автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.06, диссертация на тему:Комплексная оценка факторов, определяющих на работу экскаваторов ЭКГ-18Р/20К, для планирования технического обслуживания и ремонтов

9 15-5/6

На правах рукописи

ШИБАНОВ Даниил Александрович

КОМПЛЕКСНАЯ ОЦЕНКА ФАКТОРОВ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИХ НАРАБОТКУ ЭКСКАВАТОРОВ ЭКГ-18Р/20К, ДЛЯ ПЛАНИРОВАНИЯ ТЕХНИЧЕСКОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ

И РЕМОНТОВ

Специальность 05.05.06 - Горные машины

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург - 2015

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Национальный минерально-сырьевой университет «Горный»

Научный руководитель -

доктор технических наук, профессор

Иванов Сергей Леонидович

Официальные оппоненты:

Андреева Людмила Ивановна - доктор технических наук, старший научный сотрудник, ООО «Научно-исследовательский институт эффективности и безопасности горного производства», заведующая отделом ремонта горнотранспортного оборудования

Шестаков Виктор Степанович - кандидат технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Уральский государственный горный университет», кафедра горных машин и комплексов, профессор

Ведущая организация - ФГБОУ ВПО «Пермский национальный исследовательский политехнический университет»

Защита состоится 24 июня 2015 г. в 16 ч. 00 мин. на заседании диссертационного совета Д 212.224.07 при Национальном минерально-сырьевом университете «Горный» по адресу: 199106, Санкт-Петербург, 21-я линия, дом 2, ауд. 1171а.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Национального минерально-сырьевого университета «Горный» и на сайте www.spmi.ru.

Автореферат разослан 24 апреля 2015 г.

УЧЕНЫЙ СЕКРЕТАРЬ диссертационного совета

ФОКИН

Андрей Сергеевич

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность и степень разработанности. Затраты на техническое обслуживание и ремонт составляют более 50% эксплуатационной себестоимости экскавации горной массы.

Несоответствие условий эксплуатации единым нормам выработки (ЕНВ) обуславливает существенное отклонение наработки экскаваторов от ее номинальной величины, способствует интенсификации деградационных процессов, ведущих к ускоренному снижению остаточного ресурса узлов и агрегатов экскаваторов, что способствует увеличению количества отказов, повышению сложности и трудоемкости ремонтных работ и росту себестоимости экскавации горной массы.

Решению вопросов совершенствования технического обслуживания и ремонтов горных машин, а также вопросам эффективности эксплуатации карьерных экскаваторов посвящены работы ученых: Л.И. Андреевой, К.Ю. Анистратова, Г.А. Боярских, Н.Г. Домбров-ского, Л.И. Кантовича, П.И. Коха, A.A. Кулешова, Д.Е. Махно, В.И. Морозова, Р.Ю. Подэрни, М.Г. Потапова, В.И. Русихина и др.

Несмотря на большой объем теоретических и экспериментальных исследований в области повышения эффективности работы современных экскаваторов, в них не в полной мере учитываются конструктивные особенности карьерных экскаваторов, условия и режимы их эксплуатации с учетом технического состояния, а также системы их технического обслуживания и ремонтов. Для оценки надежности карьерных экскаваторов и эффективности их работы часто используют нестандартизованные показатели, не всегда имеющие объективный характер в связи с отсутствием четких объективных критериев учета отдельных категорий непроизводительного времени работы.

В связи с этим, комплексная оценка факторов, определяющих наработку и эффективность эксплуатации карьерных экскаваторов, является актуальной и комплексной задачей, требующей своего решения, для чего необходимо проведение дополнительных теоретических и экспериментальных исследований.

Цель работы: обоснование и выбор комплекса интегральных показателей эффективности работы карьерного экскаватора и оцен-

ки его наработки для планирования мероприятий технического обслуживания и ремонта при максимально возможном сохранении эффективности работы экскаватора.

Идея работы заключается в том, что наработка карьерного экскаватора определяется комплексом внешних условий и внутренних процессов, интегрально влияющих на его техническое состояние при корректирующем воздействии мероприятий технического обслуживания и ремонта, а эффективность - отношением фактически затраченной работы к базовой ее величине для конкретного экскаватора и величиной энергопотребления на экскавацию тонны горной массы.

Для достижения поставленной цели решены следующие основные задачи:

1. Проведена комплексная оценка факторов влияния на величину наработки карьерного экскаватора и его техническое состояние в процессе эксплуатации.

2. Получена оценка энергопотребления при экскавации в нормальных условиях и номинальных режимах эксплуатации ЭКГ-18Р/20К с обоснованием значения базовой величины энергопотребления экскавации.

3. Проведен анализ работоспособности (продолжительности и интенсивности внепланового технического обслуживания) экскаваторов в производственных условиях и дана оценка эффективности технического обслуживания и ремонтов на примере системы технического сервиса ЭКГ-18Р/20К.

4. Разработан алгоритм комплексной оценки наработки карьерного экскаватора от факторов, определяющих ее величину, для планирования технического обслуживания и ремонта, и на его основе создана аналого-информационная модель комплексной оценки наработки карьерного экскаватора и пакета прикладных программ для автоматизации этого процесса.

5. Разработана методика определения необходимого и обоснованного количества запасных частей на эксплуатацию карьерного экскаватора и алгоритма корректировки технического обслуживания и ремонта для конкретных условий эксплуатации на основе дополнительных средств диагностики, совмещенных со штатной информационно-диагностической системой.

Методы исследования. При решении поставленных задач использовался комплексный подход, включающий: научный анализ и обобщение ранее опубликованных исследований, аналитические расчеты, компьютерное моделирование, производственный эксперимент по оценке энергопотребления и работоспособности карьерных экскаваторов в реальных условиях эксплуатации, организации и проведения экспертного оценивания сохранения эффективности функционирования горных машин.

Соответствие паспорту специальности. Диссертационная работа соответствует п. 1 и п.6 области исследований: «Изучение закономерностей внешних и внутренних рабочих процессов в горных машинах, комплексах и агрегатах с учетом внешней среды» и «Разработка и совершенствование технологических процессов с целью обеспечения высокого качества горных машин на стадии проектирования, изготовления и эксплуатации с учетом специфики работы на горных предприятиях» соответственно.

Научная новизна работы

1. Предложены показатели оценки сохранения эффективности работы карьерного экскаватора по критерию полноты использования потенциала экскаватора отношением фактически затраченной работы на тонну экскавированной горной массы, а для цензурирования эффективности эксплуатации удельным выходом продукции на единицу затраченной работы при экскавации.

2. Разработан алгоритм для оценки величины наработки экскаватора и его систем от условий и режимов его функционирования до капитального ремонта, с учетом факторов, влияющих на его работоспособность.

Защищаемые научные положения:

1. В соответствии с номенклатурой комплексных показателей надежности для карьерного экскаватора сохранение его эффективности следует оценивать отношением фактически затраченной работы на тонну экскавированной горной массы к базовой величине условной работы за цикл экскавации, отнесенной к тонне грузоподъемности, для определенного типа экскаватора в номинальных условиях эксплуатации, а для цензурирования эффективности эксплуатации - отношением наработки к соответствующему расходу

энергии, фиксируемому штатной информационно-диагностической системой экскаватора за тот же промежуток календарного времени.

2. Разработан алгоритм комплексной оценки наработки экскаватора за срок службы до капитального ремонта, позволяющий минимизировать ^-неэффективность эксплуатации корректировкой условий функционирования при заданных допустимых значениях коэффициентов сохранения эффективности для планирования технического обслуживания и ремонта, обеспечивающего рациональный уровень эксплуатации экскаватора, при этом установлено, что до 90 % влияния на снижение доремонтного ресурса оказывают три фактора: качество подготовки забоя, управление экскаватором и его техническое состояние.

Практическая значимость результатов исследования. Результаты работы использованы при разработке эксплуатационной и ремонтной документации в ООО «ИЗ-КАРТЕКС имени П.Г. Короб-кова», в частности «Экскаватор карьерный гусеничный ЭКГ-18Р. Руководство по эксплуатации»; «Регламент технического обслуживания и ремонтов (механическая часть)». Разработанная модель и программа используются для оценки наработки карьерных экскаваторов и себестоимости экскавации горной массы для фактических условий ведущих горнодобывающих компаний РФ и СНГ. Предложенная методика определения необходимого количества запасных частей используется региональными сервисными компаниями при формировании оборотного фонда запасных частей экскаваторов ИЗ-КАРТЭКС.

Достоверность и обоснованность научных положений, выводов и результатов подтверждается корректностью постановки задач исследований; достаточным и статистически обоснованным объемом данных, а также представительностью выполненных экспериментальных исследований; удовлетворительной сходимостью результатов моделирования с реальными процессами деградации как экскаватора в целом, так и его элементов, по мере выработки ими ресурса, описываемыми в научной литературе, и их промышленной реализацией.

Апробация работы. Основные положения работы, результаты теоретических и экспериментальных исследований докладывались и получили положительную оценку на Международных конференциях: XV Международной научно-практической конференции «Техни-

ческие науки - от теории к практике» (г. Новосибирск, 2012 г.); V Всероссийской конференции «Проблемы разработки месторождений углеводородных и рудных полезных ископаемых» (г. Пермь, 2012 г.); 2-й Международной научно-практической конференции молодых ученых и студентов «Опыт прошлого - взгляд в будущее» (г. Тула, 2012 г.); 9-й Международной конференции по проблемам горной промышленности, строительства и энергетики «Социально-экономические и экологические проблемы горной промышленности, строительства и энергетики» (г. Минск, 2013 г.); Третьей Международной конференции «Горнодобывающая промышленность Баренцева Евро-Арктического региона: взгляд в будущее» - «Современная техника и технологии в горнодобывающей и обрабатывающей промышленности. Развитие промышленного сервиса на предприятиях ГПК» «МГПК БЕАР - 2013» (г. Кировск, 2013 г.); XXII Международном научном симпозиуме «НЕДЕЛЯ ГОРНЯКА - 2014 (г. Москва, 2014 г.); Международной научно-практической конференции «Конструкторско-технологические и эксплуатационные методы повышения надежности и работоспособности горного оборудования» (г. Губкин, 2014 г.); Международной конференции «Инновационное сотрудничество - промышленная кооперация Казахстана и России в рамках ЕЭП» (г. Москва, 2014 г.); Международной научно-практической конференции «Наука и образование в жизни современного общества» (г. Тамбов, 2014 г.).

Личный вклад автора состоит в организации и проведении экспертного анализа факторов, влияющих на техническую эксплуатацию карьерных экскаваторов цикличного действия; анализе результатов экспериментальных исследований энергопотребления и наработки экскаваторов ЭКГ-18Р/20К в производственных условиях; обработке достаточного количества статистических данных простоев и потока отказов экскаваторов; разработке алгоритма и модели комплексной оценки величины наработки карьерного экскаватора и пакета прикладных программ; разработке алгоритма планирования технического обслуживания и ремонта экскаваторов в конкретных условиях эксплуатации, методике определения необходимого обоснованного количества запасных частей на период эксплуатации карьерных экскаваторов и предложений по совершенствованию регламента технического обслуживания и ремонтов экскаваторов ЭКГ-18Р/20К.

Публикации. По теме диссертации опубликованы 17 печатных работ в рецензируемых научных журналах и изданиях, в том числе 6 статей в журналах рекомендованных ВАК Министерства образования и науки РФ.

Объем и структура диссертационной работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения, общим объемом 201 станица печатного текста, содержит 30 таблиц и 74 рисунка, список литературы из 213 наименований на 17 страницах и 6 приложений.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе диссертации дается обзор отечественных и зарубежных карьерных одноковшовых экскаваторов и систем поддержания их в работоспособном состоянии. Определены области эффективной эксплуатации гидравлических и электрических карьерных экскаваторов. Представлена структура экскаватора ЭКГ-18Р/20К и его техническое описание. Дан анализ изменения эффективности функционирования и технического состояния карьерных экскаваторов от условий и режимов их эксплуатации. Представлены цель и задачи исследования.

Во второй главе диссертации приводится теоретическое обоснование комплекса факторов, влияющих на величину наработки карьерных одноковшовых экскаваторов, предложена структура модели комплексной оценки величины наработки карьерных экскаваторов. Обоснованы и предложены комплексные показатели сохранения эффективности эксплуатации экскаваторов.

В третьей главе оценено влияние уровня качества запасных частей на величину наработки карьерных экскаваторов. Дан анализ работоспособности экскаваторов ЭКГ-18Р в производственных условиях ОАО «УК «Кузбассразрезуголь» и оценка стратегии их сервисного обслуживания по результатам обработки статистических данных продолжительности внеплановых сервисных операций и количества заявок по ним. Дана оценка эффективности эксплуатации экскаваторов ЭКГ-18Р/20К по критерию энергопотребления на экскавацию горной массы. Приведены результаты моделирования нагружения рабочего оборудования экскаватора ЭКГ-18Р/20К методом конечных элементов при нарушении требований руководства по эксплуатации при экскавации горной массы.

В четвертой главе представлена аналого-информационная модель комплексной оценки величины наработки карьерных экскаваторов. На основе проведенных теоретических и экспериментальных исследований приведен обобщающий анализ комплекса факторов, влияющих на величину наработки экскаватора ЭКГ-18Р/20К. Описана методика определения необходимого количества запасных частей на период эксплуатации и алгоритм корректировки графика технического обслуживания и ремонта (ТОиР) в соответствии с техническим состоянием карьерных экскаваторов. Даны предложения по совершенствованию регламента технического обслуживания и ремонтов экскаватора ЭКГ-18Р/20К.

В заключении представлены выводы по результатам работы.

Основные результаты работы отражены в следующих защищаемых научных положениях:

1. В соответствии с номенклатурой комплексных показателей надежности для карьерного экскаватора сохранение его эффективности следует оценивать отношением фактически затраченной работы на тонну экскавированной горной массы к базовой величине условной работы за цикл экскавации, отнесенной к тонне грузоподъемности, для определенного типа экскаватора в номинальных условиях эксплуатации, а для цензурирования эффективности эксплуатации - отношением наработки к соответствующему расходу энергии, фиксируемому штатной информационно-диагностической системой экскаватора за тот же промежуток календарного времени.

Выявлено несоответствие в оценке эффективности эксплуатации и работоспособности карьерных экскаваторов полученное на основе широко используемых на горнодобывающих предприятиях РФ и СНГ коэффициента технической готовности Ктг и коэффициента использования оборудования Ки0, которые носят субъективный характер и не входят в номенклатуру показателей по ГОСТ 27.002-89. А методика их определения отличается на разных предприятиях друг от друга.

Изменение значения коэффициента технической готовности экскаваторов ЭКГ-18Р (рисунки 1 и 2) в условиях ОАО «УК «Куз-бассразрезуголь» практически не изменяется, а величина ^-неэффективности (отклонение значений фактических показателей

от базовой величины) при использовании этих показателей составляет 2...3 %. Применение Ктг как индикатора фактического состояния машины и эффективности ее эксплуатации не оправдано, так как его отклик на изменение внешних условий и внутренних процессов минимален ввиду высокой инертности, в то время как, важно оперативно реагировать на изменяющуюся ситуацию, при этом имея достоверную информацию о характере этого изменения.

Предложено оценивать эффективность использования экскаваторов по показателям: коэффициенту использования потенциала Кип и коэффициенту эффективности функционирования Кэфф, которые соответствуют стандартизованному комплексному показателю надежности - коэффициенту сохранения эффективности, и позволяют оценить безотказность, ремонтопригодность и долговечность рассматриваемого объекта.

Коэффициент использования потенциала экскаватора Кип равен отношению удельной фактически затраченной работы к базовой для определенного типа экскаватора и определяется по выражению:

где - фактическое значение расхода электроэнергии, определяемое по счетчику экскаватора; [И^о н ] - номинальный расход электроэнергии экскаватора в нормальный условиях эксплуатации; (2ф - фактический объем отгруженной горной массы за оцениваемый период; Рау/„а</ - полезная нагрузка в ковше, т.

Для цензурирования непроизводительных затрат времени эксплуатации экскаваторов предложен показатель, равный отношению суммарной наработки экскаватора к соответствующему расходу энергии за тот же промежуток календарного времени - коэффициент эффективности функционирования, определяемый по выражению:

(2)

о

Оценивать ЛГ-неэффективность коэффициента Кэфф при контроле энергопотребления следует по отклонению от базовой величины, определяемой как отношение полезной нагрузки в ковше экскаватора (Рау1оасГ) к теоретическому значению номинального расхода электроэнергии.

Теоретическое значение номинального расхода электроэнергии за единичный цикл экскавации определено на примере карьерного гусеничного экскаватора ЭКГ-18Р/20К в результате анализа цикловых диаграмм его главных приводов, и с учетом потребления электроэнергии на собственные нужды составляет 8,61 кВтч. Полученное в результате теоретических исследований значение номинального расхода электроэнергии за цикл экскавации коррелирует с результатами экспериментальной оценки расхода электроэнергии экскаваторным приводом в условно номинальных условиях эксплуатации, проведенным разработчиком электропривода экскаватора ЭКГ-18Р Компанией «Объединенная энергия».

Экспериментально эффективность функционирования карьерных экскаваторов ЭКГ-18Р/20К №№ 1, 2 и 3 оценена с использованием предложенных коэффициентов в производственных условиях ОАО «УК «Кузбассразрезуголь». Фиксация значений фактического расхода электроэнергии производилась по показаниям штатной информационно-диагностической системы, а наработка экскаватора -по отчетной информации разрезов. На рисунках 1 и 2 приведены диаграммы средних фактических значений коэффициентов Кип и Кэфф и их ^-неэффективность для парка экскаваторов.

Фактические значения коэффициентов Кип и К,фф (рисунки 1 и 2) имеют высокую динамику при изменении реальных условий эксплуатации, что свидетельствует о хорошем их отклике на внешние изменения. По отклонению Кип и КЭфф от теоретических базовых значений (красная и зеленая пунктирные линии соответственно) возможно оценить величину ^-неэффективности функционирования экскаватора. Объективность оценки по предлагаемым коэффициентам сохранения эффективности гарантируется данными диспетчерской службы по наработке экскаваторов и контролем расхода электроэнергии штатной информационно-диагностической системы.

Теоретические базовые значения коэффициентов КЭфф и Кип для экскаватора ЭКГ-18Р/20К при использовании в нормальных условиях эксплуатации установлены равными 4,61 т/кВтч и 1 соответственно.

Установлено, что отклонение фактических значений предложенных коэффициентов в среднем по парку экскаваторов ЭКГ-18Р имеет расхождение с теоретическими (базовыми) значениями примерно в 2,2 раза. Таким образом, ^-неэффективность функциониро-

вания рассматриваемых экскаваторов в относительном виде составляет 110%, что характеризует их использование как неэффективное.

Данный подход можно использовать и при оценке сохранения эффективности функционирования гидравлических экскаваторов по расходу дизельного топлива. В таком случае коэффициент использования потенциала примет вид:

к _ Эф(еф)-* _ Ю3 , (3)

\IikhI у ¡о (1(1

где Эф - фактический расход энергии, кВтч; £?ф - фактическая наработка экскаватора за рассматриваемый календарный период, т; [Э] - теоретическое значение расхода энергии в номинальных условиях эксплуатации, кВтч; ~ полезная нагрузка в ковше, т; -фактический расход дизельного топлива гидравлического экскаватора, кг/т; <7е - удельный расход топлива двигателя, г/кВтч.

Таким образом, оценка эффективности эксплуатации экскаваторов по предложенным показателям: коэффициенту использования потенциала и коэффициенту эффективности функционирования является наиболее объективной и достоверной, а также соответствует номенклатуре комплексных показателей надежности.

2. Разработан алгоритм комплексной оценки наработки экскаватора за срок службы до капитального ремонта, позволяющий минимизировать Х-неэффективность эксплуатации корректировкой условий функционирования при заданных допустимых значениях коэффициентов сохранения эффективности для планирования технического обслуживания и ремонта, обеспечивающего рациональный уровень эксплуатации экскаватора, при этом установлено, что до 90 % влияния на снижение доремонт-ного ресурса оказывают три фактора: качество подготовки забоя, управление экскаватором и его техническое состояние.

Разработка алгоритма и создание на его основе модели комплексной оценки наработки карьерного экскаватора цикличного действия обусловлена необходимостью получения объективной комплексной оценки эффективности использования экскаватора, как изделия конкретного назначения (имеющего один основной вариант назначения) в определенных условиях и режимах эксплуатации, технического обслуживания и хранения. Оценка проводилась в сравнении с нормальными (базовыми) условиями и режимами экс-

5,00 4.50

ни

112012 12.1012 05 2013 06.2013 07 2013 08.2013 09.2013 10 2013 11.2013 12.2013 01.2014 02.2014 03 2014 04 2014

■ Ктг ■ Кип ■ Кэфф, т/кВтч

Рисунок 1 - Фактические значения коэффициентов технической готовности, использования потенциала, эффективности функционирования и их теоретические базовые значения экскаватора ЭКГ-18Р №1

2,00

1,00

[Кэфф]

Х-незффективность Кзфф Х-неэффективность К,„

2,54

Т.5 2 21 Г 2,54 2!1 ~ 2,36

шгт 1,84 Ь" К90

№ 0,85 ЩЖ 0,82 Н 0.89*

Парк

№1

№2

№3

■ Средний Ктг ■ Средний Кип ■ Средний Кэфф Рисунок 2 - Средние значения коэффициентов технической готовности, использования потенциала, эффективности функционирования и их теоретические базовые значения

2,9

1\М/ категория III категория 1-11 категория

О 2 4 6 8 10

Себестоимость экскавации горной массы, руб/т

Рисунок 7 - Себестоимость экскавации горной массы экскаватором ЭКГ-18Р/20К при единичном влиянии факторов эксплуатации

• Физико-механические свойства горных пород

• Категория пород по трудности экскавации

• Условия и сложность залегания горных пород

• Селективная / валовая выемка

• Обводнённость забоя

• Загазованность

• Ритмичность подачи транспорта

• Периодичность ведения взрывных работ

• Время проветривания карьера

• Частота и расстояние перегонов экскаватора

• Объём экскаваторного блока

• Прочие

Рисунок 3 - Факторы, влияющие на наработку карьерных экскаваторов

а)

?100

г во

авО

100

40

20 0

а) - горногеологические и горнотехнологические факторы; б) - качество подготовки забоя и горной массы; в) - управление экскаватором; г) - система ТОиР Рисунок 6 - Изменение наработки экскаваторов ЭКГ-18Р/20К до капитального ремонта от внешних условий (пунктиром показана наработка при базовых условиях)

• Квалификация и опыт персонала

• Неправильные приёмы в работе

• Производственно-трудовая дисциплина

• Температура окружающей среды

• Влажность воздуха

• Количество осадков

• Ветер

Система ТОиР Периодичность, длительность и полнота ремонтов

Качество запасных частей Квалификация персонала

Средний размер куска Выход негабарита Проработка подошвы уступа

Уклон рабочей площадки Высота забоя

Горногеопогические и горнотехнические факторы

3 4 5 6 7 8 Управление экскаватором

Стаж машинист» к« начало работы на экскаватор*

Менее 1 года

3 4 5 6 7 8 Период эксплуатации, год

Качество подготовки забоя и горной массы

Качастао подготовки габоя и горном массы

— «Хорошее

И Удовлетворительное

* НЕудовлетворительное

1 2 3 4 5 6 7 Система ТОиР

3456789 10 Период эксплуатации, год

—•— СВМ — -РМ

—*— с обезличиванием

плуатации, применительно к которым экскаватор и проектируется. На основе полученной сравнительной оценки, проведен прогноз его наработки и/или остаточного ресурса экскаватора с учетом возможного негативного влияния факторов, ведущих к снижению его эксплуатационных возможностей. При этом результаты анализа влияющих факторов на процесс функционирования экскаватора классифицированы и представлены на рисунке 3. В качестве базы использован обширный научно-методический материал открытых источников. В качестве влияющих факторов выявлены: горнотехнологические и горнотехнические условия; климатические условия; качество подготовки забоя и горной массы; управление экскаватором; техническое состояние экскаватора; организация ведения горных работ.

Структура модели оценки наработки карьерного экскаватора от

приведенных выше факторов представлена на рисунке 4.

-------__________-------------

ЭКГ 1 Конструктивный Втяни* таиолопя Ресурс нового исшиира для

и _ Р*суре иэготоалммя/моитаа нормальных услое^

£3

3 Оценив технического состояния по показателям эффективности эксплуатации

Коэффициент использования потенциала Коэффициент эффективности функционирования

Кип Кэфф

Оценка влияние факторов

5 Горногеологиче -ские и горнотехнические Климатические факторы Качество под готовки забоя и горной мессы Управление экскаватором Техническое состояние экскаватора Организация ведения горных работ

К5, Кб2 К53 Кб, к56 Квя

ТОиР

По фактическому Планово-предупре- Ремонт по отказу с Ремонт по отказу без

состоянию дительное ТОиР обе ал киванием узлов обезличивания узлов

Ресурс (наработка) Г; К7

Приведенные затраты на ТОиР С/

и

Диагностика и мониторинг таннтфсного состояния

Эценка остаточного ресурса/наработки

13 Решение о дальнейшей эксплуатвц»м

Эксплуатация КР Модернизация Реновация Утилизация

Рисунок 4 - Структура модели оценки наработки экскаватора

Исходным является положение, что на стадии проектной разработки машины закладывается ее конструктивный ресурс, соответствующий сроку службы экскаватора в нормальных условиях эксплуатации, определяемый его параметрами и особенностями конструкции. Так, для карьерных экскаваторов ЭКГ-10 и ЭКГ-15 производства ООО «ИЗ-КАРТЭКС имени П.Г. Коробкова» конструктивный срок службы при эксплуатации в нормальных условиях составляет 17 лет с двумя капитальными ремонтами. В то же время срок службы экскаваторов новой продуктовой линейки ЭКГ-12К, ЭКГ-32Р, ЭКГ-18Р/20К составляет 20 лет эксплуатации с одним капитальным ремонтом.

Разработанная модель может быть применена для оценки наработки как экскаватора в целом, так и применительно к составным его элементам и системам.

Исходными данными для разработанной модели являются: полезная нагрузка в ковше экскаватора - Ра^оа^ т; доремонт-ный/послеремонтный срок службы, лет - У; стаж машиниста - 5, лет; фактический коэффициент использования календарного фонда времени - Кфкв.

Теоретическое базовое значение наработки экскаватора в нормальных условиях эксплуатации [£2Г0Д] определяется как эксплуатационная годовая производительность.

Годовая наработка экскаватора в любой период его эксплуатации определяется по предлагаемому выражению с учетом срока его эксплуатации до/после капитального ремонта:

йгод, = [бпДб кг» У - 5 КГ» У+1). (4)

Номинальный срок эксплуатации до капитального ремонта Ткр, полученный с учетом формулы Русихина В.И., предлагается оценивать по выражению:

т =1,75(1,7Р1г/„„,-18) (5)

[а„д]

Годовая наработка экскаватора в фактических условиях эксплуатации ()год определяется как произведение базовой величины этой наработки и комплекса условий эксплуатации, состоящим из показателей К5Л ...К56., К7. согласно блокам 5 и 7 алгоритма (рисунок 4), характеризующих изменение величины наработки от степени проявления влияющих факторов.

Так К51 фиксирует изменения условий эксплуатации и характеризует влияние горно-геологических и горнотехнических условий, в частности, категории горных пород по трудности экскавации, при этом нормальными (базовыми) условиями являются породы III категории. При оценке климатических факторов (К5.2.) необходимо учитывать соответствие климатического исполнения карьерного экскаватора и его оснащение применительно к климатическим условиям, в которых он эксплуатируется. При этом необходимо учитывать их влияние не только на машину, но, в первую очередь, на машиниста (оператора) экскаватора. При соответствии климатического исполнения карьерного экскаватора условиям его работы, а также дополнительным оснащением для создания комфортных условий работы машиниста, К5.2.=1- При некомфортной работе машиниста любые отклонения от нормальных условий автоматически переводят его квалификацию на уровень ниже.

Показатель К5 3, характеризующий качество подготовки забоя и горной массы, определяется отношением наработки экскаваторов к базовой (нормальные условия) и равен: для оценки «Хорошее» - 1,0; «Удовлетворительное» - 0,5; «Неудовлетворительное» - 0,15.

Группа факторов «Управление экскаватором» оценивается показателем К54. За единицу принято приведенное число циклов нагружения для стажевых групп машинистов экскаваторов с опытом работы более 10 лет. Учтен тот факт, что с течением времени квалификация машиниста повышается, в связи с чем изменение наработки экскаватора описывается ломаной линией (рисунок 6 в). При управлении экскаватором машинистами с опытом работы менее одного года на протяжении всего периода эксплуатации (учебный экскаватор) срок службы машины сократится до 6 лет.

Оценка показателя К5 5 «Техническое состояние экскаватора» осуществляется по влиянию качества оригинальных и неоригинальных запасных частей, используемых при ремонте экскаваторов. При этом оценка К5 5 осуществляется только по основным узлам экскаватора, влияющим на его работоспособность, и принимается равным: 0,2 - для неоригинального ЗИП; 0,7 - оригинальный и неоригинальный ЗИП; 1 - оригинальный ЗИП.

Влияние фактора «Организация ведения горных работ» и, как следствие, значение показателя К5.6- определяется по отношению

отклонения фактического значения коэффициента использования календарного фонда времени к базовому, равному 0,6.

Показатель К7, характеризующий систему ТОиР, определяется, как отношение годовой наработки карьерного экскаватора при системе ТОиР, отличной от базовой, к значению наработки при базовом подходе к техническому обслуживанию и ремонтам карьерных экскаваторов (ППР по регламенту).

Оценка технического состояния по показателям сохренения эффективности эксплуатации

Внесение изменений е график ТОиР

Рациональная эксплуатация

1 УпрММНЧМ1М рМ1МММ#

1 КР Модертиция Реновация Утилизация

Рисунок 5 - Алгоритм оценки работоспособности экскаватора

Разработан алгоритм оценки работоспособности экскаватора (рисунок 5), согласно которому при его эксплуатации осуществляется оценка факторов из перечня влияющих К5х и показателя -^-неэффективность. При этом задаются ограничивающие К5 х и допустимая величина ^-неэффективности применительно к реальным условиям эксплуатации. По результатам сравнения реальных соответствующих значений допустимым принимаются организационно-технические решения путем направленной корректировки условий и режимов эксплуатации экскаватора. Таким образом, обеспечиваются условия рациональной эксплуатации экскаватора. После чего планируется перечень мероприятий по техническому обслуживанию и ре-

монту в скорректированных условиях его функционирования. Через заданный промежуток времени мероприятия по оценке и корректировки условий и режимов эксплуатации повторяются. При достижении экскаватором предельного состояния принимается решение о проведении КР, модернизации, реновации или утилизации.

Разработанная модель реализована в прикладной программе, написанной на языке С++ для среды Microsoft Visual Studio 2005.

Проведена оценка изменения наработки экскаватора ЭКГ-18Р/20К до капитального ремонта при детерминированном изменении каждого из влияющих факторов в отдельности, с целью выявления степени этого влияния на изменение наработки.

Изменение суммарной наработки экскаватора ЭКГ-18Р/20К до капитального ремонта от внешних четырех факторов, оказывающих наибольшее влияние на изменение наработки экскаватора, представлено на рисунках 6 а, б, в, г. Величина наработки в нормальных условиях обозначена пунктирной линией и равняется 90 -106 т.

По результатам моделирования степень влияния отдельных факторов эксплуатации карьерных экскаваторов распределилась в порядке снижения следующим образом: качество подготовки забоя и горной массы (32 %), управление экскаватором (29 %), техническое состояние экскаватора (27 %) и горно-геологические и горнотехнические факторы (12 %). Результаты моделирования согласуются с экспертной оценкой влияния факторов эксплуатации на величину наработки экскаваторов.

Оценка себестоимости экскавации горной массы экскаваторами ЭКГ-18Р/20К при единичном изменении факторов влияния представлена на рисунке 7. Максимальное увеличение себестоимости экскавации при отклонении от нормальных (базовых) условий только фактора «Качество подготовки забоя и горной массы» приводит к увеличению себестоимости экскавации до 12,4 раза.

Установив связь между внешними условиями и внутренними процессами эксплуатации экскаватора на величину его наработки до капитального ремонта, была разработана методика определения необходимого обоснованного количества запасных частей и материалов карьерного экскаватора на период его эксплуатации и алгоритм корректировки графика сервисного обслуживания карьерных экскаваторов при проведении ТО и ремонтов по фактическому состоянию. При этом, уточнение интенсивности расходования ресурса

проводится предложенными мероприятиями технического диагностирования в рамках планового ТО и расширением возможностей штатной информационно-диагностической системы функциями акустической эмиссии, виброакустики и виброманиторинга.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Основные научные результаты работы и выводы по ней заключаются в следующем:

1. Установлено, что наработка карьерного экскаватора определяется комплексом внешних условий и внутренних процессов, интегрально влияющих на его техническое состояние при корректирующем воздействии технического обслуживания и ремонта. Для повышения эффективности карьерного экскаватора предложено отказаться от не стандартизованных показателей оценки их надежности, а использовать коэффициенты сохранения эффективности Кип и КЭфф, определяющие ^-неэффективность эксплуатации карьерных экскаваторов по критерию полноты использования потенциала экскаватора.

2. Обоснованные и предложенные комплексные показатели надежности оценивают безотказность, ремонтопригодность и долговечность экскаватора как системы. При этом коэффициент Кип определяется как отношение фактически затраченной работы к базовой для определенного типа экскаватора, а коэффициент Кэфф, характеризующий удельный выход продукции на единицу затраченной работы при экскавации, определяется отношением суммарной наработки экскаватора к соответствующему расходу энергии, за тот же промежуток календарного времени.

3. В результате экспериментальных исследований энергопотребления экскаваторов ЭКГ-18Р в производственных условиях оценена ^-неэффективность на основе коэффициентов использования потенциала Кип и эффективности функционирования Кэфф, которая в среднем по парку составляет 110 %, что характеризует их использование как неэффективное. При этом значения коэффициентов Кип колеблются в пределах от 1.26 до 4.58, а Кэфф - от 0.96 до 3.51 т/кВтч.

4. Разработана модель комплексной оценки величины наработки карьерных экскаваторов, позволяющая оценить годовую наработку экскаватора в нормальных условиях и режимах эксплуатации, его номинальную наработку до капитального ремонта, годовую

наработку и условный коэффициент затрат на техническое обслуживание и ремонт для заданных условий и режимов эксплуатации.

5. На основе комплексной оценки факторов, влияющих на наработку карьерных экскаваторов ЭКГ-18Р/20К, установлено, что выявленные доли влияния этих факторов коррелируют с результатами экспертного анализа, за исключением доли значения фактора «техническое состояние экскаватора», что объясняется субъективностью оценки экспертов в отношении собственного предприятия со сложившейся моделью системы ТОиР, либо недооценкой экспертов значимости влияния технического состояния экскаватора на эффективность его эксплуатации. Установлено, что для экскаватора ЭКГ-18Р/20К влияние единичного фактора снижает наработку экскаватора до 85 % и повышает себестоимость экскавации горной массы до 12,4 раза.

6. Предложены на основании модели методика определения обоснованного количества запасных частей на эксплуатацию экскаваторов и последовательность корректировки графика сервисного обслуживания при проведении технического обслуживания и ремонта по фактическому состоянию. Обоснован оборотный фонд запасных частей, а разработанная блок-схема корректировки графика сервисного обслуживания реализована в предложениях по совершенствованию регламента технического обслуживания и ремонтов экскаватора ЭКГ-18Р/20К производства ООО «ИЗ-КАРТЭКС имени П.Г. Коробкова».

Основные результаты по теме диссертации представлены в следующих работах:

1. Самолазов А.В. Практические результаты внедрения экскаваторов ЭКГ-18Р и ЭКГ-32Р производства ООО «ИЗ-КАРТЭКС имени П.Г. Коробкова» на угледобывающих предприятиях России / А.В. Самолазов, Т.В. Донченко, Д.А. Шибанов // Уголь. - 2013. -№4. - С. 36-38.

2. Совершенствование стратегии технического сервиса карьерных экскаваторов введением в систему ТОИР элементов Total Productivity Maintenance (ТРМ) / Д.А. Шибанов [и др.] // Записки Горного института. - 2014. - № 209. - С. 109-115.

3. Красникова Т.И. Расчет норм запасных частей и материалов для экскаваторов, эксплуатируемых на горнодобывающих предпри-

ятиях / Т.И. Красникова, Д.А. Шибанов //Горное оборудование и электромеханика. - 2014. - №11. - С. 45-48.

4. Шибанов Д.А. Влияние факторов эксплуатации карьерных экскаваторов на их техническое состояние / Д.А. Шибанов, С.Л. Иванов, И.Е. Звонарев // Социально-экономические и экологические проблемы горной промышленности, строительства и энергетики : сборник научных трудов 9-й Международной конференции по проблемам горной промышленности, строительства и энергетики. -Минск: БИТУ, 2013. - Т. 1. - С. 430^33.

5. Шибанов Д.А. Повышение эффективности эксплуатации карьерных экскаваторов в условиях крайнего Севера / Д.А. Шибанов, A.B. Панкратов // Горнодобывающая промышленность Баренцева Евро - Арктического региона - взгляд в будущее: III Международная конференция горнопромышленного комплекса, г. Кировск: сборник докладов. - Мурманск: Северная ТПП. - 2014. - С. 54.

6. Шибанов Д.А. Перспективы совершенствования системы технического обслуживания и ремонта карьерных экскаваторов производства ООО «ИЗ-КАРТЭКС имени П.Г. Коробкова» / Вестник ПНИПУ. Геология. Нефтегазовое и горное дело. - 2013. -№8.-С 128-135.

7. Ганин А.Р. Современные инженерные решения и практический опыт эксплуатации карьерных экскаваторов ЭКГ-18Р/20К производства «ИЗ-КАРТЭКС» / А.Р. Ганин, Т.В. Донченко, Д.А. Шибанов // Горное дело. - 2014. - №1(2). - С. 40^7.

8. Шибанов Д.А. Оценка эффективности эксплуатации карьерных экскаваторов / Д.А. Шибанов, C.JI. Иванов, П.В. Иванова // Наука и образование в жизни современного общества: сборник научных трудов по материалам Международной научно-практической конференции 30 декабря 2014 г.: в 12 частях. Часть 3. Тамбов: ООО «Консалтинговая компания Юком», 2015. - С. 158-160.

РИЦ Горного университета. 21.04.2015. 3.326. Т. 100 экз. 199106 Санкт-Петербург, 21-я линия, д.2

2015677585

15- 6 1 0 &

2015677585