AZ ÜZEMFENNTARTÁS ÁLTALÁNOS KÉRDÉSEI 1.3 Megbízhatóság-központú karbantartás RCM Külfejtésű szénbányák földmunkagépeinek hibagyakoriság-elemzése Tárgyszavak: karbantartási stratégia; RCM; földmunkagépek. A külszíni szénfejtésben üzemelő földmunkagépek meghibásodási gyakoriságának meghatározása ugyanúgy történhet, mint minden más drága, nagy teljesítményű termelőberendezésé. Az alábbi megállapítások tehát általános érvényűnek mondhatók. Érvényesek minden olyan berendezésre, amelyek kiesése jelentős termelési veszteséget jelent az üzemeltető számára. A szénbányászat számít jelenleg az egyik legmunkaigényesebb ipari tevékenységnek. A külfejtés területén az utóbbi időkben jelentős változások figyelhetők meg. Az energiaigény növekedése és a jövedelmezőség érdekében fejlettebb, automatizált, költséges nehéz földmunkagépek használatára kezdenek áttérni. A korszerű bányászati berendezések bonyolult szerkezetűek, nagyszámú alkatrésszel. A nehéz földmunkagépek üzemképessége és teljesítőképessége a berendezés megbízhatósági jellemzőitől függ. Csupán legenda, hogy léteznek eleve abszolút megbízható berendezések. A munkakörülményektől, a munkarendszertől vagy a munka intenzitásától függően minden berendezés hajlamos a meghibásodásra. A berendezések teljesítőképességét a karbantarthatósági jellemzők is befolyásolják. A külszíni szénfejtés esetében a drága, nehéz földmunkagépek és annak következményei jelentős hatást gyakorolnak a széntermelésre, a termelékenységre és a termelési költségekre. Bármelyik nehéz földmunkagép: árokásó, dömper, buldózer stb. műszak közben bekövetkezett elkerülhetetlenül leállítja a széntermelést, ami jövedelemveszteséggel jár együtt. A nehéz földmunkagép élettartama alatti üzemeltetési költsége igen fontos szerepet játszik a karbantartás hatékonyságára irányuló törekvésben. A bányászatban a hagyományos karbantartási programok gyakran a gyártó vállalattól, a szénbányászati felügyelőségtől és a vállalati szabványokból származó ajánlások kombinációján alapszanak. Az ilyen módszer eléggé szubjektív és nem járul hatékonyan hozzá a gép teljesítőképességének javításához vagy a költségek optimálásához. Tekintettel a költségek és a világmé 1
retű verseny fokozódására, új karbantartási stratégiára és módszerre van szükség. A megbízhatóság-központú karbantartás valószínűségelméleti modellje hatékonyan, minimális költséggel optimálja a karbantartási programokat. Az alábbiakban ilyen módszer alkalmazásakor szerzett tapasztalatok ismertetésére kerül sor. Megbízhatóság-központú karbantartás Karbantarthatóság, üzemképesség és a meghibásodás jellege A megbízhatóság jelzi a gép általános állapotát. Ez a berendezés konstrukciós jellemzőinek egyike. Lehetőség van a megbízhatóság növelésére a konstrukció tökéletesítésével, a szerkezeti anyag minőségének javításával vagy módosításokkal. Ebben az esetben azonban a gép drágább lesz. A gép árának növekedését az indokolhatja, ha csökken a karbantartási költség. Kétfajta gép létezik a javítható és a nem javítható. A bányákban alkalmazott legtöbb nehéz földmunkagép javítható. A nehéz földmunkagép üzemképességét kifejező összefüggés: Üzemképesség = teljes munkaképesség ideje teljes vizsgálati idő = = teljes munkaképesség ideje teljes munkaképesség ideje + teljes állásidő = = MTBF MTBF + MTTR ahol MTBF = a meghibásodások között eltelt átlagidő, MTTR = a javítások átlagideje. Az üzemképesség az MTBF függvénye, vagyis a gép megbízhatóságától függ. Az összefüggés szerint az MTTR is hat az üzemképességre. Az üzemképesség javítható, ha hatékony karbantartási program révén minimumra csökkentik az MTTR-t. A megbízhatóság és karbantarthatóság az üzemképességgel kapcsolatosak. Megállapították, hogy legtöbb földmunkagép meghibásodásának gyakorisága a fürdőkádgörbével jellemezhető. Vagyis a meghibásodási gyakoriság három fázisú: élettartamának kezdeti szakaszában a gyermekbetegségekből kiindulva csökken a meghibásodások gyakorisága, majd a hasznos élettartam alatt csaknem végig állandó. A berendezés öregedésekor, elhasználódásakor növekszik a meghibásodási gyakoriság. 2
A megbízhatóság-központú karbantartási koncepció Ezzel a módszerrel lehet olyan optimális megelőző karbantartási programot kidolgozni, amelyik biztosítja a gép működésének természetes megbízhatóságát. A módszer strukturált alkalmazása esetén először megfelelően kell értékelni a meghibásodás következményeit. Ennek alapján lehet következtetni a berendezés megelőző karbantartásának szükségességére. A fő feladat a karbantartási költségek csökkentése és ezzel a jövedelmezőség javítása. Elsősorban a rendszer működését, funkcionális meghibásodását, a meghibásodás fő hatását és annak a kritikus állapottal kapcsolatos következményeit kell figyelni. Az optimális karbantartás érdekében két szempont fontos: a karbantartási feladat típusa és a karbantartási műveletek közötti optimális időközök. Nehéz földmunkagépek esetében a karbantartás jellegéről nem ad hoc kell dönteni akkor, amikor problémák lépnek fel, hanem azt a meghibásodások jellegének figyelembevételével kell tervezni. A gép élettartamának elején, amikor a gyermekbetegségeket kell megkeresni és kiküszöbölni, vagy amikor már csökken a meghibásodási gyakoriság, a meghibásodáskor kell elvégezni a karbantartást. Viszont a gép hasznos élettartamának csaknem teljes idejében megelőző karbantartásra van szükség. A meghibásodási gyakoriság növekedésekor, vagyis az elhasználódási periódusban, előrejelzéses megelőző karbantartást kell alkalmazni. A megbízhatóság-központú karbantartás alapvető tevékenységei a határidőhöz kötött felújítás, alkatrészcsere, a folyamatos állapot-ellenőrzés és a határidőhöz kötött vizsgálat. A karbantartási feladatok típusának meghatározását követőleg vagy a folyamatos állapot-ellenőrző eszközök, vagy a meghibásodási statisztika megbízhatóság-ellenőrzése révén értékelhetők a karbantartási műveletek optimális időintervallumai. Ezeket úgy kell megválasztani, hogy a karbantartási költség és az elért haszon egyensúlyban legyen. Egyes esetekben a folyamatos állapotfigyelés igen költséges lehet. Esettanulmányok A meghibásodási adatok elemzése fontos szerepet játszik a nehéz földmunkagépek karbantartás-tervezésekor szükséges döntések meghozatalában. Fontos kimutatni az idő függvényében a meghibásodások előfordulásának jellegét. A karbantartási adatokat egy kelet-indiai külszíni szénfejtésben működtetett árokásók, dömperek és buldózerek kor felvett karbantartási napló szolgáltatta. A feladat a gépek meghibásodási adatainak elemzése volt. Az árokásók és dömperek esetében egyéves, a buldózerek esetében hathónapos adatgyűjtésre került sor. Az adatok elemzésének fő célja a karbantartási követelmények értékelése a gépek üzemképes állapotának javítása érdekében. 3
Az 1. táblázat adatainak felhasználásával végezhető el az alábbi számí- MTBF 51,4 a dömper üzemképessége = = =,9 (9%) MTBF + MTTR 41,4 + 54 tás: 75,61 a buldózer üzemképessége = =,7611(76,11%) 75,61+ 23,72 8,3 az árokásó üzemképessége = =,7748 (77,48%) 8,3 + 31,43 1. táblázat Dömperek, buldózerek és árokásó karbantartási adatainak részletei Dömper Buldózer Árokásó gép Teljes üzemidő, óra, A 7 2722 539 Meghibásodások teljes száma, B 14 36 54 A javítás teljes időszükséglete, óra, C 756 854 1697 Meghibásodások között eltelt átlagidő, MTBF, A/B 51,6 75,61 8,13 A javítások átlagideje, MTTR, C/B 54 23,76 31,43 A kronológiai sorrendben gyűjtött, meghibásodások közötti időtartamadatok (TBF) statisztikai elemzése révén határozható meg a meghibásodási trend, vagyis, hogy a meghibásodási gyakoriság növekszik, csökken vagy állandó-e. A meghibásodási gyakoriság jellege úgy határozható meg, hogy a meghibásodások közötti összegzett időket (CTBF) egy trenddiagramon az összegzett előfordulási gyakoriság függvényében felmérik. Ha a görbe lefelé konkáv, ez a meghibásodási gyakoriság csökkenésére utal. A TBF az idő függvényében növekszik és a gép állapota javul. Ha a görbe felfelé konkáv, ez annyit jelent, hogy a gép meghibásodási gyakorisága növekszik, vagyis a gép állapota egyre rosszabb lesz. A TBF-értékek az idő növekedésével csökkennek. Ha az adatok lineárisan változnak, akkor az adatok azonos, független eloszlásúak az időtartományban. Vagyis nem lehet megmondani, a gép állapota javul, állandó vagy romlik-e. Dömperek A 2. táblázat tünteti fel a bányákban üzemeltetett dömperek összegzett adatait. Az 1. ábrán látható az összegzett gyakoriság függvényében a meghibásodások között eltelt összegzett időtartam. A görbe lefelé konkáv és a TBF az idő függvényében növekszik, ami arra utal, hogy a gép állapota javul. A gép esetében tehát kor van szükség karbantartásra. 4
2. táblázat Meghibásodások között eltelt összegzett idő és összegzett gyakorisági szám, dömperek esetében Sorszám 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9.. 11. 12. 13. 14. Meghibásodások között eltelt idő, óra 1 174 114 272 198,5 82,5 673 514 27 124 24 188 76 96 Meghibásodások között eltelt összegzett idő, óra 1 275 389 662 859,5 942 1615 2129 2156 3396 5796 5984 66 7 16 14 összegzett hibagyakoriság 12 8 6 4 2 3 4 5 6 7 8 meghibásodások között eltelt összegzett idő, óra 1. ábra A meghibásodások között eltelt összegzett idő az összegzett hibagyakoriság függvényében, dömperek esetében 5
Buldózerek A 3. táblázat mutatja be a buldózerek meghibásodási adatait. A 2. ábrán láthatók az összegzett gyakoriság függvényében a meghibásodások között eltelt összegzett időtartamok. A görbe felfelé konkáv és a TBF-értékek csökkennek, ami a gép állapotának leromlását jelzi. Az üzemképesség javítása érdekében tehát előrejelzéses karbantartás szükséges. 3. táblázat Meghibásodások között eltelt összegzett idő és összegzett hibagyakoriság, buldózerek esetében Sorszám 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9.. 11. 12. 13. 14. 15. 16. 17. 18. 19. 21. 21. 22. 23. 24. 25. 26. 27. 28. 29. 3. 31. 32. 33. 34. 35. 36. Meghibásodások között eltelt idő, óra 96 5 259 239 7 171 3 5 316 174 68 3 138 53 121 65 43 52 6 4 18 22 18 32 8 22 51 13 36 18 4 Meghibásodások között eltelt összegzett idő, óra 96 31 56 799 86 977 118 123 1546 17 1788 1818 1956 9 213 2195 2238 229 235 236 24 2418 244 246 2478 25 253 2538 256 258 2631 2644 268 2698 272 2722 6
4 35 összegzett hibagyakoriság 3 25 15 5 5 15 25 3 meghibásodások között eltelt összegzett idő, óra 2. ábra A meghibásodások között eltelt összegzett idő az összegzett hibagyakoriság függvényében, buldózerek esetében 6 összegzett hibagyakoriság 5 4 3 3 4 5 6 meghibásodások között eltelt összegzett idő, óra 3. ábra A meghibásodások között eltelt összegzett idő az összegzett hibagyakoriság függvényében, árokásók esetében 7
Árokásók A 3. ábrán látható a meghibásodások közötti összegzett időtartamok és az összegzett gyakorisági adatok közötti összefüggés, árokásókra. A diagram lineáris, vagyis a meghibásodási gyakoriság állandó. Ennek megfelelően megelőző karbantartási stratégiára van szükség. A karbantartási feladatok meghatározása érdekében a gép hat szerelvényegységre bontott állapotában végezték a vizsgálatot. A hat részegység: motor, hidraulika, futómű, közlőmű, karosszéria és vezetőfülke, rakodóknál. Ezek a legfontosabb részegységek döntő mértékben befolyásolják az egész berendezés állapotát. Ha bármelyikük meghibásodik, az egész rendszer működésképtelen. Az árokásóra hibafamodellt állítottak össze (4. ábra). 1. EF motor árokásó 2. BF rakodókanál 3. TF közlőmű 4. B&CF karosszéria és vezetőfülke EF B.F. TF B&CF TKF HF 5 TKF futómű 6 HF hidraulika 7 SPF statikus alkatrészek 8. DPF dinamikus alkatrész 9. BHF rakodókanál hidraulikájának SPF DPF BHF SF. SF kormánymű EBF CHF PF CF SHF BRF TAF FF TUF 11. EBF motorblokk 12. CHF hengerfej PUF 13. PF dugattyú 14. CF forgattyús tengely 15. SHF tengely 16. BRF csapágy 17. TAF üzemanyagtartály 18. FF szűrők 19. TUF csövek dugattyú szelepek tömítések. PUF szivattyúk 4. ábra Árokásó gépek hibafastruktúrája A meghibásodási adatok alapján megállapították, hogy a hidraulika- és a közlőmű-részegységek idézik elő elsősorban a meghibásodást. Ennek a két részegységnek a meghibásodási adatait grafikusan tovább elemezték. Ehhez felhasználták az 5. és 6. ábra trendgörbéit. 8
25 összegzett hibagyakoriság 15 5 3 4 5 6 meghibásodások között eltelt összegzett idő 5. ábra Meghibásodások között eltelt összegzett idő az összegzett gyakoriság függvényében, árokásó hidraulikája esetében 16 14 összegzett hibagyakoriság 12 8 6 4 2 5 15 25 3 35 4 meghibásodások között eltelt összegzett idő 6. ábra Meghibásodások között eltelt összegzett idő az összegzett gyakoriság függvényében, árokásó közlőművére 9
Ez a két trendgörbe jelzi, hogy a hidraulikus és közlőműrendszerek meghibásodási gyakorisága emelkedik. Ezért fokozott figyelmet igényelnek. Nehéz földmunkagépek esetében a karbantartásra vonatkozó döntéseket a gép meghibásodási sajátosságainak tudományos elemzése alapján kell meghozni. A bányaüzemben felhasznált dömperek, buldózerek és árokásók csökkenő, növekvő, ill. állandó meghibásodási gyakorisággal jellemezhetők. A vizsgált példában a dömper használati idejének az elején tart, a buldózer az elhasználódás periódusában van, az árokásó pedig a fürdőkád görbe hasznos üzemidejét kifejező lineáris szakaszán megy át. Ennek megfelelően dolgozták ki a karbantartási stratégiát. Az esettanulmány igazolja, hogy a meghibásodási adatok grafikus és analitikus elemzése eredményesen járul hozzá az üzemképesség javításához és a karbantartási stratégia kidolgozásához. Ezzel a karbantartó szakemberek hatékony költségcsökkentésre képesek. A javasolt megbízhatóság-központú módszer könnyen érthető és a karbantartó szakemberek számára igénybe vehető. Nincs szükség bonyolult statisztikai összefüggések használatára sem. (Dr. Barna Györgyné) Samanta, B.; Sarkar, B.; Mukherjee, S. K.: Reliability centred maintenance (RCM) for heavy earth-moving machinery in an open cast coal mine. = CIM Bulletin, 94. k. 56. sz. 1. nov./dec. p. 4 8. Cooper, B.: Maintenance strategy procedures development and implementation. = Mining Technology, 78. k. 1. sz. 1996. p. 3 6. Kumar, U.: Reliability centred maintenance A tool for higher profitability. = Maintenance, 199. 5. sz. p. 23 26.