КОМПЛЕКСНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЕРОЯТНОСТИ ОТКАЗОВ

КОМПЛЕКСНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЕРОЯТНОСТИ ОТКАЗОВ
БУРОВОГО СТАНКА
Шигина Анна Александровна
аспирант, ассистент кафедры экономики и информационных технологий
менеджмента Сибирского федерального университета, РФ, г. Красноярск
E-mail: shigina_a@mail.ru
COMPLEX DEFINITION OF PROBABILITY OF DRILLING RIG
FAILURES
Shigina Anna
postgraduate student, assistant of Department of Economics and information
technologies of management of Siberian Federal University, Russia, Krasnoyarsk
НИР выполнена в рамках реализации гранта Президента Российской
Федерации МК-2531.2014.8
АННОТАЦИЯ
Сформированы основные принципы системного подхода к моделированию
и определению вероятности отказов бурового станка. Определена группа
методов, основанных на моделировании отказов буровых станков. Предложено
применение моделирования различных процессов, происходящих при отказах
буровых станков для оценки надежности их работы. Показана необходимость
исследования взаимосвязи характеристик вращательно-подающего механизма
бурового
станка
с
ресурсом
его
наиболее
нагруженных
узлов
и
эффективностью функционирования.
ABSTRACT
The basic principles of a system approach to modeling and probability definition
of boring rig failures are formed. The group of the methods based on failures
modeling of boring rigs is defined. Modeling of the various processes occurring when
failures of boring rigs arise is offered for a reliability estimation of their work.
Research need of characteristics interrelationship of the boring rig rotary feeder with
a resource of its most active elements and functioning efficiency is shown.
Ключевые
системный
слова:
подход;
вероятность
отказов;
моделирование динамических процессов; эффективность функционирования;
надежность буровых станков.
Keywords: system approach; probability of failures; modeling of dynamic
processes; efficiency of functioning; reliability of boring rigs.
Цель
работы
заключается
в
формировании
основных
принципов
системного подхода к моделированию и определению вероятности отказов
бурового станка для определения параметров эффективного функционирования
буровых станков. Проблема эффективного функционирования буровых станков
требует комплексной оценки различных параметров при их работе с величиной
нагрузок [4], не выходящих за допустимые значения и работе при нагрузках
выше допустимых. Эффективность функционирования может оцениваться с
точки зрения максимальной надежности буровых станков. При этом работа
всех узлов бурового станка должна быть направлена на сохранение его
работоспособного состояния [2]. Эффективность функционирования бурового
станка также может оцениваться с точки зрения его максимальной
производительности. В данном случае работа всех узлов должна быть
направлена
на
бурение
максимального
количества
метров
скважины,
отнесенной к единице времени. Однако в большинстве случаев эффективность
функционирования различных технологических машин включает сравнение и
выбор
оптимальных
значений
показателей
надежности
и
производительности [1].
При бурении технологических скважин на карьерах отечественных и
зарубежных горных предприятий применяется технология шарошечного
бурения. Поэтому наибольший интерес представляет исследование процессов,
характерных для работы шарошечных долот с применением различных
вращательно-подающих механизмов.
Оптимальная и максимальная производительность буровых станков
достаточно подробно описаны в большом количестве работ [3, 5]. При этом
известны зависимости скорости бурения от физико-механических свойств
горной породы, а также от способа бурения и конструктивных особенностей
буровых станков и их элементов [6]. Важной задачей в определении параметров
эффективного функционирования буровых станков является оценка их
надежности. Оценка надежности позволяет увеличить ресурс бурового станка,
межремонтный период и снизить затраты на ремонт и эксплуатацию. Для
объективной
оценки
надежности
эксплуатации,
диагностировать
необходимо
техническое
исследовать
состояние
и
условия
моделировать
различные процессы, возникающие при отказах буровых станков.
Группа методов, основанных на моделировании отказов буровых
станков [7],
включает:
прогнозирование
выбор
отказов;
структуры
моделирование
моделей,
обеспечивающих
динамических
процессов
функционирования буровых станков.
1. Выбор структуры моделей, обеспечивающих прогнозирование отказов.
При
построении
детерминированных
прогностических
математических
моделей систем разработки месторождений фрактальность временных рядов
воспринимается моделью как случайная помеха или погрешность измерений.
Поэтому возникает задача построения помехоустойчивых математических
моделей, которые при экстраполяции в «будущее» не приводили бы к
накапливающимся ошибкам.
Выбор той или иной модели, описывающей изменение показателей
надежности
функционирования
бурового
станка,
является
наиболее
ответственным и сложным этапом прогностической процедуры. Упрощение
модели приводит к уменьшению точности прогноза времени наступления
отказа. Излишнее усложнение модели может привести к неустойчивости
алгоритма идентификации и, как правило, лишает идентификационные модели
предсказательной силы. Кроме того, необходимо учитывать, что степень
сложности модели зависит не только от идентифицируемого параметра, но и от
уровня погрешности проведения первичных измерений.
Таким образом, представляется актуальной многокритериальная задача
выбора оптимальной степени сложности моделей, описывающих изменение
показателей надежности функционирования бурового станка во времени.
Используя один или несколько классических примеров (минимум
величины дисперсии адекватности, критерий Тейла и т. д.) и схему
стандартного метода наименьших квадратов, можно построить искомую модель
со сколь угодной степенью точности, не нарушая при этом принципа Пуанкаре
(точность модели не может превосходить точности первичной информации).
Однако это не решает прогностическую задачу — определение момента аварии,
так как наилучшая на этапе обучения модель не всегда является и более точной
экстраполяцией будущего сценария развития.
2. Моделирование динамических процессов функционирования буровых
станков. Данное моделирование осуществляется с целью оптимизации
параметров процесса бурения. При этом, в качестве критериев можно выбрать
производительность бурового станка, прибыль, скорость бурения, проходку и
надежность работы долота, которые необходимо максимизировать.
Результаты
исследования
причин
аварийности
технологического
оборудования горнодобывающих предприятий показывают, что буровые
станки, в отличие от прочего оборудования, имеют специфичный характер
изменения своих показателей надежности в процессе эксплуатации. Параметры
динамических нагрузок должны оказывать влияние на ресурс буровых станков,
и, следовательно, необходим постоянный контроль за их амплитудой и
частотой.
Предложения: для полноценной оценки надежности работы буровых
станков при нагрузках, значения которых превышают предельно допустимые,
необходимо применять моделирование различных процессов, происходящих
при отказах буровых станков. В частности, необходимо исследовать
закономерность и взаимосвязь процессов трещинообразования в различных
элементах шарошечных долот и изменения физико-механических свойств
горной породы с эффективностью функционирования бурового станка. Также
необходимо исследовать взаимосвязь характеристик вращательно-подающего
механизма бурового станка с ресурсом его наиболее нагруженных узлов и
эффективностью функционирования.
Рекомендации: при моделировании отказов буровых станков следует
применять
известные
методы
математического
и
компьютерного
моделирования. В частности, необходимо прогнозировать отказы наиболее
нагруженных узлов буровых станков в зависимости от случайно изменяющихся
свойств породы и условий бурения. Для этого можно использовать методы
математического моделирования, которые с достаточной точностью дают
вероятность отказов.
Для моделирования динамических процессов функционирования буровых
станков необходимо использовать известные зависимости технологических
параметров процесса бурения от свойств породы и условий бурения, а также от
режима работы силовых агрегатов. При компьютерном моделировании
исследуемых процессов необходимо опираться на данные зависимости.
Таким
образом,
для
объективной
оценки
эффективности
функционирования буровых станков необходимо осуществлять математическое
моделирование с целью определения вероятности их отказов и компьютерное
моделирование динамических процессов при бурении. Для оценки надежности
работы буровых станков при нагрузках, значения которых превышают
предельно допустимые, необходимо исследовать закономерность и взаимосвязь
процессов трещинообразования в различных элементах шарошечных долот и
изменения физико-механических свойств горной породы с эффективностью
функционирования
бурового
станка.
Также
необходимо
исследовать
взаимосвязь характеристик вращательно-подающего механизма бурового
станка с ресурсом его наиболее нагруженных узлов и эффективностью
функционирования.
Список литературы:
1.
Гилев А.В., Шигин А.О. Разработка идеализированной модели бурения
горных пород с различными физико-механическими свойствами //
Фундаментальные исследования. — 2012. — № 3. — С. 665—667.
2.
Гилев А.В.,
Шигин А.О.
и
др.
Методы
расчетов
прочности
при
проектировании рабочих органов буровых станков // Современные
наукоемкие технологии. — 2011. — № 1. — 3 с.
3.
Подэрни Р.Ю. Горные машины и комплексы для открытых работ: учеб.
пособие. 4-е изд. М.: изд-во МГГУ, 2001. — 422 с.
4.
Ступина А.А.,
Шигина А.А.,
Шигин А.О.
Анализ
эффективности
функционирования многопараметрической системы // Вестник СибГАУ.
— 2013. — № 2 (48). — С. 94—100.
5.
Техника, технология и опыт бурения скважин на карьерах. Под ред.
В.А. Перетолчина. М.: Недра, 1993. — 286 с.
6.
Шигин А.О., Гилев А.В. Методика расчета усталостной прочности как
основного фактора стойкости шарошечных долот // Вестник Иркутского
государственного технического университета, — 2012. — № 3 (62). —
С. 22—27.
7.
Шигина А.А., Шигин А.О., Ступина А.А. Сравнительная оценка методов
анализа
эффективности
функционирования
буровых
станков
Современные проблемы науки и образования, — 2012. — № 6. — 11 с.
//