МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА
ВСЕСОЮЗНЫЙ ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ
НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ
ТРАНСПОРТНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА
УТВЕРЖДАЮ
Зам. директора института
Г.Д. ХАСХАЧИХ
«18» декабря 1984 г.
МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ
ПО ОЦЕНКЕ И ПОВЫШЕНИЮ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ НАДЁЖНОСТИ
ПРИ СТРОИТЕЛЬСТВЕ ТРАНСПОРТНЫХ
ТОННЕЛЕЙ
Одобрены Главтоннельметростроем
Москва 1985
В настоящей работе изложены методика расчета надежности системы тоннельного оборудования в зависимости от выбранной технологической схемы, способы повышения и оптимизации надежностных показателей с целью ускорения проходки и повышения производительности применяемых машин и механизмов, а также приведены приближенные формулы, не требующие использования ЭВМ. Для облегчения практического применения Методических рекомендаций составлены алгоритмы и программы, которые находятся в библиотеке исходных модулей ЕС ЭВМ, ЦНИИСа и сданы в ГосФАП.
При разработке Методических рекомендаций использованы результаты научно-исследовательских работ ЦНИИСа, проведенных совместно с Бамтоннельстроем и МИСИ им. В.В. Куйбышева, хронометражных наблюдений и анализа работы оборудования на объектах Бамтоннельстроя, Армтоннельстроя и Тбилтоннельстроя, а также справочный материал.
Методические рекомендации предназначены для проектных, конструкторских, строительных и научно-исследовательских организаций, занимающихся вопросами создания новой техники, формирования и эксплуатации горно-проходческих комплексов при сооружении транспортных тоннелей.
Рекомендации подготовили канд. физ.-мат. наук И.З. Маневич, кандидаты техн. наук Л.С. Афендиков, В.Е. Меркин, (ЦНИИС), д-р физ.-мат. наук А.Л. Гаркави (МИСИ), инж. В.З. Коган (Бамтоннельстрой) при участии инженеров В.В. Сороки, М.Б. Евдокимовой, О.Г. Шостаковской (ЦНИИС).
Замечания и предложения просим присылать по адресу: 129329, Москва, ул. Кольская, 1, ЦНИИС.
Зав. отделением тоннелей и метрополитенов Л.С. Афендиков
1.1. Согласно ГОСТ 13377-75 «надежность - свойство объекта выполнять заданные функции, сохраняя во времени значения установленных эксплуатационных показателей в заданных пределах...». В настоящей работе рассматривается надежность горно-проходческого комплекса, выполняющего работу на основе выбранной технологической схемы. Каждая технология, определяя различные способы работы оборудования (параллельные, последовательные, комбинированные), различные методы организации работы (непрерывные или с технологическими перерывами) влияет на скорость проходки, время простоя машин и механизмов и другие параметры, обусловливающие производительность комплекса.
Поэтому надежность выбранного комплекса машин и механизмов, функционирующих на основе данной технологической схемы, следует определять термином технологическая надежность.
1.2. При строительстве транспортных тоннелей необходимо так организовать технологический процесс, чтобы улучшить или даже оптимизировать его надежностные показатели с целью ускорения проходки, повышения эксплуатационной производительности машин и оборудования. Применение целых комплексов функционально связанных механизмов с различными эксплуатационными режимами требует эффективного сочетания механизмов, рационального построения технологических цепочек и циклов, характеризуемых количеством и последовательностью выполнения производственных операций.
Оптимальные режимы эксплуатации и обслуживания существенно воздействуют на повышение надежности, производительности и экономической эффективности комплекса в целом. Ввиду многообразия возможных вариантов выбор наилучшего решения не является простой задачей и требует комплексного применения инженерных и математических методов.
1.3. В качестве показателя технологической надежности принимается коэффициент простоя Кп, равный отношению времени простоя tпр машины к ее наработке tраб за большой период эксплуатации при выбранной технологической схеме:
Коэффициент простоя связан с коэффициентом готовности соотношением
К времени простоя tпр следует относить только время аварийных и профилактических ремонтов (не считая времени простоя по организационно-техническим причинам и простоев, предусмотренных технологией производства работ), полагая, что в результате каждого ремонта механизм полностью восстанавливает свою работоспособность.
1.4. Для оценки технологической надежности и разработки рекомендаций по ее повышению проводятся хронометражные наблюдения за работой горно-проходческого комплекса в ряде выбранных забоев.
Форма журнала хронометражных наблюдений приведена в приложении 1.
2. РАСЧЕТ КОМПЛЕКСНОГО ПОКАЗАТЕЛЯ ДЛЯ ОЦЕНКИ УРОВНЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СХЕМЫ
2.1. Для количественной оценки уровня технологической схемы и выбора лучшей из ряда возможных для данных горно-геологических условий вводится комплексный показатель - величина полезной производительности труда за цикл
где V - заданный объем работ на одном цикле, в единицах работы ведущего механизма: объем грунта, метры проходки и т.д.;
a - коэффициент приближения сечения выработки S к площади S′, необходимой для пропуска транспорта;
n - численность рабочего персонала;
Тср - средняя длительность цикла с учетом простоев и технологических перерывов (рис. 1, б).
2.2. Для учета степени механизации технологического процесса вводится коэффициент, характеризующий долю ручного труда p относительно механизированного M:
(2)
где Ттм - теоретическое, определяемое по циклограмме время работы механизмов (см. рис. 1, а);
Тсрр - среднее время работ, выполняемых вручную;
nр и nм - число рабочих и машин.
Тогда формула (1) примет вид
(3)
где - коэффициент механизации технологической схемы, учитывающий также через коэффициент простоя механизмов Kпм ее надежность.
2.3. Для определения коэффициента простоя механизмов Kпм необходимо вычислить значения Тт в соответствии с циклограммой работ, а также время и коэффициент простоя каждого механизма на цикле Тпi
Рис. 1. Схемы расчета Ттм и Тср для системы механизмов:
время работы механизма;технологический перерыв;простой механизма
Для вычисления Кпм надо разбить цикл на промежутки {DS}S = 1, 2,…N, на каждом из которых работает постоянное число m одних и тех же механизмов (рис. 2).
Рис. 2. Схема разбиения цикла на интервалы для расчета коэффициента простоя горно-проходческого оборудования. Обозначения см. на рис. 1
Тогда (4)
где
а каждый KDs вычисляется по формуле
(5)
2.4. Уровень технологической схемы рекомендуется оценивать отношением
(6)
где ут - комплексный показатель для оценки уровня технологической схемы;
п - производительность труда по исследуемой технологической схеме;
пб - производительность труда по базовой технологии.
В качестве базовой может быть принята, например, как эталон поточная технология для механизированного сооружения тоннелей машинами роторного типа с непрерывным креплением выработки и уборкой грунта в процессе его разработки.
Пример расчета ут дан в приложении 2.
3. ОПТИМИЗАЦИЯ ПЕРИОДА ДЛИТЕЛЬНЫХ ПРОФИЛАКТИЧЕСКИХ РЕМОНТОВ
3.1. Одним из методов повышения технологической надежности является профилактический ремонт машин и механизмов. Циклический характер позволяет приурочить его полностью или частично к периодам технологических перерывов в работе механизма1.
1В дальнейшем рассматриваются только длительные профилактические ремонты, время которых больше времени технологических перерывов.
Профилактический ремонт позволяет уменьшить количество и длительность аварийных ремонтов, а следовательно, и простои оборудования. Однако длительный профилактический ремонт сам ведет к простою механизма и снижению его производительности. Существующие нормативные документы по проведению профилактических ремонтов не учитывают ни надежности машин, ни принятой технологической схемы. В настоящих Методических рекомендациях дается оценка технологической надежности в зависимости от частоты и длительности профилактических ремонтов и определения оптимального периода профилактики (пп. 3.2 - 3.5).
3.2. На рис. 3, а приведена схема комплекса оборудования, состоящего из ведущего механизма А и вспомогательного механизма Б, работающих в такой последовательности. Во время аварийного ремонта механизма А механизм Б простаивает; по окончании ремонта начинает действовать механизм Б, который работает неполный период и выполняет объем работ, подготовленный механизмом А до его ремонта. После завершения работы механизмом Б начинает снова работать механизм А.
Коэффициент простоя на промежутке (0,t) выражается по формуле
где Q(t) - функция распределения случайного времени исправной работы механизма А на данном промежутке;
R(t) - функция надежности;
a - длительность аварийного ремонта;
- длительность профилактического ремонта.
Здесь р - время технологического перерыва механизма А (или рабочий период механизма Б).
Время t принимается кратным r - рабочему периоду механизма А t = mr (m = 0, 1, 2,…).