用可靠性理論分析煤礦機電設(shè)備的安全有效運行

廉國亭

（山西省輕工建設(shè)有限責(zé)任公司，山西 太原 030032）

用可靠性理論分析煤礦機電設(shè)備的安全有效運行

廉國亭

（山西省輕工建設(shè)有限責(zé)任公司，山西 太原 030032）

煤礦的安全高效生產(chǎn)對煤礦機電設(shè)備可靠性的要求越來越高，從可靠度、維修度、可用度和檢修周期等方面分析煤礦機電設(shè)備的可靠性特征，得出降低煤礦機電設(shè)備的故障率比增加檢修的時間和縮短檢修的周期更能充分發(fā)揮煤礦機電設(shè)備的功效，敦促煤礦企業(yè)加強設(shè)備的投入和及時快速的更換設(shè)備，保障煤礦企業(yè)的安全高效生產(chǎn)。

可靠度；維修度；檢修周期

1 概述

煤礦的機電設(shè)備包括采煤機、液壓支架、刮板輸送機、刮板轉(zhuǎn)載機、輪式破碎機、掘進機、空氣壓縮機、泵、礦用通風(fēng)機和可伸縮膠帶輸送機等，設(shè)備的安全有效運行直接影響著煤礦各個生產(chǎn)系統(tǒng)的穩(wěn)定及總體效益的提高。尤其是隨著煤礦生產(chǎn)系統(tǒng)中綜采設(shè)備的大量使用，以及其他大型化、復(fù)雜化和自動化的機電設(shè)備的配備和使用，使得煤礦機電設(shè)備的可靠性對煤礦的安全生產(chǎn)越來越重要。

2 煤礦機電設(shè)備的故障率函數(shù)

威布爾分布應(yīng)用比較廣泛，常用來描述材料疲勞失效、軸承失效等壽命分布的。因此可用來描述故障密度函數(shù)

威布爾分布是用三個參數(shù)來描述，這三個參數(shù)分別是尺度參數(shù)α，形狀參數(shù)β、位置參數(shù)γ，其概率密度函數(shù)為：

則其分布函數(shù)、可靠度函數(shù)和失效率函數(shù)分別為：

根據(jù)上兩式可得，煤礦設(shè)備的失效率隨時間的變化規(guī)律大體有以下三種類型；（1）早期失效型，失效率隨時間的增大而減??；（2）偶然失效型，失效率隨時間變化變化不大；（3）后期失效型，失效率隨時間的增大而增大。

3 煤礦主要機電設(shè)備的可靠性研究指標

3.1 煤礦不可修機電設(shè)備的可靠性指標

對于煤礦不可維修機電設(shè)備，其工作特征可以用煤礦機電設(shè)備的設(shè)備可靠度和設(shè)備平均壽命來表述。

煤礦機電設(shè)備的可靠度指：煤礦系統(tǒng)（產(chǎn)品、設(shè)備、部件）在規(guī)定條件下和規(guī)定時間內(nèi)保持工作能力的概率。用 R（t）x、F（t）表示設(shè)備的可靠度、設(shè)備的壽命和壽命分布函數(shù)，有

煤礦不可維修的機電設(shè)備，平均壽命指其失效前的正常運行時間，所以，平均壽命是指該產(chǎn)品從開始使用到失效時的工作時間（或工作次數(shù)）的平均值，記為mTTF(Mean Time To Failure）。

式中：N為測試樣品的總個數(shù)；ti為第i個樣品從開始使用到失效時的工作時間，h。

煤礦可維修機電設(shè)備，其工作壽命是指相鄰兩次故障間隔的時間，因此，其平均壽命是指平均無故障工作時間也稱平均故障間隔時間，記為MTBF(Mean Time Between Failure)。

式中：N為測試樣品的總個數(shù)；ni為第i個測試樣品的故障計數(shù)；tij為第i個產(chǎn)品從j-1次故障到第j次故障的工作時間，h。

設(shè)備的失效率

壽命分布密度函數(shù)f（t）的具體形式可根據(jù)經(jīng)驗推斷或用數(shù)理統(tǒng)計知識進行假設(shè)檢驗。

3.2 可修設(shè)備的可靠性指標

煤礦機電設(shè)備大部分是可修的。對于可修設(shè)備,其可靠性數(shù)量指標主要有可靠度、維修度和可用度。

3.2.1 可靠度

煤礦機電設(shè)備無故障工作時間X的分布函數(shù)可表示為

統(tǒng)計資料表明，絕大多數(shù)煤礦機電設(shè)備的故障密度函數(shù)服從負指數(shù)分布，即

式中：M為設(shè)備的平均無故障時間。

由此可得煤礦機電設(shè)備的可靠度為

3.2.2 維修度

維修度是指煤礦機電設(shè)備發(fā)生故障后，在相應(yīng)的時間內(nèi)和按照一定的規(guī)程進行維修時，能夠恢復(fù)到完成規(guī)定功能和狀態(tài)的概率，記為M（t）。煤礦機電設(shè)備維修時間用Y表示，則

式中：M（t）為維修密度函數(shù)。

絕大多數(shù)煤礦機電設(shè)備的維修密度函數(shù)服從負指數(shù)分布，

即：m（t）=μe-μt.

式中：μ為修復(fù)率。

3.2.3 可用度

煤礦可修機電設(shè)備分為正常和故障兩種狀態(tài)，用一個二值函數(shù)Z（t）來表述，令

式中:M2為設(shè)備的平均維修時間。

則煤礦機電設(shè)備維修度為：

則用任意時刻t設(shè)備正常工作的概率表示任意時刻t的瞬時可用度有

煤礦機電設(shè)備的維修密度函數(shù)和故障密度函數(shù)服從負指數(shù)分布，則其可用度為

也稱為設(shè)備的時間利用率。

4 煤礦機電設(shè)備的檢修周期

設(shè)備的檢修周期對已使用的設(shè)備，指兩次相鄰大修之間設(shè)備的工作時間；對新投產(chǎn)的設(shè)備指從投產(chǎn)時起到第一次大修設(shè)備的工作時間。所以檢修周期T是檢修前設(shè)備的運行時間t和檢修所用的時間t0之和，即T=t+t0.

求平均可靠度最大時的T：

上式即為所求的最佳檢修周期。

在檢修周期內(nèi)，設(shè)備正常時間比率為

由以上推導(dǎo)看出，故障率λ減小時檢修的周期T和機電設(shè)備的正常工作時間的比值Q變大，而隨著檢修用時t0的增加，檢修的周期雖然增加，但Q仍變小。因此，降低煤礦機電設(shè)備的故障率比增加檢修時間和縮短檢修周期更能充分發(fā)揮煤礦機電設(shè)備的功效。

5 結(jié)束語

研究結(jié)果表明，降低煤礦機電設(shè)備的故障率比增加檢修的時間和縮短檢修的周期更能充分發(fā)揮煤礦機電設(shè)備的功效。這就要求煤礦企業(yè)在千方百計降低生產(chǎn)成本，扭虧增盈的同時，要兼顧設(shè)備的投入和設(shè)備維修費用的投入，避免設(shè)備出現(xiàn)嚴重失修甚至提前報廢現(xiàn)象。只有使設(shè)備經(jīng)常地處于良好的技術(shù)狀態(tài)，才能保證生產(chǎn)的正常進行。

［1］ 劉混舉.機械可靠性設(shè)計[M].北京：國防工業(yè)出版社，2009.

［2］ 劉惟信.機械可靠性設(shè)計[M].北京：清華大學(xué)出版社，2004.

［3］ 龔慶祥、王自力.機電產(chǎn)品壽命與可靠性綜合驗證試驗技術(shù)研究[J].航空學(xué)報，2002，23（7）.

Analysis on Operation Security ofmechanical and Electrical Equipments with Reliability Theory

LIAN Guo-ting
(Shanxi Light Industry Construction Co.,Taiyuan Shanxi 030032)

Safe and efficient production requires the stricter reliability ofmechanical and electrical equipments.The paper analyzes the equipments in terms of reliability,maintainability,availability and repair cycle.The results show that reducing the fault rate couldmake the equipments work better than increasing repair time and shortening repair cycle.The author also urges equipment investment and timely replacement in order to guarantee the safe and efficient production.

reliability;maintainability;repair cycle

TD407

A

1672-5050（2012）08-0049-03

2012-03-22

廉國亭（1968—），男，山西臨猗人，本科，工程師，從事機電設(shè)備可靠性研究。

樊 敏