автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.02, диссертация на тему:Методы оценки технического состояния приводов роторного экскаватора ЭРП-5250

Введение.

Анализ имеющихся работ в области оценки технического состояния мощной горной техники и задачи, требующие скорейшего решения.

1. Общая структурная схема построения диагностики экска- 11 ватора ЭРП-5250.

1.1. Особенности построения технического диагностирования и контроля комплекса оборудования непрерывного действия (КОНД).

1.2. Характеристика системы технического состояния ротор- 13 ного экскаватора.

1.3. Структура создаваемых задач и методы их реализации.

Выводы.

2. Построение алгоритмов конвейерной линии разгрузочной консоли, нижней рамы и конвейерной линии роторной стрелы.

2.1. Построение алгоритма конвейерной линии разгрузочной консоли.

2.2. Разработка алгоритма конвейерной линии нижней рамы.

2.3. Анализ и структура построения конвейерной линии роторной стрелы.

Выводы.

3. Характеристика системы вибродиагностики.

3.1. Назначение и область применения.

3.2. Методы оценки технического состояния (контроля).

3.3. Структура и состав подсистемы, устройство и принцип действия.

3.4. Характеристика исследований вибродиагностических характеристик объектов контроля.

Выводы.

4. Разработка подсистемы электроприводов основного электрооборудования.

4.1. Назначение и область контроля.

4.2. Характеристика и особенности электроснабжения экскаватора.

4.3. Разработанные методы контроля, схемы и характеристика их реализации.

4.4. Предлагаемые методы контроля изоляции.

4.5. Основные диэлектрические характеристики. Ю

4.6. Характеристика схемы измерения. 1г

4.7. Алгоритмическое и программное обеспечение.

Выводы.

В настоящее время общемировая тенденция в добыче и потреблении угля имеет четко выраженный нарастающий характер.

Так добыча в 1996г. составила 3,7 млрд. тонн, в 1997г. - 4,2 млрд. тонн, в 2000г. около 5 млрд. тонн, прогноз на 2005г. - 7,7 млрд. тонн.

Баланс мировой электроэнергии по энергоресурсам складывается следующим образом: 37% уголь; 21% гидроресурсы; 17% атомная энергия; 10% газ; 9% нефть.

По прогнозам специалистов доля угля в России опустилась до 17%, в то время как в Германии составляет 58%, в США - 56%, в ряде других угледобывающих стран от 70 до 90%.

Принятый Правительством Российской Федерации курс на подъем экономики, при котором темпы прироста ВВП должны составить 5 - 8%, должен сопровождаться ростом энергопотребления.

В средних и долгосрочных прогнозах развития отраслей топливноэнерге-тического комплекса России из-за выработки месторождений газа в стране, неподготовленности новых месторождений для разработки и ряда других причин, роль угля в стране в производстве первичных энергоресурсов резко возрастает.

Для удовлетворения потребности экономики страны в угольном топливе добыча угля должна возрасти с 249 млн. т. В 2000 году до 274 - 310 млн.т. к 2005 году. Исключительно благоприятные горно-геологические условия позволили создать в бассейне КАТЭКа самые современные разрезы с применением уникального горно-транспортного оборудования с большой единичной мощности, не имеющих аналогов на других разрезах России.

Благодаря этому обеспечиваются самые низкие в России эксплуатационные затраты на добычу и возможность поставки больших объемов угля стабильного качества. Это еще одно из преимуществ Канско-Ачинских углей.

Одной из главных причин сдерживания роста объемов Канско-Ачинских углей, а по существующим экспертным оценкам они должны составить к 2005 году порядка 55 - 56 млн.т. Угля, против 38 млн.т. в 2004 году является: вывод из строя уникального оборудования большой единичной мощности;

Не возможность обновления и качественных ремонтов горнотранспортного оборудования из-за отсутствия у предприятий оборотных средств.

В настоящее время по различным экспертным оценкам износ основного оборудования на предприятиях Минтопэнерго России составляет 60 - 70%.

Одним из резервов эксплуатации и повышения уровня надежности мощного горно-транспортного оборудования является разработка новых методов и средств диагностики мощного оборудования.

Как известно, основное назначение технической диагностики как раз и состоит в повышении надёжности объектов на этапе их эксплуатации, а также в предотвращении производственного брака на этапе изготовления объектов и их основных частей.

Повышение надёжности обеспечивается улучшением таких показателей как коэффициент готовности, коэффициент технического использования, время восстановления работоспособного состояния, а также ресурс или срок службы и наработка до отказа для резервированных объектов с восстановлением.

Известно, что диагностическое обеспечение позволяет получать высокие значения достоверности правильного функционирования объектов. Из опыта работы наладчиков по электроприводу роторных экскаваторов установлено, что время на отыскание неисправности в схемах управления составляет 70 - 80% от времени простоя. В специальной литературе по вопросам электропривода экскаваторов никаких рекомендаций по рациональной организации поиска неисправностей не имеется.

Работы П.И. Коха и Г.И. Солода, В.Н Гетопанова, В.И. Тоницкого, Р.Ю. Подерни, A.A. Кулешова, В.И. Мороза, Д.И. Махно, В.В. Москвичев, А.И. Тропа, Г.С. Рахутина, А.И. Щадрина позволили обосновать и решить многие вопросы на стадии проектирования, выборы и оценки уровня надежности карьерных экскаваторов.

Однако диагностикой техники непрерывного действия (роторных экскаваторов) до настоящего времени функционально не занимались.

На основании анализа имеющихся данных о наиболее возможных аварийных и нештатных ситуациях при работе приводов мощного горнотранспортного оборудования, а также имеющихся литературных источников нами сформулированы цели и задачи исследований в области диагностики роторного экскаватора на примере комплекса ЭРП - 5250.

Цель диссертационной работы состоит в разработке методики, создания структуры и базы алгоритмов для диагностики основных определяющих узлов роторного экскаватора.

В соответствии с целью и идеей работы определены следующие задачи исследований: разработать и обосновать общую структурную схему поиска и устранения неисправностей основных узлов и механизмов роторного экскаватора ЭРП-5250; обосновать структурную схему поиска и устранения неисправностей в схемах управления определяющими конвейерными линиями роторного экскаватора ЭРП - 5250; разработать и обосновать алгоритмы решения поиска неисправностей конвейерной линии разгрузочной консоли, конвейерной линии нижней рамы, линии роторной стрелы; разработать и обосновать с помощью методов вибродиагностики методику оценки технического состояния основных приводов роторного экскаватора; разработать и обосновать подсистему контроля изоляции основного электрооборудования роторного экскаватора.

Научная новизна результатов исследований состоит

1. Разработана структурная схема оценки состояния неисправностей позволяющая эффективное функционирование системы контроля и технического состояния оборудования непрерывного действия (экскаватора ЭРП-5250).

2. Предложена методология построения алгоритмов и их реализации позволяющая наиболее эффективно организовать решения данной оценки технического состояния.

3. Впервые обосновано использование метода вибродиагностики, основанного на получении исходной информации по виброакустическим сигналам о состоянии данных механизмов.

4. Экспериментально доказана эффективность оценки технического состояния электромеханических приводов роторного экскаватора, по состоянию изоляции силовых кабелей.

Практическая ценность и реализация результатов работы позволили специалистам механических служб предприятий, обслуживающих технику непрерывного действия проводить более квалифицированно техническое обслуживание и ремонт техники непрерывного действия в установленные сроки и с меньшими экономическими затратами.

Достоверность научных положений и выводов подтверждается значительным объемом статистической информации, теоретических исследований, а также материалами экспериментальных исследований проведенных на разрезе «Березовский-1» (Красноярского филиала СУЭКа).

Апробация работы.

Основное содержание диссертационной работы докладывалась и обсуждалась на конференции с международным участием «Перспективные материалы, технологии, конструкции, экономика», Красноярск 2003-2004г.;

На Всероссийской конференции с международным участием «Новая техника и технологии», Красноярск-2004г.

На всероссийском семинаре по механике и процессам управления г. Ми-асс, 2004г.

На всероссийской научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых, г. Новосибирск, сентябрь 2003г.

Материалы диссертации докладывалась, и обсуждались на научных семинарах института горного дела в 2003-2004г.

Публикации.

По теме диссертационной работе опубликовано 11 печатных работ в технических журналах, в сборниках научных трудов и материалах научно-технических конференций, монография объемом 7.28 п. л.

Объем работы.

Диссертация состоит из введения, 4 разделов, заключения, списка литературы, приложения и содержит 154 страниц машинописного текста включая 54 рисунка, и 5 таблиц.

Основные результаты и выводы.

В диссертационной работе изложены и рассмотрены методы оценки технического состояния функциональных узлов роторного экскаватора ЭРП-5250 (основные конвейерные линии, приводы механизмов определяющие работу экскаватора, системы контроля изоляции основного электрооборудования).

1. Анализ структуры построения алгоритмов конвейерных линий разгрузочной консоли, нижней рамы и роторной стрелы показал, что наиболее эффективными методами построения схемы неисправностей является цепной метод построения с использованием шагового принципа реализации. Для использования шагового принципа определения неисправностей электрических цепей существующих механизмов используется имеющееся типовое оборудование для определения неисправностей в электрических цепях.

2. Обоснована структурная схема оценки технического состояния в схемах управления конвейерными линиями роторного экскаватора ЭРП-5250.

3. Доказано, что методы вибрационной диагностики определяют только грубые дефекты и предаварийное состояние узлов эксплуатационного оборудования.

4. Разработана подсистема электропривода основного электрооборудования, которая была предназначена для осуществления постоянного контроля за состоянием изоляции существующего высоковольтного оборудования (В.О.) при рабочем напряжении, на основании оценки и анализа полученных данных и формирования базы данных об изменении параметров состояния изоляции с последующей реализацией полученных данных электрооборудования экскаватора ЭРП-5250.

5. Анализ проведенных исследований показал, что разработанная подсистема позволяет осуществлять оценку технического состояния электрооборудования, как под напряжением, так и при снятом напряжении.

6. Подсистема обеспечивает получение информации о состоянии изоляции высоковольтного оборудования экскаватора как в целом так и его отдельных элементов. Разработанная подсистема обеспечивает простоту, удобство и безопасность при эксплуатации.

1. Перспектива поставок Канско-Ачинских углей и расширение использования их на электростанциях России. «Проблемы использования Канско-Ачинских углей на электростанциях». Материалы Всероссийской научно-практической конференции, Красноярск-2000, 19-20с.

2. Минеев А.В. и др. «Построение тренажеров для роторных экскаваторов». М.: Макс Пресс 2002, 191с.

3. Минеев А.В. и др. «Проектирование тренажеров для УТЦ по подготовке операторов мощной горной техники». Отчет о НИР «Разработать Учебно-методическое обеспечение обучения и тренинга машинистов роторных экскаваторов», Красноярск-1990, 194с.

4. Пархоменко П.П., Соголюнин Е.С. «Основы технической диагностики». М.: Энергия, 1981, 321с.

5. Мокаров Р.А. «Средства технической диагностики машин». М.: Машиностроение. 1981,223с.

6. Automation open Mines II Australion Pr. Engimering, October, 1979, 29-3le.

7. P. Lube Controller for excavators II World Mining Eguip. 1988 12№19 52c.

8. Ворончихин C.B., Котлубовский К.Г., Максимов. «Результаты испытания экспериментального образца опаратуры контроля и учета работы драглайна». Гос. проекта, конструкт. НИИ по отв. угольной промышленности, М.: 1988, 8с.

9. Афонасьее Ю.А «Разработать и изготовить систему диагностирования основных узлов экскаватора ЭРП-5250 на основе использования встроенных и мобильных средств диагностики и бортовой ЭВМ».: Отчет/КАТЭК НИИ уголь; Красноярск, 1990, 315с.

10. Vibrodiagnosticka mereni provadena na technologickyeh celecich pre pafrochove dobyvani hnedeho uhli Helelyant Frantisek.

11. Schilling SI. Nutren und Aufwand Varbeugender Wart und ber Wabr-lagem Plonbaztr Weehsel. Fnee anz - 1988 82c.

12. Май В.Я., Май И.Н., Агопович A.A. «Вибродиагностика подшипниковых узлов вентиляторов горного проветривания». Уголь Украина, 1998 №5

13. Напсе G.T. Tredicting the failure ofeiectrik motors Jnf circ. Bur Mines US Dep INTER- 1989, l-15c.

14. Боцежев Ю.Г., Утегулов Б.Б. и др. «Логическое управление микропроцессорной защиты от тока замыкания на землю в карьерных распределительных сетях 6кВ». Логич. упр. с использованием ЭВМ.: Тез. докладов 13 Всесоюзный семинар. Москва Симеиз 1990.

15. Самойловым И.С. и др. «Контроль заземляющего сопротивления контроля распределительных сетей». Горная электроника и автоматика. Киев 1989, №54 22-25с.

16. Шуцкий В.И. и др. «Определение параметров изоляции кабельной сети напряжением свыше 1000В. Разработка, эксплуатация и ремонт шахт, кабелей». — Киев, 1989.

17. Голубее В.А. и др. «Опыт внедрения приборов контроля изоляции на экскаваторах». Пром. экономика №8 1991.

18. Владимиров В.М., Трофимов В.Н. «Повышение производительности карьерных многоковшовых экскаваторов». М.: Недра, 1980.

19. Подерни Р.Ю. «Горные машины и комплексы для открытых горных работ». М.: Недра, 1985, 544с.

20. Минеев A.B., Зимаков Е.А. «Некоторые вопросы использования роторных экскаваторов большой единичной мощности в условиях непрерывного производства». Вестник НИИ СУВПТ, Красноярск-2004, 120-122с.

21. Солод В.И., Зойков В.И., Первое K.M. «Горные машины и автоматизированные комплексы». М.: Недра, 1982, 214с.

22. Шилов П.М. «Технология производства и ремонт горных машин». Киев, Высшая школа, 1986, 398с.

23. Минеев A.B., Зимаков Е.А. «Задачи автоматического управления роторными экскаваторами и вопросы диагностики, возникающие при его эксплуатации». «Вестник университетского комплекса», Красноярск-2004, 123-125с.

24. Минеев A.B., Зимаков Е.А. «Некоторые особенности диагностики роторных экскаваторов большой единичной мощности». Материалы Всероссийской конференции с международным участием «Перспективные материалы, технологии, конструкции, экономика». Красноярск-2004.

25. Минеее A.B., Зимаков Е.А. «Проблемные задачи диагностики роторных экскаваторов большой единичной мощности». Материалы Второй международной конференции «Современные технологии освоения минеральных ресурсов». Красноярск-2004, 319-323с.

26. Минеее A.B., Зимаков Е.А. «Некоторые особенности поиска неисправностей роторного экскаватора ЭРП-5250». «Вестник университетского комплекса», Красноярск-2004.

27. Минеее A.B., Зимаков Е.А. «Разработка алгоритма поиска неисправностей в кабине машиниста хода роторного экскаватора ЭРП-5250». «Вестник университетского комплекса», Красноярск-2004.

28. Минеее A.B., Зимаков Е.А. «Проблема диагностики комплексов непрерывного действия большой единичной мощности». «Горные машины и автоматика». М.: 2004, №9 с.

29. Минеее A.B., Зимаков Е.А. «Общая структурная схема построения технического диагностирования горнодобывающей техники большой единичной мощности» Всероссийский семинар по механике и процессам управления, г Минасс, 2004.

30. Минеее A.B., Маркевич Ю.В. Зимаков Е.А. «Особенности системы контролю и диагностики роторных экскаваторов» Вестник университетского комплекса, выпуск №3, Красноярск, 2005, стр. 218-220с.

31. Коллакот Р. «Диагностика поверхностей». Пер. с англ. под ред. Бобоевского П.Т. -М.: МиР, 1989, 512с.

32. Махутое A.A. «Деформационные критерии разрушения и расчет элементов конструкции на прочность». М.: Машиностроение, 1981, 272с.

33. Москеичев В.В. «Основы конструкционной прочности технических систем и инженерных сооружений». Новосибирск, «Наука», 2002, 107с.

34. Костенко A.A. «Прогнозирование надежности транспортных машин». М.: Машиностроение, 1989, 240с.

35. Ничаев В.А., Махутое A.A., Гусенком A.A. «Расчеты деталей машин и конструкций на прочность и долговечность». М.: Машиностроение, 1985,224с.

36. Бухгольц В.Д., Снагин В.Т. «Автоматическое управление роторными экскаваторами». М.: Недра, 1986, 141с.

37. Бухгольц В.Д. «Датчики и реле автоматического контроля в горной промышленности». М.: Недра, 1971.

38. Ржвский В.В. Бухголъц В.Д. «Бесконтактный способ контроля рабочих органов горных машин на открытых разработках». Из. Вузов. «Горный журнал», 1978, №10, 124-131с.

39. Прядко H.A., Кравченко Я.С. «Задачи автоматизации роторных экскаваторов». «Механизация и автоматизация производства», 1975, №8, 22-27с.

40. Крылов Э.С. Боголюбов М.В. «Техническая диагностика состояния горного оборудования» М.: УНИЭИ уголь, 1976.51.«Справочник энергетика карьеров». М.: Недра, 1973.

41. Мельников Н.В. «Краткий справочник по открытым работам». М.: Недра, 1973.

42. Дмитриев Ю.И. «Самодиагностика систем из единственных блоков». Вопросы теории и построения вычислительных систем (Вып. 73) Новосибирск ИМ СОАНСССР, 1971, 107-121с.

43. Кох А.И. «Ремонт экскаваторов». М.: Недра, 1979.

44. Ъ1.Горовей А.И. «Ремонт роторных экскаваторов и комплексов». М.: Недра, 1978.

45. Солод Г.И. Русихин В.И. Литвиков Г.И. «Техническая диагностика горных машин». М.: УНИИ цветмет экономика и информация, 1980.

46. Солод Г.И., Шопова К.И., Русихин В.И. «Повышение долговечности горных машин». М.: Недра, 1976.

47. Glover F. TabuSearchA Tutorial interfaces, 1990, voe 20, 14 Pp 131.

48. Frick A. «Evolution programs and object orientation. Evolutionary computation and its applications». Moscow: Presidium of the PAS, 1996 Pp 99-109.

49. Голубее В.A., Садовников E.M., Александров M.M. «Опыт внедрения прибора контроля изоляции на экскаваторах». Промышленная экономика №8, 1991.

50. Колашников Ю.Т., Торнов А.О., Остригов В.Н. «Системы электропривода и электрооборудование роторных экскаваторов». М.: Энер-гоатомиздат, 1988г.

51. Войда Д. И. «Исследование повреждения изоляции». М.: Энергия, 1973 г.

52. Локлшн М.В., Сей Г1.М. «Измерение диэлектрических потерь высоковольтной изоляции». М.: Энергия, 1973 г.

53. Щадое М.И., Владимиров В.М. «Справочник механика открытых горных работ. Экскаваторные машины непрерывного действия». —' М.: Недра, 1989г.

54. Вибрация в технике: Справочник: в 6т. /Иод ред. Совета гл. ред. Че-ломейВ.М./- М.: 1977г.

55. Сей П.М. «Измерение частотных разрядов и изоляции оборудования высокого напряжения энергосистем». М.: Энергия, 1977г.7{.Захаров О.Т. «Испытание электромеханических изделий». М.: Высшая школа, 1987г.

56. Глухоманюк Г.Г. «Роль высокочастотной области спектра вибрационного сигнала в вибродиагностики механизмов». Журнал контроль., Диагностика 2. 2001г.

57. Борисов A.B., Боркова H.A., Азовцев А.Ю. «Мониторинг и диагностика роторных машин по вибрации. Рекомендации для пользователей систем мониторинга АО Bectu Intellech Enterprises», Inc. C-Петербург, 1997г.

58. Минуглепром СССР. Академия наук СССР. Институт горного дела им. A.A. Сногинского. «Критерии предельных состояний элементовмеханической и гидравлической систем карьерного оборудования». I редакция. Москва 1987г.

59. Солод С.В., Гольдбухт Е.Е., Френель В.Ш., Бубновский Б.И. «Техническое обслуживание и устранение неисправностей оборудования одноковшовых экскаваторов. Справочник в двух книгах». Книга 2, «Электрическое оборудование». Москва. «Недра», 1996г.

60. Казаров С.А., Пресное ЮМ. «Разработка и внедрение новых средств технической диагностики на электростанциях АО Ленэнерго». Электрические станции, 1996г. №3, С. 6-15.

61. Медведев В.Т., Титюхин Н.Ф. «Вибрация технических машин». Итоги науки и техники. Серия Эл. Машины и тр-ра. ВИНИТИ, 1990, №4 с. 3-145.

62. Морозов В. Т. «Комплекс для измерения, анализа и диагностики вибрационного состояния оборудования». Сборник докладов конференции специалистов электроэнергии. Москва.

63. Поляков В.И. «Диагностика технического состояния обмотки статора мощного генератора с использованием штатных средств технического контроля». Электротехника, 1994г. №2 с. 17-19

64. Ширнин М.Я., Гринбоум.И.Н., Гуревич Э.И. и др. «Система теплового и электрического контроля и диагностики турбогенераторов. Без доклада семинара. Разработка и внедрение новых методов контроля состояния турбо и гидрогенераторов». СПб.: 1996г. с. 42-46.

65. Горынский Е.А., Ничаев В.В., Пресное Ю.Л. «Автоматизированная система технического контроля и диагностики электрогенераторов». «Электрические станции», 2000, №6 с. 53-57.

66. Стандарт ИСО 1940 73. «Точность балансировки вращающихся жестких тел».

67. Стандарт ИСО 10 816-1-95 «Вибрация механическая. Оценка вибрации по измерениям на не вращающихся частей».

68. Стандарт ИСО 10 816-3-99. «Вибрация. Контроль состояния машин по результатам измерения вибрации на не вращающихся частей».

69. Стандарт ИСО 7919-1-99. «Вибрация. Контроль состояния машин на вращающихся валах. Общие требования».

70. ГОСТ 22.011-76. «Система классов точности балансировки».

71. ГОСТ 24 346-80. «Вибрация. Термины и определения».

72. ГОСТ 26.656-85. «Техническая диагностика. Контролепригодность. Общие требования».

73. ГОСТ 24 347-80. «Вибрация. Обозначения и единицы величин».

74. ГОСТ 27 518-87. «Диагностирование изделий. Общие требования».

75. ГОСТ 20 911-89. «Техническая диагностика. Термины и определения».135