Надежность горного оборудования

В курсовой рассмотрены проблемы надежности горного оборудования на примере экскаватора, вероятность его отказов и построено дерево отказов экскаватора. ...

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1. Проблемы надежности горного оборудования…………………………4
2. Методы повышения надежности элементов систем……………………..7
3. Методы повышения надежности систем…………………………………9
4. Причины отказов горных машин………………………………………..12
5. Классификация отказов горных машин…………………………………17
5.1 Вероятность отказов и безотказной работы экскаватора……………..18
ЗАКЛЮЧЕНИЕ…………………………………………………………………20
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ…………………………21
ПРИЛОЖЕНИЕ………………………………………………………………..22

установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания, ремонтов, хранения и транспортировки. Расширение условий эксплуатации, повышение ответственности выполняемых техническими системами (ТС) функций, их усложнение приводит к повышению требований к надежности изделий.
Надежность является сложным свойством, и формируется такими составляющими, как безотказность, долговечность, восстанавливаемость и сохраняемость. Основным здесь является свойство безотказности - способность изделия непрерывно сохранять работоспособное состояние в течение времени. Потому наиболее важным в обеспечении надежности технических систем является повышение их безотказности.

Рост числа элементов при сохранении их уровня надежности неизбежно вызывает снижение уровня надежности всей системы. Поэтому при повышении надежности систем очень важно одновременно увеличивать и надежность ее элементов.Надежность элементов машин в первую очередь определяется уровнем качества их изготовления. Устаревшие технологии не способны обеспечивать повышение ресурса и снижение стоимости производимых деталей и узлов машин.Конструктор является заложником существующих машиностроительных технологий и вынужден закладывать в проектную нормативно-техническую документацию только те требования и технические условия, которые могут быть реализованы в конкретном производстве с минимальными суммарными затратами на проектирование, изготовление и эксплуатацию машин.В теории и практике горного машиностроения применяются следующие методы повышения надежности элементов машин:использование современных информационных технологий, обеспечивающих ускоренный и достоверный анализ вариантов конструкции;применение более износостойких материалов для изготовления;применение технологий, повышающих ресурс и(или) удешевляющих изготовление и эксплуатацию;разработка конструкций с высокой ремонтопригодностью, требующей одновременно минимума приспособлений и оснастки для замены;модернизация работающих конструкций, обеспечивающая перечисленные выше требования.Реализация этих методов повышения надежности зависит от применения достижений науки и техники в производстве, требующего понимания проблем производства, знания способов их решения, высокого профессионального уровня менеджмента машиностроительных предприятий.Методы повышения надежности системПри росте числа элементов с последовательной схемой их соединения надежность системы снижается при сохранении надежности составляющих элементов на прежнем уровне. Основным методом обеспечения надежности, прежде всего безотказности системы механизации горных работ, является резервирование.Резервирование системПри проектировании и изготовлении горных машин применяют нагрузочное, а в эксплуатации – временнóе и структурное резервирование.Нагрузочное резервирование осуществляется повышенной мощностью приводов, увеличенным запасом прочности и износостойкости деталей, высоким классом изоляции электрических машин и аппаратов, рассчитанных на работу машин в тяжелых условиях горнодобывающего предприятия.Временнóе резервирование осуществляется установкой в транспортных системах горных предприятий промежуточных складов или бункеров-накопителей полезного ископаемого, что позволяет допускать простои системы добычи полезного ископаемого определенной длительности из-за отказов либо самой транспортной системы, либо выемочно-погрузочного оборудования. Временнóе резервирование применяется практически на любом горном производстве, где это экономически оправдано. Особенно необходимо временнóе резервирование при подаче руды на обогатительную фабрику или на погрузочный пункт для отправки потребителям. При этом объем склада руды или полезного ископаемого должен быть экономически обоснован, поскольку при складировании продукта увеличиваются активы предприятия и снижается их оборачиваемость.Структурное резервирование осуществляется введением в структуру системы дополнительных (резервных) элементов или групп элементов. Резервные элементы могут находиться в нагруженном и ненагруженном режимах использования по назначению. Нагруженным называется резерв, при котором резервные элементы используются в режиме работы основного элемента или группы элементов (рисунок 1), и ненагруженным, если резервные элементы не выполняют функции основного элемента до момента возникновения его отказа (рисунок 2).Рисунок 1 – Постоянное резервирование системы с одним рабочим (k=1) и n резервными нагруженными элементамиРисунок 2 – Постоянное резервирование системы с одним рабочим (k=1) и n резервными ненагруженными элементамиРезервирование, производимое без изменения структуры системы в процессе эксплуатации, называется постоянным. Постоянное резервирование системы может осуществляться как нагруженными, так и ненагруженными элементами.В случае отказа одного основного (рабочего) элемента или группы основных элементов происходит передача их функций строго определенному элементу или строго определенной группе элементов из резерва, т. е. без изменения структуры системы.Ненагруженный режим использования резервных элементов может быть горячим или холодным. При горячем ненагруженном режиме резервные элементы готовы в любой момент выполнять функции основного элемента, а при холодном требуется некоторое время на подготовку резервных элементов перед выполнением функций основного элемента. При холодном резерве имеют место дополнительные затраты времени на замещение отказавших элементов (например, разогрев), что снижает безотказность систем.Динамическое резервирование связано с изменением структуры системы.При этом в случае отказа любого основного элемента или любой группы основных элементов происходит передача их функций элементу или группе элементов из общего резерва (рисунок 3). В этом случае происходит перестройка (изменение) структуры системы, то есть структура системы постоянно меняется. Для обслуживания системы с динамическим резервом необходимы либо оператор, либо автоматические переключающие устройства и механизмы.Рисунок 3 - Динамическое резервирование системы с k рабочимии n резервными элементами: а) – нагруженными, б) – ненагруженнымиНаибольшее повышение надежности системы обеспечивает динамическое резервирование ненагруженными элементами. Однако в этом случае из-за необходимости иметь переключающие устройства, такие системы имеют более высокую стоимость.Причины отказов горных машинЛюбая горная машина в процессе эксплуатации подвергается внутренним и внешним воздействиям, вызывающим отклонения номинальных параметров до допускаемых значений. Отклонения сверх допускаемых являются причиной аварийного износа деталей машин.При работе на элементы горных машин действуют рабочие и постоянно действующие нагрузки.Рабочие нагрузки по способу воздействия подразделяются на механические, электрические и тепловые. Механические нагрузки определяются характером рабочего процесса изготовления и (или) использования по назначению, инерцией движения масс, трением в кинематических парах. Механические нагрузки могут быть следствием затрат энергии при изготовлении горных машин. Это остаточные напряжения, которые впоследствии приводят к деформации деталей при перераспределении внутренних напряжений под воздействием даже номинальных рабочих нагрузок или температуры.Электрические нагрузки проявляются в виде воздействия напряжения, силы и частоты электрического тока. Следствие их воздействия – отказы электрических машин.Тепловые нагрузки – это перегрев электрических машин, рабочего органа или инструмента. Следствием воздействия этих нагрузок являются снижение вязкости смазки в подшипниках и снижению мощности электрических машин, отпаиванию твердосплавных пластинок и деформациям инструмента и пр.Постоянно действующие нагрузки обусловлены средой эксплуатации горных машин: температурой, влажностью, загрязненностью окружающего воздуха, химической агрессивностью шахтных вод и пр.В результате превышения статической прочности или в результате усталостных разрушений происходят поломки деталей.Параметры статической прочности являются случайной величиной, поэтому значения параметра прочности изменяются в некоторых пределах во время испытаний.По этой причине даже при высоких коэффициентах запасах прочности деталей, которые определяются по средним значениям максимальных нагрузок, может произойти поломка в результате превышения статической прочности при случайной флуктуации (изменении) нагрузки, как показано на рисунке 4.Рисунок 4 - Схема появления отказов в результате превышения рабочими нагрузками предела прочностиУсталость материала детали приводит к внезапному разрушению после развития усталостной трещины до величины, когда статическая прочность остаточного сечения оказывается недостаточной для противостояния нагрузкам. На практике число усталостных разрушений велико: зубья шестерен, валы и оси, подшипники, железнодорожные колеса и рельсы, пружины, болты и другие детали.Усталостные разрушения происходят при достижении в процессе работы детали предельного числа циклов Ni при уровне рабочих нагрузок σi. Зависимость предела выносливости от уровня рабочих напряжений показана на рисунке 5. Рисунок 5 - Зависимость предела выносливости детали N от уровня рабочих напряжений σМаксимальное число циклов нагрузки до разрушения достигается при уровне рабочих напряжений σд, соответствующем пределу длительной выносливости Nд. Если же рабочие напряжения σi превышают уровень напряжений при длительной выносливости σд, то деталь сможет работать лишь ограниченное число циклов Ni. При рабочих напряжениях σi<σд срок службы детали на порядок выше.Пластические деформации встречаются в деталях из вязких материалов.Примерами пластических деформаций могут служить искривления валов и осей, вытяжка болтов при монтаже или эксплуатации, осадки пружин, выдавливание канавок на дорожках подшипников качения, смятие шпонок, шпоночных канавок, шлицев и др.Механический износ – довольно частая причина отказов горных машин. Он вызывает:понижение прочности вследствие уменьшения сечения (зубья шестерен и колес, тяговые цепи выемочных и доставочных машин и пр.), а также одновременно с этим увеличение динамических нагрузок;полное исчерпание работоспособности в результате полного истирания (рабочий инструмент, зубья ковшей и элементы исполнительных органов выемочных машин, рештаки скребковых конвейеров);понижение коэффициента полезного действия и увеличение утечек рабочей жидкости и смазки (насосы, гидродвигатели, гидроаппаратура, узлы цилиндр – поршень и пр.).