Содержание к диссертации
Введение
2. Анализ работ по надежности и системам технического обслуживания и ремонта электрических машин
2.1. Исследования в области надежности асинхронных двигателей Надежности 13
2.2. Анализ существующих систем технического обслуживания и ремонта 40
2.3. Особенности работы крановых асинхронных двигателей для мостовых кранов 51
2.4. Постановка задач исследования 68
2.5. Выводы 69
3. Статистическое моделирование эксплуатационной надежности крановых асинхронных двигателей 72
3.1. Общие положения по формированию исходного массива данных по эксплуатационной надежности 72
3.2. Компьютерная модель эксплуатационной надежности крановых асинхронных двигателей 79
3.3. Моделирование эксплуатационной надежности обмоток статоров крановых асинхронных двигателей 94
3.4. Моделирование эксплуатационной надежности обмоток роторов крановых асинхронных двигателей 104
3.5. Выводы 111
4. Инженерный анализ эксплуатационной надежности крановых асинхронных двигателей 114
4.1. Общее сведения положения и фактические значения
показателей эксплуатационной надежности крановых асинхронных двигателей 114
4.2. Математическая модель эксплуатационной надежности крановых асинхронных двигателей и мостового крана 120
4.2.1. Расчет эксплуатационной надежности крановых асинхронных двигателей 120
4.2.2. Математическая модель эксплуатационной надежности мостового крана 125
4.2.3. Моделирование и расчет вероятности безотказной работы и наработки мостового крана по направлению главного подъема 127
4.2.4. Моделирование и расчет вероятности безотказной работы и наработки мостового крана по направлению вспомогательного
подъема 134
4.3. Выводы 144
5. Совершенствование системы технического обслуживания и ремонта крановых асинхронных двигателей 147
5.1. Методологические вопросы теории технической эксплуатации асинхронных двигателей 147
5.2. Совершенствование системы технического обслуживания и ремонта 157
5.3. Выводы 162
6. Заключение 165
Список принятых сокращений 169
Библиографический список литературы
- Анализ существующих систем технического обслуживания и ремонта
- Компьютерная модель эксплуатационной надежности крановых асинхронных двигателей
- Математическая модель эксплуатационной надежности крановых асинхронных двигателей и мостового крана
- Совершенствование системы технического обслуживания и ремонта
Введение к работе
Актуальность исследования. Асинхронные двигатели получили широкое применение в различных отраслях народного хозяйства благодаря высокой надежности, экономичности, относительно низкой стоимости и простоте эксплуатации. Они являются основными преобразователями электрической энергии в механическую. Поэтому асинхронные двигатели (АД) всегда находятся в центре внимания разработчиков, изготовителей и потребителей, особенно в настоящее время, при переходе к рыночной экономике. Эффективность и надежность функционирования электрических машин (ЭМ) зависит не только от качества их проектирования и изготовления, но и от обоснованной системы эксплуатации, правильного технического обслуживания и качественного и своевременного ремонта. Вопросами надежности асинхронных двигателей, мостовых кранов, электрооборудования объектов энергетики успешно занимались Стрельбицкий Э.К., Гольдберг О.Д., Похолков Ю.П., Муравлев О.П., Пястолов А.А., Ванеев Б.Н., Брауде В.И., Александров М.П., Назарычев А.Н. и другие. В этих работах представлен ряд методик расчета надежности при проектировании и изготовлении асинхронных двигателей. Рассмотрены виды отказов при эксплуатации и причины их возникновения. Это позволяет, в какой - то степени, исключить или снизить вероятность их появления уже на стадии проектирования и изготовления, что способствует в общем случае некоторому повышению надежности асинхронных двигателей на стадии эксплуатации. При таком подходе не определяются количественные значения показателя эксплуатационной надежности: наработка на отказ, вероятность безотказной работы, интенсивность отказов, вероятность отказа и другие показатели, которые являются основой теории надежности. При таком положении получается, что отказы и их количество не связаны в теоретическом плане ни с количественными показателями эксплуатационной надежности электрических машин, ни с системой технического обслуживания и ремонта (ТОиР) асинхронных двигателей в эксплуатации. Следует отметить, что исследованию эксплуатационной надежности асинхронных двигателей до настоящего времени уделялось недостаточно внимания, хотя и больше, чем для других типов ЭМ.
Появление и внедрение системы планово - предупредительного ремонта (ППР) электрооборудования исторически увязывается с усложнением конструкции оборудования. Это объективная реальность. Усложняется оборудование - повышаются эксплуатационные требования производителя, которые, в свою очередь, требуют реакции от ремонтной службы. Отличительной особенностью нашей системы ППР является формальный учет времени работы оборудования, которое принимается за основу при формировании ремонтного цикла, что создает обманчивое впечатление относительно истинного состояния по износу оборудования в процессе эксплуатации. Оценка технического состояния оборудования в процессе эксплуатации производится с упором на благополучие механической составляющей, которая лишь одна из составляющих частей конструкции, особенно для ЭМ. В современных условиях эксплуатации поддержание
работоспособности электрических машин переменного тока обеспечивается только с помощью системы ППР, которая не учитывает конкретные условия эксплуатации, нет увязки ремонтных циклов с показателями надежности, и имеет сравнительно высокую трудоемкость технического обслуживания. К настоящему времени в области эксплуатации ЭМ сложилась ситуация, характеризующаяся тем, что разработки, связанные с повышением надежности не полностью оправдывают себя, не достигнут требуемый уровень безотказности, а применяемые мероприятия не дают ожидаемого эффекта. Одна часть деталей и сборочных единиц ЭМ отказывает до наступления плановых сроков ремонта, другая часть, оказавшаяся в более благоприятных условиях и полностью работоспособная, направляется на ремонт преждевременно, в соответствии с планом. Все это приводит к дополнительным затратам. Широкий диапазон условий эксплуатации и режимов работы ЭМ, весьма часто низкий уровень обслуживания обуславливают необходимость совершенствования системы ТОиР на основе оценки эксплуатационной надежности, которую можно определить только по данным эксплуатации. Исследованием эксплуатационной надежности ЭМ занимаются крайне недостаточно.
Решение обозначенных проблем является актуальным и представляет научный и практический интерес.
Целью работы является моделирование эксплуатационной надежности крановых асинхронных двигателей и определение количественных показателей их надежности в реальных условиях для принятия решений, направленных на повышение эффективности эксплуатации.
Для реализации поставленной цели необходимо решить следующий комплекс задач:
Произвести исследование и анализ информационного потенциала параметров эксплуатационной надежности крановых асинхронных двигателей и выбрать метод исследования эксплуатационной надежности электрических машин.
Разработать компьютерную модель оценки эксплуатационной надежности КрАД, состоящую из математической модели, алгоритмов расчета показателей надежности и программного обеспечения для расчетов на ЭВМ.
Создать программно - вычислительный комплекс по расчету эксплуатационной надежности асинхронных двигателей.
Разработать методику инженерного анализа эксплуатационной надежности асинхронных двигателей, работающих на мостовых кранах.
Определить фактические численные значения показателей эксплуатационной надежности крановых асинхронных двигателей (КрАД) по статистическим данным наработок, полученным при изучении процесса эксплуатации мостовых кранов на промышленном предприятии.
По результатам оценки показателей эксплуатационной надежности определить стратегию совершенствования системы технического обслуживания и ремонта.
Объект и предмет исследования. Объектом исследования являются крановые асинхронные двигатели. Предметом исследования являются методы оценки эксплуатационной надежности и методы технического обслуживания и ремонта асинхронных двигателей.
Методы исследования. Для решения поставленных в работе задач использовались методы теории электрических машин, математического и статистического моделирования, теории вероятностей, надежности и математической статистики, опыт эксплуатации и экспериментально - статистический анализ надежности, пакеты прикладных программ Word, Excel, MathCAD, программное обеспечение по оценке надежности ЭМ по эксплуатационным данным. Экспериментальные исследования по определению эксплуатационной надежности асинхронных двигателей проведены на предприятиях.
Достоверность полученных результатов. Достоверность предложенных моделей и обоснованность результатов исследования обеспечивается корректным применением теоретических методов, сходимостью результатов проведенных исследований и вычислительных экспериментов, а также подтверждается данными, полученными в реальных условиях эксплуатации КрАД и положительным опытом внедрения полученных результатов на промышленных предприятиях.
Научная новизна и значимость полученных результатов заключается в совершенствовании методов количественного расчета показателей надежности крановых асинхронных двигателей с учетом условий эксплуатации, и состоит в следующем:
Разработана компьютерная модель количественной оценки эксплуатационной надежности сборочных единиц крановых асинхронных двигателей, состоящая из математической модели, алгоритмов ее реализации и программного обеспечения для ЭВМ. Она позволяет определять законы распределения отказов и фактические значения количественных показателей эксплуатационной надежности, необходимые как для совершенствования двигателей, так и системы их технического обслуживания и ремонта.
Создана математическая модель инженерного анализа эксплуатационной надежности для оценки общей надежности двигателей мостовых кранов при изменении их средних наработок на отказ и вероятностей безотказной работы КрАД (приводов моста и тележки, главного и вспомогательного подъема) и выбора стратегии повышения показателей надежности двигателей.
Впервые систематизированы законы распределения отказов и статистические данные о показателях эксплуатационной надежности крановых асинхронных двигателей мостовых кранов.
Практическая ценность работы заключается в следующем: 1. Для математического моделирования эксплуатационной надежности крановых асинхронных двигателей создан программно - вычислительный комплекс «Расчет эксплуатационной надежности» на ЭВМ, позволяющий оперативно определять вид закона распределения и проводить оценку его параметров.
Получены объективные значения количественных показателей эксплуатационной надежности крановых асинхронных двигателей на основе фактических данных эксплуатации, необходимые для совершенствования их проектирования, технологии изготовления и системы технического обслуживания и ремонта.
Разработаны рекомендации по совершенствованию системы технического обслуживания и ремонта крановых асинхронных двигателей.
Реализация результатов работы. Полученные результаты переданы и используются на ООО «Юргинский машиностроительный завод» для совершенствования системы технического обслуживания и ремонта крановых асинхронных двигателей и на ОАО «Сибэлектромотор» для учета реальных показателей эксплуатационной надежности при проектировании и изготовлении крановых асинхронных двигателей.
Результаты работы используются на кафедре «Электромеханические комплексы и материалы» Национального исследовательского Томского политехнического университета в учебном процессе при подготовке магистрантов и специалистов в курсовом и дипломном проектировании и при проведении научных исследований.
Основные положение диссертации, выносимые на защиту:
Компьютерная модель количественной оценки эксплуатационной надежности сборочных единиц крановых асинхронных двигателей (математическая модель, алгоритмы ее реализации и программное обеспечение).
Математическая модель инженерного анализа эксплуатационной надежности двигателей мостовых кранов.
Программно - вычислительный комплекс для моделирования эксплуатационной надежности асинхронных двигателей.
Законы распределения отказов и статистические данные о показателях эксплуатационной надежности крановых асинхронных двигателей мостовых кранов.
Рекомендации по совершенствованию системы технического обслуживания и ремонта и обеспечению эксплуатационной надежности КрАД.
Личный вклад в работу. Автор непосредственно участвовал в качестве исполнителя на всех этапах проведенных исследований, включая постановку задач, анализ литературы по проблеме, сбор исходных эксплуатационных данных по надежности, обработку статистического материала и результатов, разработку математических моделей, алгоритмов, создание программного обеспечения, проведение расчетов, обобщение и интерпретацию результатов.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и были обсуждены: на Международной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Современные техника и технологии» (ТПУ, г. Томск 2008-2009 гг.); Международной научно-практической конференции «Электромеханические преобразователи энергии» (ТПУ, г. Томск 2007г., 2009г., 2011г.); Всероссийской научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Наука. Технологии. Инновации»
(НГТУ, г. Новосибирск 2008г.); Всероссийской научно - технической конференции «Электроэнергия: от получения и распределения до эффективного использования» (ТПУ, г. Томск 2008 г.).
Публикации.
По результатам выполненных исследований опубликовано 10 печатных работ, в том числе 2 статьи опубликованы в журналах, рекомендованных ВАК РФ, и получено свидетельство об официальной регистрации программно - вычислительного комплекса «Расчет эксплуатационной надежности».
Структура и объем работы.
Диссертационная работа состоит из введения, четырех разделах, заключения, списка литературы и приложений, общий объем работы составляет 192 страницы, включая 32 рисунок, 30 таблиц и списка литературы из 108 наименований.
Анализ существующих систем технического обслуживания и ремонта
Проблема обеспечения надежности электрических машин возникла в 50-х годах прошлого столетия на базе теории вероятностей и математической статистики. Особое значение эта проблема имеет для электротехнической промышленности, наиболее массовой продукцией, которой являются электрические машины переменного тока. Асинхронные электроприводы составляют больше половины общего количества электроприводов в промышленности. По существующим прогнозам асинхронные двигатели еще несколько десятилетий останутся основными преобразователями электрической энергии в механическую. Надежность электрических машин переменного тока закладывается при проектировании, обеспечивается в процессе изготовления и поддерживается при эксплуатации. Наиболее значительные работы по теоретическому и экспериментальному исследованиям надежности электрических машин переменного тока на этих стадиях принадлежат Э.К. Стрельбицкому, О.Д. Гольдбергу, Ю.П. Похолкову, А.А. Пястолову, О.П. Муравлеву, Б.Н. Ванееву, и другим авторам [1 - 6].
Надежность - свойство объекта сохранять по времени в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания, хранения и транспортирования [7, 35].
Теория надежности - это теория, которая устанавливает закономерности отказов объектов и методы их прогнозирования; определяет способы повышения надежности ЭМ при конструировании, изготовлении и поддержания их работоспособного состояния во время эксплуатации;
разрабатывает методы контроля надежности. Под работоспособным состоянием ЭМ понимается такое состояние, при котором значения всех параметров, характеризующих способность выполнять заданные функции, соответствуют требованиям нормативно-технической и конструкторской документации. Нарушение работоспособного состояния ЭМ называется событием, получившим название отказ. Наработка до отказа -продолжительность работы от начала эксплуатации до возникновения отказа. Вероятность того, что в пределах заданной наработки отказ не возникает, называют вероятностью безотказной работы [7, 35, 39, 40].
Надежность является сложным свойством, которое зависит от назначения объекта и условиями его применения определяется сочетанием таких свойств, как безотказность, долговечность и ремонтопригодность. Для электрических машин характерным является сочетание этих трех свойств.
Под безотказностью понимается свойство ЭМ непрерывно сохранять работоспособное состояние в течение некоторой наработки. Долговечность - свойство ЭМ сохранять работоспособное состояние до наступления предельного состояния при установленной системе технического обслуживания и ремонта. Ремонтопригодность - свойство ЭМ, заключающееся в приспособленности к предупреждению, обнаружению, причин возникновения отказов, повреждений, а также поддержанию и восстановлению работоспособного состояния путем проведения технического обслуживания и ремонтов.
Знание этих свойств и закономерностей их изменения с течением времени позволяет решать многие практические задачи не только по обеспечению определенного уровня надежности, но и по его повышению.
Решение задач надежности должно тесно увязываться с экономическими вопросами. Как правило, мероприятия, направленные на повышение надежности, требуют существенных затрат на их реализацию.
Надежность асинхронных двигателей и систем электроснабжения предприятий является важнейшим фактором, определяющим эффективность электрификации и безопасность труда. Задача обеспечения высокой экономической эффективности электрификации предприятия и безопасности труда рабочих в рамках проблемы надежности в принципе решается тремя способами:
Устойчивая тенденция в проектировании АД до недавнего времени уменьшать их общую массу при той же мощности привела к более интенсивному использованию их активных частей и неизбежно связана с изменением надежности АД из-за увеличения температуры обмотки статора, снижения толщины витковой и корпусной изоляции и т.д. Вопросы обеспечения надежности АД наиболее полно решаются только тогда, когда им последовательно уделяется внимание на всех стадиях жизненного цикла. Обеспечение качества АД представляет собой совокупность планируемых и систематически проводимых мероприятий, необходимых для создания уверенности в том, что продукция удовлетворяет определенным требованиям к качеству. При обеспечении качества АД решаются задачи, связанные и с обеспечением их надежности.
Надежность и безопасность применения АД в значительной степени зависят от типа и состояния их изоляции соединенных вместе электроизоляционных материалов (ЭИМ), образующих электроизоляционную конструкцию (ЭИК). Так, в обмотке статора АД могут быть одновременно применены стекловолокно, лакоткань, микаленты, стеклоткани, трубки из эластомеров, слоистые пластики, пластмассы. Некоторые из них содержат в себе пропиточный лак как связующее, а вся ЭИК после изготовления неоднократно пропитывается другим лаком и подвергается термообработке. Основу ЭИК составляют высокополимерные органические материалы. Именно от их старения, в первую очередь, зависит надежность и срок службы АД. Для АД характерна высокая доля отказов электрической изоляции, которые вызваны, прежде всего, ее термическим старением, а также периодическим нагревом и охлаждением. При термическом старении ЭИМ происходят следующие процессы:. В электрических машинах обычно используется сразу несколько
Компьютерная модель эксплуатационной надежности крановых асинхронных двигателей
Ток к асинхронным двигателям подводится через троллеи, гибкие кабели и кольцевые токоприемники. Гибкие кабели используются при движении машин на небольшие расстояния и с невысокой скоростью.
Главные троллейные провода, расположенные вдоль кранового пути должны быть недоступны для случайного к ним прикосновения с моста крана, лестниц, посадочных площадок и других мест, где могут находиться люди.
Особенности работы электропривода ПТМ - переменная нагрузка, работа в повторно-кратковременном режиме с большой частотой включений, сложный цикл работы, предъявляют специфические требования к выбору АД. Он должен удовлетворять следующим требованиям: при работе в повторно-кратковременном режиме с заданной продолжительностью включения в течение неограниченного периода времени двигатель не должен перегреваться; пусковой момент АД должен быть достаточным для обеспечения разгона механизма с заданным ускорением.
Однако, мощность АД не должна быть очень большой, чтобы большие ускорения не влияли отрицательно на работу механизма.
Для обеспечения безопасной работы механизмов подъема и передвижения ПТМ оборудуются автоматически действующими ограничителями, выключающими механизмами при их приближению к положению, представляющему опасность для работающих людей или поломки элементов крана. Механизмы ПТМ с электрическим приводом имеют концевые выключатели, срабатывающие при подходе к ограничителям. Электрическая схема предусматривает возможность пуска механизма только в обратном направлении.
Мостовые краны имеют механизмы передвижения, которые служат для перемещения груза в горизонтальной плоскости. На мостовых кранах применяются механизмы с приводными ходовыми колесами, которые расположены непосредственно на перемещаемом объекте (на тележке или мосту крана). Краны и крановые тележки опираются на ходовые колеса. Колеса, соединенные с приводом, являются приводными, а остальные колеса- холостыми. Для передвижения моста крана и крановой тележки имеются электрические приводы с КрАД.
Особенности эксплуатации мостовых кранов, их конструкции и специальные требования к электроприводам всех механизмов крана представлены в работах [8, 9, 64-68].
Характеристики механизмов основных групп кранов приведены в работе по электрооборудованию кранов [64]. Для мостовых кранов машиностроительных предприятий классификационный параметр Е2, который определяет:
Насколько эти рекомендации выполняются, будет видно после проведения исследований по эксплуатационной надежности. Следует учитывать, что исследуемые КрАД мостовых кранов установлены в помещениях завода.
Система управления крановыми механизмами относится к категории устройств, находящихся под непрерывным контролем оператора: вэтих системах момент начала операции, скоростные параметры выбираются лицом, управляющим механизмом. Система управления должна обеспечить необходимую последовательность переключений для реализации желаемых скоростных параметров, предотвращать при этом недопустимые перегрузки и обеспечивать необходимую защиту.
Все многообразие различных систем управления может быть разделено по способам и условиям регулирования. По способу управления системы могут быть: управляемые непосредственно силовыми кулачковыми контроллерами, когда весь процесс управления, включая выбор необходимых ускорений, может осуществляться исключительно оператором; управляемыми с кнопочных постов, где возможности управления ограничены конструктивными особенностями поста; управляемыми сложными комплексными устройствами (магнитным контроллером с использованием преобразователя энергии или без него) - в этом случае оператор выбирает только необходимые скорости, а процесс разгона, торможения и необходимые переключения осуществляются автоматически.
АД с фазным ротором позволяет регулировать частоту вращения, ускорения и замедления путем подводимого к статору двигателя напряжения и сопротивления резисторов в цепи ротора. Наиболее распространенной в крановом электроприводе является система непосредственного управления с помощью силовых кулачковых контроллеров. Эта система отличается простотой, но имеет ряд недостатков (невысокий уровень износостойкости, недостаточная плавность регулирования, низкие энергетические показатели и др.) [64].
Системы управления крановыми электроприводами с помощью магнитных контроллеров более совершенные и применяются в электроприводах для АД с фазным ротором при диапазоне мощностей 11-200 квт для механизмов подъема и 3,5-100 квт для механизмов передвижения [64, 67].
Электрическая аппаратура кранов отнесена к категории общепромышленной аппаратуры низкого напряжения и выделена в самостоятельную группу вследствие специфики использования в составе электроприводов. Специфическими особенностями электроаппаратуры кранов являются: более высокие требования к износостойкости контактных аппаратов и коммутационной способности; работа при повторно кратковременном режиме с частыми перегрузками в 1,5-2 раза во время пуска и торможений за счет значительных инерционных масс; работа в условиях повышенной запыленности, а ряде случаев и повышенной температуры.
Электрические контактные аппараты, применяемые в крановых приводах, характеризуются следующими основными параметрами: температурой токоведущих и изоляционных частей при номинальном режиме работы, термической динамической стойкостью изделия, электрической прочностью изоляции, допустимым числом включений в час, механической и электрической износостойкостью и коммутационной способностью.
Подводя итоги анализа по системам управления, можно отметить, что в этих системах используется большое количество аппаратуры: силовые кулачковые контроллеры для ручного управления; командоконтроллеры для дистанционного управления, рассчитанные для коммутации катушек электромагнитных аппаратов (контакторов и реле) и цепей управления; пульты управления, которые кроме органов управления механизмами крана имеют аппараты контроля и сигнализации; реле времени, напряжения, тока, промежуточные и тепловые; контакторы и пускатели для коммутации тока в главных цепях при дистанционном управлении; магнитные контроллеры — сложные комплектные коммутационные устройства для управления крановыми электроприводами, обеспечивающие определенную программу переключений в главных цепях при соответствующей подаче команд в цепи управления.
Математическая модель эксплуатационной надежности крановых асинхронных двигателей и мостового крана
После получения оценок параметров моделей надежности, рассчитываются границы доверительных интервалов для этих параметров с доверительной вероятностью а, равной 0.90, 0.95 или 0.99. Алгоритм расчета границ доверительных интервалов приведен ниже.
Определим сумму квадратов отклонений значений функции ВБР по результатам эксперимента от значений функции ВБР в точках th построенной по одной из моделей надежности: где к - число степеней свободы. Так как в нашем случае мы имеем дело только с двухпараметрическими распределениями, число степеней свободы к всегда будет меньше размера выборки времен отказов Naa 2, т.е. к = N — 2. Составим матрицу А значений частных производных модельной функции ВБР по параметрам fi,f2 в точках tt, и найдем ковариационную матрицу:
Приведенные формулы (3.1) - (3.34) используется для построения математической модели и алгоритмов определения эксплуатационной надежности КрАД в разработанном автором программно-вычислительном комплексе (ПВК) «Расчет эксплуатационной надежности» [84]. Блок схема алгоритма работы ПВК представлена в приложении №2
На рис. 3.2. представлен алгоритм реализации математической модели для вычисления статистической оценки надежности. 1. Ввод начальных параметров: (ґ(), і=\,...,Гр 7=1,..., т - значение наработок; значение доверительной вероятности. Сортировка исходного массива данных, вычесление среднего значения и стандартного отклонения. Формирование массива функции MedianRank, который используется для расчета всех распределений. Вычисление вспомогательных функций для нормального распределения, логнормального и распределения Вейбулла. Расчет точностных характеристик параметров законов распределений. Вывод уточненных параметров и границ применимости законов распределения. Построение гистограмм, и графиков функций P{t),
Алгоритм математической модели оценки надежности Алгоритм определения эксплуатационной надежности КрАД работает следующим образом: № 1 ввод исходных данных различными способами: вручную, импортироваться из текстового файла, загружаться из сохраненного файла. Также пользователем должны быть введены значение Gamma для вычисления значения гамма-процентной наработки и необходимое значение доверительной вероятности. № 2 производится обработка исходного массива данных (сортировка данных, определение стандартных статистических параметров). № 3 формирование значений массива значениями функции Median Rank, который используется для разных видов распределения (Вейбулла, нормального, логарифмически нормального). № 4 вычисление вспомогательных функций для распределения Вейбулла, а также для нормального, логарифмически нормального распределения. № 5 уточнение значений определенного закона распределения, и определение границ применимости соответствующего закона. № 6 служит для вывода точностных характеристик параметров распределения и вывода графиков.
На рис. 3.3 представлен интерфейс ирофаммы с графическим изображением точечной оценки функции вероятности безотказной работы, а на рис. 3.4 интерфейс программы с протоколом отчета по цифровым значениям показателей законов распределения.
Показатели Время до отказа Гистограмма ВБР Функции ВБР \ Гистограмма 80 Интенсивность отказа Гамма- Наработка [Примечание. А Экспериментальная бейбупл
Проведенные исследования позволяют сделать вывод, что разработана компьютерная модель эксплуатационной надежности крановых асинхронных двигателей, состоящая из математической модели, представляющей собой совокупность математических объектов и связей между ними, отражающих необходимые свойства объекта моделирования; математического аппарата, используемого для получения количественных результатов с помощью математической модели и программы, реализующей модель на компьютере.
Для реализации компьютерной модели эксплуатационной надежности крановых асинхронных двигателей создан и официально зарегистрирован программно-вычислительный комплекс «Расчет эксплуатационной надежности», который позволяет осуществлять статистическое моделирование законов распределения наработок на отказ, расчет количественных фактических значений показателей надежности, необходимых для учета надежности при проектировании, производстве и совершенствовании системы технического обслуживания и ремонта электрических машин. Программное обеспечение для оценки надежности ЭМ по эксплуатационным данным может быть использовано для статистического анализа надежности ЭМ или любых элементов электротехнического оборудования, как на производстве, так и в учебном процессе. Использование разработанного программного продукта помогает оперативно исследовать влияние эксплуатационных и конструктивных факторов на показатели надежности ЭМ на основе установления функциональных связей между исследуемыми факторами и наработкой ЭМ. Применение разработанной программы позволяет обоснованно разрабатывать мероприятия по обеспечению показателей эксплуатационной надежности ЭМ.
Для подготовки исходных данных об отказах обмоток статоров крановых асинхронных двигателей была изучена и проанализирована эксплуатационная информация и материалы технических отчетов по техническому обслуживанию мостовых кранов. Сбор данных по эксплуатации проводился по всем видам отказов крановых асинхронных двигателей в следующих электроприводах: главного и вспомогательного подъемов, передвижения моста крана и тележки крана за 2005 - 2009 годы. В результате первичной обработки были получены значения наработок обмоток статоров по всем электроприводам механизмов мостовых кранов в часах для двухсменной работы предприятия. Наработки на отказ обмоток статоров асинхронных двигателей приводов мостового крана представлены в табл. 3.1-3.2.
Совершенствование системы технического обслуживания и ремонта
Уровень эксплуатационной надежности и режимы технического обслуживания электрических машин в значительной степени определяют эффективность их использования и затраты на эксплуатацию и ремонт. В условиях возрастающих требований к эффективности работы электрических машин и постоянно увеличивающейся интенсивности их использования основные проблемы совершенствования технической эксплуатации не могут успешно решаться без применения современных научных методов. При решении некоторых проблем в области технической эксплуатации требуется применение методов теории надежности, широко используемых в других отраслях техники. Однако простой перенос этих методов в практику технической эксплуатации электрических машин часто невозможен. Актуальность проблемы повышения эксплуатационной надежности электрических машин настолько велика, а сама проблема так многогранна, что трудно ожидать ее окончательного решения в ближайшие годы. Поэтому даже частные решения задач в рассматриваемой области и самые скромные результаты исследования, пригодные для практического использования, представляют большой интерес.
В течение последних лет в электромашиностроении проведен ряд исследований и достигнуты определенные результаты в области совершенствования процесса технической эксплуатации и методов технического обслуживания электрических машин с использованием теории надежности. Однако результаты этих исследований неизвестны широкому кругу специалистов, так как до настоящего времени нет обобщающих работ по обеспечению эксплуатационной надежности электрических машин, оптимизации процесса технической эксплуатации и режимов технического обслуживания. В настоящей работе сделана первая в электротехнической промышленности попытка систематизировать достигнутые результаты по данной проблеме для привлечения внимания специалистов к вопросу решения задач повышения эксплуатационной надежности электрических машин и совершенствования процесса их эксплуатации на базе современных научных методов, а также определить круг вопросов этого направления, которые необходимо решить в ближайшие годы. При эксплуатации ЭМ имеют место термины «эксплуатация по состоянию» и «техническое обслуживание и ремонт по состоянию», которые не тождественны. Каждый из них имеет свое содержание, характеризуемое конкретными целями и задачами. В первом случае речь идет по существу о задачах использования исправных и работоспособных изделий и функциональных систем, а во втором - о задачах подготовки к использованию и обеспечению работоспособности ЭМ.
Теория надежности включает в себя различные аспекты: математический, организационный, информационный, технический и качественный. Математические задачи надежности заключаются в разработке математических моделей надежности с целью прогнозирования показателей надежности и эффективности эксплуатации ЭМ; создание методов анализа статистических данных о надежности для оценки показателей надежности и неизвестных параметров моделей; составлении расчетных формул для определения показателей надежности и оптимальных режимов обслуживания ЭМ.
Организационные проблемы надежности состоят в разработке структуры системы технического обслуживания и ремонта ЭМ, в назначении объемов и периодичности технического обслуживания, составлении рекомендаций по организации выполнения работ, поиска отказов и неисправностей и т. п.
Информационный аспект надежности включает в себя: разработку схемы организации сбора информации о надежности; составление типизированных форм учета отказов и неисправностей; разработку системы обработки информации с использованием вычислительной техники; назначение объемов и сроков проведения осмотров ЭМ и разработку статистических методов анализа данных об отказах и неисправностях.
Технические проблемы обеспечения надежности состоят в разработке комплекса технических средств для прогнозирования, обнаружения и устранения отказов и неисправностей. Качественные задачи обеспечения надежности заключаются в качественном (логическом, инженерном) анализе каждого отказа или неисправности и в выдаче рекомендаций по их устранению и предотвращению в будущем. В настоящей работе рассмотрены аспекты обеспечения надежности. Технический аспект характеризуется узкой предметной направленностью и рассматривается в специальной литературе по электрическим машинам.
Система технической эксплуатации ЭМ обладает всеми особенностями, присущими сложным техническим системам, а именно: наличием единой цели, управляемостью системы, взаимосвязью элементов и иерархической структурой. Систему технической эксплуатации можно разделить на ряд функциональных самостоятельных систем: объекты технического обслуживания и ремонта, средства технического обслуживания и ремонта, инженерно-технический состав и программа технического обслуживания и ремонта.
Качество этой системы проявляется при ее функционировании, т. е. непосредственно в процессе технической эксплуатации ЭМ. Данный процесс удобно представить как последовательную во времени смену различных состояний эксплуатации в соответствии с принятой стратегией. К состояниям технической эксплуатации ЭМ могут быть отнесены: использование по назначению; различные виды и формы технического обслуживания и ремонта; диагностирование; транспортирование и хранение. Структура и характер процесса технической эксплуатации определяются принятой стратегией технической эксплуатации, которая в общем виде представляет собой совокупность принципов и правил, обеспечивающих заданное управление процессом технической эксплуатации путем поддержания наилучших режимов работы электрооборудования и назначения работ по обслуживанию и ремонту в соответствии с фактическим техническим состоянием. Наиболее общая характеристика процесса технической эксплуатации - эффективность. При этом под эффективностью процесса технической эксплуатации ЭМ понимается его результативность по обеспечению требуемого уровня безопасности и режимов эксплуатации, эффективности использования и экономичности технического обслуживания и ремонта ЭМ [49].
Важная составная часть системы технической эксплуатации ЭМ -система технического обслуживания и ремонта. Она представляет собой совокупность воздействующих объектов и средств технического обслуживания и ремонта, инженерно-технического состав и соответствующей программы. Целью системы технического обслуживания и ремонта в соответствии с ГОСТ 28.001-83 [106] является управление техническим состоянием изделий в течение их срока службы или ресурса до списания, позволяющие обеспечить: заданный уровень готовности изделий к использованию по назначению и их работоспособность в процессе эксплуатации, минимальные затраты времени, труда и средств на выполнение технического обслуживания и ремонта изделий. К числу основных задач системы относятся: установление требований к программе технического обслуживания и ремонта конкретных видов электрооборудования, включающих выполнение обслуживания и ремонта изделий с заданным качеством при минимальных затратах времени, труда и средств; подготовка и реализация технологических процессов обслуживания и ремонта с заданным качеством; обеспечение условий для выполнения технического обслуживания и ремонта, в том числе создание и оснащение
