可靠性技術在煤礦生產中的應用

姜海鵬,高亞斌,王術睿

(中國礦業大學)

可靠性技術在煤礦生產中的應用

姜海鵬①,高亞斌,王術睿

(中國礦業大學)

介紹了可靠性的定義及作用,舉例計算了皮帶運輸系統的可靠度計算,并舉例說明了可靠性技術在煤礦中的應用。指出提高煤礦系統的可靠度可有效遏制煤礦安全事故的發生。

可靠性技術;可靠度;煤礦生產;應用

隨著科學技術的發展,煤礦開采逐步實現機械化,現代化的機器、技術裝備的大量應用,尤其是綜采設備,這些機器和設備等的可靠性受到了人們的廣泛重視。系統越復雜,可靠性如果達不到較高的指標要求,系統出故障的可能性就愈大,造成的損失也愈大。這些損失不僅是經濟上的,甚至會造成生命安全或更嚴重的災難性后果。

可靠性是一門綜合技術,在設計階段和生產時期應分析系統所具備的可靠性水平,把它作為評價系統好壞的主要指標之一。前蘇聯在20世紀70年代就對煤礦設計和生產中系統可靠性提出了具體要求,目前我國正加強對系統可靠性在煤礦中應用的研究工作。提高系統的可靠性,增加系統的正常工作時間,減少故障時間,是達到穩產高產和提高經濟效益必不可少的條件。

1 可靠性的定義[1]

系統的可靠性是系統在規定的條件下和規定的時間內完成規定功能的能力。

研究的目的在于提高系統的可靠性,從而提高經濟效益。

可靠度R(t)。

可靠度是指系統或元素在規定的條件和規定的時間內,無故障地完成規定的概率。即:

式中:

F(t)—系統在(0,t)時刻內失效(故障)的概率,又稱不可靠度或失效函數。

一般地,R(t)服從指數分布

式中:

λ—平均故障率,次/min

m—平均故障間隔時間,min/次,m=1/λ,即平均工作時間。

R(t)具有以下特征:

1)R(0)=1,系統開始時處于良好狀態。

即R(t)隨時間的增大而減小,即系統的可靠性下降。

3)當時間無限增大時,可靠度逐步減小,其極限為0。

4)0≤R(t)≤1,即系統可靠度的值在[0,1]之間。

5)特別地,對于R(t)=e-λt=e-λ/m,當t=m,即工作時間=平均工作時間或平均壽命時,R(t)= e-1=0.368,即系統或元件工作到平均壽命時,可靠度只有約1/3。過了平均壽命可靠度越來越低,不能“憑空想象”為一半。

2 應用舉例

1)某皮帶運輸機經7 000 h觀察,發生了10次故障。設故障間隔時間服從指數分布。試求該機的平均工作時間并分別計算從開機到工作100、500、 1 000 h后的可靠度。解:平均工作時間:

m=7 000/10=700 h

工作100 h后的可靠度為:

R(100)=e-100/700=0.867

工作500 h后的可靠度為:

R(500)=e-500/700=0.489

工作1 000 h后的可靠度為:

R(1 000)=e-1000/700=0.239

對于可修復系統,系統或元件包括維護的效用在內,保持正常狀態的概率稱之為有效度。即系統在某時刻維持其功能的概率,它與時間無關,但系統應屬于可修復系統。有效度A(t)比可靠度R(t)的要求低(或寬)。

比如有效度A(120)=0.96表示的是100臺設備在規定120 h的工作時間內,當達到120 h那一瞬間,平均有96臺設備處于正常工作狀態。而不管:

a)出故障的是哪一臺。

b)什么時間出的故障。

c)中途是否經過修理等等。

但可靠度R(120)=0.96,則要求100臺設備中有96臺設備能無故障地工作120 h,顯然可靠度要求是高的。

常用平均有效度:

式中:

μ—平均修復率,次/min;

λ—平均故障時間,min/次;

式中:

M TB F—平均無故障工作時間(平均壽命Mean Time Between Failures);

M T TR—平均修理時間Mean Time To Repair;

M T T F—全稱是Mean Time To Failure,即平均無故障時間。系統平均能夠正常運行多長時間,才發生一次故障。系統的可靠性越高,平均無故障時間越長(MTBF=MTTF+MTTR)。

采礦中常用“有效度”的概念(完好率)。2)串、并聯系統可靠性參數計算。

串聯:

一串聯運輸機系統由3臺運輸機組成,3臺運輸機的完好概率分別為:

P(A1)=0.9,P(A2)=0.7,P(A3)=0.4

串聯輸送機示意圖,見圖1:

圖1 串聯輸送機示意圖

則系統的完好概率為:

而“平均完好概率”為0.67,對系統并無意義。

a)在串聯系統中,與其提高好的,不如改善差的。b)不應以“平均完好率”來作為系統完好指標。并聯:

一并聯運輸機系統由2臺運輸機組成,見圖2。

第一臺運輸機的完好概率P(A1)=0.8

第二臺運輸機的完好概率P(A2)=0.5

圖2 并聯輸送機示意圖

則系統的完好為:

P(B)=1-0.2×0.5=0.9。

由此例可以看出:

圖3 串并聯復合系統示意圖

a)系統的完好概率高于任何1臺最好的,故應盡量提高好的。

b)在好的設備不能再提高的前提下,應盡量使差的趕上好的,如2臺的完好概率均為0.8,則P(B) =0.96。

一般原則是,先算出局部的并聯參數,再按串聯算出復合系統參數。見圖3,先算1、2的并聯參數,再算1、2共同與3的串聯參數。即

A=(1―(1―A1)(1―A2))A3

某系統由3臺運輸機組成,如圖4所示,a、b、c的有效度分別為:

Aa=0.9,Ab=0.92,Ac=0.8

1)求系統的有效度。

2)如何改進3條運輸機的結構,提高系統的有效度。

圖4 改進3條運輸機結構示意圖

解:1)A=(1―(1―Aa)(1―Ab))×Ac

=0.793 6

3 可靠性技術在煤礦中的應用

1)大型礦井主要運、提設備采用2套。

2)重要設備采用“備用”。

通風系統、供電系統的備用電源線路,主扇風機、主排水泵、排水管路均為兩套,備用工作面(機、炮采,由于綜采折舊費、大修理費高,一般不用)。

3)設置煤倉。“緩沖”高峰生產,提高后級設備的可靠性。

4)盡量減少不必要的生產環節,提高礦井生產的可靠性。

a)條件合適改走向長壁為傾斜長壁(少一道運輸環節)。國內外已有整階段整個水平布置一個大功率綜采面的設想,這樣將使運輸環節最少。

b)用長距離膠帶運輸機代替多臺短距離刮板運輸機。

3)1臺可彎曲運輸機代替2臺串聯運輸機。

4)盡管采用質量好,效率高的設備及零、配件,提高“元件”可靠性。如用“多繩摩擦提升機”代替單繩普通提升機。

4 結 論

解釋說明了可靠性的定義及作用,舉例計算了皮帶運輸系統的可靠度計算,以及可靠性技術在煤礦中的應用。

提高煤礦系統的穩定性可以有效的遏制煤礦安全事故的發生,對煤礦系統的可靠度進行評估與計算是必要的。

[1] 林在康,鄭西貴.礦業信息技術基礎[M].北京:中國科學文化出版社,2009:116-118.

Reliability Technology in Coal Mine Production

Jiang H ai-peng,G ao Ya-bin,Wang Shu-rui

Introduces the definition and role of reliability,an example is the belt transport system reliability analysis,and illustrates the reliability of technology in the coal mine.Points out that raises the reliability of coal mine system,can effectively inhibit safety accident of coal mine.Points out that raises the reliability of coal mine system,can effectively inhibit safety accident of coal mine.

Reliability technology;Reliability;Coal production;Application

book=6,ebook=33

TD792

B

1672-0652(2010)06-0041-03

2010-03-19

姜海鵬 男 1990年出生 2007年中國礦業大學在讀本科生 徐州 221116