用可靠性理论分析煤矿机电设备的安全有效运行

廉国亭

（山西省轻工建设有限责任公司，山西 太原 030032）

用可靠性理论分析煤矿机电设备的安全有效运行

廉国亭

（山西省轻工建设有限责任公司，山西 太原 030032）

煤矿的安全高效生产对煤矿机电设备可靠性的要求越来越高，从可靠度、维修度、可用度和检修周期等方面分析煤矿机电设备的可靠性特征，得出降低煤矿机电设备的故障率比增加检修的时间和缩短检修的周期更能充分发挥煤矿机电设备的功效，敦促煤矿企业加强设备的投入和及时快速的更换设备，保障煤矿企业的安全高效生产。

可靠度；维修度；检修周期

1 概述

煤矿的机电设备包括采煤机、液压支架、刮板输送机、刮板转载机、轮式破碎机、掘进机、空气压缩机、泵、矿用通风机和可伸缩胶带输送机等，设备的安全有效运行直接影响着煤矿各个生产系统的稳定及总体效益的提高。尤其是随着煤矿生产系统中综采设备的大量使用，以及其他大型化、复杂化和自动化的机电设备的配备和使用，使得煤矿机电设备的可靠性对煤矿的安全生产越来越重要。

2 煤矿机电设备的故障率函数

威布尔分布应用比较广泛，常用来描述材料疲劳失效、轴承失效等寿命分布的。因此可用来描述故障密度函数

威布尔分布是用三个参数来描述，这三个参数分别是尺度参数α，形状参数β、位置参数γ，其概率密度函数为：

则其分布函数、可靠度函数和失效率函数分别为：

根据上两式可得，煤矿设备的失效率随时间的变化规律大体有以下三种类型；（1）早期失效型，失效率随时间的增大而减小；（2）偶然失效型，失效率随时间变化变化不大；（3）后期失效型，失效率随时间的增大而增大。

3 煤矿主要机电设备的可靠性研究指标

3.1 煤矿不可修机电设备的可靠性指标

对于煤矿不可维修机电设备，其工作特征可以用煤矿机电设备的设备可靠度和设备平均寿命来表述。

煤矿机电设备的可靠度指：煤矿系统（产品、设备、部件）在规定条件下和规定时间内保持工作能力的概率。用 R（t）x、F（t）表示设备的可靠度、设备的寿命和寿命分布函数，有

煤矿不可维修的机电设备，平均寿命指其失效前的正常运行时间，所以，平均寿命是指该产品从开始使用到失效时的工作时间（或工作次数）的平均值，记为mTTF(Mean Time To Failure）。

式中：N为测试样品的总个数；ti为第i个样品从开始使用到失效时的工作时间，h。

煤矿可维修机电设备，其工作寿命是指相邻两次故障间隔的时间，因此，其平均寿命是指平均无故障工作时间也称平均故障间隔时间，记为MTBF(Mean Time Between Failure)。

式中：N为测试样品的总个数；ni为第i个测试样品的故障计数；tij为第i个产品从j-1次故障到第j次故障的工作时间，h。

设备的失效率

寿命分布密度函数f（t）的具体形式可根据经验推断或用数理统计知识进行假设检验。

3.2 可修设备的可靠性指标

煤矿机电设备大部分是可修的。对于可修设备,其可靠性数量指标主要有可靠度、维修度和可用度。

3.2.1 可靠度

煤矿机电设备无故障工作时间X的分布函数可表示为

统计资料表明，绝大多数煤矿机电设备的故障密度函数服从负指数分布，即

式中：M为设备的平均无故障时间。

由此可得煤矿机电设备的可靠度为

3.2.2 维修度

维修度是指煤矿机电设备发生故障后，在相应的时间内和按照一定的规程进行维修时，能够恢复到完成规定功能和状态的概率，记为M（t）。煤矿机电设备维修时间用Y表示，则

式中：M（t）为维修密度函数。

绝大多数煤矿机电设备的维修密度函数服从负指数分布，

即：m（t）=μe-μt.

式中：μ为修复率。

3.2.3 可用度

煤矿可修机电设备分为正常和故障两种状态，用一个二值函数Z（t）来表述，令

式中:M2为设备的平均维修时间。

则煤矿机电设备维修度为：

则用任意时刻t设备正常工作的概率表示任意时刻t的瞬时可用度有

煤矿机电设备的维修密度函数和故障密度函数服从负指数分布，则其可用度为

也称为设备的时间利用率。

4 煤矿机电设备的检修周期

设备的检修周期对已使用的设备，指两次相邻大修之间设备的工作时间；对新投产的设备指从投产时起到第一次大修设备的工作时间。所以检修周期T是检修前设备的运行时间t和检修所用的时间t0之和，即T=t+t0.

求平均可靠度最大时的T：

上式即为所求的最佳检修周期。

在检修周期内，设备正常时间比率为

由以上推导看出，故障率λ减小时检修的周期T和机电设备的正常工作时间的比值Q变大，而随着检修用时t0的增加，检修的周期虽然增加，但Q仍变小。因此，降低煤矿机电设备的故障率比增加检修时间和缩短检修周期更能充分发挥煤矿机电设备的功效。

5 结束语

研究结果表明，降低煤矿机电设备的故障率比增加检修的时间和缩短检修的周期更能充分发挥煤矿机电设备的功效。这就要求煤矿企业在千方百计降低生产成本，扭亏增盈的同时，要兼顾设备的投入和设备维修费用的投入，避免设备出现严重失修甚至提前报废现象。只有使设备经常地处于良好的技术状态，才能保证生产的正常进行。

［1］ 刘混举.机械可靠性设计[M].北京：国防工业出版社，2009.

［2］ 刘惟信.机械可靠性设计[M].北京：清华大学出版社，2004.

［3］ 龚庆祥、王自力.机电产品寿命与可靠性综合验证试验技术研究[J].航空学报，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

廉国亭（1968—），男，山西临猗人，本科，工程师，从事机电设备可靠性研究。

樊 敏