Scientific journal
Modern problems of science and education
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,791

SINK-FLOAT SEPARATOR RELIABILITY ANALYSIS OF «PECHORSKAYA» CENTRAL DRESSING PLANT, «VORKUTAUGOL»

Khachatryan S.A. 1 Zadkov D.A. 2
1 Moscow State Machinery University «MSMU»
2 National Mineral Resources University (Mining University)
В статье представлены результаты теоретических и экспериментальных исследований надежности тяжелосредных сепараторов СКВП-20 обогатительной фабрики «Печорская» ОАО «Воркутауголь». В результате наблюдений в реальном времени, установлены следующие основные причины отказа тяжелосредного сепаратора: перегруз двигателя, обрыв лепестковой передачи, очистка технологического трубопровода. Предложена математическая модель, которая позволяет оценивать надежность с большой вероятностью. Определен закон распределения времени безотказной работы и времени восстановления тяжелосредних сепараторов СКВП-20. В результате исследований установлено, что эффективная работа сепаратора возможна только при наличии обслуживающего персонала. Полученные результаты имеют практическую значимость и рекомендованы по работе такого класса сепараторов. Предложенный метод может быть использован при оценке надежности существующих или вновь вводимых тяжелосредных сепараторов.
In the article the results of the sink-float separator reliability analysis are shown. Research is based on the process taking place at central dressing plant “Pechorskaya”, which belongs to Vorkutaugol Company. By results of real-time monitoring was determined that, most part of breakdowns was caused by engine overcharge, gear failure and pipeline cleaning. Sink-float separator reliability estimation based on its technical characteristics is suggested. Mathematical model of separator’s reliability is described. It is determined, that no-failure operation of the separator is possible only with technical stuff support. SKVP-20 separator no-failure operation time statistical law is given. Shown method could be used to carry out a reliability assessment of the available models, and models, that are new, and also to give recommendations about separator’s updating. Taken results could be used in train of sink-float separator exploitation.
reliability
exploitation
maintenance
theoretical and experimental analysis
sink-float separator
ore dressing
dressing plant
breakdown
engine overcharge
mathematical model
theory of probability
statistical law
no-failure operation
recovery

При разработке, испытаниях и эксплуатации технического оборудования важное значение приобретают вопросы обеспечения их надежности. Надежность в сложившихся представлениях определяется как одно из основных свойств оборудования, характеризующих ее способность выполнять заданные функции в процессе эксплуатации [3].

Вопросам надежности сепараторов посвящен ряд научных работ [1; 2; 6]. Исследование надежности работы технологических узлов может иметь прикладное значение только при условии получения практических данных об отказах, полученных в условиях промышленной эксплуатации.

При эксплуатации горного оборудования любого назначения и конструкций возникают как внезапные, так и постепенные отказы. Внезапные отказы возникают в первую очередь в результате ошибок при проектировании, изготовлении и эксплуатации. Постепенные отказы – в результате длительной эксплуатации оборудования, в результате нарушения прочности и снижения долговечности под влиянием знакопеременных нагрузок и вибрации, в том числе отказы в результате износа и старения материалов.

Цель исследований

Надежность оборудования, как и всякого технического объекта, зависит от показателей его конструктивных узлов и элементов. Исследование тяжелосредного сепаратора СКВП-20, базируется на опытных статистических данных об отказах, которые после обработки позволяют установить законы распределения времени безотказной работы (вероятность безотказной работы) и времени восстановления (вероятность продолжительности отказа) и предложить математическую модель, отражающую изменение надежности работы узлов во времени.

Метод исследования

Основными положениями анализа являются:

- методика исследования надежности работы сепаратора СКВП-20;

- определение закона распределения времени безотказной работы и времени восстановления тяжелосредных сепараторов СКВП-20;

- определение параметров полученного распределения, установление правомочности аппроксимации экспериментальных результатов выбранных видов распределения с теоретическими.

Обработка полученных опытных данных проводилась согласно математической статистике [5]. План наблюдений за объектами, реализованный на ЦОФ, соответствует плану [N, R, T], где N - число сепараторов, взятых под наблюдение, символ R обозначает, что после отказов наблюдаемые объекты заменяли на новые или восстанавливались, после чего опять велось наблюдение.

Время подконтрольной эксплуатации прекращалось в заранее установленный момент Т. Число отказов при такой системе наблюдений является случайной величиной.

Обработка исходных данных для установления функций распределения времени безотказной работы и времени восстановления производится в следующем порядке.

1. Данные о времени безотказной работы и восстановления располагаются в порядке возрастания, диапазон значений разбивается на 6-12 интервалов. Для каждого интервала определяется:

- частота попадания в интервал и эмпирическая частота (плотность) распределения времени безотказной работы и восстановления;

- накопленные частоты на всем промежутке рассмотренных интервалов.

2. Определяется математическое ожидание и среднеквадратическое отклонение времени безотказной работы и восстановления.

3. По накопленным частотам строятся гистограммы и суммарные кривые, по которым устанавливаются возможные виды теоретических законов распределения. Производится проверка соответствия эмпирических кривых распределения теоретическим законам.

Результаты исследования и их обсуждение

Время простоя тяжелосредного сепаратора СКВП-20 из-за отказов его конструктивных узлов и элементов представлено на рисунке 1.

Рис. 1. Время простоя тяжелосредного сепаратора типа СКВП-2 из-за его конструктивных узлов и элементов: 1 - сработала токовая защита вследствие перегруза двигателя (наличие постороннего предмета); 2 - очистка технологического трубопровода вследствие заштыбовки; 3 - оборвало лепестковую передачу; 4 - вырвало уплотнение между рабочим колесом и ванной сепаратора вследствие износа металлоконструкций; 5 - ремонт металлоконструкций вследствие износа; 6 - срезало пальцы на большой зубчатой звездочке

Исследованиями установлено, что наиболее распространенными отказами тяжелосредного сепаратора СКВП-20 являются: перегруз двигателя, обрыв лепестковой передачи, очистка технологического трубопровода. Результаты обработки статистических данных приведены в таблице 1 и на рисунке 2.

Таблица 1

Распределение времени безотказной работы и времени аварийного ремонта тяжелосредных сепараторов типа СКВП-20

Наработка между отказами

Время аварийного ремонта

№ пп

Интервал (наработка между отказами), мм

Частоты эмпирические, шт. mi

Эмпири-ческая частота, % mi/åmi

Плотность распре-деления, %

Распре-деление P1=P(T1≥t)

Теоретическое распределение (экспонента), PТ1=е-t/T1

Интервал (время аварийного ремонта), час

Частоты эмпири-ческие, шт. mi

Эмпирическая частота, % mi/åmi

Плотность распре-деления, %

Распре-деление P2=P(T2≥t)

Теоретическое распределение (экспонента), PТ2=е-t/T2

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

1

0 - 50

67

45,6

45,6

100,0

100,0

0 - 15

102

69,39

69,39

100,0

100,0

2

51 - 100

40

27,2

27,2

54,4

55,2

16 - 30

21

14,29

14,29

30,61

36,12

3

101 - 150

12

8,2

8,2

27,2

30,8

31 - 45

10

6,80

6,80

16,32

16,13

4

151 - 200

10

6,8

6,8

19,0

17,2

46 - 60

7

4,76

4,76

9,52

6,67

5

201 - 250

9

6,1

6,1

12,2

9,6

61 - 75

4

2,72

2,72

4,76

2,76

6

251 - 300

5

3,4

3,4

6,1

5,4

76 - 90

3

2,04

2,04

2,04

1,14

7

301 – 350

4

2,7

2,7

2,7

3,0

 

 

 

 

 

 

 

Сумма

147

 

 

 

 

 

147

 

 

 

 

Сравнение распределений вероятностей эмпирических с теоретическими (рис. 2) показывает, что максимальное расхождение для вероятности безотказной работы не превышает 3,6% (интервал 3) и 5,5% для вероятности продолжительности восстановления (интервал 2), что указывает на хорошее соответствие эмпирических законов распределения экспоненциальным теоретическим.

При проверке соответствия между экспериментальным и теоретическим распределениями по критерию Колмогорова [4] определяется максимальное расхождение между экспериментальной и теоретической функциями, на основании которых определяются величины:

,

где D – максимальное значение разницы между теоретическим и эмпирическим распределениями; n – количество зарегистрированных отказов.

а)

б)

Рис. 2. Кумулятивные кривые распределения:

а - времени безотказной работы тяжелосредных сепараторов СКВП-20;

б - времени восстановления отказов тяжелосредных сепараторов СКВП-20

На основании значений а1 и а2 по таблице [4] определяется критерий Колмогорова, который для рассматриваемого случая равен Р(а1) = 0,98 и Р(а2) = 0,834, что указывает на хорошее соответствие экспериментальных данных теоретическому экспоненциальному закону распределения (если Р(a) ≥ 0,05, то принимается гипотеза о согласованности экспериментальных и теоретических распределений).

Экспериментальные кривые распределения времени безотказной работы и времени восстановления дают возможность проследить изменение вероятности безотказной работы до первого отказа и вероятности продолжительности отказа в зависимости от времени: кривые распределения представляют собой графики вероятности безотказной работы и вероятности продолжительности отказа (рис. 2).

На 15-минутном интервале вероятность безотказной работы составляет 80-90%, на 1,5-часовом интервале она снижается до величины 40-50%. Низкие значения вероятности безотказной работы показывают, что нормальная работа тяжелосредного сепаратора СКВП-20 может происходить только при условии постоянного обслуживания технологическим персоналом.

Заключение

В результате исследований установлено, что эффективная работа сепаратора возможна только при наличии обслуживающего персонала.

Определен закон распределения времени безотказной работы и времени восстановления тяжелосредных сепараторов СКВП-20.

Полученные в данной статье результаты могут быть использованы в качестве исходных для постановки и решения ряда задач теории надежности, например, задачи определения необходимого резерва запасных частей, задачи определения оптимальной периодичности замены отдельных элементов тяжелосредного сепаратора СКВП-20 и других.

Рецензенты:

Тарасов Ю.Д., д.т.н., профессор, профессор кафедры горных транспортных машин, Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Национальный минерально-сырьевой университет «Горный», г. Санкт-Петербург;

Юнгмейстер Д.А., д.т.н., профессор, профессор кафедры машиностроения, Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Национальный минерально-сырьевой университет «Горный», г. Санкт-Петербург.