مدلسازی قابلیت اطمینان، دسترسی، تعمیر و نگهداری سیستم برق ماشین حفاری تمام مقطع تونل

نویسندگان

1 استادیار، گروه مهندسی معدن، دانشگاه کردستان، کردستان

2 استاد، گروه مهندسی معدن، دانشکده مهندسی معدن، نفت و ژئوفیزیک، دانشگاه شاهرود، شاهرود

3 استادیار، گروه مهندسی معدن، دانشکده مهندسی معدن، نفت و ژئوفیزیک، دانشگاه شاهرود، شاهرود

4 دانشجوی دکتری، گروه زمین شناسی مهندسی، دانشگاه تربیت مدرس، تهران

چکیده

امروزه ماشین‌های حفاری تمام مقطع تونل از نوع تعادل فشار زمین در پروژه‌های تونل‎سازی مکانیزه شهری کاربرد گسترده‌ای دارند. این ماشین‌های پیچیده و گران قیمت قابلیت دسترسی و عملکرد نسبتا پایینی دارند از این رو، بهبود عملکرد، برنامه زمانی، برنامه‌ریزی تعمیرات و نگهداری و کنترل هزینه این ماشین‌ها در پروژه‌های تونل­سازی امری ضروری است. هدف اصلی از تحلیل قابلیت اطمینان، دسترسی، تعمیر و نگهداری هر سیستم یا ماشین، ارزیابی عملکرد دقیق آن و بنابراین کاهش هزینه‌های تعمیر و نگهداری است. دراین تحقیق، تحلیل و مدلسازی قابلیت اطمینان، قابلیت دسترسی و قابلیت تعمیر و نگهداری سیستم برق ماشین حفار خط یک مترو تبریز انجام گرفته است. برای این منظور، داده‌های خرابی و تعمیر مربوط به حدود 26 ماه عملکرد ماشین جمع‌آوری شد. نتایج آزمون‌های آماری انجام شده از قبیل روند و همبستگی سری نشان داد که داده‌ها فاقد روند و مستقل­اند بنابراین روش آماری برای تحلیل و مدلسازی انتخاب شد. همچنین نتایج تحلیل داده‌ها مشخص کرد که داده‌های مربوط به زمان بین خرابی‌ها و زمان تعمیرات به ترتیب از توابع توزیع لاگ نرمال سه پارامتری و گامای سه پارامتری تبعیت می‌کند. تحلیل قابلیت اطمینان نشان داد که با احتمال 80/1 درصد سیستم برق ماشین مورد مطالعه حدود 15 ساعت بدون این‌ که دچار خرابی شود کار می­کند. علاوه بر این، با توجه به نمودار قابلیت تعمیر و نگهداری، 60 درصد خرابی‌های اتفاق افتاده در مدت زمان کمتر از 1 ساعت تعمیر شده و با احتمال 80 درصد کلیه خرابی‌ها در مدت زمان حداکثر 1/88 ساعت تعمیر می‌شوند. همچنین قابلیت دسترسی سیستم برق این ماشین 97/8 درصد محاسبه شد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

RAM modeling of electrical system of earth pressure balance tunnel boring machine

نویسندگان [English]

  • H. Amini Khoshalan 1
  • S.R. Torabi 2
  • K. Seifpanahi 3
  • M. Razifard 4
1 Assistant Professor, Dept. of Mining, University of Kurdistan, Sanandaj
2 Professor, Dept. of Mining, Petroleum and Geophysics, Shahrood University of Technology, Shahrood
3 Assistant Professor, Dept. of Mining, Petroleumand Geophysics, Shahrood University of Technology, Shahrood
4 Ph.D Student, Dept. of Geological Engineering, Tarbiat Modares University, Tehran
چکیده [English]

Nowadays, earth pressure balance tunnel boring machines (EPB-TBMs) are favorably used in urban mechanized tunneling projects. The availability of these machines is rather low, so their performance, time planning, maintenance scheduling and cost control may need further improvements. The reliability, availability and maintainability (RAM) of any machine could be analyzed by evaluating the actual performance of that machine or system and thereby minimizing maintenance costs. In current research work, RAM analysis of the electrical system of the EPB-TBM in line 1 of Tabriz metro in Iran is performed. For this investigation, failure and repair data were collected during about 26 months of machine operation. Statistical tests including trend and serial correlation tests indicated that the data are independently distributed, consequently the statistical technique was used for modeling. The data analysis also revealed that the time between failures (TBFs) and time to repairs (TTRs) data fit to the Lognormal (3P) and Gamma (3P) distributions, respectively. Reliability analysis showed that there is approximately 80.1% chance for the electrical system of TBM machine to be operational for 15 h without any failure. Moreover, the maintainability curve indicated that most of the failures have been repaired in less than 1 hour and that it is more likely that 80% of these failures would be repaired in 1.88h. Also the availability of electrical system of this machine is found to be equal to 97.8%.

کلیدواژه‌ها [English]

  • EPB-TBM
  • electrical system
  • reliability
  • availability
  • maintainability
[1]     Koyam, Y. (2003). “Present status and technology of shield tunneling method in Japan”. Tunnelling and  Underground Space Technology, 18(2): 145–159.

[2]     Tang, M., Deng, K., Wang, L., and Chen, X. (2012). “Research on natural frequency characteristics of thrust system for EPB machines”. Automation in Construction, 22: 491–497.

[3]     Jain, P., Naithani, A. K., and Singh, T. N. (2014). “Performance characteristics of tunnel boring machine in basalt and pyroclastic rocks of Deccan traps – A case study”. Journal of Rock mechanics and Geotechnical Engineering, 6(1): 36–47.

[4]     Tóth, Á., Gong, Q., and Zhao, J. (2013). “ Case studies of TBM tunneling performance in rock–soil interface mixed ground”. Tunnelling and Underground Space Technology, 28:140–150.

[5]     Yagiz, S. (2007). “Utilizing rock mass properties for predicting TBM performance in hard rock condition”. Tunnelling and  Underground Space Technology, 23 (3): 326–339.

[6]     Yagiz, S., and Karahan, H. (2011). “Prediction  of  hard  rock  TBM  penetration  rate  using  particle  swarm  optimization”.  International Journal of Rock  Mechanics and Mining  Science, 48, 427–433.

[7]     Hamidi, J. K., Shahriar, K., Rezai, B., and Rostami, J. (2010). “Performance  prediction  of  hard  rock  TBM using Rock Mass Rating (RMR) System”. Tunnelling and  Underground Space Technology, 25, 333–345.

[8]     Laughton, C. (1998). “Evaluation and Prediction of Tunnel Boring Machine Performance in variable rock Masses”. PhD Thesis, University of Texas.

[9]     Frough, O., and Torabi, S. R. (2013). “An application of rock engineering systems for estimating TBM downtimes”. Engineering Geology, 157: 112–123.

[10]  Frough, O., Torabi, S. R., and Tajik, M. (2012). “Evaluation of TBM utilization using rock mass rating system: a case study of Karaj-Tehran water conveyance tunnel (lots 1 and 2)”. Journal of Mining and Environment, 3(2): 89–98.

[11]  Dhillion, B. S. (2008). “Mining Equipment Reliability, Maintainability and Safety”. Springer-Verlag London Limited, pp. 209.

[12]  Amini Khoshalan, H., Torabi, S. R., Hoseinie, S. H., and Ghodrati, B. (2014). “An introduction to RAM analysis of EPB tunnel boring machine”. Scientific Journal of Pure and Applied Sciences, 3(3): 120-127.

[13]  Kumar, U., and Granholm, S. (1988). “Reliability Technique: A Powerful Tool for Mine Operator”. Mineral Resource Engineering, 1: 13–28.

[14]  Biały, W. (2013). “The effect of experimental research on the durability and reliability of mining equipment”.  ZeszytyNaukowe, 34(106): 27–34.

[15]  Vayenas, N., and Peng, S. (2014). “Reliability analysis of underground mining equipment using genetic algorithms A case study of two mine hoists”. Journal of Quality in Maintenance Engineering, 20(1): 32–50.

[16]  Smith, D. J. (2005). “Reliability, Maintainability and  Risk”. Elsevier Butterworth-Heinemann, pp. 346.

[17]  Barabady, J. (2007). “Production Assurance: Concept, Implementation and Improvement”. Doctoral thesis, Division of Operation and Maintenance Engineering, Luleå University of Technologyو pp. 139.

[18]  NFM Technologies. (2007). “Operating and maintenance manual for EPB TBM for Tabriz”. Tabriz Urban Railway Organization, pp. 288.

[19]  Ascher, H., and Feingold, H. (1984). “Repairable system reliability”. Marcel Dekker, New York, pp. 223.

[20]  Hall, R., and Daneshmend, L. K. (2003). “Reliability Modelling of Surface Mining Equipment: Data Gathering and Analysis Methodologies”. International Journal of Surface Mining, Reclamation and Environment, 17(3): 139–155.

[21]  Barabady, J., and Kumar, U. (2008). “Reliability analysis of mining equipment: A case study of a crushing plant at Jajarm Bauxite Mine in Iran”. Reliability Engineering and System Safety, 93, 647–653.

[22]  Kumar, U. (1990). “Reliability analysis of load-haul-dump machines”. Doctor’s Thesis, Lulea University of Technology.