Оценка вероятности отказа редуктора системы верхнего привода буровой установки с учетом режима его эксплуатации

Элементы бурового оборудования в процессе эксплуатации подвергаются случайным нагрузкам с весьма высокими амплитудами. Классические методы вероятностного расчета зубчатых передач не позволяют оценить вероятность их отказа с учетом реальных эксплуатационных данных, полученных с помощью телеметрии, в случае, когда эти данные не могут быть описаны стандартными законами распределения. Предлагаемая методика основана на применении методов непараметрической статистики, поэтому свободна от данных ограничений. Все ее этапы реализованы в математическом процессоре MathCad.
В данной работе описана методика оценки вероятности отказа зубчатой передачи привода системы верхнего привода буровой установки по критерию изгибной выносливости зубьев. Результаты ее реализации для оценки вероятности отказа передачи при ее эксплуатации в тяжелом режиме нагружения хорошо согласуются со статистикой отказов. Также методика позволяет определить вероятность отказа зубчатой передачи для любых, в том числе заданных выборкой законов распределения нагрузки, действующей на привод в процессе его эксплуатации.

1. Петрухин В. В., Коротков С. А., Черский М. И. Анализ систем верхнего привода для бурения горизонтальных скважин // Геология и нефтегазоносность Западно-Сибирского мегабассейна: сб. тр. науч.-практ. конф. – Тюмень, 2016. – C. 178–181.

2. Study on speed characteristics of hydraulic top drive under fluctuating load / Y. Sun [et al.] // Journal of Petroleum Science and Engineering. – 2018. – Vol. 167. – P. 277–286. DOI: 10.1016/j.petrol.2018.04.003

3. Перспективные направления развития конструкций систем верхнего привода / Р. С. Привалихин [и др.] // Бурение и нефть. – 2015. – № 3. – C. 54–58.

4. Силовые приводы нового поколения / А. К. Данилов [и др.] // Бурение и нефть. – 2014. – № 12. – C. 40–42.

5. Лобачев А. А. Исследование нагруженности элементов редуктора системы верхнего привода: дис... канд. техн. наук. – СПб., 2017. – 166 с.

6. Kapur K. C., Lamberson L. R. Reliability in Engineering Design. – New Jork: JohnWiley&Sons, 1977. – 586 p.

7. Решетов Д. Н., Фадеев В. З. Вероятностная оценка изгибной прочности зубчатых колес // Машиноведение. – 1972. – № 2. – С. 54–63.

8. Иванов М. Н., Финогенов В. А. Детали машин: учебник для машиностроительных специальностей вузов. – 8-е изд., испр. – М.: Высшая школа, 2003. – 408 с.

9. Сызранцев В. Н., Невелев Я. П., Голофаст С. Л. Расчет прочностной надежности изделий на основе методов непараметрической статистики. – Новосибирск: Наука, 2008. – 218 с.

10. Liu Y., Zhang J., Zhao X. A new nonparametric screening method for ultrahigh-dimensional survival data // Computational Statistics and Data Analysis. – 2018. – Vol. 119. – P. 74–85.

11. A nonparametric test for slowly-varying non stationarities / D. Baptista de Souza [et al.] // Signal Processing. – 2018. – Vol. 143. – P. 241–252.

12. Syzrantseva K., Syzrantsev V. Reliability estimation of machine parts with complicated geometry on a base of methods of nonparametric statistics // Journal of Engineering and Applied Sciences. – 2016. – Vol. 11, Issue 2. – P. 204–209. DOI: 0.3923/jeasci.2016.204.209

13. Syzrantseva K. V. Predicting the failure of gear transmissions by nonparametric statistics // Russian Engineering Research. – 2009. – Vol. 29, Issue. 2. – P. 1206–1208. DOI: 10.3103/S1068798X09120028

14. Сызранцева К. В. Расчет прочностной надежности деталей машин при случайном характере внешних нагрузок: моногр. – Тюмень: ТюмГНГУ, 2011. – 92 с.

15. Сызранцева К. В. Оценка надежности зубчатых передач по сопротивлению контактной усталости при случайном режиме нагружения // Вестник Ижевского государственного технического университета. – 2009. – № 4. – С. 23–25.

16. Syzrantseva K. V. Development of a method to calculate the strength reliability of tooth gears based on the fatigue resistance when the teeth bend // Journal of Machinery Manufacture and Reliability. – 2009. – Vol. 38, Issue 6 (200912). – P. 552–556. DOI: 10.3103/S1052618809060065.10

17. Сызранцева К. В., Черная Л. А. Оценка долговечности подшипников качения при случайном режиме их нагружения // Известия высших учебных заведений. Машиностроение. – 2011. – № 12. – С. 8–11.

18. Syzrantseva K., Chernaya L. Shafts reliability assessment in accordance with criteria of fatigue strength under random load conditions // ICIE 2018: proceedings of the 4th International Conference on Industrial Engineering. Lecture Notes in Mechanical Engineering, Springer. – 2019. – P. 1511–1518. DOI: 10.1007/978-3-319-95630-5_161

19. Confidence limits for the few-cycle fatigue curve / V. N. Syzrantsev [et al.] // Russian Engineering Research. – 2016. – Vol. 36, Issue 1. – P. 20–24.

20. Parzen E. On estimation of a probability density function and mode / E. Parzen // Annals of Mathematical Statistics. – 1962. – Vol. 33. – Issue 3. – P. 1065–1076.

21. Rozenblatt M. Remarks on some nonparametric estimates of a density functions / M. Rozenblatt // Annals of Mathematical Statistics. – 1956. – Vol. 27, Issue 3. – P. 832–837.