Прогнозирование эксплуатационной надёжности электрических машин переменного тока в алмазодобывающей промышленности

ВВЕДЕНИЕ………………………………………………………………….. 4
1. АНАЛИЗ НАДЁЖНОСТИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН В
АЛМАЗОДОБЫВАЮЩЕЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ…………………. 10
1.1. Проблема надёжности электрических машин…………………… 10
1.2. Отказы электрических машин в алмазодобывающей
промышленности………………………………………………………… 13
1.3. Основные положения технической диагностики………………… 17
1.4. Диагностика электрических машин в алмазодобывающей
промышленности…………………………………………………………. 21
1.5. Система технического обслуживания и ремонта электрических
машин……………………………………………………………………… 25
1.6. Постановка задач исследования………………………………….. 28
2. АНАЛИЗ ВЫЖИВАЕМОСТИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН
ПЕРЕМЕННОГО ТОКА В АЛМАЗОДОБЫВАЮЩЕЙ
ПРОМЫШЛЕННОСТИ…………………………………………………. 30
2.1. Массив исходных данных по эксплуатационной надёжности
электрических машин переменного тока алмазодобывающего
комплекса………………………………………………………………….. 30
2.2. Алгоритм анализа выживаемости электрических машин
переменного тока в алмазодобывающей промышленности…………… 34
2.3. Анализ выживаемости электрических машин переменного тока
в алмазодобывающей промышленности……………………………….. 35
2.4. Выводы……………………………………………………………… 41
3. СИСТЕМАТИЗИРОВАНИЕ ЗАДАЧИ ОБЕСПЕЧЕНИЯ
ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ НАДЁЖНОСТИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ
МАШИН В АЛМАЗОДОБЫВАЮЩЕЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ…… 42
3.1. Обоснование выбора системного подхода для обеспечения
эксплуатационной надёжности электрических машин в
алмазодобывающей промышленности…………………………………. 42
3.2. Разработка дерева целей для задачи обеспечения
эксплуатационной надёжности электрических машин режущего
органа проходческого комбайна АМ-75………………………………… 47
3.3. Выводы……………………………………………………………… 55
4. ОБОСНОВАНИЕ ПРИМЕНЕНИЯ ВЕНТИЛЬНО-
ИНДУКТОРНОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ ДЛЯ
ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН ДЛЯ ШАХТНОГО ГОРНОРУДНОГО
ПРОИЗВОДСТВА………………………………………………………… 57
4.1. Основные характеристики вентильного и вентильно-
индукторного электродвигателей…………………………………….. 57
4.2. Построение деревьев отказа асинхронного, вентильного и
вентильно-индукторного электродвигателей……………………………

4.3. Расчет интенсивности отказов……………………………………. 61
4.4. Выводы……………………………………………………………… 74
ЗАКЛЮЧЕНИЕ…………………………………………………………… 75
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ СОКРАЩЕНИЙ……………………….. 77
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ……………………… 78
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ………………………………………………… 81
ПРИЛОЖЕНИЕ 1. Статистические данные по наработке
электрических машин эксплуатируемых в алмазодобывающем
комплексе АК “АЛРОСА”. ……………………………………………… 93
ПРИЛОЖЕНИЕ 2. Экспертные оценки согласно дереву целей
обеспечения эксплуатационной надёжности ЭМ режущего органа
проходческого комбайна АМ-75………………………………………… 120
ПРИЛОЖЕНИЕ 3. Акты внедрения……………………………………. 122

Исследование эксплуатационной надёжности электрических машин
переменного тока в алмазодобывающей промышленности ещё долгое время будет
являться актуальной задачей поскольку от неё зависят такие важные факторы для
алмазодобывающей отрасли как экономический эффект и безопасность рабочего
персонала. Необходимо постоянное усовершенствование системы технического
обслуживания и ремонта с учётом современных методов и технологий. Материалы,
представленные в диссертационной работе, позволяют решить задачи,
направленные на прогнозирование времени, при котором наиболее вероятен отказ
электрической машины, с помощью информации, полученной во время
эксплуатации; сокращение времени простоя оборудования; определение
мероприятий для наиболее эффективного решения задачи обеспечения
эксплуатационной надёжности. Проведённые в работе исследования можно
представить следующими результатами.
1. Методом анализа выживаемости определено оборудование и узлы
электрических машин наиболее подверженные отказам. В ходе исследования были
получены следующие результаты. Из представленных производственных объектов
(рудник «Мир», рудник «Интернациональный» и обогатительная фабрика №3)
наиболее подвержено отказам оборудование на руднике «Мир» (вероятность
дожития до 30000 часов – 11%). В качестве исследуемых объектов на руднике
«Мир» были рассмотрены проходческие комбайны АМ-75 и АМ-105. В результате
было выявлено, что самой низкой вероятностью безотказной работы обладает
проходческий комбайн марки АМ-75 (вероятность дожития до 15000 часов – 11%).
Далее были проанализированы отказы рабочих элементов проходческого комбайна
АМ-75. Анализ показал, что режущий орган комбайна имеет наименьшую оценку
выживаемости (вероятность дожития до 10000 часов – 10%). Используемый метод
анализа также помог определить наиболее подверженный дефектам узел ЭМ
режущего органа комбайна АМ-75, им является подшипниковый узел (вероятность
дожития до 15000 – 18%).
2. Впервые предложен подход оценивания выживаемости электрических
машин переменного тока методом множительных оценок Каплана-Мейера на
основании полученных данных об отказах электрических машин, эксплуатируемых
в условиях алмазодобывающего комплекса АК «АЛРОСА». Из графиков
выживаемости получены интервалы критического времени электрических машин
и их узлов, при котором отказ наиболее вероятен.
3. В работе впервые выполнен подробный анализ иерархий для задачи
обеспечения эксплуатационной надёжности электрических машин режущего
органа проходческого комбайна АМ-75, эксплуатируемого в алмазодобывающей
промышленности. Анализ показал, что со значением коэффициента относительной
важности равным 0,596 критерий «Модернизация оборудования» наиболее сильно
влияет на главную цель.
4. Разработаны деревья отказов для асинхронного, вентильного и
вентильно-индукторных электрических машин, которые с помощью информации
об отказах позволяют выявить слабые стороны машин. С помощью деревьев
отказов определены показатели интенсивности отказов и можно утверждать, что
вентильно-индукторный электродвигатель с бездатчиковым управлением и
применением магнитных подшипников являются наиболее эффективным
решением (интенсивность отказа равна 12,42*10−6 ч-1) для горного оборудования
алмазодобывающей промышленности. Показатели интенсивности отказов данной
машины ниже на 99% в сравнении с используемым на данный момент
асинхронным двигателем.
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ СОКРАЩЕНИЙ
АД – асинхронный двигатель.
АК «АЛРОСА» – акционерная компания «АЛРОСА».
ВБР – вероятность безотказной работы.
ВД – вентильный двигатель.
ВИД – вентильно-индукторный двигатель.
ЗИП – поставка запасных частей, инструмента и принадлежностей.
ИС – индекс согласованности.
КОВ – коэффициент относительной важности.
КР – капитальный ремонт.
МНК – методы неразрушающего контроля.
НТД – нормативно-техническая документация.
ОД – объект диагностирования.
ОКР – опытно-конструкторские работы.
ОС – отношение согласованности.
ПОН – программа обеспечения надёжности.
ППР – планово-предупредительный ремонт.
СР – средний ремонт.
СС – средняя согласованность.
СФД – система функционального диагностирования.
ТО – техническое обслуживание.
ТОиР – система технического обслуживания и ремонта.
ТР – текущий ремонт.
ТУ – технические условия.
ЭМ – электрическая машина.
ЭН – эксплуатационная надёжность.
ЭП – электропривод.
Statistica – математический программный пакет.
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ
Ti – время жизни объекта.
Ui – переменная цензурирования.
= min⁡( , ) – цензурированное время жизни объекта.
S(τi) – вероятность того, что объект будет работоспособен в конце исследования.
τi – максимально возможный период наблюдения.
f(t) – плотность распределения.
F(t) – функция распределения.
S(t) – вероятность того, что исследуемое событие не наступило к моменту времени
е.
dt – число отказов в момент времени t.
nt – число наблюдавшихся к моменту t.
Фα – двустороннее критическое значение для стандартного нормального
распределения.
α – уровень значимости.
SE(Si) – стандартная ошибка для этой доли.
xij, xji – оценка эксперта по 9-балльной шкале.
ai – геометрическая сумма.
Vi – компонент нормализованного вектора.
– максимальное собственное значение матрицы.

– сумма элементов n – столбца.

– коэффициент относительной важности.
( ) – интенсивность отказа.
ср – среднее число изделий, исправно работающих в интервале времени ∆ .
, +1 – число изделий, исправно работающих в начале и конце интервала ∆ .
АД – интенсивность отказов асинхронного двигателя.
ВД – интенсивность отказов вентильного двигателя.
ВИД – интенсивность отказов вентильно-индукторного двигателя.
ПУ – интенсивность отказов подшипникового узла.
Р – интенсивность отказов ротора.
С – интенсивность отказов статора.
ПУ – интенсивность отказов подшипникового узла.
Р – интенсивность отказов ротора.
С – интенсивность отказов статора.
ПК – интенсивность отказов полупроводникового коммутатора.
ДПР – интенсивность отказов датчика положения ротора.
ПЧ – интенсивность отказов преобразователя частоты.
( ) – вероятность безотказной работы.
N0 – исходное число работоспособных объектов.
n(t) – число отказавших объектов за время t.
( ) – частота отказов.
(∆ ) – количество отказавших изделий в интервале времени ∆ .
n(t) – число отказавших объектов за время t.
э – эксплуатационная интенсивность отказов.
λ0 – справочное значение интенсивности отказов элемента.
m – количество факторов, принятых во внимание из числа влияющих на
безотказность элементов.
Ki – поправочный коэффициент, учитывающий влияние i-го фактора.
б – справочное значение интенсивности отказов элемента.
р – поправочный коэффициент, учитывающий зависимость от электрической
нагрузки и температуры окружающей среды ил корпуса.
ф – поправочный коэффициент, учитывающий зависимость от функционального
назначения прибора.
– поправочный коэффициент, учитывающий зависимость от величины рабочего
напряжения относительно максимально допустимого.
э – поправочный коэффициент, учитывающий коэффициент жесткости условий
эксплуатации.
– поправочный коэффициент, учитывающий зависимость от величины
номинального сопротивления.
С – поправочный коэффициент, учитывающий зависимость от величины
номинальной емкости.
– поправочный коэффициент, учитывающий зависимость от максимально
допустимых температур.