بخشی از مقاله
چکیده
با توجه به اهمیت زغال سنگ در تولید انرژی، تلاشهای زیادی جهت افزایش استخراج این مادهمعدنی انجام گرفته است. امروزه عملیات استخراج در معادن زیرزمینی زغالسنگ بصورت تمام مکانیزه انجام میشود. لذا تعیین و بهبود عملکرد ماشینآلات از مسائل مهم به شمار میرود. ماشین ناوزنجیری زرهی مرحلهای - AFC1 - ، یکی از پرکاربردترین ماشین آلات استخراجی در معادن زیرزمینی است که عملکرد آن با میزان تولید رابطه مستقیم دارد، بگونه ای که در صورت توقف آن،کل سیستم تولید متوقف خواهد شد. از اینرو تعیین قابلیت اطمینان این ماشین از اهمیت بالایی برخوردار است.
در این مقاله با استفاده از داده خرابی ها و زمان بین خرابی های ثبت شده در طی سه سال در معدن زغالسنگ طبس، قابلیت اطمینان AFC مورد بررسی قرار گرفت. در این راستا ابتدا خرابیهای یادشده به چهار دسته اصلی مربوط به سیستمهای برق، مکانیک،کشش و سرعت تقسیم شد. سپس عملکرد ماشین با استفاده از روشهای آماری و طی دو مرحله شامل بررسی وجود روند و وجود همبستگی مورد ارزیابی قرارگرفت.
متناسب با نوع دادهها و با استفاده از فرآیندهای متفاوت آماری بهترین تابع توزیع برای داده های خرابی انتخاب شد. با توجه به نتایج بدست آمده از تحلیل آماری، نمودارهای پارتو، قابلیت اطمینان و نرخ خرابی به کمک نرم افزارهای آماری رسم شد. این نمودارها اطلاعات جامعتری از زمان رخداد خرابیها داده و به مهندسین این امکان را می دهند که نسبت به برنامه ریزی برای انجام نگهداریهای دورهای و پیشگیرنده به منظور افزایش عملکرد ماشین AFC که موجب افزایش عملکرد کل سیستم میشود، اقدام کنند.
مقدمه
صنعت فولادسازی،امروزه بازار جهانی زغالسنگ را پررونق ساخته است. درصد بالایی از زغالسنگ مصرفی در جهان توسط معادن زیرزمینی و به روش جبههکار طولانی مکانیزه استخراج می شود. روش جبهه کار طولانی مکانیزه روشی پیوسته با توان تولید بالا است که عملیات استخراج زغال را به صورت مجموعه ای از عملیات های سری توسط ماشین آلات گوناگون انجام می دهد. شکل1 شمایی از یک کارگاه جبهه کار طولانی را نشان میدهد.
شکل: 1 نمایی از کارگاه جبهه کار طولانی مکانیزه
ماشین ناوزنجیری زرهی یکی از مهمترین ماشینآلات موجود در فرآیند تولید زغال است که وظیفه انتقال زغال را برعهده دارد. هرگونه خرابی در این ماشین،باعث توقف سایر دستگاه های مرتبط با تولید و در نهایت توقف عملیات در کارگاه استخراج می شود. این امر در نهایت باعث اتلاف سرمایه و تحمیل خسارتهای مالی بسیاری به معدن میشود.
به منظور ارزیابی عملکرد ماشین ناوزنجیری زرهی از تکنیک های توانمند آماری یعنی تعیین قابلیت اطمینان دستگاه استفاده میشود.
با استفاده از این کمیّت میتوان احتمال عدم خرابی و عملکرد مطلوب دستگاه در یک بازه زمانی را تخمین زد.
از دهه 1960 تا به امروز، به طور پیوسته مطالعات زیادی بر روی قابلیت اطمینان سیستم های معدنی انجام شده است. اما حجم این تحقیقات در مقایسه با وسعت و حجم ماشینآلات و سیستمهای معدنی بسیار ناچیز است. میزان استفاده از مفاهیم قابلیت اطمینان و تعمیر و نگهداری در مهندسی معدن نسبت به سایر شاخههای مهندسی بسیار کمتر است و در زمینه تعیین قابلیت اطمینان ماشین ناوزنجیری زرهی نمیتوان تحقیقات قابل توجهی یافت.
در مقاله حاضر تلاش شده تا با تعیین قابلیت اطمینان ماشین ناوزنجیری زرهی اهدافی از جمله حفظ پیوستگی تولید در معدن، بهبود شرایط فنی و اقتصادی معدن، تعیین بهترین زمان تعمیر و نگهداری پیشگیرانه برای هر زیرسیستم و نیز کل دستگاه تهیه شده و راهکار عملی برای پیشبینی خرابی و بهبود عملیات استخراج ارائه شود. برای نیل به این هدف از داده های خرابی ماشین ناوزنجیری زرهی موجود در معدن زغالسنگ طبس استفاده شده است.
ماشین ناوزنجیری زرهی
ناوزنجیری زرهی انقلابی در مکانیزاسیون معادن زیر سطحی بوجود آورد. ناو زغال کنده شده توسط شیرر را در طول جبهه کار تا راهرو اصلی منتقل کرده و آنرا را به بارگیری مرحله ای تحویل میدهد. ناو بطور بخش بخش ساخته می شود تا با نگهداری منطبق شود. هنگامی که زغال کنده میشود ناو به سمت جبهه کار حرکت کرده - حرکت مار شکل - و دوباره پشت دستگاه شیرر قرار میگیرد. مواد کنده شده روی آن توسط نیرو ایجاد شده دو موتور موجود در ابتدای جبهه کار و انتهای جبهه کار جابجا میشوند. موتورهای حرکت باید قادر به جابجایی مواد زمانیکه ناو کاملا بارگیری شده است، باشند. سرعت ناو باید بیشتر از نرخ برش شیرر باشد تا زغال کنده شده برای حرکت بعدی شیرر از مسیر پاک شده باشد. ناو باید قدرت کافی جهت کشیدن مواد را داشته باشند. اجزاء اصلی ناو شامل واحد محرک اصلی، ناوها و واحد زنجیر می باشد [1]،.[2] شکل 2 یک ماشین ناوزنجیری زرهی را نشان میدهد.
شکل : 2 ماشین ناوزنجیری زرهی
متدلوژی
به منظور تجزیه و تحلیل قابلیت اطمینان ماشین ناوزنجیری زرهی، از بین روشهای متداول،روش تحلیل آماری بدلیل جامعیت و قابلیت های بالا انتخاب شد .[3] پیدا کردن تابع توزیع احتمال زمان بین خرابی ها به عنوان اصلی ترین بخش محاسبات قابلیت اطمینان مطرح است. از زمان بین خرابیها به عنوان متغیرهای تصادفی استفاده میشود. برای تشخیص نوع داده ها دو مرحله آزمون روی دادهها انجام میگیرد
در مرحله اول دادهها برای وجود یا عدم وجود روند مورد ارزیابی قرار میگیرند. در صورت وجود روند در دادهها، از فرآیند پواسون ناهمگن - قانون توان - استفاده می شود. اگر عدم وجود روند در دادهها اثبات شود، دادهها برای بررسی وجود یا عدم وجود همبستگی سری مورد آزمایش قرار میگیرند. در صورت وجود همبستگی در دادهها، از روشهای زیرمجموعه فرآیند پواسون همگن - پواسون شاخهای - استفاده میشود. در صورت عدم وجود روند و همبستگی، داده ها از نظر آماری مستقل و مانا نامیده میشوند و برای مدل سازی این نوع داده ها از فرآیند تجدیدشونده و آمار کلاسیکاستفاده می شود[5]،.[6] در شکل 3 فرآیند تجزیه و تحلیل دادهها نشان داده شده است.
شکل: 3 فرآیند تجزیه و تحلیل داده ها
آزمونهای روند به الگوی خرابیهای یک دستگاه روند گفته میشود که میتواند
یکنواخت یا غیریکنواخت باشد. اگر فاصله زمانی خرابیها رو به افزایش باشد، شرایط دستگاه رو به بهبود و اگر رو به کاهش باشد، شرایط دستگاه رو به زوال خوانده میشود. در صورتی که تغییرات چندانی در زمان بین خرابیها رخ ندهد، دستگاه را پایدارمینامند. برای کنترل وجود یا عدم وجود روند به طور کلی دو گروه آزمونهای تحلیلی و گرافیکی استفاده میشود. در میان روش های تحلیلی روش هندبوک نظامی روشی پر کاربرد است که بهترین و قابل اعتماد ترین نتیجه را ارائه میدهد.در آزمون نظامی، ارزیابی وجود روند در دادهها با استفاده از محاسبه یک شاخص آماری Uانجام میشود
که در آن، n تعداد خرابی، Tn زمان آخرین خرابی وTi زمان خرابی iام میباشد.در این روش، فرض صفر این است که دادهها از فرآیند پواسون ناهمگن تبعیت نمیکنند. بر مبنای این فرض، شاخص U دارای توزیع کی-دو - - 2 با درجه آزادی 2 - n-1 - است. برای کنترل صحت فرض صفر، پس از محاسبه U برای داده ها، از جدول استاندارد توزیع کی-دو استفاده میشود. در صورتی که فرض موجود در سطح اعتماد بالای %95پذیرفته شود، آنگاه مشخص می-شود که دادهها دارای روند نیستند. در صورت رد این فرض، دادهها دارای روند تشخیص داده میشوند.در روش گرافیکی وجود حالت تحدب، تقعر و یا به طور کلی انحنا در نحوه قرارگیری نقاط، نشان دهنده روند در داده است.
آزمون همبستگی سری هدف از این آزمون ارزیابی استقلال یا همبستگی دادهها است. برای بررسی همبستگی دادههای خرابی یک دستگاه از روش گرافیکی استفاده میشود. اگر نقاط موجود دارای نظم و ترتیب خاصی نباشد، نشان دهنده آن است که داده های متوالی دارای همبستگی نیستند. در غیر این صورت دادهها غیرمستقل خوانده میشود
فرآیند تجدید شونده برای یافتن توزیع مناسب در فرآیند تجدید شونده از روشهای آمار کلاسیک استفاده میشود. برای این منظور، توابع توزیع مختلف روی دادهها امتحان میشوند تا بهترین توزیع انتخاب شود.برای انتخاب بهترین تابع چگالی احتمال خرابی از آزمون آماری روش کلموگروف-اسمیرنوف استفاده میشود
پواسون ناهمگن - قانون توان -
فرآیند قانون توان یکی از شناخته شده ترین روشهای مطالعه قابلیت اطمینان دستگاههای تعمیرپذیر به شمار میآید تابع نرخ خرابی و قابلیت اطمینان آن به ترتیب بصورت زیر می باشد.
که در آن پارامتر مقیاس، پارامتر شکل میباشد.با توجه به اینکه ساختار و شبکه قابلیت اطمینان و عملیات بارگیری مرحلهای به صورت سری تعریف شده است، لذا قابلیت اطمینان کل دستگاه را میتوان با استفاده ازرابطه4محاسبه نمود
معدن زغال سنگ پروده طبس
نواحی زغالدار طبس در شمال استان یزد، جنوب و جنوب غربی شهر طبس واقع شدهاند. وسعت این نواحی حدود 30 هزار کیلومتر مربع می باشد. تولید در مناطق پروده در سال 1386 آغاز شد. ناحیه پروده وسعتی حدود 1200 کیلومتر مربع در 70 کیلومتری دارد. میزان ذخیره زغال سنگ این ناحیه بیشترین ذخائر زغالسنگ کشور بوده و 1/1 میلیارد تن برآورد شده است. معدن شماره یک، فعالترین و بزرگترین معدن منطقه بوده و به روش جبههکار طولانی مکانیزه استخراج میشود. این معدن هم اکنون با ظرفیت اسمی سالانه 750 هزار تن کنسانتره زغالسنگ فعالیت میکند. برای تجهیز و بهرهبرداری از این مجموعه 260 میلیارد تومان سرمایهگذاری شده و زمینه اشتغال 1200 نفر فراهم آمده است. استخراج به روش جبههکار طولانی و به طور تمام مکانیزه انجام میشود. به منظور بررسی قابلیت اطمینان ماشین بارگیری مرحله ای در این معدن، دادههای خرابی مربوط به سه سال کارکرد این ماشین جمع آوری شد.
آنالیز عددی
با توجه به ساختار و شبکه قابلیت اطمینان و عملیات ماشین ناوزنجیری زرهی، ارتباط بین زیرسیستمهای آن به صورت سری تعریف شد زیرا در صورت بروز خرابی در هر یک از زیر سیستمها، عملکرد کل سیستم مختل می شود
شکل : 4 دیاگرام بلوکی ناوزنجیری زرهی
نمودار پارتو - شکل - 5 بر اساس نسبت تعداد خرابی هر زیر سیستم به تعداد کل خرابی دستگاه رسم شد. چنانکه مشاهده میشود، زیر سیستم برقی با فراوانی 65.35 درصد، بحرانیترین زیرسیستم و زیر سیستم سرعت با 9.45 درصد کل خرابیها، بهترین شرایط را دارد. بنابراین، در تمامی مسائل مدیریتی مربوط به تعمیر و نگهداری این دستگاه، زیرسیستم برقی باید بیش از سایر زیرسیستمها مورد توجه قرار گیرد و بازرسی دورهای و مرتب زیر سیستم برقی انجام شود
شکل: 5 نمودار پارتو
زیر سیستم مکانیک در مرحله اول آزمونهای روند - جدول1 و شکل - 6 و همبستگی - شکل - 7 بروی داده ها انجام میشود.
جدول:1 آزمون روند تحلیلی زیر سیستم مکانیک
شکل : 6 آزمون روند گرافیکی زیر سیستم مکانیک
