автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.06, диссертация на тему:Обоснование и выбор рациональных параметров эксплуатации экскаваторов цикличного действия

На правах рукописи

КРАСНИКОВА ТАТЬЯНА ИВАНОВНА

ОБОСНОВАНИЕ И ВЫБОР РАЦИОНАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ ЭКСПЛУАТАЦИИ ЭКСКАВАТОРОВ ЦИКЛИЧНОГО ДЕЙСТВИЯ

005015952 о мт «г">

о Мм!-1 ¿и ¡2

Специальность 05.05.06 - «Горные машины»

Специальность 05.02.22 - «Организация производства» (горная промышленность)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Екатеринбург - 2012

005015952

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Уральский государственный горный уш. верситет» и ОАО «Научно-технический центр угольной промышленности по открытым горным разработкам - Научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт по добыче полезных ископаемых открытым способом (ОАО «НТЦ-НИИОГР»)

Научные руководители: доктор технических наук, профессор Сайтов Виль Ирхужеевич доктор технических наук Андреева Людмила Ивановна

Официальные оппоненты: Кольга Анатолий Дмитриевич, доктор технических наук, доцент.

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

Защита диссертации состоится «24» мая 2012 г. в 13.00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.280.03 при ФГБОУ ВПО «Уральский государственный горный университет» в зале заседаний Ученого совета по адресу:

620144, г. Екатеринбург, ГСП, ул. Куйбышева, 30.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке ФГБОУ ВПО «Уральский государственный горный университет».

Автореферат разослан «21» апреля 2012 г.

Ученый секретарь

ФГБОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г. И. Носова», заведующий кафедрой «Горные машины и транспортно-технологические комплексы»;

Гончаренко Сергей Николаевич,

доктор технических наук, профессор. ФГБОУ ВПО «Московский государственный горный университет», профессор кафедры «Автоматизированные системы управления»

диссертационного совета

доктор технических наук, профессор

М.Л. Хазин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Несмотря на значительные финансовые вложения в поддержание и обновление экскаваторного парка, на горнодобывающих предприятиях существуют потери времени, связанные с непроизводительной работой. Установлено, что существующая система эксплуатации экскаваторов цикличного действия характеризуется тем, что из 8760 ч годового календарного фонда времени непроизводительное время работы составляет 30-46%, при этом на 1 ч производительной работы экскаваторов приходится 1,5-2,0 ч простоев в ремонте. Одной из главных причин этого является существенное отклонение условий эксплуатации, в частности качества подготовки забоя и рабочей площадки (продольно-поперечный наклон >3°, наличие негабаритов в забое 18-45%, просадка грунта рабочей площадки более 500 мм), от рациональных параметров. Указанное несоответствие вызывает усиленный рост нагруженности на узлы и агрегаты экскаватора, что приводит к возрастанию количества отказов и объемов затрат на ремонт. Стоимость ремонтов экскаватора за период эксплуатации 15-20 лет превышает затраты на изготовление в 8-10 раз при ежегодном росте удельных затрат на 5-10%.

Объективный анализ эффективности эксплуатации экскаваторов осложняется влиянием различного рода факторов: организационных, технических, технологических. В связи с этим разработка и реализация методики обоснования и выбора рациональных параметров эксплуатации экскаваторов цикличного действия представляет собой актуальную научно-практическую задачу. Решение этой задачи является одним из необходимых условий обеспечения устойчивого повышения эффективности эксплуатации экскаваторов цикличного действия на горнодобывающем предприятии.

Объект исследований - экскаваторы цикличного действия, эксплуатируемые на горнодобывающих предприятиях.

Предмет исследования — влияние условий эксплуатации на нагруженность узлов рабочего оборудования и эффективность эксплуатации экскаваторов.

Цель работы — повышение эффективности эксплуатации экскаваторов на основе применения разработанной методики обоснования и выбора рациональных параметров эксплуатации в зависимости от нагруженности узлов рабочего оборудования.

Идея работы состоит в обеспечении соответствия технического состояния экскаваторов эксплуатационным нагрузкам, что позволяет повышать надежность работы и эффективность их эксплуатации.

Основные задачи исследования:

1. Осуществить анализ факторов, оказывающих влияние на техническое состояние экскаватора.

2. Установить взаимосвязь технического состояния с эксплуатационной нагрузкой и производительностью экскаваторов.

3. Обосновать показатели эффективности эксплуатации экскаваторов: надь. ность техники, интенсивность использования, экономичность ремонтной обслуживания и эффективность использования ресурсов, вовлекаемых I процесс ремонта.

4. Исследовать взаимосвязь качества подготовки забоя, технического состоя ния экскаваторов и затрат на ремонтное обслуживание.

5. Разработать алгоритм выбора рациональных параметров эксплуатации экскаваторов цикличного действия.

Научные положения, выносимые на защиту:

1. Наряду с техническим состоянием экскаватора существенным фактором оказывающим влияние на эффективность эксплуатации экскаватора, является соответствие его технического состояния испытываемым эксплуатационным нагрузкам.

2. Эффективность эксплуатации экскаваторов целесообразно оценивать пс критериям: надежность техники, интенсивность использования и экономичность обслуживания, что позволяет обоснованно распределять ресурсы I ремонтном производстве и планировать рациональное ремонтное обслуживание.

3. Выбор рациональных параметров эксплуатации экскаваторов целесообразнс осуществлять на основе установленной зависимости количества отказо! элементов рабочего оборудования и объемов затрат на ремонтное обслуживание от гранулометрического состава горной массы в забое.

Научная новизна:

• обоснованы критерии эффективности эксплуатации экскаваторов: надежность техники, интенсивность использования и экономичность обслуживания, - что позволяет рационально планировать ремонтное обслуживание \ распределять ресурсы в ремонтном производстве;

• разработан методический подход к оценке эффективности эксплуатации экскаваторов цикличного действия;

• установлена зависимость влияния гранулометрического состава горной массы в забое на количество отказов элементов рабочего оборудования экскаватора и затраты на ремонт;

• разработан алгоритм выбора рациональных параметров эксплуатации экскаватора в зависимости от нагруженности узлов рабочего оборудования.

Методы исследования. В работе использован комплекс методов: хрономет-ражные наблюдения, производственный эксперимент, аналитические расчеты, статистический анализ, экономико-математическое моделирование.

Научная и практическая значимость результатов исследования. Установлена зависимость, показывающая влияние гранулометрического состава горной массы в забое на количество отказов элементов рабочего оборудования и объем

,атрат на ремонт, разработана матрица соответствия технического состояния экскаватора состоянию забоя и рабочей площадки; выводы, содержащиеся в работе, расширяют научные представления о методах повышения эффективности эксплуатации экскаваторов цикличного действия.

Практическая значимость работы состоит в разработке методики расчета эффективности эксплуатации экскаваторов, алгоритма выбора рациональных параметров эксплуатации экскаваторов цикличного действия, применение которых позволит обоснованно планировать ремонтное обслуживание и распределять ресурсы в ремонтном производстве.

Достоверность и обоснованность научных положений, выводов и результатов подтверждаются корректным использованием положений теории вероятности и математической статистики; результатами анализа деятельности горнодобывающих предприятий за 2007-2011 гг.; достаточным объемом экспериментальных данных, удовлетворительной сходимостью результатов теоретических и экспериментальных исследований, относительное расхождение которых не превышает 15%.

Личный вклад автора состоит в организации и проведении экспериментальных исследований по оценке состояния забоя, анализе результатов, разработке методического подхода к оценке эффективности эксплуатации экскаваторов цикличного действия, разработке алгоритма выбора рациональных параметров эксплуатации экскаваторов цикличного действия.

Реализация результатов работы. Основные научные положения и рекомендации диссертации использованы при проведении организационно-технического аудита ремонтного производства АК «AJIPOCA» (ЗАО) (Республика Саха (Якутия), АО «ЕЭК» и АО «ССГПО» (Республика Казахстан), акт реализации от 28 июня 2011г по Договору №01/07-1144/10/Зюр.

Апробация работы. Результаты и основные положения работы докладывались на международном симпозиуме «Неделя горняка» (г. Москва, 2011 г.), V международной научно-практической конференции «Рудник будущего: проекты, технологии, оборудование» (г. Пермь, 2010 г.), VIII Международной научно-технической конференции «Чтения памяти В.Р. Кубачека» (г. Екатеринбург, 2010 г.), Международной научно-практической конференции «Открытые горные работы в XXI веке (г. Красноярск, 2011 г.), семинарах и международных конференциях МГТУ им. Носова (г. Магнитогорск, 2007), УГГУ (г. Екатеринбург, 2010 г.), на научных семинарах и конференциях НТЦ-НИИОГР (г.Челябинск, 2008-2011 гг.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 печатных работ, в том числе в 5 из Перечня ведущих рецензируемых научных журналов и изданий.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы из 103 наименований. Работа изложена на 130 страницах машинописного текста, в том числе содержит 54 рисунка и 33 таблицы.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Научная база организации производства на горнодобывающих предприятия) разработана в трудах A.C. Астахова, В.И. Ганицкого, Н.Я. Лобанова, A.A. Петро сова, М.А. Ревазова, С.С. Резниченко, В.В. Ржевского и др. Новые подходы в ме 1 тодологии решения задач, связанных с повышением эффективности работы угле добывающих предприятий, представлены в работах В.А. Галкина, Г.И. Козового В.И. Кузнецова, A.M. Макарова, В.А. Пикалова и др. i

Научные положения и практические рекомендации по обслуживанию и ремон ту горнотранспортного оборудования (ГТО) изложены в трудах Л.И. Андреевой Г.А. Боярских, Н.Г. Домбровского, Л.И. Кантовича, П.И. Коха, A.A. Кулешова В.И. Морозова, Р.Ю. Подэрни, М.Г. Потапова, В.И. Русихина, В.И. Саитова, Г.И Солода и др.

Существующая научно-методическая база, а также накопленный опыт совер шенствования производственной и технической систем горнодобывающих пред приятий являются основой для решения научно-практических задач повышенш эффективности эксплуатации горных машин, в частности, обоснования и Выборг рациональных параметров эксплуатации экскаваторов цикличного действия.

Анализ практики эксплуатации экскаваторов цикличного действия на горнодобывающих предприятий показал, что существуют потери времени, связанные с непроизводительной работой техники. Так, из 8760 ч календарного фонда времена непроизводительное время составляет 30-46% (табл. 1), при этом на 1 ч полезной работы экскаватора приходится 1,5-2,0 ч простоев в ремонте.

Таблица 1

Структура годового календарного фонда времени эксплуатации и ремонта экскаваторов на карьере «Сарбайский»,ч

Время работы экскаватора

Технологически необходимые простои

Неплаиируемые простои (потери временя)

Время ремонта

| Й в «О Ч П.

£ .-в = S т

* >■ s

s s |

i S §

ill V О (U

е. X н

С

i

614 145

Ii i

Технологически необходимые простои Нефункциональное время Штерн времени

3553 1453 1914 183 885 384 181

Функциональное (производительное время в эксплуатации и ремонте) Нефункциональное (непроизводительное время в эксплуатации и ремонте) §1||:1 Потери времени

Следствием этого является то, что фактическая производительность экскаваторов цикличного действия остается ниже их технических возможностей в 1,7-3,3 раза (рис. 1).

Объем ДООЬРШ, мчи. м5

160 140 120 100 80 60 40 20 0

0,1

0,4 0,8 ОД

0,3

0,8 ж

, -АЬЬ. -

3 4

0,3 0,8

18 19 20 22 26

Ш Факпотеоа к объемы

ШРасчетные (возможные) объемы

27 2? 28 29 Срок службы, лет

Рис. 1. Расчетные (возможные) и фактические объемы добычи горной массы за срок службы экскаваторов карьера «Сарбайский» (АО «ССГПО»)

В рамках исследования на предприятиях АК «АЛРОСА» (2007 г.) и АО «ЕЭК» (г. Экибастуз, 2009 г.) было проведено анкетирование ключевого персонала ремонтной службы (94 чел.) с целью выявления факторов, влияющих на эксплуатационные показатели экскаваторов цикличного действия. Установлено, что основными факторами являются износ горного оборудования и срок службы выше рекомендуемого заводом - изготовителем.

Вместе с тем на ряде горнодобывающих предприятий Сибири («ОАО «СУЭК») идет процесс изменения представлений персонала о факторах, оказывающих существенное влияние на эффективность производства, в том числе эксплуатационные показатели горных машин. Эффективность эксплуатации горной техники определяется действием целого комплекса факторов, среди которых значительную долю занимают организационные: низкое качество подготовки горной массы, неправильная эксплуатация оборудования, несвоевременное проведение и неудовлетворительное качество ремонтов, несоблюдение технологии ремонта. Эти факторы являются наиболее значимыми, влияющими на эксплуатационные показатели и, соответственно, на количество отказов экскаваторов.

Группировка причин аварийных остановок экскаваторов показала, что основными причинами отказов являются неэффективная организация производственных процессов и низкая ответственность операционного персонала (рис. 2). Организация -

52% ---

Условия I ____Персонз.!1-

(ГГУ, климат) 43» ;>

1%

Технология 1° о

Рис. 2. Структура распределения причин аварийных остановок экскаваторов но элементам производственной системы

Исследованием установлено, что существует определенная рассогласованность во взаимодействии ремонтного и эксплуатационного персонала, результатом которой является отсутствие у ремонтного персонала экономического интереса в ка-

явственном выполнении работ. Анализ оперативной информации, предоставле.; ной разрезом «Восточный» АО «ЕЭК», показал, что средняя заработная плата эксплуатационного персонала выше в 1,3-1,4 раза, чем ремонтного персонала.

Уровень фактической реализации технологических возможностей экскаваторов целесообразно определять посредством установления взаимосвязи их наработки с удельной производительностью и сроком службы. Исследование этой взаимосвязи не позволило выявить связь между рассматриваемыми показателями, т.е. срок эксплуатации не определяет уровень фактической реализации технологических возможностей экскаваторов и не дает полного представления о его техническом состоянии.

По известной формуле расчета удельной эксплуатационной производительности экскаваторов, учитывающей заданную продолжительность технологических простоев, для экскаваторов ОАО УК «Кузбассразрезуголь» рассчитана годовая удельная эксплуатационная производительность, достижимая при надлежащей организации рабочих процессов:

£■3600-0,9 0,65-5000

Чэкс. ="

£■30-1,2

! 300 тыс. м3/м3.

Техническое состояние экскаваторов во многом определяется состоянием (исправным или неисправным) базовых узлов и деталей его. Неисправность базовых узлов и деталей предложено оценивать коэффициентом неисправности — Кп:

(100-к )(100-к1Ш)(100-кмх)

К„ = 100-

(1)

где

10000

- коэффициент неисправности рабочего оборудования, %;

к^ - коэффициент неисправности основных механизмов на поворотной платформе, %;

- коэффициент неисправности механизма хода, %.

Диагональ матрицы (рис. 3) отражает величину удельной рациональной производительности для каждого значения коэффициента неисправности экскаватора.

Марки экскаваторов:

Удмь ни re.w кя я П]1 «)П в nil гт<*ль т сгь. так. t, Ам*

Хтс Уте Нгс

300 Вп

Си

150

Нп

о

4 ♦ ♦ |

♦ t ... * ♦

♦ 4 Дюш р адеоагшеей ГЗЩОЕСЙ ярвлзщзктешжста

ЭКГ-6.3УС; ЭКГ-8И: ЭКГ-12,5

20

40

«0 S0 100

Значено* иштрякнопи,«»

Рис. 3. Матрица распределения экскаваторов по коэффициенту неисправности и удельной производительности

ЭКГ-8УС; ЭКГ-10;

Hitachi EX-3600; Hitachi ЕХ-5500; RH-170.

Нтс - неудовлетворительное техническое состояние, уровень неисправности 50-100%; Уте - удовлетворительное техническое состояние, уровень неисправности 20-50%; Хтс - хорошее техническое состояние, уровень неисправности 0-20%; Нп - низкая удельная производительность; Сп — средняя удельная производительность; Вп - высокая удельная производительность.

Расположение экскаваторов ниже линии рациональной производительности свидетельствует об их недозагруженности объемом работ, выше линии рациональной производительности - о том, что они работают при повышенных эксплуатационных нагрузках с высокой интенсивностью, что увеличивает риск возникновения внезапных отказов. Для машин с различным техническим состоянием риск и тяжесть последствий отказов будут так же различными. Расположение экскаваторов вблизи линии рациональной производительности свидетельствует о результативности принятой на предприятии стратегии поддержания эффективного режима эксплуатации.

Степень соответствия удельной эксплуатационной производительности техническому состоянию экскаваторов предложено определять с помощью коэффициента соответствия кс:

. _ . Я рац. Я факт.

с~ а ' (2)

Ч рац.

гДе ЧРаЧ. - рациональная удельная производительность, тыс. м3/м3;

Уфа™. ~ фактическая удельная производительность, тыс. м3/м3.

Для экскаваторов, имеющих сопоставимый уровень технического состояния, характерно следующее распределение в координатах «коэффициент соответствия - эффективность эксплуатации» (рис. 4).

Эффгк-пшносте.»^!.^. ♦ Неудовлетворительное

техническс« состояние, уровень неисправн ости 50-1 (ХУЛ

я Удовлетворительное техническое состояние, уровень неисправнсс™ 20-5СРЛ

i Хорошее техническое состояли е, ур сеень t Q -» 5 неисправности 0-20Va

Коэффшдкнт соотвстспгаа

Рис. 4. Зависимость эффективности эксплуатации экскаваторов от степени соответствия технического состояния рациональной удельной производительности

Степень соответствия удельной эксплуатационной производительности техническому состоянию экскаваторов оказывает определяющее влияние на эффективность эксплуатации. Высокая эффективность эксплуатации при хорошем техническом состоянии экскаваторов может быть достигнута без превышения нагружен-ности на узлы и агрегаты экскаватора. При неудовлетворительном техническом состоянии влияние степени его соответствия рациональной эксплуатационной производительности на эффективность эксплуатации значительно снижается.

На горнодобывающих предприятиях существуют различные системы ремонтного обслуживания горной техники: по календарному времени, наработке, - кото-

рые недостаточно учитывают интенсивность использования горных машин и об. рудования.

Для комплексной оценки эффективности эксплуатации экскаваторов цикличного действия в работе предложены следующие критерии: надежность техники (длительность и частота простоев), интенсивность использования (число циклов экскавации, обеспечивающих нормативную часовую производительность) и экономичность обслуживания (затраты на ремонт).

Эффективность эксплуатации определяется по формуле:

= (3)

■3 рем.

гДе £?« ~~ объем отгружаемой горной массы за месяц, тыс. м3; п - количество месяцев работы; Зрем_ - затраты на ремонтное обслуживание, тыс. руб.

Надежность техники определяется по формуле:

Я = 1

где Крем. — коэффициент, учитывающий время нахождения техники в ремонте; Кот,. - коэффициент количества отказов техники. Коэффициент нахождения техники в ремонте определяется по формуле:

(5)

К. рем.

,. + Г„

где Тр,м. — время нахождения техники в ремонте, ч; 7\,,,„„,„. - время производительное, ч. Коэффициент количества отказов техники составляет 0,95; 0,90; 0,85 при числе отказов <18; 2-25; >40 соответственно.

Интенсивность использования экскаваторов определяется по формуле:

И = (6)

N.

где Мф - фактическое число циклов экскавации за месяц;

N. -число циклов экскавации за месяц для обеспечения нормативной месячной производительности. На основе анализа показателей эксплуатации были получены корреляционные зависимости эффективности эксплуатации экскаваторов от надежности техники, интенсивности использования и экономичности ее обслуживания (рис. 5).

а)

Эффогптность. м3 ¡>у».

2.5

2.0 1,5 1,0

0,5

\ \ О.ОбОе»58* У = 0.49 •>1

4— I ♦ ♦ /

♦ ♦ # ......* «Г

**

б)

Эффиштность.мЛрув.

2.5

0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1.0 Надежность

в)

Эффективность. >гч

3.5 3,0 1 ^

2,0 1.5 1,0 0,5

0,5

\ ..................1«:............................

ГУ" 1,284х+ 0,071- ................... ♦

К- = 0,48 .......»................. ..................|

! 1 ,

| ! Л^рИ^Р8 * * * 9 **

..................«

5 10 15 20

Затраты на текущий ремонт, млн. руб.

Рис. 5. Зависимость эффективности эксплуатации экскаваторов от:

а) надежности;

б) экономичности обслуживания;

в) интенсивности использования (30 единиц за 12 мес.)

1,5

2 2,5

Интенсивность

При стремлении максимально увеличить надежность техники непропорционально возрастают затраты на ее обслуживание, в связи с чем снижается эффективность эксплуатации. Попытка добиться повышения эффективности за счет минимизации затрат на ремонтное обслуживание приводит к увеличению числа отказов из-за некачественного (в неполном объеме) ремонта. Увеличение интенсивности использования экскаваторов сопровождается ростом эффективности, но в дальнейшем этот рост замедляется, что объясняется значительным возрастанием затрат на поддержание техники в работоспособном состоянии.

В результате расчета по предложенным критериям экскаваторы распределились по областям эффективности. Неэффективная область эксплуатации экскаваторов характеризуется низкой производительностью (до 230 тыс. м3/м3), высокой частотой аварийных простоев (более 500 ч в год), наличием потерь времени в эксплуатации и ремонте (до 30% от КФВ), а также неприемлемыми затратами на текущие ремонты (в 4,5-5,0 раз выше, чем в эффективной области).

Для обоснованного распределения ресурсов при ремонте экскаваторов цикличного действия, приняты коэффициенты:

Кинф.

Кмах. ~

где писп — количество использованной информации; "общ. ~ количество общей информации.

где 1°р — производительное время работы станков и оборудования;

СбЩ ~ общее время работы станков и оборудования. гДе 1жх ~ время работы со средствами механизации;

'общ ~~ общее время выполнения ремонтных работ, где 1"р — производительное время работы персонала; — общее время работы персонала.

(7)

(8) (9)

На основании принятых коэффициентов произведена оценка качества ресурсно: обеспечения процесса ремонта экскаватора ЭКГ-10 (рис. 6).

Ремонтная служба карьера

Производственная эксплуатация

Сборка агрегатов и узлов

Подготовка ремонтной площадки и жскзватора к ремонту

[I

КМгтроль параметров деталей

Демонтаж экскаватора

0^0

Восстановление 0.80 деталей

Разборка о.п5 агрегатов и узлов £¡¿1

И

Сборка агрегатов и учлов

I■ Шич

1 Парапет }хж

Клшроль

четалеП

К

Восстановление деталей

I 1>мз|

Разборка агрегатов н узлов

0

Восстановление 81ре1аюв и уион 8 сервисе

[л Ириеомошточные и ¡¡0

I 0,75

г

1л Монтаж экскаватор;! ",Я0

1 0.85

т

1л Пуск и регулирование экскаватора 0.70 11

| 0,71

- низкая;

0,5<КобЩ<0,8 - средняя;

Кобп^)8 - высокая.

Критерии:

Кинф — коэф-т информационного обеспечения; К°исп — коэф-т использования станков и оборудо . К иех — коэф-т механизации операций; ^исп. ~~ К0ЭФ"Т использования времени персонал« ^общ. ~ комплексный коэф-т ресурсного обеспеч

Рис. 6. Оценка ресурсного обеспечения процесса ремонта экскаватора ЭКГ-10 Анализ технологического процесса ремонта экскаватора ЭКГ-10 выявил, что отклонения от норматива ресурсного обеспечения ремонта наблюдаются во всей структуре процесса. Данный подход позволяет оценивать уровень обеспеченности ресурсами и обоснованно планировать ремонтное обслуживание. С учетом предложенных критериев разработана методика оценки эффективности эксплуатации экскаваторов цикличного действия, позволяющая обоснованно принимать управленческие решения относительно каждой единицы техники (рис. 7).

П рн пятне уп ра

Продолжать эксплуатации)

¡Привести ППР (ТО и Р)

Контролировать реялмы

II р ОН 111 ОД СТВ СИ II О I

и технической эксплуатации

Уточппть методы ремонтных воздействии

Снизить эксплуатации нагрузку

вести из эксплуатации

Прпмсплть оргапнзацпоппы е и технологические регламенты, технические условия па ремонт

Уточнить режимы производственны: пагрузок

Определение возможности вторичного использования

Изготовление запасных частей из б/у деталей

Рассчитать необх ресурсы для ре*

пить агрегатпо-I метода рем опта

Контролировать процесс и результаты ремонтных _в оздейств ий_

Оцепить остаточ ресурс

Определить целссообра сроки эксплуатаци!

Пополиспие обменного фонда качественными агрегатами

Подготовка металл

| Продолжать эксплуатацию |

Рис. 7. Блок-схема принятия управленческих решений

Неудовлетворительные условия эксплуатации экскаваторов с течением времени вызывают нарастающие изменения в узлах и агрегатах машин, что приводит к постепенному ухудшению параметров функционирования механизмов экскаватора и снижению эксплуатационных показателей.

Для одной и той же горной породы при различном качестве подготовки забоя основные параметры, характеризующие ее как сыпучую среду, будут также различны. И, наоборот, при одинаковом качестве подготовки забоя свойства горной породы можно считать идентичными.

С исполнительным органом машины - ковшом взаимодействует сравнительно небольшой объем породы , величина которого ограничена размерами ковша и толщиной снимаемого слоя (рис. 8). Усилие копания в каждом конкретном случае будет определяться свойствами породы, заключенной в этом объеме.

Рис. 8. Взаимодействие ковша экскаватора ЭКГ-10 с горной массой

Если порода в объеме Угр по грансоставу будет такой же, как и в основном забое, то параметры грунта в нем, будут такими же, как и во всем развале. В этом случае анализ, основанный на положениях статики сыпучих тел, будет достаточно верно отражать средние условия, характерные для данного забоя.

При выполнении неравенства Угр > объем Угр будет достаточно полно отражать все основные свойства данного забоя, и при этом условии для анализа процесса копания скальных пород экскаватором возможно применение положений статики сыпучих сред. Ут]п - минимальный объем породы, который полностью отражает гранулометрический состав горной массы разрабатываемого забоя.

При различных углах внутреннего трения для ковша 10 м3 V составляет

1,15м3, 1,29 м3, 1,48 м3 для углов трения 25 , 35°, 45° соответственно.

Поскольку в процессе извлечения породы угол внутреннего трения постоянно изменяется, то среду можно считать сыпучей на протяжении всего цикла черпания при условии выполнения неравенства V > Упт для минимального угла трения 25 , при этом с1ср < 0,259 м.

Таким образом, для анализа процесса копания скальных пород экскаватором с емкостью ковша 10 м3 возможно применение положений статики сыпучих сред, так как при с!ср < 0,259 м. объем Угр достаточно полно отражает все свойства горной массы данного забоя.

Для оценки влияния состояния забоя на эксплуатационные показатели и техническое состояние экскаваторов проведен производственный эксперимент по оп-

ределению параметров кусковатости взорванной горной массы с применением планиметрического метода определения количественного соотношения фракций разной крупности в отрабатываемом массиве (54 замера). На основе расчета параметров кусковатости определен процент выхода различных фракций для каждого забоя (табл. 2).

Таблица 2

Кусковатость горной массы в РУ «Сарбайское»

Карьер Марка экскаваторов Допустимый параметр средневзвешенного куска, мм Фракция, %

мелкая допустимая некондиционная

«Сарбайский» «Соколовский» ЭКГ-б.ЗУ 250-300 32 34 35

ЭКГ-6.3У 22 13 65

ЭКГ-8И 50 32 18

ЭКГ-8И 33 22 45

ЭКГ-8И 31 25 44

Разброс значений выхода некондиционной фракции (от 10 до 65%) характеризует состояние забоя как неудовлетворительное. На основе отраслевой регламентирующей документации на ремонт горных машин и визуально-инструментального обследования экскаваторов (67ед.) определены категории их состояния, характеристики забоев и рабочих площадок (табл. 3).

Таблица 3

Характеристика состояний экскаватора и забоя/рабочей площадки

Состояния экскаватора Состояние забоя/нлощалки

Хорошее Хорошее

• незначительное ослабление креплений узлов; • заваренные трещины, не выходящие за контур; • равномерный износ рабочего оборудования и ОПУ • отсутствие «негабаритов»; • кусковатость породы 150-300 мм; • время Рз и Рн = 0%; • продольно-поперечный наклон рабочей площадки <3°; ширина 60-70 м, 2 подъезда

Удовлетворительное Удовлетворительное

• допустимые износ и деформация узлов; • незначительная течь масла редукторов; • трещины металлоконструкций, не выходящие за контур; • следы прядей канатов на барабанах, уплощение канатов; • допустимый износ сопряжений • наличие «негабаритов»; • кусковатость породы 300-400 мм; • время Рз и Рн = 10%; • продольно-поперечный наклон рабочей площадки -3°; ширина 40-60 м

Н^ ш> Н(»Ч.В1Щ1„ * Нсу.ижлез пори I С.1Ы1П1'

• недопустимые износ и деформация узлов; • значительная течь масла редукторов; • отсутствие креплений элементов; • трещины металлоконструкций, выходящие за контур; • многочисленные трещины поворотной платформы; • недопустимый износ сопряжений • наличие «негабаритов»; • кусковатость породы >400 мм; • время Рз и Рн > 20%; • продольно-поперечный наклон рабочей площадки >3°; ширина с40 м (менее рекомендуемой); • наличие «козырька» в забое и ям на рабочей площадке

Р3, Рн - время разборки забоя и разрушения негабаритов, % от продолжительности смены

Система «экскаватор-забой/рабочая площадка» характеризуется множеством сочетаний состояния экскаватора и забоя, которые можно описать матрицей, представленной на рисунке 9.

8 2 в я 3 о з в ^ о \о я п ш 8 Я к 1 8 ■и ЇЗ -ч Л а о £ к « Л 1 1500 1. " 3,0 - »'00

Удовлетворительное 1500-2500 1уп= 0,7-1,0 1,= 1,6-2,9 Сгр = 2170

н и о и Хорошее Ц,>5()00 0,1-0,2 ¿,-0,3-0,5 С-гр = 720

Хорошее Удовлетворительное Неудовлетворительное

Состояние экскаватора

Ц - время производительной работы оборудования, маш.-ч;

Ц - удельная продолжительность обслуживания и ремонта, ч/маш.-ч;

Ъ - трудоемкость обслуживания и ремонта, чел.-ч/маш.-ч;

Ст? - удельная стоимость текущего ремонта, руб./маш.-ч.

Рис. 9. Матрица состояний системы «экскаватор-забой/рабочая площадка»

Хорошее состояние забоя и экскаватора характеризуется показателями: время производительной работы оборудования более 5000 маш.-ч; удельная продолжительность обслуживания и ремонта - 0,1-0,2 ч/маш.-ч; трудоемкость обслуживания и ремонта — 0,3-0,5 чел.-ч/маш.-ч; удельная стоимость текущего ремонта 720 руб/маш.-ч. Неудовлетворительное состояние забоя и экскаватора отличается от хорошего по времени производительной работы в 3,3 раза; по удельной продолжительности обслуживания и ремонта в 7,5 раз; по трудоемкости обслуживания и ремонта в 8 раз; по удельной стоимости ремонта в 5,5 раза. Использование предложенной матрицы позволяет оценивать состояние системы «экскаватор - забой/рабочая площадка» и намечать направления преобразований в организации и технологии процесса эксплуатации экскаваторов.

Надежность функционирования экскаватора в различных условиях эксплуатации зависит от надежности его агрегатов и узлов. Статистическая обработка исходных данных аварийных остановок экскаваторов (базовых машин ЭКГ-8И, ЭКГ-10 и их модификаций ЭКГ-6,ЗУС, ЭКГ-8УС) позволила определить долю отказов основных механизмов экскаваторов, эксплуатируемых в различных условиях, и суммарное время на устранение отказов (табл. 4).

Таблица 4

Распределение отказов основных механизмов экскаватора ЭКГ-10,%

Система, Количество Суммарное время

механизм отказов устранения отказа

Рабочее оборудование 37 17

Напорный механизм 25 30

Подъемный механизм 19 25

Поворотный механизм 10 16

Ходовой механизм 9 12

Наибольшее количество отказов приходится на рабочее оборудование (37%) и механизм напора (25%). Характерными отказами напорного механизма являются следующие: излом шпилек и износ вкладышей седлового подшипника, срезание болтов напорного полублока, излом зубьев шестерен напорного редуктора. Аварийные простои экскаватора ЭКГ-8И по причине отказов механизма напора составили 32,5% от общей продолжительности (166 из 510 ч за год), стоимость устранения составила 35,1% (198 из 564 тыс. руб.).

Анализ показателей состояния напорного механизма позволил получить представление о развитии процессов нагруженности узлов, возникающих при эксплуатации экскаваторов. В работе предложен косвенный показатель нагруженности -число отказов элементов напорного механизма экскаваторов, являющееся прямым следствием динамического нагружения механизма в процессе экскавации горной массы определенного гранулометрического состава.

Зависимость количества отказов и затрат на ремонт механизма напора экскаваторов ЭКГ-8И от выхода негабаритов представлена на рисунке 10.

Количество откатов, ед.

30

20 15 10 5 0

тыс. руб.ед. техн.

1800

у = «Ме»05»1 а

й.г= 0 "5

Г" < \

1 И--- 515^0,1)6«.* = 0 "0

К3

1500 1300 900 600 300 0

- Количество отказов элементов механизма напора единицы техники

- Стоимость текущих ремонтов напорного механизма за год на ед. техники

10

15

20

Выход негабарита, °/о

Рис. 10. Зависимость количества отказов и затрат на ремонтное обслуживание механизма напора экскаваторов ЭКГ-8И от выхода негабаритов

С использованием зависимости (рис. 10) становится возможным определять рациональные параметры эксплуатации экскаваторов, при которых обеспечивается снижение нагруженности узлов (количество отказов незначительное) и затрат на ремонтное обслуживание до приемлемого уровня.

На основе исследования условий эксплуатации экскаваторов, расчета показателей стоимости, удельной продолжительности и трудоемкости ремонтного обслуживания, а также времени производительной работы экскаваторов разработан алгоритм выбора рациональных параметров эксплуатации экскаваторов цикличного действия (рис. 11).

Разработанный алгоритм является элементом научно-методического обеспечения и реализации Программы повышения эффективности ремонтной службы АО «ССГПО» (г. Рудный) в 2011-2012 гг.

Рис. 11. Алгоритм выбора рациональных параметров эксплуатации экскаваторов цикличного действия

Расчеты выполнены с использованием фактических показателей работы экскаваторов и результатов реализации мероприятий, существенно снижающих затраты ремонтной службы. Так, на основе расчета эффективности эксплуатации экскаваторов и разработки рекомендаций по их дальнейшему использованию из эксплуатации было выведено 17 из 132 ед., что позволило сократить годовые затраты на их содержание на 339 млн. руб. Формирование обменного фонда и применение аг-

регатно-узлового метода при ремонте экскаваторов на карьере «Канарский» (58 ед.) даст возможность снизить убытки на 1164 млн. руб. и добыть дополнительно 1753 тыс. т руды, а на карьере «Сарбайский» (26 ед.) сократить убытки на 198 млн. руб. и добыть дополнительно 900 тыс. т руды.

Заключение

В диссертационной работе на основе выполненного автором исследования влияния условий эксплуатации экскаваторов цикличного действия на их техническое состояние установлена зависимость количество отказов элементов рабочего оборудования и объемов затрат на ремонтное обслуживание от гранулометрического состава горной массы забоя, дано решение актуальной научно-технической задачи - обоснование и выбор рациональных параметров эксплуатации экскаваторов, обеспечивающих существенное повышение надежности и эффективности их эксплуатации.

Основные выводы, научные и практические результаты, полученные в работе, заключаются в следующем:

1. Выявлено, что в практике эксплуатации экскаваторов цикличного действия существуют значительные потери времени, связанные с непроизводительной работой. Так, из 8760 ч календарного фонда времени непроизводительное время составляет 30-46%, при этом на 1 ч производительной работы экскаваторов приходится 1,5-2,0 ч простоев в ремонте. Коэффициент использования технической производительности экскаваторов не превышает 0,18-0,25. Это означает, что производственная система предприятия формирует избыточные затраты на эксплуатацию и ремонт горных машин, что обусловило целесообразность исследования эффективности эксплуатации экскаваторов, основанного на комплексном подходе к процессу обеспечения их работоспособности.

2. Установлено, что при распределении причин аварийных остановок экскаваторов по элементам производственной системы: техника, технология, организация, персонал, - основными причинами отказов явились неэффективная организация процесса (52%) и низкая ответственность персонала (43%). Незначительную долю в структуре причин простоев занимают «техника» - 3% и «технология» - 2%. Одним из основных факторов, формирующих такое распределение, является рассогласованность взаимодействия ремонтного и эксплуатационного персонала. Снижение влияния негативных факторов на эксплуатационные показатели возможно при условии повышения культуры производства, улучшения отношения персонала к качеству выполнения функции на рабочем месте в процессе эксплуатации и ремонта горной техники.

3. Предложен методический подход к анализу эффективности эксплуатации экскаваторов, основанный на комплексной оценке результатов деятельности горнодобывающего предприятия. Суть подхода сводится к нахождению средних значений показателей, определению типа зависимости, тесноты связи между показателями и соответствующего распределения экскаваторов по областям эффективности. В качестве критериев предложены надежность техники, интенсивность использования и экономичность обслуживания.

4. Установлено, что эффективность функционирования системы технической эксплуатации определяется контролем параметров основных ресурсов, таких как информация, время работы ремонтного оборудования, наличие технологической оснастки, качество труда ремонтного персонала и финансовое обеспечение процессов ремонта. Высокая обеспеченность ресурсами процесса ремонта характеризуется - Кобщ = 0,8, средняя К„6щ < 0,8 и низкая К<Лц < 0,5. Низкая обеспеченность ресурсами не позволяет качественно выполнить ремонт любой сложности. Планирование и организацию процессов ремонта целесообразно производить с помощью сетевой модели, позволяющей охватить все этапы подготовки и проведения ремонта.

5. Установлено, что условия эксплуатации (состояние забоя/рабочей площадки) экскаваторов оказывают существенное влияние на эксплуатационные показатели. Так, уменьшение ширины рабочей площадки с 80 до 40 м и наличие некондиционных кусков (негабаритов) >10% снижают годовую производительность на 15-20%. Создание благоприятных условий эксплуатации позволит повысить среднюю производительность экскаватора на 20-25% при одновременном снижении удельных затрат на 10-15%. Основными причинами снижения эксплуатационной надежности экскаваторов являются следующие: напряжения в деталях, величина которых превышает допустимый уровень; относительно большие нагрузки от взаимодействия рабочего оборудования с плохо подготовленной горной массой; остаточные напряжения, возникающие при ремонте деталей и узлов. Основная доля отказов приходится на элементы рабочего оборудования (37%) и механизм напора (25%).

6. Доказано, что система «экскаватор-забой/рабочая площадка» имеет несколько состояний: хорошее состояние экскаватора и забоя характеризуется удельной продолжительностью обслуживания и ремонта 0,1-0,2 ч/маш.-ч, трудоемкостью обслуживания и ремонта 0,3-0,5 чел.-ч/маш.-ч, временем производительной работы экскаватора >5000 ч, удельной стоимостью ремонта 720 руб/маш.-ч. Неудовлетворительные состояние забоя и экскаватора отличается от хорошего по времени производительной работы в 3,3 раза; по удельной продолжительности обслуживания и ремонта в 7,5 раз; по трудоемкости обслуживания и ремонта в 8 раз; по удельной стоимости ремонта в 5,5 раза.

7. На основе установленной зависимости количества отказов и затрат на ремонтное обслуживание элементов рабочего оборудования экскаватора от выхода негабаритов, разработан алгоритм выбора рациональных параметров эксплуатации экскаваторов цикличного действия, применение которого способствует повышению эффективности использования ресурсов, вовлекаемых в производственный процесс, и экономически обоснованному планированию организационных, технических и технологических решений.

Результаты исследования использованы при разработке методики оценки эффективности использования энергооборудования АО «ЕЭК», методических рекомендаций по анализу риска эксплуатации оборудования ТЭС АО «ЕЭК», Программы повышения эффективности ремонтной службы АО «ССГПО» акт реализации от 28 июня 2011г по Договору №01/07-1144/10/Зюр.

Основные научные результаты диссертационной работы опубликованы в следующих изданиях: Статьи, опубликованные в ведущих рецензируемых научных журналах и изданиях, входящих в Перечень ВАК Минобрнауки России

1. Красникова Т.И. К вопросу формирования информационных потоков в системе управления ремонтным производством // Горное оборудование и электромеханика. - 2009. - №4. - С. 37-41.

2. Андреева Л.И., Лапаева O.A., Красникова Т.И. Рудник будущего: проекты, технологии, оборудование. // Горное оборудование и электромеханика. -2010. -№1.~ С. 2-14.

3. Андреева Л.И., Лапаева O.A., Красникова Т.И. Рудник будущего: проекты, технологии, оборудование. // Горное оборудование и электромеханика. -2010,- №2. -С. 39-52.

4. Красникова Т.И. Развитие компетенции руководителей и специалистов // Уголь-2011.-№2.-С. 60-61.

5. Сайтов В.И., Андреева Л.И., Красникова Т.И. Влияние грансостава забоя на количество отказов механизма напора экскаватора цикличного действия. // Современные проблемы науки и образования. — 2012. - №2 // (http://science-education.ru/102-5859).

Работы, опубликованные в других изданиях:

6. Красникова Т.И. К вопросу определения периодичности замены основного горнотранспортного оборудования карьера // Теория и практика управления в социально-экономических системах: материалы третьей научно-практической конференции факультета управления Челяб. Гос. Ун-т. - Челябинск: Энциклопедия, 2009. - С. 140-145.

7. Красникова Т.И. К вопросу формирования системы технического сервиса горной техники как объекта самостоятельного бизнеса // Материалы международной научно-техническая конференция «Проблемы открытой разра-

ботки месторождений полезных ископаемых (Хохряковские чтения)». - Екатеринбург: Изд. УГГУ, 2007. - С. 245-248.

8. Красникова Т.И. Методика развития информационной системы горнодобывающего предприятия // Технология ведения горных работ и производство техники для горнодобывающей промышленности: сборник трудов, выпуск 4. Под.ред. докт. техн. наук А.Н. Земскова. - Пермь: 2009.- С. 30-32.

9. Красникова Т.И. Стандартизация рабочих процессов как метод эффективного функционирования ремонтной службы горнодобывающего предприятия // Технология ведения горных работ и производство техники для горнодобывающей промышленности: сборник трудов, выпуск 5. Под.ред. докт. техн. наук А.Н. Земскова. - Пермь: 2009.- С. 194-197.

10. Красникова Т.И. Матричный подход для определения эффективности использования экскаваторного парка // Сб. трудов VIII международной научно-практической конференции «Технологическое оборудование горной и нефтегазовой промышленности. Чтения памяти В.Р. Кубачека». - Екатеринбург: Изд. УГГУ, 2010. - С. 374-380.

11. Андреева Л.И., Красникова Т.И. К вопросу об управлении риском эксплуатации оборудования промышленного предприятия: Научно-технический журнал, выпуск 2. Под. ред. докт. техн. наук А.Н. Земскова. -Пермь: 2010.-С. 81-86.

12. Андреева Л.И., Красникова Т.И. Управление риском эксплуатации оборудования промышленного предприятия // Вестник Уральского государственного университета путей сообщения: научно-технический журнал. Екатеринбург: Изд. УрГУПС, 2010. -№2(6) - С. 38-46.

Подписано в печать 19.04.2012. Формат 60x84 1/16. Печать оперативная. Печ. л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ 1010.

Отпечатано с оригинал-макета в мастерской «Верстак». 454080, Челябинск, ул. С. Кривой, 83, оф. 303.

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Уральский государственный горный университет» и ОАО «Научно-технический центр угольной промышленности по открытым горным разработкам - Научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт по добыче полезных ископаемых

открытым способом (ОАО «НТЦ-НИИОГР»).

КРАСНИКОВА ТАТЬЯНА ИВАНОВНА

ОБОСНОВАНИЕ И ВЫБОР РАЦИОНАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ ЭКСПЛУАТАЦИИ ЭКСКАВАТОРОВ ЦИКЛИЧНОГО ДЕЙСТВИЯ

Специальность 05.05.06 - «Горные машины»

Специальность 05.02.22 - «Организация производства» (горная промышленность)

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научные руководители -

доктор техн. наук, профессор. Сайтов В.И.

доктор техн. наук Андреева Л.И.

61 12-5/2979

Екатеринбург - 2012

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ............................................................................................................3

1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ

ИССЛЕДОВАНИЙ................................................................................................ 8

1.1. Анализ производственной деятельности горнодобывающих предприятий и показателей работы ремонтных служб.....................................................8

1.2. Научно-методическая база повышения эффективности эксплуатации горных машин..............................................................................................................18

1.3. Постановка задач исследований............................................................................25

Выводы...........................................................................................................................25

2. ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕХНИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ВОЗМОЖНОСТЕЙ

ЭКСКАВАТОРОВ ЦИКЛИЧНОГО ДЕЙСТВИЯ НА ГОРНОДОБЫВАЮЩИХ ПРЕДПРИЯТИЯХ.....................................................................................27

2.1. Анализ условий и режимов эксплуатации экскаваторов цикличного действия.........................................................................................................................27

2.2. Оценка эксплуатационной надежности экскаваторов цикличного действия.........................................................................................................................36

2.3. Анализ факторов определяющих эксплуатационные показатели

экскаваторов цикличного действия.....................................................................43

Выводы...........................................................................................................................54

3. АНАЛИЗ И ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЭКСКАВАТОРОВ ЦИКЛИЧНОГО ДЕЙСТВИЯ....................................................55

3.1. Оценка эффективности использования экскаваторов в производственной и технической эксплуатации..........................................................................55

3.2. Оценка ресурсного обеспечения системы технической эксплуатации...74

3.3. Обоснование и выбор рациональных параметров эксплуатации экскаваторов цикличного действия в зависимости от нагруженности узлов. 82 Выводы...........................................................................................................................94

4. ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДИЧЕСКИХ РАЗРАБОТОК ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ

ЭФФЕКТИВНОСТИ ЭКСПЛУАТАЦИИ ЭКСКАВАТОРОВ ЦИКЛИЧНОГО

ДЕЙСТВИЯ..........................................................................................................96

4.1. Организационно - технический мониторинг системы технической эксплуатации экскаваторов цикличного действия.........................................96

4.2. Технико-технологические решения для сокращения продолжительности ремонта при использовании агрегатно-узлового метода...........................100

4.3. Экономическая оценка и рекомендации для повышения для повышения

эффективности эксплуатации экскаваторов цикличного действия.......109

Выводы.........................................................................................................................114

ЗАКЛЮЧЕНИЕ........................................................................................................116

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ.......................................................................................119

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. Несмотря на значительные финансовые вложения в поддержание и обновление экскаваторного парка, на горнодобывающих предприятиях существуют потери времени, связанные с непроизводительной работой. Установлено, что существующая система эксплуатации экскаваторов цикличного действия характеризуется тем, что из 8760 ч годового календарного фонда времени непроизводительное время работы составляет 30-46%, при этом на 1 ч производительной работы экскаваторов приходится 1,5-2,0 ч простоев в ремонте. Одной из главных причин этого является существенное отклонение условий эксплуатации, в частности качества подготовки забоя и рабочей площадки (продольно-поперечный наклон >3°, наличие негабаритов в забое - 1845%, просадка грунта рабочей площадки более 500 мм), от рациональных параметров. Указанное несоответствие вызывает усиленный рост нагруженности на узлы и агрегаты экскаватора, что приводит к возрастанию количества отказов и объемов затрат на ремонт. Стоимость ремонтов экскаватора за период эксплуатации 15-20 лет превышает затраты на изготовление в 8-10 раз при ежегодном росте удельных затрат на 5-10%.

Объективный анализ эффективности эксплуатации экскаваторов осложняется влиянием различного рода факторов: организационных, технических, технологических. В связи с этим разработка и реализация методики обоснования и выбора рациональных параметров эксплуатации экскаваторов цикличного действия представляет собой актуальную научно-практическую задачу. Решение этой задачи является одним из необходимых условий обеспечения устойчивого повышения эффективности эксплуатации экскаваторов цикличного действия на горнодобывающем предприятии.

Объект исследований - экскаваторы цикличного действия, эксплуатируемые на горнодобывающих предприятиях.

Предмет исследования - влияние условий эксплуатации на нагруженность узлов рабочего оборудования и эффективность эксплуатации экскаваторов.

Цель работы - повышение эффективности эксплуатации экскаваторов на основе применения разработанной методики обоснования и выбора рациональных параметров эксплуатации в зависимости от нагруженности узлов рабочего оборудования.

Идея работы состоит в обеспечении соответствия технического состояния экскаваторов эксплуатационным нагрузкам, что позволяет повышать надежность работы и эффективность их эксплуатации.

Основные задачи исследования:

1. Осуществить анализ факторов, оказывающих влияние на техническое состояние экскаватора.

2. Установить взаимосвязь технического состояния с эксплуатационной нагрузкой и производительностью экскаваторов.

3. Обосновать показатели эффективности эксплуатации экскаваторов: надежность техники, интенсивность использования, экономичность ремонтного обслуживания и эффективность использования ресурсов, вовлекаемых в процесс ремонта.

4. Исследовать взаимосвязь качества подготовки забоя, технического состояния экскаваторов и затрат на ремонтное обслуживание.

5. Разработать алгоритм выбора рациональных параметров эксплуатации экскаваторов цикличного действия.

Научные положения, выносимые на защиту:

1. Наряду с техническим состоянием экскаватора существенным фактором, оказывающим влияние на эффективность эксплуатации экскаватора, является соответствие его технического состояния испытываемым эксплуатационным нагрузкам.

2. Эффективность эксплуатации экскаваторов целесообразно оценивать по критериям: надежность техники, интенсивность использования и экономичность обслуживания, что позволяет обоснованно распределять ресурсы в ремонтном производстве и планировать рациональное ремонтное обслуживание.

3. Выбор рациональных параметров эксплуатации экскаваторов целесообразно осуществлять на основе установленной зависимости количества отказов элементов рабочего оборудования и объемов затрат на ремонтное обслуживание от гранулометрического состава горной массы в забое.

Научная новизна:

• обоснованы критерии эффективности эксплуатации экскаваторов: надежность техники, интенсивность использования и экономичность обслуживания, - что позволяет рационально планировать ремонтное обслуживание и распределять ресурсы в ремонтном производстве;

• разработан методический подход к оценке эффективности эксплуатации экскаваторов цикличного действия;

• установлена зависимость влияния гранулометрического состава горной массы в забое на количество отказов элементов рабочего оборудования экскаватора и затраты на ремонт;

• разработан алгоритм выбора рациональных параметров эксплуатации экскаватора в зависимости от нагруженности узлов рабочего оборудования.

Методы исследования. В работе использован комплекс методов: хроно-метражные наблюдения, производственный эксперимент, аналитические расчеты, статистический анализ, экономико-математическое моделирование.

Научная и практическая значимость результатов исследования. Установлена зависимость, показывающая влияние гранулометрического состава горной массы в забое на количество отказов элементов рабочего оборудования и объем затрат на ремонт, разработана матрица соответствия технического состояния экскаватора состоянию забоя и рабочей площадки; выводы, содержащиеся в работе, расширяют научные представления о методах повышения эффективности эксплуатации экскаваторов цикличного действия.

Практическая значимость работы состоит в разработке методики расчета эффективности эксплуатации экскаваторов, алгоритма выбора рациональных параметров эксплуатации экскаваторов цикличного действия, применение ко-

торых позволит обоснованно планировать ремонтное обслуживание и распределять ресурсы в ремонтном производстве.

Достоверность и обоснованность научных положений, выводов и результатов подтверждаются корректным использованием положений теории вероятности и математической статистики; результатами анализа деятельности горнодобывающих предприятий за 2007-2011 гг.; достаточным объемом экспериментальных данных, удовлетворительной сходимостью результатов теоретических и экспериментальных исследований, относительное расхождение которых не превышает 15%.

Личный вклад автора состоит в организации и проведении экспериментальных исследований по оценке состояния забоя, анализе результатов, разработке методического подхода к оценке эффективности эксплуатации экскаваторов цикличного действия, разработке алгоритма выбора рациональных параметров эксплуатации экскаваторов цикличного действия.

Реализация результатов работы. Основные научные положения и рекомендации диссертации использованы при проведении организационно-технического аудита ремонтного производства АК «AJIPOCA» (ЗАО) (Республика Саха (Якутия), АО «ЕЭК» и АО «ССГПО» (Республика Казахстан), акт реализации от 28 июня 2011г по Договору №01/07-1144/10/3юр.

Апробация работы. Результаты и основные положения работы докладывались на международном симпозиуме «Неделя горняка» (г. Москва, 2011 г.), V Международной научно-практической конференции «Рудник будущего: проекты, технологии, оборудование» (г. Пермь, 2010 г.), VIII Международной научно-технической конференции «Чтения памяти В.Р. Кубачека» (г. Екатеринбург, 2010 г.), Международной научно-практической конференции «Открытые горные работы в XXI веке (г. Красноярск, 2011 г.), семинарах и международных конференциях МГТУ им. Носова (г. Магнитогорск, 2007), УГГУ (г. Екатеринбург, 2010 г.), научных семинарах и конференциях НТЦ-НИИОГР (г.Челябинск, 2008-2011 гг.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 печатных работ, в том числе 5 в ведущих рецензируемых научных журналах и изданиях.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы из 103 наименований. Работа изложена на 130 страницах машинописного текста, содержит 54 рисунка, 33 таблицы, приложение.

Автор выражает глубокую благодарность научным руководителям д.т.н., проф. В.И. Саитову и д.т.н. Л.И. Андреевой за оказанную методическую помощь при работе над диссертацией; д.т.н., проф. В.А. Галкину, д.т.н., проф. A.M. Макарову, д.эк.н., проф. Л.В. Лабунскому, д.т.н. И.Л. Кравчуку, д.т.н. В.А. Пикалову, д.т.н., д.т.н., проф. Г.А. Боярских, проф. П.А. Касьянову, д.т.н., проф. А.И. Афанасьеву, д.т.н., проф. Ю.И. Лелю, д.т.н., проф. А.П. Комисарову, д.т.н. проф. Н.М. Суслову за ценные советы при формировании и обсуждении работы, а также считает своим долгом выразить искреннюю признательность коллегам: д.т.н. A.C. Довженку, к.эк.н. С.И. Захарову, к.т.н. А.Л. Жукову, к.эк.н. М.Н. Полещук, к.эк.н. O.A. Лапаевой, к.т.н. В.Н. Лапаеву, к.т.н. Хажиеву В.А., инженерам A.A. Андрееву и К.О. Хану за творческое сотрудничество и практическую помощь в проведении исследований, а также руководителям и специалистам горнодобывающих предприятий АО «ЕЭК», АО «ССГПО» (Республика Казахстан), предоставивших возможность проведения производственных экспериментов.

1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЙ

1.1. Анализ производственной деятельности горнодобывающих предприятий и показателей работы ремонтных служб

Основной объем полезных ископаемых на горнодобывающих предприятиях России, Казахстана и Украины добывается открытым способом ведения горных работ. В России более 92% железорудного сырья добывают на карьерах, а в угольной промышленности доля открытого способа добычи составляет почти 70%.

Современными тенденциями развития горнодобывающей отрасли России являются:

• повышение объемов добычи и выемки горной массы;

• увеличение доли открытого способа ведения горных работ;

• увеличение доли автомобильного транспорта в растущем объеме перевозок горной массы.

Динамика и прогноз развития добычи железной руды и выемки горной массы на карьерах России, Казахстана и Украины с 2006 по 2013 гг. представлен на рис. 1.1.[86]

2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013

Годь

—■— Горная масса, млн, куб. м —- Добыча, млн, т.

Рис. 1.1. Динамика показателей и прогноз развития работ на железорудных карьерах СНГ

В 2010 г. добыча угля в России по данным Департамента угольной и торфяной промышленности Минэнерго РФ осуществлялась 137 разрезами и 91 шах-

той общей годовой производительной мощностью более 380 млн. т. Среднемесячная производительность труда рабочего по добыче угля в 2010 г. составила более 200 т/мес. Динамика добычи угля на примере ХК «СДС-Уголь» приведена на рис. 1.2.

н 6,0

X

г™

2 5,0

4,0 3,0 2,0

21,6

31,5

27,9

35,1

37,7

13,3

: 1,4

, 2,7-

1,0 —2,2

0,0 .

2,2

3,1

иш

3,0

3.0

39,6

40,7

"I

3,2.

2,3..

3..4 5'8 5,4

Щ

I!!

3.0

т.О

45 _

40 ? 5

35 30 25 20 15 10 5 0

2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 Годы Сорт Чонц-т энергетика Конц-т кокс —•—Добыча

1,2

3,0 ~

3.3 3.3

4,3"

ятя

■ш

Рис. 1.2. Динамика производства угля на 2011-2017 гг.

Перспектива добычи полезных ископаемых, соответственно, определяет наличие надежной выемочно-погрузочной и вспомогательной техники, а также возможность ее эффективного использования.

Структура экскаваторного парка российских угледобывающих предприятий представлена в табл. 1.1 .[86]

Таблица 1.1

Структура экскаваторного парка российских угледобывающих предприятий

Предприятие Марка экскаватора

ОАО «СУЭК» ЭКГ-5А и модификации

ЭКГ-8И, ЭКГ-10, ЭКГ-12,5, ЭКГ-15 и модификации

495НБ

ОАО «УК «Кузбассразрезуголь» ЭКГ-5А и модификации

ЭКГ-8И, ЭКГ-10, ЭКГ-12,5, ЭКГ-15 и модификации. ЭКГ-1500Р

РН-2800, РН-4100

САТ-375Ь, САТ-386, САТ-5130

Б1-984, 11-9350, Я-944

№-200

ЕХ-3600

РС-4000, РС-5500

ЗАО «Черниговец» ЭКГ-5А и модификации, ЭКГ-12

ЭКГ-8И, ЭКГ-10, ЭКГ-12,5 и модификации

1Ш-40, ЯН-12

РС-4000

ОАО «УК «Южный Кузбасс» ЭКГ-5А и модификации, ЭКГ-12, ЭКГ-20А

ЭКГ-8И, ЭКГ-10, ЭКГ-12,5 и модификации

РН-2300, РН-2800

Ы-994

ЯН-90

РС-4000

ОАО «Междуречье» ЭКГ-5А и модификации, ЭКГ-12

ЭКГ-8И, ЭКГ-10, ЭКГ-12,5 и модификации

РН-2300, РН-2800

САТ-5130

ОАО «УК «Якутуголь» ЭКГ-20

ЭКГ-15

201-М, 301-М

РС-ЗООО, РС-5500, РС-8000

Около 65% парка добычной техники крупных угольных компаний пред-

ставлены экскаваторами ООО «ИЗ-КАРТЭКС» старой и новой линейки. Однако отмечено, что неконкурентность продукции российского горного машиностроения и вызванная этим усиливающаяся зависимость отрасли от импортного оборудования, привела к тому, что доля отечественного оборудования в закупках российских компаний не превышает 25%.[83]

Анализ практики эксплуатации экскаваторов на разрезах ОАО УК «Кузбас-сразрезуголь» и АО «ССГПО» (г. Рудный) показал, что существуют потери времени на непроизводительную (нефункциональную) работу, как в системе производственной эксплуатации, так и в системе технической эксплуатации (табл.1.2.).

Таблица 1.2

Структура годового календарного фонда времени эксплуатации

и ремонта экскаваторов, карьер «Сарбайский»

lipi'MH рлГнш.1 жскашмора, ч. Технологически необходимые простои, ч. 1 lili.нитруемые просюи (iiuicpn времени). ч. Itpl'MH ремонт, ч.

Основное upe ми раши ы жгкаиаюра БВР ТО, приемка-сдача смены Перегон экскаватора Горно-подготовительные работы Переукладка ж/д пути, контактной сети, перестройка ЛЭП Обмен ж/д составами р <и й es = ■л. г> и 03 =. i* i- о .. 3 . ... = = V 7 & Ч и f-8 и. и я II ё'- Прочно IIрос юн g.3 & s .. я.. ¡. = - « J¡ £ o 5 6 I. = ■r s s < Плановый рсмон 1

51105 264 128 99 1492 34 - 80 601 145 57 - 75 564

8551

¡■■Р Технологически необходимые простои Нефункциональное прем» lloit'pii времени

355.5 1452 19X4 183 885 384 180

ф>|[К1Ш1Ч1;1.1ьное (производительное время в эксплуатации и ремонте) нифчикциональное (непроизводительное время в эксплуатации и ремонте) шж'ри времени

Потери времени при эксплуатации экскав�