Методология обоснования предельных состояний и резерва элементов гидропривода горных машин
На правах рукописи
Рахутин Максим Григорьевич
МЕТОДОЛОГИЯ ОБОСНОВАНИЯ ПРЕДЕЛЬНЫХ СОСТОЯНИЙ
И РЕЗЕРВА ЭЛЕМЕНТОВ ГИДРОПРИВОДА ГОРНЫХ МАШИН
Специальность 05.05.06 – «Горные машины»
А в т о р е ф е р а т
диссертации на соискание ученой степени
доктора технических наук
Москва 2010
Работа выполнена в ГОУ ВПО
«Московский государственный горный университет»
Научный руководитель доктор технических наук, профессор
Кантович Леонид Иванович
Официальные оппоненты доктор технических наук, профессор
Жабин Александр Борисович
доктор технических наук, профессор
Островский Михаил Сергеевич
доктор технических наук, профессор
Сысоев Николай Иванович
Ведущее предприятие: Национальный научный центр горного
производства - Институт горного дела
им. А.А. Скочинского (МО, г. Люберцы)
Защита диссертации состоится 28 декабря 2010г в 12.00 в ауд. Д-251 на заседании диссертационного совета Д-212.128.09 в Московском государственном горном университете по адресу: 119991, Москва, Ленинский проспект, 6.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного горного университета
Автореферат разослан 2010 г.
Ученый секретарь диссертационного совета
| кандидат технических наук профессор |  | Шешко Евгения Евгеньевна |
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность работы. Гидропривод используется в большинстве горных машин. Ежегодно на угледобывающих предприятиях РФ в эксплуатации находится более 200 тыс. элементов гидропривода - насосов, гидроцилиндров и распределителей механизированных крепей, проходческих комбайнов, гидравлических экскаваторов, буровых станков и других горных машин. На гидропривод приходится 15-30 % отказов. Для однотипных горных машин различаются по условиям применения в 3-5 раз, по стоимости однотипных элементов гидропривода до 20 раз и их ресурсам - до 5 раз.
Элементы гидропривода в процессе эксплуатации имеют свойство постепенного изменения объемного КПД и других определяющих параметров. Постепенное изменение параметров не только повышает вероятность внезапного отказа, но и приводит к уменьшению производительности машины, так как гидропривод задействован при выполнении практически всех рабочих и вспомогательных операций. В связи с этим в ряде случаев целесообразна замена еще работоспособного элемента гидропривода при достижении его определяющим параметром определенной величины, называемой предельным состоянием.
В настоящее время для элементов гидропривода в стандартах и руководствах по эксплуатации назначаются одинаковые («жесткие») величины предельных состояний, не учитывающие разнообразия условий использования и конструктивных особенностей горных машин.
Отсутствуют научно обоснованные методы расчета запасных частей, учитывающие специфику эксплуатации элементов гидропривода. На практике снабжение запасными частями осуществляется исходя из среднего расхода и выделенных средств без учета ущерба из-за их нехватки, что не всегда эффективно.
Таким образом, разработка методологии обоснования предельных состояний и расчета необходимого количества запасных частей элементов гидропривода горных машин с учетом основных факторов эксплуатации является актуальной научной проблемой.
Цель работы. Разработка методологии обоснования предельных состояний и резерва элементов гидропривода с учетом влияния их технического состояния на производительность и надежность горных машин для повышения эффективности эксплуатации.
Идея работы заключается в том, что для одного и того же элемента гидропривода целесообразно устанавливать различные по величине значения предельного состояния и количество запасных частей в зависимости от основных факторов эксплуатации, конструкции машины, степени влияния технического состояния элемента на производительность и надежность горных машин.
Методы исследований. При выполнении диссертационной работы использовались теория гидропривода, математический аппарат теории вероятностей, эксплуатационные наблюдения за работой горных машин, методы математической статистики, теории надежности и управления запасами, системного анализа и математического моделирования с применением компьютерной техники.
Основные научные положения, выносимые на защиту:
1. Математические модели функционирования элементов гидропривода с постепенно изменяющимися параметрами, влияющими на уменьшение производительности машины, позволяющие рассчитывать наработку между заменами и величину предельного состояния таких элементов.
2. Методы расчета величины предельного состояния и наработки между заменами элементов гидропривода горных машин на продолжительном и ограниченном интервале эксплуатации, учитывающие скорость ухудшения технического состояния, затраты на замену и ущерб из-за изменения производительности, и полученные зависимости дифференцированных значений предельного состояния и оптимальных наработок между заменами от вышеперечисленных факторов.
3. Закономерности влияния конструктивных особенностей горной машины, элемента, экономических и горнотехнических условий эксплуатации на оптимальные величины наработок между заменами и предельного состояния элементов гидропривода.
4. Метод расчета коэффициента готовности, технической и эксплуатационной производительности гидрофицированных горных машин, отличающийся тем, что учитывает зависимость их производительности от технического состояния элементов гидропривода.
5. Метод оценки эффективности эксплуатации гидропривода горных машин, учитывающий степень соответствия фактических и оптимальных затрат времени и средств на его функционирование.
6. Метод расчета необходимого количества запасных частей элементов гидропривода горных машин, учитывающий влияние технического состояния элементов на производительность и увеличение вероятности внезапных отказов в процессе эксплуатации, а также возможность частичного использования ранее замененных элементов.
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждаются корректностью использованных теорий гидропривода, вероятности, надежности и математической статистики; адекватностью математических моделей процессу функционирования гидропривода горных машин и использованием данных, полученных с доверительной вероятностью не менее 0,9 и величиной относительной ошибки не более 0,1.
Научная новизна диссертационной работы состоит в следующем:
- разработан метод установления дифференцированных предельных состояний элементов гидропривода горных машин, учитывающий их конструктивные особенности, скорость ухудшения технического состояния элемента и степень его влияния на производительность, затраты на замену, ущерб из-за простоя;
- установлены зависимости потери производительности горной машины от степени задействования элемента гидропривода в процессе работы, начальной и конечной величины его определяющего параметра;
- установлены закономерности влияния технического состояния элементов гидропривода на производительность и коэффициент готовности горных машин и разработана система показателей и коэффициентов для их анализа;
- установлены закономерности влияния стоимости и продолжительности замены, ущерба из-за простоя, скорости изменения параметра, взаимосвязи технического состояния элемента гидропривода и производительности машины в различных условиях на величины оптимальных наработок между заменами, критериев предельного состояния, необходимого количества запасных частей;
- разработаны показатели оценки и установлены закономерности влияния изменения технического состояния элементов гидропривода на надежность, производительность и эффективность эксплуатации горных машин;
- установлены закономерности влияния конструктивных особенностей машины и элемента, экономических и горнотехнических условий эксплуатации на оптимальные величины наработок между заменами и предельных состояний элементов гидропривода горных машин;
- разработан метод расчета необходимого количества запасных частей для элементов гидропривода забойных машин, отличающийся тем, что учитывает влияние их технического состояния на надежность и производительность машины, экономические факторы, вероятность использования замененного ранее элемента.
Научное значение заключается в создании методологии обоснования предельных состояний и резерва элементов гидропривода горных машин, выразившейся в разработке теории и моделей функционирования элементов гидропривода, ухудшение технического состояния которых вызывает уменьшение производительности горных машин, на основе которых уточнены формулы для расчета коэффициента готовности, технической и эксплуатационной производительности, получены выражения для установления оптимальных предельных состояний и наработок между заменами, необходимого количества запасных частей, минимально возможных затрат и оценки эффективности эксплуатации в заданных условиях
Практическое значение работы заключается в разработке:
- методики расчета дифференцированных наработок до замен и предельных состояний элементов гидропривода горных машин;
- методики определения влияния технического состояния элементов гидропривода на производительность горных машин;
- методики расчета резерва параметра элементов гидропривода горных машин;
- методики расчета коэффициента готовности, технической и эксплуатационной производительности гидрофицированных горных машин с учетом технического состояния элементов гидропривода;
- методики расчета необходимого количества запасных частей элементов гидропривода горных машин.
Реализация результатов работы. Методики «Определение влияния технического состояния элементов гидропривода на производительность горнопроходческих машин», «Расчет дифференцированных наработок до замен и предельных состояний элементов гидропривода горнопроходческих машин», «Расчет коэффициента готовности, технической и эксплуатационной производительности гидрофицированных горнопроходческих машин с учетом технического состояния элементов гидропривода», «Определение ущерба от ухудшения технического состояния элементов гидропривода горнопроходческих машин», «Расчет резерва параметра элементов гидропривода горнопроходческих машин» приняты к использованию в ОАО «ЦНИИподземмаш» для проектирования горнопроходческих машин. Методики «Определение влияния технического состояния элементов гидросистемы на производительность угледобывающих комплексов», «Расчет дифференцированных наработок до замен и предельных состояний элементов гидросистемы угледобывающих комплексов», «Расчет коэффициента готовности, технической и эксплуатационной производительности угледобывающих комплексов с учетом технического состояния элементов гидросистемы», «Расчет резерва параметра элементов гидросистемы угледобывающих комплексов» использованы в ОАО «Объединенные машиностроительные технологии» при проектировании угледобывающих комплексов. Методики «Расчет дифференцированных наработок до замен и предельных состояний элементов гидропривода горных машин» и «Расчет необходимого количества запасных частей элементов гидропривода горных машин» использованы в ОАО «ХК СДС - Уголь» при эксплуатации гидрофицированных горных машин.
Основные научные результаты диссертации используются в учебном процессе Московского государственного горного университета при подготовке дипломированных специалистов по специальности 150402 – «Горные машины и оборудование».
Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались на международном семинаре "Проблемы и перспективы развития горной техники" (Москва, МГГУ, 1994 г.), международном симпозиуме "Горная техника на пороге XXI века" (Москва, МГГУ, 1995г.), второй международной конференции «Проблемы механики современных машин» (Улан-Удэ, ВСТГУ, 2003 г.), весенних и осенних сессиях Пятого и Шестого Всероссийских симпозиумов по прикладной и промышленной математике в Кисловодске, Сочи, Санкт-Петрбурге 2004, 2005г.г., международных конференциях «Неделя горняка» (Москва, МГГУ, 1999 – 2010 гг.).
Публикации. Основные результаты исследований отражены в 29 научных трудах, включая 23 статьи, опубликованные в научных изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнауки России.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 7 глав, заключения и приложений, содержит 58 рисунков, 28 таблиц и список литературы из 223 наименований.
Автор выражает глубокую благодарность коллективу кафедры «Горные машины и оборудование» Московского государственного горного университета и специалистам отрасли за помощь в процессе выполнения работы и чтит память скончавшегося проф., д.т.н. В.Н. Гетопанова, оказавшего неоценимую методическую помощь в выполнении работы на начальных этапах.
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Для постановки задачи исследования выполнен анализ работ по опыту эксплуатации, надежности и техническому обслуживанию гидропривода горных, дорожно-строительных, сельскохозяйственных машин, станков и авиационной техники.
В настоящее время гидропривод используется в большинстве горных машин - механизированных крепях, проходческих комбайнах, породопогрузочных машинах, буровых установках и станках для подземных и открытых работ, гидравлических экскаваторах и еще ряде машин.
Это результат усилий многих конструкторов, ученых, производственников - перечислить всех достаточно сложно – это Балабышко А.М, Бернацкий В.А.,Бреннер В.А., Бродский Г.С., Докукин А.В., Домбровский Н.Г., Ефимов В.Н., Жабин А.Б., Кантович Л.И., Козин Г.Ю., Коровкин Ю.А.,Красников Ю.Д., Кубачек В.Р., Мамонтов С.В., Махно Д.Е., Мышляев Б.К., Пастоев И.Л., Подэрни Р.Ю., Пономаренко Ю.Ф., Санин С.А., Слесарев В.Д., Солода В.И., Старичнев В.В., Сысоев Н.И., Ушаков Л.С., Финкильштейн З.Л., Хорин В.Н., Шахмейстер Ю.Л., Шеин Ю.Г., Шендеров А.И., Штейнцайг В.М. и многие другие.
Применение гидропривода в условиях горной промышленности было бы невозможно без дальнейшей разработки теории надежности и технического обслуживания. Свой вклад в развитие этого направления науки внесли работы Гетопанова В.Н., Гимельшейна Л.Я., Гуляева В.Г., Карпухина В.Д., Логова А.Б., Морозова В.И., Мостакова В.А., Островского М.С, Радкевича Я.М., Солода С.В., Рахутина Г.С., Френкеля В.Ш., Хазановича Г.Ш, Шадрина А.И. и многих других.
Их работы были основаны на трудах Барлоу Р., Беляева Ю.К., Герцбаха И.Б, Гнеденко Б.В., Дружинина Г.В., Кокса Д.Р., Кугеля Р.В., Прошана Ф., Смита В.Л., Соловьева А.Д. и многих других ученых, работавших в области надежности и технического обслуживания.
Существующий уровень развития науки и техники позволяет установить влияние условий эксплуатации на характеристики надежности элементов, и для многих условий и элементов такие характеристики установлены. Специфика функционирования элементов гидропривода – постепенное изменение определяющих параметров элементов.
Имеющиеся теории и методы позволяют прогнозировать ресурс и надежность элементов, а также их уменьшение вследствие износа, в основном вызванного загрязнением рабочей жидкости.
Ряд работ посвящен техническому обслуживанию горных машин, возможным стратегиям, влиянию условий эксплуатации на надежность и необходимый объем профилактических воздействий. В них рассмотрены стратегии технического обслуживания по отказам, по наработке, стратегия по техническому состоянию и групповая.
Наиболее прогрессивной в настоящее время признается стратегия обслуживания по техническому состоянию.
Надежность элементов гидропривода рассматривалась с точки зрения влияния на общую надежность машины или комплекса.
Изменение технического состояния элементов гидропривода влияет не только на надежность работы машины, но и на ее производительность. Однако руководящие документы при назначении критериев предельного состояния данный факт не учитывают.
Отсутствуют теория и методы расчета дифференцированных предельных состояний с учетом условий эксплуатации и конструктивных особенностей горных машин, так же как и методики определения влияния изменения параметров элементов на их производительность.
Изучение опыта применения гидропривода в других отраслях промышленности показало, что идеи расчета дифференцированных предельных состояний рассматривались для дорожно-строительных машин, в основном гидравлических экскаваторов.
Сарицыным Т.А предлагалось выражение для определения общих приведенных затрат как суммы приведенных затрат на приобретение привода, эксплуатацию и техническое обслуживание. При допущении, что затраты на техническое обслуживание не зависят от израсходованного ресурса, предполагалось, что оптимальный ресурс гидропривода определяется целевой функцией затрат. Требовалось иметь статистические данные по эксплуатации и определить значения ряда эмпирических коэффициентов в предложенной формуле, и тогда можно было бы приближенно определить оптимальный ресурс до капитального ремонта или замены.
А.М.Харазов также считал, что величина предельного значения объемного КПД должна рассчитываться. Он предлагал использовать для этого функцию прибыли, предполагая при этом, что скорость прибыли пропорциональна объемному КПД гидропривода в целом. Найдя интервал, на котором прибыль принимает максимальное значение, и зная скорость изменения объемного КПД, автор предполагал определить величину предельного состояния, при котором целесообразна замена.
Сложность использования предложенных методов заключается в отсутствии возможности установления значений используемых при расчете коэффициентов и методов учета ущерба из-за снижения объемного КПД и влияния изменения параметров элементов и гидропривода в целом на производительность машины.
Резервирование параметров элементов гидропривода, изменение которых может оказать влияние на производительность машины, не рассматривалось, хотя такой резерв часто интуитивно используется конструкторами.
Изучение теории и практики применения существующих методов показало, что научно обоснованные методы расчета запасных частей требуют дальнейшей разработки.
Количество запасных частей рассчитывается или по среднему расходу, или исходя из вероятности достаточности запаса для обеспечения заданного значения коэффициента готовности, что, на наш взгляд является подменой условий задачи, так как нигде не обосновывается и не рассчитывается само его значение, в связи с чем возникает закономерный вопрос: почему значение коэффициента готовности должно быть равно 0.9, а, например, не 0.88 или 0.92?
Разработанные ранее экономико-вероятностные методы расчета запасных частей не учитывали ущерб при развитии постепенного отказа.
Анализ состояния вопроса показал необходимость разработки методологии обоснования предельного состояния элементов гидропривода горных машин и уточнения методов расчета величины их запаса, для чего предусмотрено решение следующих основных задач:
- разработать модели функционирования элемента гидропривода с постепенно изменяющимися параметрами, влияющими на уменьшение производительности горных машин;
- разработать методику определения и установить степень влияния изменения величины параметров основных элементов гидропривода на производительность горных машин;
- разработать метод установления наработок до замен и дифференцированных значений предельных состояний элементов гидропривода горных машин с учетом их конструктивных параметров и условий эксплуатации;
- уточнить методы расчета технической и эксплуатационной производительности горных машин и значения коэффициента готовности с учетом влияния на их величины изменяющегося технического состояния элементов гидропривода горных машин;
- разработать метод расчета запасных частей с учетом влияния изменения технического состояния элементов гидропривода на производительность и надежность горных машин;
- разработать методику оценки эффективности эксплуатации гидропривода горных машин.
Для установления наработок до замен и дифференцированных значений предельного состояния разработаны математические модели функционирования элементов гидропривода с постепенно изменяющимися параметрами, влияющими на уменьшение производительности горной машины, учитывающие следующие факторы и понятия: начальные 
, 
и текущие 
, 
значения параметров элемента и производительности машины; скорости изменения определяющего параметра элемента 
и уменьшения производительности машины, вызванного изменением параметра элемента - 
; интервал между заменами элемента - 
, продолжительность 
и стоимость 
замены элемента, необходимые затраты времени и средств на поддержание нормального функционирования элемента, возрастающие 
, 
и остающиеся постоянными 
, 
в процессе эксплуатации, коэффициенты 
и 
, характеризующие увеличение затрат времени и средств на поддержание нормального функционирования элемента, продолжительность функционирования элемента без влияния изменения его определяющего параметра на производительность машины 
Одной из самых сложных задач является определение ущерба из-за постепенного изменения параметров элементов и гидропривода в целом. Для ее решения нами введены два новых понятия - «коэффициент влияния» и «условный простой» и предложены методы для их определения..
Наблюдения показали, что изменение технического состояния элементов гидропривода вызывают изменение скорости выполнения рабочих и вспомогательных операций и, как следствие, уменьшение производительности горной машины, причем различное в зависимости от горнотехнических условий.
Изучение структуры рабочих и вспомогательных операций, выполняемых горными машинами, показало весьма различную относительную продолжительность задействования элементов их гидропривода.
Для учета степени влияния ухудшения технического состояния элемента гидропривода на уменьшение производительности горной машины предложен коэффициент влияния. Значение коэффициента влияния может быть абсолютным 
и относительным 
.
Значение абсолютного коэффициента влияния показывает, на сколько единиц уменьшится производительность горной машины 
при изменении параметра элемента гидропривода на одну единицу 
, имеет размерность отношения единицы производительности машины к единице параметра элемента и определяется из выражения:
. (1)
Значение относительного коэффициента влияния 
показывает, на сколько процентов уменьшится производительность горной машины 
при изменении определяющего параметра элемента гидропривода на один процент 
, является безразмерной величиной и определяется из выражения:
. (2)
Значение абсолютного и относительного коэффициентов влияния в зависимости от вида производительности машины может быть «расчетным», «техническим» и «эксплуатационным».
Если числитель и знаменатель формулы (1) разделить на величину интервала эксплуатации, на котором произошло изменение величин параметра элемента и вызванное этим уменьшение производительности машины, то «абсолютный» и «относительный» коэффициенты влияния будут характеризовать отношение «абсолютной» и «относительной» скорости изменения параметра элемента к соответствующей скорости уменьшения производительности машины:
. (3)
С использованием формул (2) и (3) можно составить следующее равенство:
. (4)
Отношение начальной величины параметра элемента (или величины, начиная с которой оказывается влияние на производительность машины) к скорости его изменения характеризует продолжительность эксплуатации элемента в случае, если бы замена происходила после полной выработки ресурса, т.е. достижением параметром нулевого значения. Поскольку обычно ресурс полностью не вырабатывается и замена производится раньше, такую величину предложено назвать «квазиресурс параметра элемента».
Методика установления значений 
отработана на примере проходческого комбайна. Данные о продолжительности задействования элементов гидропривода получены на основе проведенных хронометражных наблюдений.
Доля рабочих и вспомогательных операций в работе проходческого комбайна 1ГПКС, установленная в результате личных наблюдений в различных условиях эксплуатации, представлена на рис. 1, а относительная продолжительность задействования элементов гидропривода на рис. 2.
На гистограмме не помещены данные о времени задействования распределителей и гидроцилиндров управления питателем 0.002, поворота и подъема конвейера – по 0.0005
Так как гидроцилиндры парные, то значения их коэффициентов влияния будут в 2 раза меньше доли задействования.
Как следует из гистограммы, например, величина коэффициента влияния гидроцилиндров поворота исполнительного орган составит 0.15, а гидроцилиндров подъема исполнительного органа - 0.05.
Рис. 1. Доля времени выполнения рабочих и вспомогательных операций от продолжительности работы проходческого комбайна 1ГПКС.
Рис. 2. Относительная продолжительность задействования элементов гидропривода при работе проходческого комбайна1ГПКС.
1 - насос 0.5; 2 - распределитель гидроцилиндров поворота исполнительного органа 0.3; 3 - гидроцилиндр поворота исполнительного органа 0.3; 4 - распределитель гидроцилиндров подъема исполнительного органа 0.1; 5 - гидроцилиндр подъема исполнительного органа 0.1; 6 - распределитель гидроцилиндров выдвигания исполнительного органа 0.04; 7 - гидроцилиндр выдвигания исполнительного органа 0.04; 8 - распределитель опорных домкратов (аутригеров) 0.002; 9 - опорный домкрат (аутригер) 0.002;
Для гидрораспределителей и гидронасосов величина коэффициента «влияния» находится как сумма значений коэффициентов влияния взаимодействующих с ними элементов.
При всем разнообразии конструкций горных машин и условий их применения в продолжительности и степени задействования элементов гидропривода выявлены общие закономерности:
- менее 20% элементов в сумме задействованы 80% времени от использования гидропривода: это насос и гидроцилиндры с распределителями, участвующими в основных рабочих операциях;
- часть времени задействования гидропривода никаких операций не выполняется, т.е. имеет место работа насоса без нагрузки, причем доля времени такой работы примерно одинакова для большинства машин и составляет около 20 %.
С использованием результатов наблюдений или экспертных оценок продолжительности задействования рассматриваемого элемента и работы машины, значение относительного коэффициента влияния можно рассчитать с различной степенью точности, зависящей от конструктивных особенностей машины и факторов эксплуатации.
Диапазон значений коэффициентов влияния для элементов гидропривода различных горных машин представлен в табл. 1
Для расчета величины ущерба, вызванного уменьшением производительности машины вследствие изменения параметра элемента, предложено использовать понятие «условного простоя» - разницу между фактическим и расчетным временем выполнения заданного объема работы 
- и показатель «продолжительность условного простоя» 
, являющийся функцией от снижения производительности горной машины (средняя производительность 
меньше начальной 
) и объема выполняемой работы, а, следовательно, и наработки между заменами элемента:
, (5)
где 
- фактическое время выполнения заданного объема работы 
как функция от постепенно снижающейся производительности горной машины вследствие изменения параметра элемента; 
- расчетное время выполнения заданного объема работы, полученное исходя из условия, что начальная величина параметра элемента и, соответственно, производительности горной машины 
с течением времени не изменяется.
Величина условного простоя, полученная в результате преобразований исходя из изменения параметра (производительности) по линейному закону, рассчитывается по формуле (6).
Значения коэффициентов влияния элементов гидропривода горных машин
| Вид маши-ны | Элемент гидропривода | Значение коэффи-циента | Выполняемые операции | |
| Проходческий комбайн | Гидроцилиндры поворота ИО Распределитель гидроцилиндр. поворота ИО Гидроцилиндры подъема ИО Распределитель гидроцилиндр. подъема ИО | 0.2-0.4 1 0.2-0.4 0.07-0.14 1 0.07-0.14 | Перемещение исполнительного органа (ИО) - отбойка породы | |
| Гидроцилиндр. телескопичес. выдвижки ИО Распределитель гидроцилинд. выдвижки ИО | 0.04-0.06 1 0.04-0.06 | Внедрение ИО в массив | ||
| Гидроцилиндры поворота конвейера Распределитель гидроцилиндров поворота Плунжеры подъема конвейера Распределитель плунжеров подъема | 0.004-0.006 1 0.004-0.006 0.004-0.006 1 0.004-0.006 | Перемещение хвостовика конвейера | ||
| Гидроцилиндры подъема питателя Распределитель гидроцилиндров подъема | 0.015-0.025 1 0.015-0.025 | Перемещение питателя | ||
| Опорные домкраты (аутригеры) Распределитель опорных домкратов | 0.015-0.025 1 0.015-0.025 | Распор комбайна | ||
| Насос | 0.35-0.65 | Все операции | ||
| Насосная стан-ция и крепь | Насос насосной станции | 0.7-0.9 2 | Все операции | |
| Гидродомкрат | 0.4- 0.6 1;3 | Передвижка секции и конвейера | ||
| Распределитель гидродомкрата* Распределитель гидростойки* БУС (блок управления секцией) | 0.4- 0.6 1;3 0.05-0.15 1;3 0.45-0.75 1;3 | Опускание, распор, передвижка секции и конвейера | ||
| Гидравлический экскаватор | Насос | 0.65-0.85 2 | Все операции | |
| Прямая лопата | Гидроцилиндр напора | 0,08 -0.16 1 | Копание | |
| Гидроцилиндр подъема | 0,08 -0.16 1 | Подъем с | ||
| Гидромотор поворотной платформы | 0.5-0.7 | Поворот | ||
| Обратная лопата | Гидроцилиндр ковша | 0,2 – 0.3 | Копание ковшом | |
| Гидроцилиндр рукояти | 0,2 – 0.3 | Копание рукоятью | ||
| Гидроцилиндр подъема | 0,16 – 0.24 | Подъем | ||
| Гидромотор поворотной платформы | 0,18 – 0.24 | Поворот | ||
| Буровой станок СБШ | Насос | 0.65-0.85 | Все операции | |
| Гидроцилиндр подачи | 0.5-0.7 | Бурение | ||
| Гидроцилиндр заваливания мачты | 0.008-0.012 | Горизонтирование мачты | ||
| Гидродомкрат аутригер | 0.008-0.012 | Распор станка | ||
| Гидроцилиндр механизмов развинчивания штанг | 0.002-0.004 | Развинчивание штанг | ||
| Гидроцилиндр поворота сепаратора | 0.002-0.004 | Поворот сепаратора | ||
| Для установления значения коэффициента влияния единичного элемента данную величину необходимо разделить на: 1 – количество одновременно задействованных гидроцилиндров (гидродомкратов, гидростоек); 2 – количество одновременно задействованных насосов; 3 _ количество секций в механизированном комплексе | ||||
(6)
При наличии резерва параметра 
величину условного простоя можно найти из выражения:
. (7)
С использованием коэффициента влияния, начального 
и конечного 
значения величины параметра элемента выражение для определения продолжительности условного простоя примет вид:
. (8)
Целевые функции затрат времени на единицу продолжительности функционирования системы 
и затрат средств на единицу произведенной продукции 
имеют вид:
, (9)
(10)
где 
– ущерб за единицу продолжительности условного простоя.
Величина 
зависит от стоимости машино-часа рассматриваемой и смежных с ней машин с учетом стоимости расходуемых энергии и ресурса.
Целевые функции затрат средств на единицу произведенной продукции имеют ярко выраженные экстремумы. На рис.3 представлены расчетные удельные затраты 
на эксплуатацию гидроцилиндра поворота стрелы проходческого комбайна 1 ГПКС в различных условиях эксплуатации: при стоимости замены в 10 000 руб., ущербе из-за условного простоя в 4000 руб/час, значении коэффициента влияния 
=0.15, начальном значении объемного КПД - 98%, скорости изменения параметра S = (0.002 – 0.003) %/час, продолжительности эксплуатации гидроцилиндра без влияния на производительность комбайна (при резерве параметра) То = (0 – 1000) час.
Рис. 3. Зависимость удельных затрат от продолжительности эксплуатации элемента. Ряд 1 – S = 0.002, To = 500; Ряд 2 – S = 0.003, To = 0; Ряд 3 – S = 0.003, To = 1000.
Производные упомянутых выше функций приравнены к нулю, и в результате решения уравнений получены выражения для определения оптимальной величины наработки между заменами, некоторые из которых представлены ниже.
Расчетные выражения наработок между заменами с учетом равенства (4) для минимизации затрат:
- времени на единицу продолжительности эксплуатации машины
; (11)
- средств на единицу произведенной продукции без учета затрат, возрастающих в процессе эксплуатации
; (12)
- средств на единицу произведенной продукции в случае влияния изменения параметра элемента на производительность машины с начального момента времени
(13)
Ряд других выражений для расчета наработок между заменами при минимизации затрат времени или средств на единицу продолжительности функционирования системы и произведенной системой продукции, в том числе и при изменении параметра по нелинейному закону, приведены в диссертационной работе.
Величина предельного состояния определяется из выражения
. (14)
Для анализа факторов эксплуатации предложены коэффициенты относительных затрат времени 
и средств 
, определяемых как отношения продолжительности или стоимости замены к величине постоянных затрат времени или средств (в том числе ущерба из-за условного простоя) на поддержание функционирования элемента.
Влияние различных факторов эксплуатации на величину наработки между заменами и оптимального предельного состояния представлены на рис. 4.
Анализ расчетных и графических зависимостей позволяет сделать вывод, что оптимальная величина наработки между заменами уменьшается, а предельного состояния соответственно возрастает:
- с увеличением значения коэффициента влияния (рис.4 а, в). При увеличении значения коэффициента влияния в 2 раза, величина оптимального интервала между заменами увеличивается в 1.4 раза;
- с уменьшением скорости изменения параметра. Этот? неочевидный, на первый взгляд, вывод можно объяснить тем, что с возрастанием продолжительности эксплуатации возрастает величина возможного ущерба из-за условного простоя, возрастающего пропорционально сроку эксплуатации. Из этого следует, что при относительно больших скоростях изменения параметра возможна ситуация, когда целесообразно использование элемента до полной потери им работоспособности (рис.4 а-г );
- с увеличением постоянных затрат, необходимых для поддержания функционирования элемента (рис. 4 а - г);
а) б)
в) г)
Рис. 4. Зависимости оптимальной величины наработки между заменами 
(а, б) и оптимальной величины параметра элемента 
(в, г) от величин коэффициентов 
и 
при различной скорости изменения параметра 
(ед/час) и резерве параметра 
: 
=0.02, 
= 0 – ряд «»; 
=0.02, 
=1000 - ряд «»; 
=0.002, 
=0 - ряд «», 
=0.002, 
=1000 - ряд «Х», 
- ряд «--».
- с уменьшением отношения стоимости замены к величине ущерба условного простоя (коэффициент ) (рис. 4 б, г). Из этого следует, что с увеличением стоимости замены величина оптимальной наработки возрастает, а с увеличением ущерба из-за условного простоя величина оптимальной наработки уменьшается. При увеличении затрат на замену в 2 раза в типичных условиях эксплуатации величина оптимального интервала возрастает в 1.3 – 1.6 раза, а величина предельного состояния уменьшается на 5 – 15 %.
Как следует из анализа графиков, при уменьшении скорости изменения параметра, а также с увеличением значений 
и 
разница между оптимальными наработками с резервом и без резерва параметра уменьшается.
Пунктирной горизонтальной линией (рис. 4 в, г) показано рекомендуемое действующими руководящими документами для ряда элементов гидропривода предельное состояние в 80% от начальной величины параметра 
. В случае маленькой скорости изменения параметра (на 20% за 10000 час.) замена целесообразна до 
, так же как и при большей скорости изменения параметра (на 20% за 1000 час.), но низкой стоимости замены (
< 25) и отсутствии резерва параметра. С увеличением значения 
целесообразна замена после изменения параметра на 20%.
При отсутствии резерва параметра оптимальная наработка между заменами зависит от скорости изменения параметра, коэффициента влияния и условного простоя по квадратичной зависимости.
Доказано, что оптимальная наработка элемента для минимизации затрат времени и средств меньше при минимизации на единицу произведенной продукции (работы), чем на единицу продолжительности функционирования (эксплуатации).
Установлено, что в определенных условиях целесообразно использование элемента до полной потери работоспособности, в частности при высоких скоростях изменения параметра и малых значениях коэффициента влияния.
На практике достаточно часто эксплуатация машин осуществляется при выполнении или ограниченного объема работы, или на ограниченном интервале эксплуатации. Для такого случая разработан порядок нахождения оптимального интервала между заменами элемента с постепенно изменяющимися параметрами. Суть метода заключается в предложенном алгоритме пересчета оптимального интервала между заменами элемента, полученного для неограниченного интервала эксплуатации.
Алгоритм и расчетные формулы представлены в диссертации, в реферате для краткости изложения опущены. Также в диссертации представлены полученные выражения для расчета интервалов между заменами в случае, когда изменение параметра элемента не влияет на изменение производительности, но с увеличением интервала между его заменами возрастает вероятность внезапного отказа.
Как следует из выражений, представленных выше, на расчетный интервал между заменами и предельное состояние элементов гидропривода влияет продолжительность функционирования элемента 
без влияния изменения его параметра на производительность машины. Умножив эту величину на скорость изменения параметра 
, получим величину параметра 
, на которую может измениться его первоначальное значение без уменьшения производительности машины:
. (15)
Значение параметра, при котором отсутствует влияние изменения параметра элемента на производительность машины, предложено называть «величиной резерва параметра».
Для оценки резерва параметра предложен коэффициент резерва параметра 
:
, (16)
где 
– начальное значение параметра; 
– значение параметра, при котором отсутствует влияние изменения параметра элемента на производительность машины; 
- величина параметра, с которой начинается влияние изменения параметра элемента на производительность машины; 
– величина параметра, при достижении которой функционирование элемента невозможно.
Учет резерва параметра, а следовательно, и предлагаемый коэффициент можно использовать как при проектировании, так и при эксплуатации гидрофицированных горных машин.
Понятие резерва параметра иллюстрирует рис. 5, на котором представлено изменение производительности 
проходческого комбайна 1ГПКС в результате уменьшения давления 
в рабочих полостях гидроцилиндров поворота исполнительного органа, при различной прочности разрушаемой породы 
(расчеты выполнены совместно с аспирантом Поминовым К.П.).
а) б)
Рис. 5. Зависимости от прочности разрушаемой породы а) производительности комбайна 1ГПКС при уменьшении давления в рабочих полостях гидроцилиндра поворота стрелы и б) величины коэффициента резерва параметра 1- 
= 20 Мпа; 2 - 
= 30 Мпа; 3 - 
= 40 Мпа; 4 - 
= 50 Мпа; 5 - 
= 60 Мпа
Горизонтальная линия свидетельствует об отсутствии влияния на производительность комбайна изменения определяющего параметра гидроцилиндров поворота в рассматриваемой операции – уменьшения давления в рабочей полости.
Длине горизонтальной линии соответствует величина 
. Из графической зависимости видно, что с увеличением прочности разрушаемой породы
уменьшаются значение коэффициента и величина резерва параметра.
После уменьшения давления до определенной величины (кривая 
), изменение параметров гидроцилиндров приводит к уменьшению производительности комбайна.
Наклонные части соответствуют величине изменения параметра, при которой оказывается влияние на производительность комбайна.
Кривая 
указывает в различных условиях на значения 
– величин параметра, при достижении которых начинается влияние изменения параметра элемента на производительность машины.
Анализ кривой 
наглядно показывает влияние конструктивных параметров комбайна и прочности разрушаемой породы на величину резерва параметра.
Как следует из графической зависимости приведенного примера, резерв параметра гидроцилиндра поворота стрелы зависит от прочности разрушаемой породы и находится в диапазоне от 0,1 до 0,9.
В зависимости от условий эксплуатации и конструктивных особенностей горной машины и элемента гидропривода коэффициент принимает значение от 0 до 1. Коэффициент резерва параметра может быть использован при проектировании и эксплуатации горных машин.
Рассмотрим влияние изменения технического состояния элементов гидропривода на производительность машин.
Изменение параметров элементов гидропривода вследствие износа приводит к увеличению продолжительности выполнения рабочих и вспомогательных операций горными машинами. Вследствие этого уменьшаются значения их технической и эксплуатационной производительности. Из-за уменьшения производительности в большинстве случаев возрастает доля времени работы машины – 
.
Использование существующих расчетных формул формально приводит к увеличению значений технической и эксплуатационной производительностей, хотя фактически они уменьшаются.
Для предотвращения таких ошибок целесообразно использовать предложенное нами понятие «продолжительности условного простоя» 
- разницу между фактическим временем выполнения работы 
(исходя из сложившейся практики расчета производительности машин 
=
) и расчетным 
, (исходя из неизменной теоретической производительности):
. (17)
Также продолжительность условного простоя 
можно понимать как дополнительно затрачиваемое время на выполнение рассматриваемого объема работы вследствие снижения величины начальной производительности машины.
С учетом выражений (7) и (17) формула для расчета уточненной (с учетом условного простоя) эксплуатационной 
производительности горных машин принимает следующий вид:
(18)
где 
–затраты времени на вспомогательные операции; 
- затраты времени на устранение отказов; 
- потери времени по организационным причинам; N – количество рассматриваемых элементов гидропривода, изменение технического состояния которых влияет на производительность машины.
Предложено ввести коэффициенты влияния условного простоя на эксплуатационную 
производительность c учетом того, что разница между расчетной величиной эксплуатационной производительности 
с учетом и без учета продолжительности условного простоя (исходя из выражения (18)) составит:
. (19)
Аналогично определяются уточненное значение технической производительности и коэффициента влияния на нее условного простоя.
Используя понятие коэффициента готовности и продолжительности условного простоя, составим выражение для определения уточненного коэффициента готовности 
«с учетом условного простоя» - выражение (20):
(20)
Используя понятия теоретической производительности и продолжительности условного простоя, напишем выражение для определения уточненной (с учетом влияния изменения технического состояния элементов гидропривода) технической производительности горных машин:
. (21)
Аналогично получено выражение для определения эксплуатационной производительности.
Предложенные формулы позволяют более точно рассчитывать (величина уточнения может достигать 35%) производительность и коэффициент готовности горных машин с учетом влияния на них изменения параметров элементов гидропривода в процессе эксплуатации.
Для оценки влияния постепенных и внезапных отказов элементов гидропривода на техническую и эксплуатационную производительность машин предложена система коэффициентов и показателей, часть из которых представлены ниже.
Коэффициенты, использующие величину продолжительности условного простоя, - это «расчетный» («теоретический») 
(22), «технический» 
(23), и «эксплуатационный» 
(24), коэффициенты удельного условного простоя, а также коэффициенты удельных потерь за время работы (25) и эксплуатации (26):
(22); 
(23); 
(24);
(25); 
(26).
Также предложены коэффициенты удельных потерь времени из-за отказов: постепенного (27), внезапного (28) (коэффициент был известен ранее), суммы постепенного и внезапного (29):
(27); 
(28); 
(29).
Предложены формулы для расчета скорректированных значений коэффициентов готовности с учетом отказов: постепенных (30), внезапных (31), суммы постепенных и внезапных (32):
(30); 
(31); 
(32).
Актуальной на любом предприятии является проблема запасных частей. Их недостаток приводит к повышению продолжительности простоя, избыток (крайне редкое явление на производстве) - к замораживанию средств, повышенным затратам на хранение.
Если иметь запасные части соответственно среднему расходу прошлых периодов, то примерно в половине случаев их будет недостаточно. Поэтому необходимое количество запасных частей рассчитывается исходя из минимума потерь от нехватки запасных частей и затрат на их приобретение и хранение.
Предложено кроме учета потерь от нехватки запасных частей вследствие внезапных отказов также учитывать ущерб от дальнейшей эксплуатации элемента после достижения его определяющим параметром оптимального расчетного предельного состояния.
Для расчета необходимого количества запасных частей разработана модель для типичных условий горнодобывающих предприятий, учитывающая следующие условия эксплуатации:
- запасные части приобретаются заранее на определенный интервал эксплуатации (например, на год или квартал). В конце этого периода производится пополнение запаса до расчетной величины 
;
- в работе находится 
элементов, вероятность отказа поставленного запасного элемента (вместо отказавшего) пренебрежимо мала;
- при внезапном отказе элемент экстренно заменяется, при отсутствии запасной части имеет место ущерб;
- элемент при достижении расчетного предельного состояния и наличии запасной части заменяется и помещается на склад. При внезапном отказе и отсутствии запасных частей такой элемент снова устанавливается. При этом имеет место ущерб из-за потери производительности, перерасхода ресурса и энергии;
- при достижении расчетного предельного состояния элемент заменяется при наличии запасной части; если запасная часть отсутствует, элемент не заменяется и имеет место ущерб из-за потери производительности и перерасхода ресурса оборудования;
- величина ущерба зависит от времени функционирования элемента после достижения расчетного предельного состояния. В данной модели рассматривается математическое ожидание этой величины.
Исходя из этих условий целевая функция затрат имеет следующий вид:
(33)
где 
- суммарные затраты на эксплуатацию при использовании 
элементов; 
- рассчитываемое количество запасных частей; 
- количество эксплуатируемых элементов; 
- затраты на хранение одной запасной части (без стоимости приобретения); 
- ущерб из-за нехватки одной запасной части при внезапном отказе (без стоимости приобретения запасной части); 
- ущерб в единицу времени при продолжении эксплуатации элемента после достижения им установленного предельного состояния; 
- математическое ожидание эксплуатации элемента после достижения предельного состояния; 
- вероятность внезапного отказа; 
- вероятность постепенного отказа; 
- возможное количество внезапно отказавших элементов;
- возможное количество постепенных отказов; 
- возможное количество постепенных отказов без замены элемента при условии 
, - 
при 
и 
при 
; 
- вероятность наступления ровно 
внезапных отказов; 
- вероятность наступления ровно 
постепенных отказов; 
- вероятность наступления ровно 
постепенных отказов.
Так как повторная замена элемента маловероятна, то при расчете вероятностей определенного числа отказов можно воспользоваться свойствами биноминального распределения. Тогда выражение (33) примет вид, представленный выражением (34).
(34)
где 
- ущерб из-за нехватки одной запасной части при постепенном отказе (без стоимости приобретения запасной части).
В данной модели первое слагаемое представляет затраты на запасные части, второе слагаемое - ущерб из-за внезапных отказов после израсходования запасных частей на внезапные отказы, третье - ущерб из-за постепенных отказов после израсходования запасных частей на внезапные и постепенные отказы, четвертое слагаемое - ущерб из-за постепенных отказов при количестве внезапных отказов, большем, чем количество запасных частей.
На рис. 6а показаны затраты на запасные части в зависимости от их количества, при эксплуатации десяти однотипных элементов, стоимости запасной части 
= 3000 руб., ущербе из-за наступления отказов внезапных 
= 30000 руб. и постепенных 
= 15000 руб. и, соответственно, их вероятностей = 0.1 и = 0.2.
а) б)
Рис. 6. Зависимости затрат на эксплуатацию от количества запасных частей:
а) ряд 1 – ущерб из-за внезапных отказов; ряд 2 - ущерб из-за постепенных отказов; ряд 3 – затраты на неизрасходованные запасные части; ряд 4 - затраты на запасные части; ряд 5 – суммарные затраты;
б) ряд 1 – 
=0.1; 
=0.2; 
=6 000 руб.; ряд 2 - 
=0.2; 
=0.4; 
=6 000 руб., ряд 3 - 
=0.1; 
=0.1; 
=3 000 руб.; ряд 4 -=0.1; =0.2; =3 000 руб.; ряд 5 - =0.2; =0.4; =3 000 руб.
На рис. 6б приведены зависимости оптимального количества запасных частей от вероятности наступления отказов и стоимости запасной части.
Из графиков наглядно видно, что при количестве запасных частей, отличном от оптимального, возрастают затраты на эксплуатацию.
Предложенные модели расчета необходимого количества запасных элементов гидропривода горных машин позволяют прогнозировать расход и оптимизировать запас для различных условий эксплуатации.
При выборе и эксплуатации оборудования существует необходимость оценки эффективности его эксплуатации.
Предлагаемый метод оценки эффективности эксплуатации гидропривода горных машин заключается в следующем.
Сравнивая полученную минимальную величину эксплуатационных затрат на единицу произведенной продукции 
с их фактической величиной 
, можно установить эффективность эксплуатации рассматриваемого элемента или их совокупности, оцениваемую коэффициентом эффективности 
:
, (35)
где 
- оптимальный (расчетный) интервал эксплуатации до замены элемента; 
– фактический интервал эксплуатации до замены элемента, отличающийся от расчетного; 
, 
– стоимость единицы продукции при соответствующих интервалах эксплуатации элемента.
При оценке эффективности эксплуатации гидропривода по влиянию на производительность машины необходимо оперировать затратами времени на единицу продолжительности эксплуатации (наработки в машино-часах).
Для определения минимальных затрат средств на единицу произведенной машиной продукции в исходную целевую функцию вместо величины интервала между заменами подставляется расчетное выражение для определения оптимального интервала между заменами (36).
Подстановкой в исходное выражение значения затрат и убытков при оптимальных, определяемых по формуле (36), и фактических наработках между заменами устанавливается значение коэффициента эффективности.
(36)
Рассмотрено влияние разницы между фактической и оптимальной расчетными величинами интервала между заменами на эксплуатационные затраты в зависимости от различных факторов.
Зависимость изменения величины затрат на единицу произведенной продукции или продолжительности эксплуатации от величины отклонения наработки между заменами от оптимальной предложено учитывать коэффициентом «пологости» 
, определяемым из следующего выражения:
,(37)
где 
– наработка (фактический интервал эксплуатации) до замены; 
- оптимальная наработка (расчетный интервал эксплуатации) до замены; 
– величина, характеризующая отклонение от оптимальной наработки (в долях от ее величины); 
, 
– фактическая величина затрат на единицу произведенной продукции или продолжительности эксплуатации; 
, 
- оптимальная (расчетная) величина затрат на единицу произведенной продукции или продолжительности эксплуатации; 
- разница значений затрат при различных наработках.
Величине 
, характеризующей отклонение от оптимальной наработки, соответствует выражение
. (38)
Предлагается анализировать изменение затрат при следующих значениях – 0.5, 0.6, 0.7, 0.8, 0.9, 1.1, 1.2, 1.3, 1.5, 2.0, 3.0.
На рис. 7 приведена зависимость разности затрат на час работы и значения коэффициента пологости от отношения фактической наработки к оптимальной при различных начальных значениях параметра и постоянных затратах.
а) б)
Рис. 7. Зависимости а) разности затрат на час работы 
и б) значения коэффициента пологости 
от отношения фактической наработки к оптимальной 
, ряд 1 - 
, 
; ряд 2 - 
, 
; ряд 3 -
, 
; ряд 4 - 
, 
.
Значение коэффициентов пологости меняется в несколько раз медленнее, чем влияющие на его значение факторы - затраты на замену и поддержание функционирования элемента гидропривода, коэффициент влияния, скорость изменения параметра и вызываемый этим ущерб.
При несоблюдении оптимальных расчетных наработок между заменами эффективность уменьшается быстрее при уменьшении наработок между заменами относительно оптимальных, чем при увеличении, из чего следует, что недоиспользование ресурса - наименее эффективная стратегия эксплуатации элементов гидропривода горных машин.
Предложены классификационные признаки, учитывающие влияние технического состояния элементов гидропривода на производительность и эффективность эксплуатации горных машин: степень влияния ухудшения технического состояния элемента гидропривода на производительность машины, степень эффективности эксплуатации, коэффициент пологости, удельный условный простой.
На основе выполненных исследований разработаны методы и методики, позволяющие обоснованно устанавливать наработку между заменами, критерии предельного состояния и резерв элементов гидропривода горных машин.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В диссертационной работе теоретически обоснована и решена крупная научно-техническая проблема в области надежности и технического обслуживания, заключающаяся в разработке методологии обоснования предельных состояний и резерва элементов гидропривода горных машин, включающей математические модели, методы и методики их установления, закономерности и зависимости, систему показателей и коэффициентов и позволяющей рассчитывать дифференцированные наработки между заменами и предельные состояния, количество запасных частей, уточненные значения коэффициентов готовности, технической и эксплуатационной производительности, что существенно повышает эффективность проектирования и эксплуатации и имеет важное хозяйственное значение для горнодобывающей отрасли.
Основные научные выводы и результаты, полученные лично автором, заключаются в следующем:
1. Разработана методология обоснования дифференцированных предельных состояний и резерва элементов гидропривода с учетом влияния их технического состояния на производительность горной машины в различных условиях, ущерба из-за ее уменьшения, скорости изменения параметра, затрат на замену и возможности повторного использования элемента.
2. Разработаны математические модели функционирования элементов гидропривода с постепенно изменяющимися параметрами, учитывающие их влияние на уменьшение производительности машины, позволяющие рассчитывать наработку между заменами и величину предельного состояния таких элементов.
3. На основе анализа установленных зависимостей выявлен ряд закономерностей формирования дифференцированных значений предельного состояния и оптимальных наработок между заменами с учетом основных факторов эксплуатации. В частности, установлено, что величина оптимальной наработки возрастает, а оптимального предельного состояния уменьшается с увеличением стоимости замены элемента, с уменьшением скорости изменения параметра, значения коэффициента влияния, величины ущерба из-за условного простоя.
4. Разработан метод установления зависимости производительности машины от ухудшения технического состояния элемента, использующий предложенный коэффициент влияния. Установлено, что значения коэффициентов влияния для насосов, гидрораспределителей, гидроцилиндров проходческих и очистных комбайнов, механизированных крепей, насосных станций, буровых станков и гидравлических экскаваторов находятся в диапазоне от 0.0003 до 0.7. Широкий диапазон их величин доказывает целесообразность установления дифференцированных значений предельного состояния элементов гидропривода.
5. Предложена система показателей, позволяющая оценить влияние технического состояния элементов гидропривода на коэффициент готовности, техническую и эксплуатационную производительность горных машин, и метод оценки эффективности эксплуатации гидропривода, позволяющий обоснованно выбирать и выводить из эксплуатации оборудование.
6. Для анализа факторов, влияющих на величины наработок до замены и предельных состояний, и удобства использования разработанных расчетных зависимостей предложена система коэффициентов резерва параметра и относительных затрат времени и средств.
7. Установленные зависимости производительности горных машин, а также оптимальных предельных состояний элементов гидропривода от скорости ухудшения их технического состояния и величины резерва параметра целесообразно учитывать при конструировании горных машин для выбора параметров элементов гидропривода и установления критериев предельного состояния.
8. Разработан метод расчета количества запасных частей для гидропривода горных машин, учитывающий влияние изменения параметров элементов на производительность и безотказность горных машин, горнотехнические и экономические факторы эксплуатации, возможность повторного использования ранее замененного элемента. Выполненными расчетами для типовых условий установлено, что необходимое количество запасных частей отличается от среднего расхода в 1.1 – 2.2 раза.
9. Методики «Определение влияния технического состояния элементов гидропривода на производительность горнопроходческих машин», «Расчет дифференцированных наработок до замен и предельных состояний элементов гидропривода горнопроходческих машин», «Расчет коэффициента готовности, технической и эксплуатационной производительности гидрофицированных горнопроходческих машин с учетом технического состояния элементов гидропривода», «Определение ущерба от ухудшения технического состояния элементов гидропривода горнопроходческих машин», «Расчет резерва параметра элементов гидропривода горнопроходческих машин» приняты к использованию в ОАО «ЦНИИподземмаш» для проектирования горнопроходческих машин. Методики «Определение влияния технического состояния элементов гидросистемы на производительность угледобывающих комплексов», «Расчет дифференцированных наработок до замен и предельных состояний элементов гидросистемы угледобывающих комплексов», «Расчет коэффициента готовности, технической и эксплуатационной производительности угледобывающих комплексов с учетом технического состояния элементов гидросистемы», «Расчет резерва параметра элементов гидросистемы угледобывающих комплексов» использованы в ОАО «Объединенные машиностроительные технологии» при проектировании угледобывающих комплексов. Методики «Расчет дифференцированных наработок до замен и предельных состояний элементов гидропривода горных машин» и «Расчет необходимого количества запасных частей элементов гидропривода горных машин» использованы в ОАО «ХК СДС - Уголь» при эксплуатации гидрофицированных горных машин.
Основные научные результаты диссертации используются в учебном процессе Московского государственного горного университета при подготовке дипломированных специалистов по специальности 150402 – «Горные машины и оборудование».
Основные положения диссертации изложены в следующих работах:
1. Рахутин М.Г. Выбор рациональных предельных состояний элементов гидросистемы проходческих комбайнов / М.Г. Рахутин, В.Н. Гетопанов // Проблемы повышения надежности, уровня безаварийной эксплуатации электротехнических и электромеханических систем, комплексов и оборудования горных и промышленных предприятий: сб. науч. тр. / Мос. гос. горный ун-т. - М.: МГГУ, 1994. - С. 58-59.
2. Рахутин М.Г. Перспективы применения полимерных композитных материалов в угольной промышленности // Материалы международного семинара "Проблемы и перспективы развития горной техники". - М., МГГУ 1995. - С. 71-72.
3. Рахутин М.Г. Формализация процесса выбора между заменой и ремонтом // Материалы международного симпозиума "Горная техника на пороге XXI века". - М., МГГУ, 1996. - С.60-61.
4. Рахутин М.Г. Установление предельного состояния элементов гидрооборудования в зависимости от условий эксплуатации // Горный информационно-аналитический бюллетень. - 1999. - № 7. - С. 166-167.
5. Рахутин М.Г. Установление предельных состояний элементов забойного оборудования для конечного интервала эксплуатации // Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2000. - № 4. - С. 71-73.
6. Рахутин М.Г. Перспективы применения нейросетей для прогноза расхода запасных частей гидрооборудования // Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2002. - № 3. - С. 146-147.
7. Гетопанов В.Н. Определение уровня надежности дробильно-фрезерной машины ДФМ-11А для измельчения смерзшегося угля на тепловых электростанциях / В.Н. Гетопанов, М.Г. Рахутин, И.А. Полосина // Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2002. - № 3. - С. 139-141.
8. Рахутин М.Г. Влияние параметров элементов гидросистемы на ресурс и производительность забойного оборудования // Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2003. - № 7 - С. 166-167.
9. Рахутин М.Г. Установление оптимальных предельных состояний элементов гидропривода на примере горношахтного оборудования. // Материалы II международной конференции «Проблемы механики современных машин» Т.2. - Улан-Удэ: ВСТГУ, 2003. - С. 246-248.
10. Рахутин М.Г. Влияние параметров гидросистемы на производительность проходческого комбайна избирательного действия / М.Г. Рахутин, К.М. Поминов // Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2004. - № 4. - С. 247-248.
11. Рахутин М.Г. Классификация элементов гидросистем по степени их влияния на производительность оборудования // Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2004. - № 6. - С. 291-292.
12. Рахутин М.Г. Принципы управления запасом элементов гидросистем забойного оборудования // Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2005. - № 11. - С. 289-291.
13. Рахутин М.Г. Расчет рационального количества запасных частей элементов с постепенно изменяющимися параметрами // Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2005. - № 12. - С. 221-222.
14. Рахутин М.Г. Модель оптимизации наработок до замен элементов гидропривода, влияющих на производительность // Обозрение прикладной и промышленной математики. – 2004. - Выпуск 2. – Т. 11. - С. 390-391.
15. Рахутин М.Г. Влияние скорости изменения параметров на величину предельного состояния элементов гидропривода технологических машин // Обозрение прикладной и промышленной математики. – 2004. - Выпуск 4. – Т. 11. - С. 909-910.
16. Рахутин М.Г. Модель расчета резерва запасных частей с учетом параметрических отказов // Обозрение прикладной и промышленной математики. – 2005. - Выпуск 2. – Т. 12. - С. 494-495.
17. Рахутин М.Г. Специфика управления запасом элементов гидросистем забойных машин // Обозрение прикладной и промышленной математики. – 2005. - Выпуск 4. – Т. 12. - С. 1070.
18. Рахутин М.Г. Установление интервала между заменами элементов забойного гидрооборудования для ограниченного срока эксплуатации // Обозрение прикладной и промышленной математики. – 2005. - Выпуск 4. – Т. 12. - С. 1071.
19. Рахутин М.Г. Учет влияния изменения параметров элементов гидропривода на производительность забойных машин // Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2006. - № 5. - С. 78-81.
20. Рахутин М.Г. Изыскание резервов повышения эффективности эксплуатации оборудования // Уголь. - 2006. - № 5. С. 44 – 46.
21. Рахутин М.Г. Управление резервом запасных частей – один из путей повышения эффективности работы горнодобывающих предприятий // Горный журнал. - 2006. - № 12. - С. 32-33.
22. Рахутин М.Г. Зависимость производительности забойных машин от технического состояния гидропривода // Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2006. - № 8. - С. 122-124.
23. Рахутин М.Г. Анализ влияния изменения параметров элементов гидропривода на производительность забойных машин / М.Г. Рахутин // Горный журнал - известия вузов. - 2007. - № 3. С. 20-22.
24. Рахутин М.Г. Концепция формирования моделей оптимизации предельных состояний элементов гидросистем забойного оборудования // Горное оборудование и электромеханика. – 2007. - № 1. - С. 16-18.
25. Поминов К.П. Обоснование рациональных соотношений усилия подачи и мощности привода исполнительного органа проходческого комбайна избирательного действия. / К.П. Поминов, М.Г. Рахутин // Горное оборудование и электромеханика. – 2008. - № 6. - С. 14 – 17.
26. Рахутин Г.С. Стандарт ИСО 9004: принципы разработки раздела по анализу несоответствий / Г.С. Рахутин, М.Г. Рахутин // Стандарты и качество. – 2008. - № 11. - С. 22-25.
27. Рахутин М.Г. Концепция оптимизации предельных состояний элементов гидросистем забойного оборудования // Научные школы Московского государственного горного университета: сб. науч. тр. / Мос. гос. горный ун-т. - М.: МГГУ, 2008. - Т.2. - С. 362-364.
28. Рахутин М.Г. Оценка эффективности эксплуатации гидропривода горных машин // Горное оборудование и электромеханика. – 2009. - № 1. - С. 19-22.
29. Рахутин М.Г. Резервы повышения эффективности эксплуатации оборудования // Нерудные материалы. – 2010. - № 43. - С. 23-25.
Подписано в печать «___» 2010 г. Формат 60х90/16
Объем 2 п.л. Тираж 100 экз. __ Заказ №_________
ОИУП МГГУ, Москва, Ленинский пр., 6.
