Seria: GÓ RN IC TW O z. 113 Nr kol. 698
Manfred CHMU RA WA
I EKSPLOATACYJNE B A DA NI A NIEZAWODNOŚCI DŹWIGNIC HUTNICZYCH
St r e s z c z e n i e . W artykule przedstawiono zastosowane w praktyce m e todykę ek sploatacyjnych badań niezawodności suwnic hutn ic zy ch .D ok o
nano próby wy korzystania wy ników badań do prognozowania przyszłego procesu eksploatacji.
1. Wstęp
W procesie eksploatacji naszyn przebiegają w nich złoZone zjawisko fi
zykochemiczne, których zewnętrznym objawem sę niesprawności działania lub uszkodzenia. 4
Destruktywne pr ocesy w maszynach sę następstwem zmian stereomechanicz- nych i fizykalnych materiału, a szczególnie Jego wa rstwy w i e r z c hn ie j. Zm ia
ny te zachodzę zespołowo, narastaję z ilością wykonanej prac y i prowadzę do uszkodzenia. W stosowanych obecnie systemach eksploatacji nieaprawno- ści lub uszkodzenia sę usuwane w w y ni ku przeprowadzenia odpowiedniej od no
wy.
W teorii niezawodności maszynę naprawialnę można uważać za dwustanowy obiekt techniczny pracujący z odnowami do osiągnięcia granicznego lub o- kreślonego stanu zużycia.
Użytkownika interesuje zazwyczaj zachowywanie się ma szyny w pr zyszło
ści, a w szczególności:
- prawdopodobny proces uszkodzeń elementów i zespołów, - hipotetyczna liczba losowych przestojów,
- współczynnik gotowości technicznej maszyny,
- identyfikacja i trwałość elementów a krótkiej żywotności.
Adekwatnych odpowiedzi na powyższe kwestie użytkowników mają do st ar
czyć w y łą cz ni e badania eksploatacyjne prowadzone w naturalnych warunkach użytkowania maszyny.
2. Metodyka badań niezawodności maszyn hutniczych
W procesie badawczym przebieg eksploatacji ma szyny urpaazczamy do dwóch stanów: zdatności i niezdatności, którym pr zy po rządkowujemy odpowiednio
26 M. Chmurawa
zmienne losowe - czasu poprawnej pracy i czasu przestoju. Zjawiskiem po
wodującym przejście do stanu niezdatności jest uszkodzenie lub określona niesprawność maszyny.
Badania prowadzimy w sposób ciągły w warunkach użytkowania maszyny, a występujące losowo uszkodzenia wraz z opisem rejestrujemy w- specjalnej karcie. Okres trwania badań eksploatacyjnych wynosi na ogół 1 do 6 m i e
sięcy. W wy ni ku przeprowadzenia badań otrzymujemy wypełnione karty zawie
rające obszerny zbiór informacji o procesie eksploatacji. Informacje te stanowią materiał statystyczny do obliczania następujących charakterystyk n i e z a w o d n o ś c i :
- rozkładu dobowej intensywności pracy maszyny,
- rozkładów pr awdopodobieństwa czasu poprawnej pracy, czasu przestoju 1 w s pó łczynnika gotowości,
- funkcji niezawodności i funkcji intensywności uszkodzeń elementów ma
szyny, '
- rodzaju i częstości występowania poszczególnych uszkodzeń.
Do przetwarzania danych, obliczania charakterystyk niezawodności i prog
nozowania przyszłego zachowania się maszyny wykorzystano elektroniczne ma
szyny cyfrowe Odra. IV tym celu opracowano dwa specjalne programy obliczeń:
- program PWN "Podstawowe wska źn ik i niezawodności" [8], [li], - program S Y M "Symulacja procesów pracy i uszkodzeń" [4|.
Program PWN po wprowadzeniu danych z eksploatacji umożliwia oblicza
nie, badanie zgodności i wybór rozkładu reprezentatywnego spośród czte
rech podstawowych: Weibulla, logarymiczno-normalnago, normalnego i wy
kładniczego. Po wy bo rz e rozkładu teoretycznego moZna wyprowadzić z EMC na
stępujące wyniki:
- parametry próby statystycznej i parametry rozkładu, - miarę zgodności (nw ) i poziom istotności oc ,
- gęstość g(t) i dystrybuantę F(t) rozkładu prawdopodobieństwa,
- funkcję niezawodności R(t) i funkcję intensywności uszkodzeń V ( t ) ba
danego elementu lub zespołu.
Obliczone funkcje R(t)- i X ( t ) są pełną eksploatacyjną charaktery
styką niezawodności i na ich podstawie wyznaczamy dla badanej maszyny:
- średnią trwałość elementów i zespołów,
- niezbędną ilość elementów zamiennych [10], [12] .
Program S Y M napisany w języku Fortran na EMC Odra 1300 pozwala na pod
stawie znanych charakterystyk niezawodności prognozować przyszły proces eksploatacji.
Zadaniem programu SYM jest generowanie procesu pracy i losowych uszko
dzeń obiektu technicznego w oparciu o znane rozkłady prawdopodobieństwa czasu pracy elementów i czasu przestoju przy założonej strukturze nieza
wodnościowej obiektu i założonym okresie eksploatacji.
W w y ni ku zastosowanie metod symulacyjnych możne obliczyć następujące charakterystyki prognostyczne:
- ilość i rodzaj uszkodzeń maszyny n, - średni czas przestoju (naprawy) ®n, - współczynnik gotowości technicznej K^.
Przedstawiona metodykę badań eksploatacyjnych zastosowano do analizy i prognozowania pracy szeregu maszyn roboczych, takich Jak: suwnice lej- nicze, suwnice transportowe i magnetyczne, wciągniki przejezdne oraz ła
dowarki łyżkowe,
3, Niektóre wyniki badań ek sploatacyjnych na przykładzie suwnic hutniczych
- Pełny cykl badań eksploatacyjnych przeprowadzono dla hutniczych sur nic magnetycznych pracujących w hali przygotowania złomu w jednej z hut żela
za i stali. Wyniki długoterminowych badań procesu eksploatacji grupy suw
nic zgromadzono w kartach [1, 2, 8], Dane z kart posłużyły jako materiał statystyczny do:
- obliczenia normowych ws ka źn ik ów niezawodności,
- kompleksowej analizy zapotrzebowania na elementy zamienne do suwnic, - symulacji procesów eksploatacji, w tym procesów uszkodzeń suwnic ma g n e
tycznych.
W y ko rzystując program PWN i dane ze strumieni uszkodzeń stwierdzono, że rozkłady pr awdopodobieństwa czasu pracy i rozkładu czasu przestoju s u w
nicy są najczęściej rozkładami asymetrycznymi, głównie lo garytmiczno-nor- malnymi i Weibulla. Wartości niektórych ws ka źn ik ów niezawodności:
- średni czas pracy między dwoma kolejnymi uszkodzeniami suwnicy = 270- 320 g o d z i n ,
- średni czas naprawy (przestoju) e n = 6»10 godzin, - współczynnik gotowości K = 0,97-^0,98.
y
Zatem w badanych suwnicach 2r 3% czasu eksploatacji należy zarezerwować na usuwanie przypadkowych uszkodzeń, aby proces odnowy przebiegał bez więk
szych zakłóceń. -
Na podstawie kart ujawniono szereg jej elementów i zespołów charaktery- M J ą c y c h się stosunkowo krótką trwałością. Ola tych "urtownie" nienaprawlal- nych elementów obliczono (za pośrednictwem programu PWN) ich funkcje nie
zawodności i funkcje intensywności uszkodzeń. f|la rys. 1 przedstawiono przy
kładowy wydruk ws ka źn ik ów niezawodności dla jednego z tych elementów (li
ny stalowej w mechanizmie podnoszenia s u w n i c y ).
W części wydruku oznaczonej symbolem A znajdują się m.in. wartości pr awdopodobieństwa bezawaryjnej pracy liny do momentu przeglądu bieżącego
28
/
p a r a m e t r y r o z k ł a d u w e i b u l l a LIWA - czas popraw nej p rąo/
N
i t e r a c j i
PRÓBKA Si? E Diu I A • OPCH. STAC5.
WARIANCJA WSP. Z ” IEN6 . ROZKŁAD WAR T. ."CZEKI U.
MEDIANA MO C A O D C N . S T An d. WARIANCJA WSP. 2 * 1 EW*-.
PAR. K S Z T A Ł T U I PAR. S K A L I L A M B D A N+0MEGA+2
1 3 7
+ .
21050571
'♦ . 7 C 4 1 0 9 1 1 - + 4 9 5 7 6 9 6 4 ;
+ ’.33448456 =
+ . 2 0 4 8 2 4 5 0 ' + . 2 0 4 5 5 0 2 1 - + . 2 0 5 3 4 5 5 0 + . 6 7 2 7 1 3 7 8 - + . 4 5 2 5 4 3 8 3 - + , 3 2 8 4 3 4 2 4 : . + . 3 3 5 8 4 0 3 3 - + . 2 2 8 1 3 7 0 5 + . 5 2 7 0 1 = 2 2 + . 2 2 7 9 2 0 2 2
■ + 0 0 4 - + 00K
' + 0 0 6
+ 000
♦ 004
+ 0 0 4 + 0 0 4 + 0 0 3 + 00 4
+
00
>+
001
+ 0 0 4
-«11
- o m
S O D Z I W Y S f S T O Ś Ć D Y S T R Y B . N I E Z A W O D N . I N T U S Z K
t & ( t ) F i t ) \ R H ) X f t )
1 0 2 0 . 0 0 6 2 0 6 . 0 6 4 7 8 2 . 9 3 5 2 1 8 , 0 0 0 2 2 1 2 0 4 0 , C 0 0 5 6 9 , 4 9 6 8 6 9 . 5 0 3 1 3 1 i G t . 1 1 31 8 1 5 i , 0 0 0 0 0 0 1 . 0 0 0 0 0 0 . 0 0 0 0 0 0 7 3 2 6 0 0 , . 0 0 0 0 0 0 1 . o u o o o o , 0 0 O J 0 0 7
1 0 0 0 . 0 0 0 1 9 8 . 0 0 0 7 4 3 . 9 3 9 2 5 7 , 0 . 0 2 1 ■ 1 0 6 0 . 0 0 0 2 2 4 , 0 7 3 3 8 0 . 9 2 6 6 2 0 . 0 . 0 2 L 1 1 1 2 0 . 0 0 0 2 5 1 , 0 8 7 6 1 3 . « 1 2 3 8 7 . • 0 2 7 5 1 1 8 0 , 0 0 0 2 7 9 . 1 0 3 4 9 9 , 8 9 6 5 0 1 . « o ł ! 3 1 1 1 2 4 0 . 0 0 0 3 0 7 ,•1 2 1 0 7 6 ' , 8 7 5 9 2 4 . o ; , 0 3 ' - : 1 3 0 0 . 0 0 0 3 3 6 . -I 4 0 3 6 9 . 8 5 9 6 3 1 . 0 - 0 3 9 1 1 3 6 0 . 0 0 0 3 6 4 . 1 6 1 3 8 2 . 8 3 8 6 1 8 . 0 1; 0 4 3 5 1 4 2 0 , 0 0 0 3 9 3 . 1 8 4 0 9 7 . 8 1 5 9 0 3 . . 0 0 0 4 8 1 1 4 8 0 , 0 0 0 4 2 0 . 2 0 8 4 7 9 . 7 9 1 5 2 1 . 0 0 0 5 3 1 1 5 4<j i 0 0 0 ^ 4 6 . 2 3 4 4 6 5 . 7 6 5 5 3 5 . 0 0 0 5 8 3 1 6 0 0 . 0 0 0 4 7 1 ' . 2 6 1 9 7 3 . 7 3 3 : 2 7 . 9 0 0 6 3 8 1 6 6 0 . 0 0 0 4 9 3 . 2 9 0 8 9 5 . 7 0 9 1 0 5 . 0 t i 0 6 9 5 1 7 2 0 . 0 0 0 5 1 3 . 3 2 1 1 - 4 , 6 7 8 = 9 6 . . 6 0 0 7 5 6 1 7 8 U . 0 0 0 5 3 1 . 3 5 2 4 4 8 . 6 4 7 5 5 2 . O i f O S ? - . 1 8 4 0 . 0 0 0 5 4 5 . 3 8 4 7 5 5 . 6 1 5 2 4 5 . 0 0 0 8 8 7 1 9 0 0 . 0 0 0 5 5 7 . 4 1 7 8 3 7 . 5 8 2 1 6 3 . ' 0 0 9 5 6 1 9 6 0 . 0 0 0 5 6 4 ; 4 5 1 4 8 9 . 5 4 8 5 1 1 . 0 4 1 0 2 9 2 0 2 0 . 0 0 0 5 6 8 , 4 6 5 4 9 4 . 5 1 4 5 0 6 . 0 0 1 1 9 5 2 0 8 C . 0 0 0 5 6 9 . 5 1 9 6 2 8 . 4 8 ' 3 7 2 . 0 . ’ 1 1 8 4
2 1 4 0 , 0 0 0 5 6 5 . 5 5 3 6 5 9 . 4 4 6 3 4 1 . 1 2 6 6
2 2 - ’ 0 . 0 0 0 5 5 8 . ' 5 0 7 3 5 7 . 4 1 2 6 4 3 . - ' 0 1 3 5 1 2 2 6 0 . 0 0 0 5 4 6 - . 6 4 0 4 9 5 . 3 7 9 5 0 5 . - 1 4 4 - 2 3 2 ; , 0 0 0 5 3 2 . 6 5 2 8 5 4 . 3 4 7 1 4 6 . ' 4 1 5 3 2 2 3 8 J , 0 0 C 5
1
4 , 6 8 4 2 3 0 . 3 , 5 7 7 0 . 0 0 , - 6 ? 7 2 4 4 0 . 0 0 0 4 9 3 . 7 1 4 4 3 1 . 2 8 5 5 6 9 . 0 0 1 7 2 5 2 5 = 0 , 0 0 0 4 6 9 7 4 3 2 8 9 . 2 5 6 7 1 1 . 0 . 1 8 2 7 2 5 6 0 , 0 0 '0 4 4 3 . ’ 7 7 0 6 5 9 .2 2 9 3 4 1 . " 1 9 7 2 2 6 ? ' . 0 0 A 4 1 5 . 7 9 6 4 1 9 . Z a 3 5 8 1y f i
M. Chmurawa
Rys. i
ROZKŁAD W£ IB U llA 1 . 0 +
. i + . 6 + . 9 4 + .97 + . V O ♦
. ¿>6 +
. 8 2 + . 6 0 + .78 + . 7 6 + . 7 4 + . 7 2 + . 7 0 +
.68 + . ór> + . ■ 4 + .62 + . 60 + . 3 8 + . 36 + . 34 + . : >?+
.30 + . 4 ~: + . 4 6 + . 4 4 + . 4 ? + . 4. 0 + . 3 8 + . 3 6 + , 3 4 + . 3? +
. 3 0 +
.28 +
. ¿6 +
.<’2*
.21 +
O <5 +
• V *
1 4 +
.
’12 + . 1 ił +
. '.'B + 4 + .01 + . .'2 +
. 2 7 3 5 . . 0 ' - ? 2 S 3 . . 0 ' 7 0 5 6 . . 0 9 6 9 0 9 . 7 4 2 . . 0 1 4 6 1 1 . , '6465.
.(■ " 3 2 1 . . 0 1 6 1 7 4 . . • 0 0 6 0 2 ? . . , ¡Mineo ;
. - 5 V 3 3 . . 0 1 5 5 8 « . . 0 5 4 3 0 , , + . C . 5 2 9 2 .
> 3 1 4 5 . 0 6 4 9 9 8 . C ' : 4 * 5 1 . 4 - 4 ? 0 4 . ^ . 0 - 4 5 5 7 . , 0 • ? 4 41 , 0 4 2 6 6 . 1 0 4 1 1 6 . . 0 0 3 9 6 9 . *0 . 3 8 2 2 . * §
0 - 3 6 7 5 . f * o 3 5 2 8 . , 0 0 3 3 8 1 . , 0 0 3 2 3 4 . . 0 0 3 0 8 7 . . 0 7 2 9 4 1 .
« 0 0 2 7 9 3 .
« 0 0 2 6 4 6 . . 0 0 2 4 9 9. . 0 « ' ¿ 3 5 > .
• 302205.
, 0 02 0 5?>.
. 0 ¿ \ 1 9 1 1 .
• O 0 1 7 6 ¿ . , 0 0 1 6 1 7 .
• OOU70.
.001323.
. ö A 1 1 7 . . 0 : 1'.2^
.C , Ü0 7 3 5 . . 0 0 5 8 ' - . . 0 9 0 4 4 1 . . 0 ^ 2 9 4 . . 0 0 1 4 7 .
NIEZt INT. ÜSZK.
R ( t ) l ( t ) 2 5 0 5 0 0 1 0 0 0 1 5 0 0 20 0 0 2 5 0 0 C z a s p o p ra w n ej p r a c y •£ [ y o d z .J
Rys. 2
30 M. Chmurawa
Odboje na su w n ic y Z e sp ó ł bębna
kablowego C zołow nica
— trw a łość
l j - l ia b a u sz k .
NAZWA ELEMENTU T rw a ło ś ć e le m e n tó w w ł y s . g o d zin
Z b lo cze d o ln e Sprzęgło z ę b a te
h a m u lcow e Wspornik przegubow y
przekładni
Z b lo cze g ó rn e
K oło je z d n e Wspornik przegubowy
boczn y
ło ż y s k o podporow e Wspornik po m o sto w y
s k r a jn y Sprzę g ło zę b a te
Je d n o stro n n e
Tarcza h a m u lco w a
Ham ulec szczęko w y
Ś r e d n ia i l o ś ć u szko d zeń e le m e n tu (w mku)
R y s . 3
V
ll?fprnr>Qcje uzyskane.z symulacji.. _ Informacje uzyskane z badaneksploatacyjn
32 M. Chmurawa ,
i remontów, średniego i kapitalnego. Na rys. 2 przedstawiono wykreślone przez EMC funkcje niezawodności R(t) i intensywności uszkodzeń "Jt. (t:) wspomnianej liny stalowej.
Dysponując funkcjami R(t) i X (t) można sporządzić diagram trwało
ści elementów i diagram średniej liczby uszkodzeń dla suwnicy. Dla przy
kładu na rys. 3 wykreślono diagram przeznaczony dla służby konserwacyjno- remontowej suwnic hutniczych.
Doświadczenie nabyte przy obliczaniu wskaźników niezawodności przyczy
niło się do podjęcia próby symulowania programu SYM. Użytkownik suwnicy otrzymał prdbalistyczne oszacowanie liczby i rodzaju uszkodzeń, średniego czasu pracy między uszkodzeniami, średniego czasu naprawy i współczynnika
gotowości. ,
Na rys. 4 przedstawiono rzeczywisty i symulowany proces eksploatacji wraz z przypadkowymi uszkodzeniami do okresu ok. 10 tys. godzin. W tabl.l zestawiono wskaźniki niezawodności uzyskane z symulacji i badań eksploata
cyjnych.
^ i
Tablica 1 Porównanie wskaźników niezawodności suwnicy hutniczej
Wskaźnik
Oznacze
nie nor
mowe
Wyniki z badać
Wyniki z symulacji dla poziomu ot i odchylenia b eksploata
cyjnych oc = 0,05 b = 0,03
ot = 0,05 b = 0,02
oc = 0,02 b = 0,02
Średni czas pracy między kolejnymi uszkodzehiami
®k
[hl 278 244,2 219,8 231
Średni czas naprawy
(przestoju) ®n
[hl
12,6 12.5 13,1 13,2
Współczynnik goto
wości technicznej Kg 0,9280 0,9511- 0,9438 0,9458
4. Wnioski
1. Badania eksploatacyjne rzeczywistych obiektów umożliwiają wdrażanie naukowych podstaw eksploatacji do praktyki przemysłowej.
2. Racjonalna ¡gospodarka elementami zamiennymi wymaga znajomości podsta
wowych wskaźników niezawodności maszyny, które z kolei wymagają prze
prowadzenia badań eksploatacyjnych,
3. Metody symulacyjne pozwalają określić proces uszkodzeń maszyny na pod
stawie znajomości niektórych wskaźników niezawodności elementów tej* ma
szyny.
4. Symulacja procesów eksploatacji w odniesieniu do obiektu będącego w fa
zie projektowania lub modernizacji pozwala prognozować zachowania się obiektu oraz określić potencjalny proces uszkodzeń.
5. Racjonalna eksploatacja maszyn jest uwarunkowana znajomością procesów stochastycznych przez prowadzącego badania jak i odbiorcy wyników.
LITERATURA
[1] Bińkowski W . , Chmurawa M. : Rozkłady czasu przestoju suwnic lejniczych.
Dozór Te ch ni cz ny nr 4, 1972.
[2] Bińkowski W . , Chmurowa M. : Prognozowanie przypadkowego czasu pr zesto
ju suwnic lejniczej. Dozór Te ch ni cz ny nr 5, 1972.
[3] Bińkowski W., Chmurawa M. , Pillich W.: Problemy niezawodności w ma
szynach kopalnictwa rud metali nieżelaznych w świetle unowocześnienia tych maszyn. Praca na ukowo-badawcza IPKM Politechniki Śl ąskiej.Gliwi
ce 1975rl979, część I-IV.
[4] Bzymek Z. : Symulacja procesów uszkodzeń maszyny roboczej traktowanej jako funkcjonalny układ elementów. Praca magisterska nr 5200 (maszyno
pis), IP KM Politechniki Śląskiej 1979.
[5] Chmurawa M . , Bzymek Z. : Prognozowanie procesu uszkodzeń hutniczych suw
nic pomostowych. Eksploatacja i Oozór 1980 (w druku).
[6] Chmurawa M. : Wykorzystanie charakterystyk niezawodności ładowarek -ŁJ4-2 do planowania eksploatacji. Mat. I Sympozjum nt. Kierunki rozwoju SMR w Zjednoczeniu "Hutmasz". Tarnowskie Góry 1978.
[7] Chmurawa M . , ćwik R.s Charakterystyki niezawodności suwnic lejniczych.
Prace Naukowe Instytutu Górnictwa, Politechnika Wrocławska Nr 10 Wro- cław-Szklarska Poręba 1973.
[8] Chwoyka L ., Konopiński T.s Badania eksploatacyjne suwnic pomostowych z chwytnikiem elektromagnetycznym z wciągarką o udźwigu Q = 16 T . P r a ca badawcza OBRDiUT Detrans nr BR+B W 471029/1-4, Bytom 1976.
[9] Gniedenko B . W . , Bielajew O.K., So łowiew A.D^-j Metody matematyczne w teorii niezawodności. WNT, Warszawa 1968.
[10] Kwinta K. : Metody obliczania zapasu elementów zamiennych w zastosowa
niu do suwrjic pomostowych. Praca inżynierska nr 861. IP KM Pol. Sl.
Gliwice 1979.
[11] Szczerba Z . : Podstawowe ws ka źn ik i niezawodności. Praca badawcza OBRDiU Detrans nr PO-246, Bytom 1976.
[12] Szor O.B.j Kużmin F.O. : Ocena niezawodności urządzeń. WNT, Warszawa 1970.
Wpłynęło do Redakcji w kwietniu. 1981 r.
R c e n z e n t : Prof. dr hab. inż. Oerzy Antoniak
34 M. Chmurawa
3 K C im y a T a x ijio H H H e H c c jie a o B a H M H a a e x H o c iH Me r a j r ir y p r u n e c k h x r p y3 o n o fli> e M H iix K p a H O B
P e 3 k> u e
B c i a i b e n p e A o i a B J i e H a n p H M e H a e u a a H a n p a K T H K e M e T o flH K a s K c iu iy a T a H H O H H b o c H c c a e f lO B a H H a H a ^ e x H O C T H M e T a n jiy p r H n e c K H X r p y3o n o fl'b e M H H X K p a H O B . G ^ e J i a n a n o - n tiT K a H c n o jiB3 0B aH H H p63y jiB T a T0B H c o jie flO B a H H ft f l j i a n p o r H O3H p0B a H n a n p o i i e c c a
3K c n a y a i a i B i H b S y a e m e M .
Exploitation testing of reliability of metallurgical cranes
S u m m a r y
Methodology practically used in exploitation testing of reliability of metallurgical overhead cranes is presented in the article. An attempt is also made at using test results to prognosticate the future exploitation process.
