用可靠性理論分析煤礦機電設備的安全有效運行

廉國亭

（山西省輕工建設有限責任公司，山西 太原 030032）

用可靠性理論分析煤礦機電設備的安全有效運行

廉國亭

（山西省輕工建設有限責任公司，山西 太原 030032）

煤礦的安全高效生產對煤礦機電設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備的可靠性特征，得出降低煤礦機電設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揮煤礦機電設備的功效，敦促煤礦企業加強設備的投入和及時快速的更換設備，保障煤礦企業的安全高效生產。

可靠度；維修度；檢修周期

1 概述

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

2 煤礦機電設備的故障率函數

威布爾分布應用比較廣泛，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

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

則其分布函數、可靠度函數和失效率函數分別為：

根據上兩式可得，煤礦設備的失效率隨時間的變化規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小；（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 煤礦主要機電設備的可靠性研究指標

3.1 煤礦不可修機電設備的可靠性指標

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

煤礦機電設備的可靠度指：煤礦系統（產品、設備、部件）在規定條件下和規定時間內保持工作能力的概率。用 R（t）x、F（t）表示設備的可靠度、設備的壽命和壽命分布函數，有

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

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

設備的失效率

壽命分布密度函數f（t）的具體形式可根據經驗推斷或用數理統計知識進行假設檢驗。

3.2 可修設備的可靠性指標

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

3.2.1 可靠度

煤礦機電設備無故障工作時間X的分布函數可表示為

統計資料表明，絕大多數煤礦機電設備的故障密度函數服從負指數分布，即

式中：M為設備的平均無故障時間。

由此可得煤礦機電設備的可靠度為

3.2.2 維修度

維修度是指煤礦機電設備發生故障后，在相應的時間內和按照一定的規程進行維修時，能夠恢復到完成規定功能和狀態的概率，記為M（t）。煤礦機電設備維修時間用Y表示，則

式中：M（t）為維修密度函數。

絕大多數煤礦機電設備的維修密度函數服從負指數分布，

即：m（t）=μe-μt.

式中：μ為修復率。

3.2.3 可用度

煤礦可修機電設備分為正常和故障兩種狀態，用一個二值函數Z（t）來表述，令

式中:M2為設備的平均維修時間。

則煤礦機電設備維修度為：

則用任意時刻t設備正常工作的概率表示任意時刻t的瞬時可用度有

煤礦機電設備的維修密度函數和故障密度函數服從負指數分布，則其可用度為

也稱為設備的時間利用率。

4 煤礦機電設備的檢修周期

設備的檢修周期對已使用的設備，指兩次相鄰大修之間設備的工作時間；對新投產的設備指從投產時起到第一次大修設備的工作時間。所以檢修周期T是檢修前設備的運行時間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，設備正常時間比率為

由以上推導看出，故障率λ減小時檢修的周期T和機電設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，降低煤礦機電設備的故障率比增加檢修時間和縮短檢修周期更能充分發揮煤礦機電設備的功效。

5 結束語

研究結果表明，降低煤礦機電設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揮煤礦機電設備的功效。這就要求煤礦企業在千方百計降低生產成本，扭虧增盈的同時，要兼顧設備的投入和設備維修費用的投入，避免設備出現嚴重失修甚至提前報廢現象。只有使設備經常地處于良好的技術狀態，才能保證生產的正常進行。

［1］ 劉混舉.機械可靠性設計[M].北京：國防工業出版社，2009.

［2］ 劉惟信.機械可靠性設計[M].北京：清華大學出版社，2004.

［3］ 龔慶祥、王自力.機電產品壽命與可靠性綜合驗證試驗技術研究[J].航空學報，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，從事機電設備可靠性研究。

樊 敏