепки, тягового хомута, трещин тягового хомута, изломов фрикционного аппарата и др.;
- нижней рамы - по причине изломов и трещин хребтовой балки, обрывов опорных кронштейнов, излома скользунов и др.;
- механизма открывания борта - по причине изломов двуплечевого рычага, главного рычага, упорной тяги и др.;
- аппаратуры автотормоза и рычажной тормозной передачи - по причине изломов тормозного цилиндра, рычажной передачи, триангеля и др.
Расчеты требуемых по ТУ и перспективных показателей надежности базовых узлов и вагона в целом сведены в табл.3 и 4.
Сопоставительный анализ данных (табл.3, 4) свидетельствует о том, что параметры надежности базовых узлов и вагона-самосвала перспективной конструкции в целом значительно выше значений показателей существующей конструкции. В частности, по гамма-процентному ресурсу до отказа наработка базовых узлов возрастает:
- по ходовой тележке в 2,2 раза;
- по механизму открывания борта в 1,9 раза;
- по аппаратуре автотормоза и рычажной тормозной передаче в 2,1 раза;
- по пиевморазгрузочиому механизму, верхней рамс с кузовом, автосцспному и ударно-тяговому устройству и нижней раме в 2 раза.
Параметры надежности базовых узлов вагонов-самосвалов перспективной конструкции превышают показатели гамма-процентной наработки на отказ, установленные техническими условиями (см. табл.3), за исключением ходовой тележки, где ресурс ниже на 30 %.
Это обусловлено условиями эксплуатации тележки, и дальнейшее повышение гамма-процентного ресурса наработки на отказ связано с комплексным решением задачи в сфере взаимодействия параметров тележки и верхнего строения пути, а также системой технического обслуживания и ремонта верхнего строения пути.
Таблица 3
Показатели надежности базовых узлов вагона -самосвала 2ВС-105, требуемые по техническим условиям
Наименование базовых углов Параметры надежности
Г», супа иг* 1/сутки P,(t,l (г,-365 суток) Гт (у - 90 сутки (годы)
ресурс до отказа срок службы
Ходовая тележка 1190 0,84 0,736 125 1064(2,9)
Пневморазгрузочный механизм 1190 0,84 0,736 125 1064(2,9)
Верхняя рама с кузовом 1190 0,84 0,736 125 1064(2,9)
Автосиепное и ударно-тяговое устройство 1190 0,84 0,736 125 1064(2,9)
Нижняя рама 2154 (0,604)* 0,46 0,845 (0,604)* 227 2408 (6,6)
Механизм открывания борта 2412 0,41 0,861 254 2158(5,9)
Аппаратура автотормоза и рычажная тормозная перелача 6031 0,16 0,943 636 5395(14,8)
Вагон-самосвал: Р„- 0.710. • При I,- 1095 суток.
Срок службы нижней рамы, оцениваемый гамма-процентным ресурсом до списания, определяющий срок службы вагона-самосвала в целом, повышается в 1,6 раза и составляет почти 11 лет. Установленные двусторонние доверительные границы гамма-лроцентного срока службы (нижняя - 8,7, верхняя - 15,3 года) свидетельствуют о сближении срока службы думпкара с установленными нормативными сроками и подтверждают, что с точки зрения условий эксплуатации вагонов-самосвалов по факторам погрузки и перевозки горной массы различной средней плотности трсбустся дифференциация срока службы применительно к конкретным горнотехническим и горно-геологическим условиям.
Установленный межремонтный срок, косвенно подтверждающий увеличение периода наработки на отказ и срока службы базовых узлов вагона-самосвала перспективной конструкции, свидетельствует об увеличении периодичности проведения обслуживании и ремонтов по сравнению с нормативной, равной 30 суткам.
Надежность вагона-самосвала перспективной конструкции в целом, характеризуемая вероятностью безотказной работы, повышается на 43 %, вероятность восстановления сокращается на 58 %.
Таблица 4
Прогноз параметров надежности базовых узлов и вагонов-самосвалов перспективных конструкций
Наименование базовых узлов Параметры надежное™
г*. сутки »•Ю-' 1/сутки (г,-365 суток) Ту (у -90%), сутки (годы) Л («г) (Ь-365 суток) Т„( у-90%\ сутки
ресурсно отказа срок службы
Ходовая тележка 838 1,19 0,648 88 750(2,1) 0,352 51
Пневморазгрузочный механизм 1887 0,53 0,824 199 1688 (4,6) 0,176 47
Верхняя рама с кузовом 1887 0,53 0,824 199 1688(4,6) 0,176 39
Автосцепное и ударно-тяговое устройство 1667 0,60 0,803 176 1491 (4,1) 0,197 197
1(ижняя рама 4348 0,23 0,919 458 3890(10,6) 0,081 171
Механизм открывания борта 4545 0,22 0,923 479 4066(11,1) 0,077 179
Аппаратура автотормоза и рычажная тормозная передача 12500 0,08 0,971 1318 11182 (30,6) 0,029 529
Вагон-самосвал: Р„ = 0,824;Я,-0,176.
Коэффициенты (табл.5), комплексно характеризующие показатели надежности и использования вагонов-самосвалов перспективной конструкции, увеличиваются: готовности - на 3,1 %; технического использования - на 3,4 %; использования календарного фонда времени - на 13,1 %.
Таблица 5
Комплексные показатели надежности вагонов-самосвалов
существующей и перспективных конструкций
Наименование показателя Значение показателя для вагона-самосвала
существующей конструкции перспективных конструкций
Ко-»ффициент готовности 0,961 0,991
Коэффициент технического использования 0,925 0,957
Коэффициагг использования календарного врсмеш< 0,816 0,923
Предложенный метод оценки показателей надежности думпкаров позволяет оценить надежность отдельных узлов думпкаров, установить степень их влияния на общий уровень надежности думпкара, а также разработать комплекс мероприятий по повышению технического использования модернизированных конструкций на 3,4 %, коэффициента готовности на 3,1 %, а использования календарного фонда времени на 13,1 %.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Драгоненко A.A. Исследование и выбор радикальных параметров системы ударной амортизации вагонов-самосвалов для транспортирования тяжелых горных пород: Авторсф. дис. ... канд.техн.наук. - М.: МНИТ. - 1975. - 24 с.
2. Нормы расчета и проектирования новых вагонов -самосвалов (думпкаров) колеи 1520 мм. -М.: ВНИИ вагоностроения. 1986. - 155 с.
3. Область эффективного использования экскаваторов и думпкаров существующих и перспективных конструкций / Фссснко С Л., Сушков В Н., Фомина С.Я., Зырянов A.B. // Труды ИГД МЧМ СССР. - Свердловск, 1978. - Вып. 56. - С. 47-70.
4. Установление надежности работы .думпкаров 2ВС-105 и разработка рекомендаций по их совершенствованию: Отчет о НИР / ИГД МЧМ СССР. Рук. Сумков В.Н. - Свердловск, 1990. - 137 с.
