автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.06, диссертация на тему:Обоснование параметров и разработка средств повышения эффективности эксплуатации карьерных гидравлических экскаваторов

На правах рукописи

СЛЕСАРИВ Борис Вячеславович

УДК 622.271:621.879.3

ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ И РАЗРАБОТКА СРЕДСТВ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЭКСПЛУАТАЦИИ КАРЬЕРНЫХ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ ЭКСКАВАТОРОВ.

Специальность 05.05.06 - «Горные машины»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 2005

Работа выполнена в ЗЛО «МОГОРМАШ» и Национальном научном центре горного производства - Институте горного дела им A.A. Скочинского.

Научный руководитель:

Доктор технических наук Виктор Георгиевич Мерзляков.

Официальные оппоненты:

Доктор технических наук, профессор Роман Юрьевич Подэрни,

Кандидат технических наук Авраам Исаакович Шендеров.

Ведущая организация - ОАО «Ижорские заводы».

Защита диссертации состоится «_»_2005 г. в_ч. на заседании

специализированного совета Д-222.004.01 в Федеральном государственном унитарном предприятии «Национальный научный центр горного производства -Институт горного дела им. А.А. Скочинского» по адресу: Московская область, г. Люберцы, Октябрьский проспект, 411 Факс: (095) 554-52-47

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Федерального государственного унитарного предприятия «Национальный научный центр горного производства - Институт горного дела им. А.А. Скочинского».

Автореферат разослан «_»_2005 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д-222.004.01 доктор технических наук

A.JI. Западинский

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Интенсификация открытого способа разработки твердых полезных ископаемых в значительной степени определяется применением современных карьерных экскаваторов большой единичной мощности.

Более 25 лет отечественные технологи и машиностроители пытаются создать условия для широкомасштабного внедрения гидравлических экскаваторов на горных предприятиях . Однако эти работы носят в большей степени экспериментальный характер, что, на наш взгляд, объясняется отсутствием инфраструктуры сервисного обслуживания карьерных гидравлических экскаваторов на карьерах и угольных разрезах. Необходимы специальные подходы к эксплуатации этих машин, обладающих новыми технологическими возможностями и высокой надежностью, но имеющих относительно низкую долговечность при отсутствии сервисной поддержки.

На зарубежных предприятиях ситуация прямо противоположная. Еще десять лет назад гидравлические экскаваторы составляли 30%, а карьерные одноковшовые экскаваторы с электромеханическим приводом 70% всего парка машин с ковшом более 12 м3. В настоящее время 85% машин, поставляемых на открытые горные работы, составляют карьерные гидравлические экскаваторы и только 15% экскаваторы с электромеханическим приводом. Главная причина состоит в стремлении заказчиков увеличить прибыль за счет повышения производительности труда и уменьшения численности, работающих на горных предприятиях. Этими заказчиками карьерных экскаваторов с электромеханическим приводом являются предприятия, которые имеют сложившуюся инфраструктуру с ремонтными цехами, системами электроснабжения и традициями интенсификации горных работ за счет увеличения вместимости ковшей и производительности средств транспорта. Основной объем заказов относится к экскаваторам с ковшом 50 м3 и более. Новые предприятия, как правило, идут на применение карьерных гидравлических экскаваторов, которые оснащаются дизельным двигателем.

В нашей стране, учитывая преимущества гидравлических экскаваторов, известные горные предприятия АК «АЛРОСА», ОАО ХК «ЯКУТУГОЛЬ», ОАО «АПАТИТ», ОАО «Черниговец», ОАО «Норильский Никель», а также «Навоииский горно-металлургический комбинат» в Узбекистане и ряд предприятий в Казахстане приняли решение о техническом перевооружении путем внедрения нового поколения экскаваторов. Научные исследования предшественников были направлены преимущественно на изучение рабочих процессов карьерных механических лопат. Выполненные ранее исследования параметров надежности, производительности, обслуживания гидравлических систем экскаваторов и системы очистки гидравлической жидкости недостаточны для широкомасштабного внедрения карьерных гидравлических экскаваторов. Отсутствуют научно обоснованные рекомендации, касающиеся выбора

Рве. НАЦИОНАЛЬНАЯ

• «а*

параметров и разработки средств очистки гидравлической жидкости, мониторинга состояния основных гидравлических систем и экскаваторов в целом.

Таким образом, в научпом плане речь идет об исследовании, направленном на изучение основных параметров карьерных гидравлических экскаваторов и их гидравлических систем для обеспечения надежной и производительной эксплуатации. С практической точки зрения необходимо разработать методику расчета параметров средств очистки гидравлической жидкости применительно к условиям эксплуатации на открытых разработках.

Цель работы. Установление рациональных параметров и создание средств повышения эффективности карьерных гидравлических экскаваторов для повышения их надежности и долговечности.

Идея работы заключается в выявлении и ранжировании основных параметров, влияющих на надежность и производительность карьерных гидравлических экскаваторов с обоснованием параметров гидравлических систем, созданием средств очистки гидравлической жидкости и мониторинга их состояния.

Основные научные положения, выносимые автором на защиту:

1. Закономерности влияния параметров гидравлических систем и средств очистки рабочей жидкости на коэффициент готовности и ресурс гидравлических экскаваторов.

2. Соотношение для определения ресурса гидравлических агрегатов экскаваторов с учетом влияния параметров нагрузки, характерных размеров, и концентрации загрязняющих частиц в рабочей жидкости.

3. Зависимость площади заправочного фильтра от гидравлических параметров установки и параметров загрязненности внешней среды, обусловленных условиями эксплуатации экскаваторов.

4. Закономерность изменения эффективности работы установки внелинейных средств фильтрации, определяемой коэффициентом отфильтровывания от ее основных параметров, обеспечивающих надежную эксплуатацию экскаватора.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается:

- корректностью постановки задач исследований;

использованием апробированных методов, достаточным и статистически обоснованным объемом и представительностью выполненных экспериментальных исследований в промышленных условиях;

- корректным применением методов теории вероятностей и математической статистики при обработке экспериментальных данных и удовлетворительной сходимостью (в пределах 20%) расчетных данных с результатами экспериментальных исследований;

положительными результатами промышленной апробации установленных эксплуатационных параметров и средств очистки гидравлической жидкости в системах экскаватора.

Научное значение работы состоит:

- в установлении характерных закономерностей формирования эксплуатационной надежности карьерных гидравлических экскаваторов и получении модели зависимости надежности от интенсивности и продолжительности ремонтных воздействий, применения средств фильтрации гидравлической жидкости и мониторинга гидравлических систем;

- в установлении расчетных зависимостей по определению площади заправочного фильтра и коэффициента отфильтровывания внелинейных средств фильтрации, учитывающих влияние гидравлических параметров установок и концентрацию загрязнений при разработке реальных забоев.

Практическая ценность работы заключается в следующем:

- разработке методов и средств сервисного обслуживания карьерных гидравлических экскаваторов;

- установлении параметров и разработке заправочной установки и устройств внелинейной фильтрации;

- создании системы мониторинга состояния гидравлических систем и приборного комплекса ИН-МГМ на базе информационного накопителя -анализатора физических параметров;

- обосновании и экспериментальном подтверждении возможности обеспечения чистоты рабочей жидкости, при которой коэффициент готовности гидропривода экскаватора 0,98; коэффициент технического использования 0,92; ресурс основных агрегатов 30-40 тыс. моточасов.

Методы исследований, использованные в работе: систематизация и анализ литературных источников; экспериментально-статистические методы с использованием элементов теории случайных функций; методы математической статистики с использованием программы MS Excel.

Реализация выводов и рекомендаций работы. Результаты исследований были использованы ОАО «Ижорские заводы» при разработке технической документации на систему очистки гидравлической жидкости экскаватора ЭГ-5,5; ЗАО «СГО-Гипрошахт» и ОАО «Гипроруда» при разработке проектов с применением карьерных гидравлических экскаваторов и обоснованием параметров их надежности и производительности; ОАО ХК «Якутуголь» при применении средств заправки и внелинейной очистки гидрожидкости в маслозаправочпом агрегате МЗА и установке PFU-10m.

Апробация работы. Основное содержание работы и отдельные ее положения докладывались на «Второй международной научно-практической конференции по проблемам горнотранспортного оборудования 22-25 мая 2000 г. в ОАО «Ижорские Заводы», «Международной научно-практической конференции «Мирный 2001» 1-9 июля 2001 г. в ЯКУТНИИПРОАЛМАЗ, на научных семинарах ННЦ ГП - ИГД им. A.A. Скочинского (2004-2005 гг.).

з

Публикации: По результатам выполненных исследований опубликовано 10 печатных работ.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, приложений. Содержит 135 страниц текста, 46 рисунков и 31 таблицу, список использованной литературы из 102 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Наибольший вклад в горную науку в области создания карьерных гидравлических экскаваторов внесли видные ученые академики К.Н.Трубецкой, Н.Н.Мельников, доктора технических наук Ю.И.Анистратов, В.М.Берман, К.Е.Виницкий, Г.Ю.Козин, Р.Ю.Подэрни, С.В.Солод, А.Я.Рогов, Р.М.Штейнцайг. Вопросы надежности, производительности карьерных экскаваторов и гидропривода рассмотрены также в работах докторов технических наук Г.И.Солода, Г.А.Никитина, В.Н.Скрицкого, А.А.Кулешова, кандидатов технических наук Г.С. Бродского, Е. Е. Гольдбухта, К. С. Гаевской, В. Н. Ефимова, Л.И.Кантовича, П. И. Коха, В. И. Морозова, А.С.Мельникова, Л.С.Скобелева, А.И.Сапожникова, А.И.Шендерова, В.М.Штейнцайга, Е.А.Этингофа, И.Атаке, Е.С.Фиггча,Д.Титэру и других отечественных и зарубежных авторов.

В работах перечисленных авторов преимущественно исследованы процессы копания и разработки забоя, технологические схемы применения и надежность экскаваторов. При этом исследования проводились в натурных условиях при температурах от +45°С до -50°С. В меньшей степени предшествующие исследования касаются собственно вопросов влияния гидропривода и систем, обеспечивающих работоспособность и эффективность применения карьерных гидравлических одноковшовых экскаваторов.

Первым промышленным опытом в СНГ можно считать применение карьерных одноковшовых гидрофицированных и гидравлических экскаваторов с ковшом вместимостью 20 м типа 204-М производства фирмы «Марион» (США), а также с ковшом 17 м3 Cat 5232 производства фирм «Катгерпилар» (США), RH-170, «Оренштайн-Коппель» (Германия) и ЕХ-3500 «Хитачи» (Япония) в 1980-90 годы. Более мощные гидравлические экскаваторы H-285S с ковшом вместимостью 19м3 были поставлены фирмой «Комацу Горное Германия» (Германия) в АК «АЛРОСА» в 1999 г. Этой же фирмой в 2002 г. поставлены экскаваторы РС-5500 с ковшом вместимостью 23 м3 на разрез «Нерюнгринский» в ОАО ХК «Якутуголь».

Известные исследования раскрывают физическую сущность процессов, влияющих на надежность гидропривода. Однако предлагаемые рекомендации не всегда имели взаимосвязь с конструктивными решениями, характерными для карьерных гидравлических экскаваторов. Поэтому для обеспечения эффективности эксплуатации карьерных гидравлических экскаваторов необходимо провести дополнительные исследования,

обеспечивающие надежность гидропривода с учетом специфики эксплуатации на отечественных горных предприятиях.

На основании вышеизложенного, а также в соответствии с целью работы были поставлены следующие задачи исследования:

исследование и ранжирование факторов, определяющих эксплуатационную надежность и производительность карьерных гидравлических экскаваторов;

- установление взаимосвязи надежности эксплуатации карьерных гидравлических экскаваторов с основными параметрами гидравлических систем, преимущественно систем очистки рабочей жидкости;

- разработка методик расчета основных параметров средств заправки и внелинейных фильтраций для обеспечения требуемых параметров чистоты рабочей жидкости;

- разработка системы и средств мониторинга состояния основных гидравлических систем экскаваторов, обеспечивающих повышение эксплуатационной производительности.

Основными причинами ограниченного применения карьерных гидравлических экскаваторов в СНГ являются: существующее мнение потребителей о несоответствии линейных параметров карьерных гидравлических экскаваторов принятым параметрам забоев, низкая эксплуатационная надежность в связи с отсутствием сервисных структур для обслуживания сложных в эксплуатации гидравлических систем, относительная дороговизна машин и сервисного обслуживания.

Сопоставление технологических и конструктивных параметров показывает, что карьерные механические экскаваторы не имеют существенных преимуществ по сравнению с гидравлическими экскаваторами ни в высоте копания, ни в радиусе копания на уровне стояния и уступают в эксплуатационной производительности.

Установлено, что соотношение удельного радиуса копания на уровне стояния, отнесенного к вместимости ковша, для экскаваторов с гидравлическим приводом меньше по сравнению с электромеханическим приводом механизмов, всего на 5-17% в классе машин с ковшами вместимостью 15-40 м3. При этом зона зачистки подошвы забоя на уровне стояния у гидравлических экскаваторов в 2,2-2,5 раза больше, а высота копания достаточна, что предопределяет более длительную погрузку в автотранспорт без переездов в забое и, следовательно, более высокую забойную производительность.

Удельная металлоемкость гидравлических экскаваторов одного класса по рабочей массе в 2,1-2,9 раза меньше по сравнению с карьерными механическими экскаваторами. Удельные показатели усилий копания и энерговооруженности гидравлических экскаваторов равноценны по сравнению с механическими лопатами.

Анализ и сопоставление систем привода объясняет такие возможности гидравлических экскаваторов. Маховые массы, приведенные к емкости

ковша в электромеханическом приводе традиционных экскаваторов, несмотря на современный высокий технический уровень, на порядок больше, чем у гидравлических экскаваторов. Поэтому большие динамические нагрузки в электромеханических системах привода должны компенсироваться конструктивными запасами в металлоконструкции экскаватора.

Проведенные нами экспериментальные исследования процесса экскавации мощных карьерных гидравлических экскаваторов в промышленных условиях позволили получить гистограммы нагружения гидропривода (рис.1). Из анализа этих гистограмм следует, что средняя нагрузка в гидроприводе карьерных экскаваторов не превышает 50% номинально установленной, но при этом динамика и частота проявления предельных нагрузок очень мала. Превалируют нагрузки 40-60% от номинальных (суммарно до 60%) и не более 1% работы с нагрузкой до 120% от номинальной.

Рис. 1. Гистограмма нагружения привода карьерного гидравлического экскаватора (поданным записи в течение 4500 моточясов)

Фактор производительности карьерных гидравлических экскаваторов является наиболее весомым. Эксплуатационная производительность может быть представлена следующим образом:

<2, = ЗбООчЛ, К./Кр К, Кмб К.сп Т *,..„«., млн.м3 (1)

где я - вместимость ковша, м3; ^ - продолжительность цикла, с; Кн -коэффициент наполнения ковша; Кр - коэффициент разрыхления горной массы в ковше; Кг - коэффициент готовности; К^ - коэффициент забоя; Кнсп - интегральный коэффициент использования; Т ^н . календарный фонд рабочего времени, ч.

Паспортные значения продолжительности цикла экскаватора составляют 28-30 с, однако совокупность влияния параметров забоя предопределяют эксплуатационные значения продолжительности цикла пофузки автосамосвала. Экспериментально установленные значения продолжительности цикла погрузки гидравлическим экскаватором с ковшом 23 м3, составляет 30-32 с (рис.2).

Рве. 2. Типичная диаграмма нагружения привода рабочего оборудования экскаватора РС 8500 в процессе погрузки.

Важным показателем является надежность гидравлической системы, которая достигает 30%. Наиболее важным и наименее изученным показателем надежности применительно к карьерным гидравлическим экскаваторам является коэффициент готовности

1

Кг--

П. 1 (2)

X - - (пш-1)

Г1 Кг]

где К,] - коэффициент готовности 3 -го модуля гидравлического экскаватора; пш - количество значимых модулей в системе гидропривода и экскаватора в целом.

К наиболее значимым относятся модули системы гидропривода экскаватора: насосы и моторы, блоки управления и золотники, а также гидравлические цилиндры и система управления. Прогноз с учетом внедрения комплексов «ИН-МГМ», показывает что наработка на отказ современною гидравлического экскаватора достигающая 200 мч (рис.3), при применении системы мониторинга, разработанной с участием автора, и стратегии проведения профилактических ремонтов позволяет в 2,1 раза увеличить наработку на отказ.

Рис. 3. Наработка гидросистемы экскаваторов на отказ: 1 - экскаватор 204М «вирегй-опГ (1985 г.); 2 - экскаватор РС-5500 №3 (2004 г.); 3 - экскаватор РС-5500 №4 (2004г.) на угольном разрезе «Нерюнгринскнй»

Как известно, в экскаваторе имеются быстро изнашиваемые узлы и детали, такие как ходовой механизм и ковш. Имеются компоненты с большим ресурсом и высокой надежностью - это дизельный или электрический привод насосов, редукторы, металлоконструкции рабочего оборудования.

Общий коэффициент готовности кг карьерного гидравлического экскаватора по полученным в работе среднестатистическим данным составит 0,92-0,95. В то же время известен зарубежный опыт применения гидравлических экскаваторов, который показывает возможность обеспечения коэффициента готовности 0,97. Поэтому исследование высоких уровней надежности гидравлических экскаваторов и установление необходимых параметров и средств достижения является одной из задач исследования.

Численные значения коэффициента технического использования для экскаваторов находятся в диапазоне 0,79-0,86 в нашей стране и достигают значений 0,93 на зарубежных предприятиях.

Установлен коэффициент использования карьерных гидравлических экскаваторов, исходя из объема необходимых и максимально допустимых продолжительностей ремонтов и профилактики модулей гидравлического экскаватора.

Коэффициент технического использования определяется:

1

К„ = Л в (3)

1 + Т.р Хпр + 2) Тр| к ^ ¡=1

где Т^ - оценка средней продолжительности профилактических ремонтов, ч; Хщ, - интенсивность потоков требований по профилактике, 1/ч; Тр| - оценка средней продолжительности ремонта, ч;^ - интенсивность потока требований по ремонту 1-го модуля оборудования 1/ч; т - число логически последовательно соединенных элементов гадросистемы экскаватора.

В качестве возможных вариантов проведения профилактических ремонтов рассматриваются две стратегии:

1. Первая заключается в том, что профилактические ремонты проводятся через случайные моменты времени:

- через фиксированный в инструкции по техническому обслуживанию интервал времени, пропорциональный наработке экскаватора.

В случае отказа элемента в межпрофилактический период наблюдений, элемент ремонтируется, а планируемые моменты проведения профилактики остаются неизменными.

2. Вторая стратегия профилактических ремонтов отличается от первой тем, что при отказе одного из элементов системы он заменяется, а все остальные проходят обслуживание. Период проведения последующих профилактических ремонтов перепланируется.

Установлено, что независимо от закона распределения времени наработки на отказ и законов распределения периода между профилактическими ремонтами, его увеличение прямо пропорционально влияет на повышение коэффициента технического использования экскаватора. Статистическими методами обработанный массив наблюдений за эксплуатацией двух карьерных гидравлических экскаваторов с ковшами 19 м3 в АК «АЛРОСА» и двух экскаваторов с ковшом 23 м3 в ОАО ХК «Якутуголь» позволил отдать предпочтение второй стратегии проведения ремонтов. Установлены значения коэффициента технического использования к™ при использовании первой стратегии - от 0,73 до 0,91. Применение второй стратегии ремонтов дает более высокие параметры - от 0,85 до 0,92.

Выполненными исследованиями с применением апробированных методов математической статистики установлены значения продолжительности простоев карьерных гидравлических экскаваторов в условиях реальных забоев (рис.4).

Рис. 4. Распределение времени при эксплуатации экскаватора РС-5500.

Продолжительность погрузки не превышала 60% календарного времени. Экспериментальными исследованиями с применением комплекса ИН-МГМ были установлены значения коэффициента готовности и использования. Абсолютные значения результатов наблюдений приведены в табл. 1.

Таблица 1

Показатель Экскаватор Ср. значение

№3 №4

Календарный фонд рабочего времени, ч 8760

Фактическая наработка, мч дизеля 6296 5957 6126.5

Фактическая наработка, мч гидропривода 5679 5474 5576.5

Аварийные простои, мч 678 436 557

Аварийные простои свыше 2 ч, мч 594 379 486.5

Количество отказов 60 47 53.5

Среднее время простоя из-за отказа, мч 9.90 8.06 9.09

Коэффициент использования календарного фонда времени, % 64.83 62.49 63.66

Коэффициент готовности, % 89.23 92.68 90.91

Ресурсные показатели систем гидропривода экскаваторов и их основных компонентов определялись во взаимосвязи с реальными забоями. Прежде всего учитывались физико-механические свойства забоя и, как следствие, механические свойства загрязняющих частиц.

Известными исследованиями предшественников установлены закономерности по определению ресурса гидравлических агрегатов в зависимости от чистоты рабочей жидкости, которые уточнены применительно к экскаваторам и имеют вид:

Rc(ra) = Rc(ecs)[(p c(ecs/p cfra))" (У c(ící/V с(гм))] [ ЛсЩк*)'11 I d^rcs)2'77 /

С(«д)! C(rcl) ], (4)

где Рс - обобщенный параметр нагрузки (рабочее давление); vc (ecs) -обобщенный параметр скорости (величина потока жидкости); dc -характерный размер загрязняющих частиц; C(ecs) - характерная концентрация загрязняющих частиц; - Ресурс подтвержденный агрегатом при

испытаниях в эталонных режимах.

Исходя из гипотезы линейного суммирования повреждений, подтвержденной для абразивного износа, превалирующего в данном случае, выражения для определения ресурса агрегатов гидравлических систем можно представить в виде:

Rc(rc) ^RWíEp'k^ti/Typ w (Ev^t/D/v c(reJ))] [ d^,2'77 / йсДго) / Cf«,) /С(гм) ] (5)

где: P¡ - давление, действовавшее в течение времени t¡; Т = -продолжительность наблюдений; ees - индекс эталонного режима работы; res - индекс паспортного режима работы.

Средний ресурс агрегатов, рассчитанный по предложенной зависимости, согласуется с достигнутыми при подконтрольной эксплуатации экскаваторов в северных условиях (табл.2).

Анализ зарубежного опыта сервисного обслуживания карьерных гидравлических экскаваторов в Канаде и Северной Америке, осуществляемый компанией «Трансвест» показал, что большое значение имеет оснащенность ремонтников необходимым инструментом, приспособлениями, мобильными автомастерскими и маслозаправочными агрегатами.

Таблица 2

Средний ресурс гидроагрегатов по обобщенным данным подконтрольной эксплуатации карьерных гидравлических экскаваторов с ковшом 23 м* в северных условиях

№ Гидроагрегат Ресурс Ресурс Ресурс расчетный

п/п достигнутый, теоретический, от влияния

МЧ мч загрязняющих частиц, мч

1 Аксиально-поршневой насос 15700 30 000 26 000

2 Гидромотор хода 24200 30 000 28 000

3 Гидромотор поворота 13800 30 000 24 000

4 Гидроцилиндр рукояти 22200 35 000 30 000

5 Гидроцилиндр стрелы 16500 35 000 30 000

6 Гидроцилиндр ковша 19400 30 000 24 000

7 Гидроцилиндр челюсти 5600 15 000 10 000

8 Гидрораспределитель 33900 40 000 35 000

9 Масляный радиатор 22700 28 000 27 000

10 Ротоуплотнение 21000 28 000 25 000

Характерным примером является деятельность этой компании на кимберлитовом месторождении «Экати». Температура окружающей среды -60°С, обводненность месторождения, находящегося в краю озер, оторванность от основных складов из-за возможности поставки только 1 месяц в зимний период крупных узлов и компонентов автотранспортом не помешали обеспечить коэффициент технического использования не ниже 0,85 для гидравлических экскаваторов фирмы «Демаг» (Германия) рабочей массой около 700 т и ковшами вместимостью до 30 м3.

Сопоставительный анализ результатов эксплуатации карьерных гидравлических экскаваторов при экстремально низких температурах показал целесообразность учета еще двух факторов воздействий на предложенный интегральный коэффициент использования экскаватора.

Предметом исследования являлись одни из совершенных в конструктивном исполнении карьерные гидравлические экскаваторы. Сама конструкция экскаваторов предусматривает необходимость применения специального инструмента и измерительных приборов, комплект которых был разработан при участии автора и внедрен в эксплуатацию. Оснащение инструментом обеспечивает снижение нормативного времени на ремонт в пределах 5-10%. Учесть влияние оснащенностью инструментом можно за счет коэффициента ремонтного оснащения, описываемого следующей зависимостью:

где Тр, _ нормативная продолжительность ремонтного воздействия, ч; Тои -экономия времени ремонта за счет оснащенности инструментом, ч.

Отсутствие необходимого оснащения инструментом приводит к увеличению его продолжительности до 20%, как это видно го табл. 3.

Таблица 3

Взаимосвязь параметров падежности гидросистем и чистоты

гидравлической жидкости.

Параметр Средне- Средне- Результаты исследований

статистическ ий в СНГ статистическ ий за Достигнут ые Рекомендуе

рубежом

кг 0,8-0,89 0,92-0,98 0,89-0,94 0,98

Кш 0,54-0,68 0,85-0,87 0,85 0,92

Ресурс: насосов, моторов, цилиндров, 5-6 20-35 7-8,5 30-40

золотников, тыс.ч

Удельные

трудозатраты на обслуживание, чел.ч/1000 30-65 15-25 25-30 20

Чистота гидрожидкости, Класс 15-16 11-13 13-15 10-12

Keep Коэффициент сервисных воздействий 0,7 0,98 0,88 0,99

Крем Коэффициент ремонтного оснащения 0,8 0,96 0,9 0,95

Важное значение имеет диагностика причин отказов как при планово предупредительных, так и при аварийных ремонтах. Продолжительность простоя при аварийных отказах до 70% зависит от потери времени на диагностику и только до 30% на собственно аварийный ремонт. Снижение затрат на диагностику н поиск причин отказов в гидросистемах обеспечивает система мониторинга. Коэффициент сервисных воздействий К^, учитывающий влияние мониторинга (диагностики) состояния гидравлических систем и экскаватора на продолжительность ремонтов можно представить в виде

Тар - Тион (7)

^серв 1

Т.р

где Тар - продолжительность аварийных ремонтов, ч; Тион -продолжительность диагностики - мониторинга причин отказа и контроля параметров, ч.

Таким образом, одним из факторов влияния на эффективность эксплуатации является система мониторинга состояния параметров гидравлических систем экскаватора, действующая во взаимосвязи с горнотехническими условиями эксплуатации. В зависимости от оснащенности горного предприятия комплектами сервисного оборудования по мониторингу состояния систем на экскаваторе и лабораторного оборудования для камеральных исследований коэффициент сервисных воздействий к^ изменяется в диапазоне от 0,88 до 0,99. Минимальное значение соответствуют частичной оснащенности сервисным оборудованием, а максимальные значения полной оснащенности при наличии каналов радиосвязи для оперативной передачи данных в службу главного механика и использования результатов анализа - при всех ремонтах.

Вторым важным фактором является наличие специального инструмента, измерительных приборов и приспособлений для проведения ремонтных работ, который определяется коэффициентом ремонтного оснащения кр«,, изменяющимся в диапазоне значений от 0,9 до 0,95. Наличие такого инструментария позволяет качественно и быстро провести ремонт, а также установить требуемые параметры давлений в гидравлической системе экскаватора.

С учетом рассмотренных факторов коэффициент интегрального использования определяется из выражения

Ккн = ^тн keep крен, (8)

ИЛИ (TPi - Тов) (Тар - Тиоп)

кип= -"-г--(9)

Tpi (1+ ТЯРКР + ITp, Гр1) Тар

i=X

С учетом изложенного, для укрупненной оценки коэффициента технического использования можно воспользоваться зависимостью

Т

К™ = ---(10)

Тр + Тщф Крем + Т. Keep

где Тр - продолжительность работы экскаватора, ч; Т^ - продолжительность планово-предупредительных ремонтов, ч; Т„ - продолжительность восстановительных работ, ч.

Проведенные исследования показали, что значение этого коэффициента находится в диапазоне от 0,67 до 0,87. Влияние двух важных эксплуатационных параметров (надежности к,, и использования k^n)

показывает, что эффективность эксплуатации, зависящая только от них, будет изменяться от 0,62 до 0,83.

Проведегаше экспериментальные исследования в ОАО ХК «Якутуголь» при подконтрольной эксплуатации двух экскаваторов РС-5500 позволили получить значение рассматриваемых коэффициентов.

Сходимость результатов теоретических и экспериментальных исследований достаточно высокая и имеет доверительную вероятность 0,80,95 при относительных ошибках 0,1-0,2, что было установлено на базе апробированных методов теории вероятностей и математической статистики.

Анализ имеющегося опыта внедрения экскаваторов 204-М в ПО «Якутуголь» показал, что в течение трех лет с начала эксплуатации коэффициент готовности увеличился на 5%. Показатели ресурсов гидронасосов и гидромоторов выросли на 30%. Так, в 1984-1985 гг. ресурс насосов составил 6000 ч, а ресурс гидромоторов за тот же период всего 2000 ч. Уже в 1986 г. ресурс насосов был увеличен до 7700 ч, а гидромоторов до 2600 ч. Производительность экскаваторов 204-М с ковшом вместимостью 20 м3 составляла 250 тыс.м2 в месяц.

Сопоставление этих данных с показателями работы современных экскаваторов, оснащенных средствами внелинейной очистки гидравлической жидкости и сервисной поддержки, в тех же горно-технических условиях показывает возможность увеличения ресурсов гидроагрегатов в 2-3 раза, значения которых достигают 30-40 тыс. моточасов.

Несмотря на качественное улучшение современных систем гидропривода, требуется определенное время для адаптации к климатическим и горно-техническим условиям эксплуатации, что, согласно накопленному опыту, должно привести к увеличению надежности карьерных гидравлических экскаваторов. Карьерные мехапические лопаты с годами, наоборот, теряют уровень показателей надежности, что является одной из причин повышенной аварийности. По авариям простои механических лопат (в Якутии) в течение 5 лет по парку машин увеличиваются на 37%, а по импортным экскаваторам 201 -М и 301-М на 21 и 7% , простои отечественных экскаваторов ЭКГ-15 и ЭКГ-20 возрастают на 71 и 58% соответственно.

В абсолютных значениях среднестатистические аварийные простои гидравлических экскаваторов составляют 557 моточасов, а для карьерных экскаваторов с электромеханическим приводом 624 моточаса, сравниваемые в равноценных забоях.

Пример эксплуатации экскаваторов Н-285в с ковшами вместимостью 19 м3 на карьерах АК «АЛРОСА» в 1999-2000 гг. показал среднюю производительность 250 тыс.м3/мес. Экскаваторы нового технического уровня с полностью гидравлическим приводом обладают ресурсом гидромашин в два раза больше по сравнению с предыдущим примером, и обеспечивает, в конечном счете, тот же уровень эксплуатационной

производительности. Это объясняется тем, что в горном производстве использование экскаваторов зависит от совершенства организационных и технологических факторов.

Установлено, что на надежность гидравлических систем главным образом влияет чистота рабочей жидкости. Согласно рекомендациям изготовителей фильтров, установка только лишь 10-микронного очистителя в сливной гидролинии должны была быть достаточна для обеспечения класса чистоты 16/13 по IS04406, что соответствует 10-11 классу чистоты по ГОСТ 17216-71. В действительности же, согласно данным проведенных экспериментов, только 25% времени чистота жидкости соответствовала нормативной (11 класс чистоты), а 75% времени она была хуже указанного уровня в 2-8 раз (12-15 класс чистоты). Естественно, при этом имеет место высокая интенсивность отказов гидросистемы (в среднем 0,001759 ч"1). Для выявления причин несоответствия реальных характеристик системы фильтрации нормативным была разработана методика и проведены исследования в процессе эксплуатации гидроприводов экскаваторов. Разработанные аппаратные и программные средства позволили выявить две основные причины отклонений эффективности системы фильтрации от планируемой изготовителем: повышенная по сравнению с ожидаемой интенсивность поступления загрязнений в гидросистему; снижение р-характеристики фильтра в реальных условиях. В моменты ремонтов имеет место скачкообразное загрязнение системы, причем величина скачка тем больше, чем серьезнее ремонт. Установлены значения величины интенсивности поступления загрязнений: от ремонтной активности в 12%, при заправке гидравлической жидкостью 11% и дозаправке 18 % (рис.5).

Значения на этом рисунке объясняются несоблюдением ремонтных технологий, отсутствием необходимого инструмента и технологического оборудования.

Подобные внезапные загрязнения гидросистем могут приводить к отказам и простоям.

0 2 5 ---------■-----------------------------------,

| 0 16

г о

Рис. 5. Весомость различных источников загрязнений

Системы фильтрации не справляются с реальной нагрузкой в забоях вследствие влияния следующих факторов: - сильной загрязненности заправляемой жидкости;

- неудовлетворительной технологической очистки внутренних поверхностей систем и агрегатов привода;

- неудовлетворительным качеством применяемых воздушных фильтров (сапунов);

- высокой запыленностью воздуха в зонах работы экскаватора.

Задача обеспечения оптимальной чистоты рабочей жидкости в процессе эксплуатации гидравлических карьерных экскаваторов может быть решена за счет внедрения:

- комплекса контроля загрязненности жидкости;

- технологической установки для доставки и заправки жидкости;

- установки для дополнительной очистки жидкости в гидравлической системе.

Технические требования к перечисленным устройствам должны вырабатываться с учетом специфических особенностей экскаваторов, к которым в данном случае следует отнести:

- существенные колебания величин потоков жидкости: низкочастотные с амплитудой до 300% - в соответствии с циклограммой работы машины и высокочастотные, с амплитудой до 50% и частотой 0,5-7 Гц, обусловленные переменным характером нагрузки на исполнительных механизмах;

- изменение вязкости жидкости в широком диапазоне - рабочие значения в 10-15 раз (от 20 до 300 сСт) и пусковые значения до 250 раз (до 5000 сСт);

- существенные 01раничения по размерам и массе узлов, в том числе фильтров, при необходимости обеспечения достаточно длительного ресурса (500-1000 ч и более);

- высокую интенсивность поступления загрязнений в рабочую среду, связанную с сильной запыленностью окружающего воздуха и сложностью создания «чистых» условий обслуживания.

Предложена рациональная технология и подобраны инструменты для комплекта контроля загрязненности жидкости в гидросистемах карьерных экскаваторов. Такой комплект был разработан и получил название РОС.

Разработаны технические требования к специализированному маслозаправочному агрегату (МЗА). С точки зрения фильтрации МЗА является утилизационной подсистемой, поскольку в ней отсутствует повторный контакт элементарного объема жидкости с фильтром. Очистка жидкости должна быть обеспечена за один проход. Отсюда техническое требование соблюдения абсолютной тонкости фильтрации на уровне наилучшего из применяемых в фильтров, а расчетная Р-характеристика для заправочной установки может быть вычислена :

Рк=Сд/Ск, (11)

где Сд , Ск -соответственно допустимая и исходная концентрация загрязняющих частиц в утилизируемой жидкости, 1/м3;

Соответственно грязеемкосгь заправочного фильтра должна обеспечивать хотя бы одну полную заправку системы без замены фильтроэлемента или иного технического обслуживания

С учетом этих зависимостей получена закономерность для расчета потребной площади заправочного фильтра из условия очистки заданного объема У2 жидкости с гарантированным качеством

К = (PllCkVz/gг,f)/[(l-(Qk/Q„N(APf^-APh^)/APbí[м)<'•S)/(lЧÍAPfNAPhN)/APm„N)0•5)] (13)

Использование заправочной установки, содержащей фильтр с коэффициентом отфильтровывания и площадью Б позволит обеспечить гарантированную очистку заправляемой жидкости с качеством требуемым для реализации желаемого ресурса гидроагрегатов.

Полученная зависимость была положена в основу проектирования маслозаправочного агрегата МЗА, созданного с участием автора в рамках заказа ОАО ХК «Якутуголь» для обслуживания карьерных гидравлических экскаваторов. Однако заправка гидравлической системы экскаватора очищенной жидкостью не является достаточным условием высокой надежности машины. Поэтому целесообразно обоснование параметров и создание установок для дополнительной очистки жидкости непосредственно в гидравлической системе экскаватора.

Гидросистема экскаватора с точки зрения фильтрации является циркуляционной, в которой один и тот же объем жидкости имеет возможность многократно контактировать с фильтром. Исследованиями показано, что в таких системах применение дополнительных частично-поточных фильтров весьма эффективно. Однако на стадии эксплуатации установка частично-поточных фильтров часто затруднительна, и поэтому эффективно использование внелинейной фильтрации, схема которой показана на рис. 6.

Рис. 6. Принципиальная схема внелинейной фильтрации (Н2+ФЗ) в типовой гидросистеме экскаватора (Н1 - основной иасос)

Внелинейная система фильтрации представляет собой отдельную насосную установку (ГО) небольшой производительности, снабженную

С«- ркСкУг>

(12)

высокоэффективным фильтром (ФЗ) и позволяет сформировать совершенно независимый круг циркуляции, способный обеспечить очистку жидкости даже тогда, когда основная система не работает. Соответственно обслуживание внелинейного фильтра может также производиться в произвольном графике, вне зависимости от загрузки экскаватора. Большие перспективы внелинейная фильтрация приобретает в настоящее время, благодаря новым материалам, которые позволяют реализовать сочетание высоких значений грязеемкости и ^-коэффициента. Внелинейные установки в передвижном исполнении могут использоваться не только в составе систем фильтрации, но и независимо, для предпусковой и послеремонтной подготовки, для заправки рабочей жидкости.

Добавляя в систему внелинейную фильтровальную установку, мы рассчитываем получить установившееся значение концентрации загрязнений, определяемое новым значением интегрального коэффициента отфильтровывания.

Рын = <3* /[<?п/рп+(?,/Рч+ <2кф / Р«ф] (14)

Очевидно, что необходимо вычислить потребные величины Ои^ и рВСф, исходя из необходимого к реализации нового значения концентрации загрязнений С н.

Коэффициент отфильтровывания определяется из выражения

Рвсф = (Ок* - Сн)/ Оы2, (15)

Применяя фильтры различной эффективности, можно варьировать потребную производительность насоса, а значит и габариты ВСФ. В настоящее время имеются фильтрующие элементы с Рн > 1000.

При выборе фильтров следует, тем не менее, иметь в виду, что в связи с особенностями реального загрязнителя, весьма неоднородного и содержащего большое количество мелких частиц, не следует стремиться к значительному увеличению р,^, так как это будет приводить к опережающему росту габаритно-весовых характеристик установки, поэтому лучше увеличить производительность насоса.

Получена расчетная зависимость для выбора фильтрационных и гидравлических характеристик внелинейных средств фильтрации для карьерных экскаваторов. Разработана конструкторская документация на внелинейную фильтровальную установку Рри-10М, внедренную в производство Горно-промышленной финансовой компанией.

Методология мониторинга состояния систем экскаватора и принцип действия устройств контроля режимов работы карьерных гидравлических экскаваторов заключаются в получении достоверной информации при применении технологий непрерывного измерения и записи физических

параметров. Принципиальная схема аппаратного комплекса для реализации такой технологии приведена на рис. 7.

Рис. 7. Принципиальная схема измерения и записи исследуемых параметров

Центральным звеном здесь является информационный накопитель (ИН), производящий непрерывный или периодический опрос датчиков и накопление результатов измерений в собственной памяти для последующего анализа. Разумеется, как датчики, так и информационный накопитель должны обладать надежностью и живучестью, достаточными для обеспечения их непрерывного функционирования в реальных условиях эксплуатации карьерных гидравлических экскаваторов.

С участием автора разработан специальный информационный накопитель - анализатор физических параметров типа АФПу (рис. 8), входящий в приборный комплекс ИН-МГМ. Конструктивным ядром анализатора физических параметров является перепрограммируемый микроконтроллер с восьмиканалышм аналого-цифровым преобразователем, снабженным энергонезависимыми часами реального времени, собственной памятью емкостью 512 кБ, последовательным интерфейсом RS232 для связи с ПК или другим устройством, а также аналоговыми и цифровыми входами (выходами) для подключения датчиков.

Рис. 8. Анализатор физических параметров АФПу и запись в режиме «электронный самописец»

Информационный накопитель работает в режиме электронного самописца. При этом производится регистрирование сигнала по каждому из

1 137 271 40В Мв W S17 863 106912251381 1407

аналоговых каналов с заданным интервалом времени и запись этой информации в энергонезависимую память устройства (см. рис.8). Возможные режимы работы:

1) Режим работы накопителя, при котором производится автоматическое построение гистограммы результатов измерений во времени, что позволяет проводить оперативный анализ состояния машины.

2) Режим работы устройства как анализатора. Во внутреннем программном обеспечении устройства вводятся специальные эталонные параметры и критерии оценки обработанной информации, по результатам сравнения с которыми производится выдача управляющих сигналов, аварийных сигналов, включение исполнительных устройств.

3) Совмещение вариантов в виде «Электронный самописец + Анализатор» и «Накопитель + Анализатор».

Дальнейшая обработка и просмотр данных может производиться при помощи электронных таблиц (например, Microsoft Excel), программ статистической обработки информации. Прибор АФПу инвариантен к типу применяемых датчиков, если их выходной сигнал находится в согласованном диапазоне. Применение информационных накопителей позволяет решать задачи по учету рабочего времени, экстремальных нагрузок, расхода топлива, и других факторов влияющих на производительность.

Осуществлена разработка инструментального комплекса (Табл.4)контроля качества гидравлических жидкостей. Фактическое состояние рабочей жидкости характеризуется ее вязкостью, а также следующими параметрами, отнесенными к единице объема жидкости:

- масса загрязняющих частиц;

- количество загрязняющих частиц определенного размера;

- масса воды.

Эксплуатационные мероприятия, рекомендуемые па базе полученной информации о фактических значениях параметров состояния рабочих жидкостей в системах экскаватора в реальных забоях, заключаются в следующем:

- замена рабочей жидкости;

- запрещение заправки некондиционной жидкости в системы машин;

- замена фильтрующих элементов (картриджей) в штатных фильтрах;

- очистка жидкости «внелинейными» фильтровальными установками;

- замена насосов, гидромоторов и/или других гидроагрегатов;

- ремонт агрегатов, в том числе гидромашин, гидроцилиндров или двигателей (дизелей).

Предлагаемый комплект содержит специализированные приспособления и лабораторное оборудование, пригодное только для выполнения необходимых задач и не обязательно приспособленное для универсальных исследований и измерений. Комплект FQC значительно дешевле универсальных компонентов лабораторных приборов.

Таблица 4

Комплект РОС. Номенклатура аппаратных средств

Аппаратное средство Назначение

Обозначение Наименование

БСЬи^кЯШ Портативный комплект для контроля содержания воды в жидкости Определение процентного содержания воды в гидравлических жидкостях и топливе путем отбора и экспресс-обработки проб

ва-йв/шо Портативный комплект для отбора проб Отбор проб из гидролиний и емкостей гидросистем в процессе их работы

за^/н/о БШ-ссзЛ/и Автоматический анализатор загрязненности Экспресс-анализ количества и массы характерных загрязняющих частиц в пробах гидрожидкости и топлива

ЗСМЬуЯ/и Анализатор вязкости Экспресс-анализ вязкости жидкости

всь зак/зЬегЛ Спектрометр Анализ наличия черных металлов в сухом осадке (подготовленная проба)

8С1- вак/вЬет^ Спектрометр Анализ наличия цветных металлов в сухом осадке (подготовленная проба)

БС1-зак/вЬег/З Комплект- анализатор металлов Апализ наличия металлов в жидкости (подготовленная проба)

БСЬЯБЯ/и Комплект реагентов Подготовка проб к анализу

8С1-ппсто1аЬ Микроскоп лабораторный Качественный анализ сухого осадка (подготовленная проба). Обработка проб жидкости оптометрическим методом

8С1-РС(1аГа Компьютер портативный Организация базы данных

В процессе исследований установлено, что удельная грязеемкость фильтров составляет от 83 до 140 г/ м1 или от 290500 до 490000 млн.частиц/м2, при средней массе частиц 0,35 млн.частиц/мг в условиях ведения вскрышных работ на разрезе «Нерюнгринский» .

Оборудование комплекта БОС позволяет принять обоснованные решения о необходимости тех или иных ремонтных воздействий.

Был разработан при непосредственном участии автора и находится в эксплуатации на разрезе «Нерюнгринский» ОАО ХК «Якутуголь» маслозаправочный агрегат для осуществления требуемой очистки и заправки гидрожидкостей в экскаваторы типа МЗА.

Оборудование МЗА установлено на шасси автомашины КрАЗ-65101. Фургон "МЗА" оборудован автономными системами внутреннего освещения и отопления с автоматической регулировкой температуры в кузове. Температура воздуха в кузове МЗА при температуре наружного воздуха -

50°С составляет +16°С. Предусмотрена возможность подключения внешнего источника электроснабжения.

Результаты выполненных исследований были использованы при определении экономической эффективности карьерных гидравлических экскаваторов. Установлена суммарная удельная стоимость фильтровальных установок, которая на моточас работы экскаватора (например, с ковшом вместимостью 15 м3) составляет 120 руб./ч.

Основные результаты исследования были применены проектными институтами «ГИПРОРУДА» и «СПб-ГИПРОШАХТ» (С.-Петербург) при разработке проектов «СЕВЕРАЛМАЗ» и «ТУРГЕНЕВСКОЕ». В первом из указанных проектов нашли применение экскаваторы РС-3000 с ковшами вместимостью 15 м3, а во втором - экскаваторы РС-8000 с ковшами вместимостью 40 м3.

Практические рекомендации были применены в ОАО «Ижорские заводы» и ОАО ХК «ЯКУТУГОЛЬ», что обеспечило значительный экономический эффект.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе дано новое решение научной задачи, связанной с созданием средств повышения эффективности карьерных гидравлических экскаваторов для повышения их надежности и долговечности.

Основные выводы и результаты диссертационной работы:

1. Установлено, что технологические параметры (радиус копания на уровне стояния, эффективная высота копания) карьерных гидравлических экскаваторов не уступают параметрам экскаваторов с электромеханическим приводом; при этом уровень надежности имеют выше и при меньшей в 2 раза металлоемкости обеспечивают большие удельные усилия копания и более высокую эксплуатационную производительность.

2. Установлены закономерности влияния параметров гидравлических систем и средств очистки гидрожидкости на коэффициент готовности и ресурс гидравлических экскаваторов, с использованием которых обоспованы рекомендации по увеличению надежности экскаваторов за счет формирования эксплуатационных параметров рабочей жидкости:

2.1. Установлено влияние гидравлического привода на надежность карьерного гидравлического экскаватора 25-30%.

2.2. Установлена зависимость эффективности использования экскаватора от системы сервисного обслуживания, включающей мониторинг

состояния систем, оснащенность ремонтным инструментом, систему очистки и разработанные средства очистки гидрожидкости.

2.3. Установлены значения коэффициента сервисных воздействий (мониторинга) в диапазоне от 0,88 до 0,99, коэффициента готовности 0,920,95 и коэффициента ремонтного оснащения 0,95-0,98.

2.4. Разработана стратегия технического обслуживания и установлено значение коэффициента технического использования гидравлического экскаватора, обеспечивающее увеличение интегрального коэффициента использования от 0,67 до 0,83.

2.5. Установлена рациональная степень очистки гидрожидкости, обеспечивающая повышение ресурсов гидропривода и основных агрегатов до 30-40 тысяч моточасов.

3. Получено соотношение для определения ресурса гидравлических агрегатов с учетом характерной концентрации загрязняющих частиц в рабочей жидкости. Рекомендован оптимальный режим эксплуатации экскаваторов, характеризуемый рациональным значением загрязненности рабочей жидкости на уровне 10+12 класса чистоты.

4. Получена зависимость для расчета площади заправочного фильтра из условия очистки заданного объема рабочей жидкости с гарантированным качеством, которая была положена в основу проектирования маслозаправочного агрегата МЗА. Применение агрегата МЗА на разрезе «Нерюнгринский» позволило получить экономический эффект 1,2 млн. руб.

5. Разработана методика обоснования параметров внелинейных средств фильтрации с использованием установленной зависимости для выбора фильтрационных и гидравлических параметров установки для карьерных гидравлических экскаваторов. Разработана конструкторская документация на внелинейную фильтровальную установку РГО-Ют, которая внедрена в производство Горно-промышленной- финансовой компанией.

6. Разработаны методика мониторинга эксплуатационных параметров систем гидропривода и аппаратурные средства комплекса ИН-МГМ.

Результаты работы были использованы КБ-1 ОАО «Ижорские заводы» при проектировании экскаватора ЭГ-5,5 и проектными институтами «ГИПРОШАХТ» и «ГИПРОРУДА».

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ И ВЫВОДЫ ДИССЕРТАЦИИ, ОПУБЛИКОВАНЫ В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ:

1. Определение показателей применения альтернативных видов выемочно-погрузочных машин непрерывного действия// В кн. Основы выбора техники и технологии послойного фрезерования горных пород на разрезах. - М. ИГД им. A.A. Скочинского, 1997. -С.97-123.. (Соавторы Б.Г. Алешин, К.Е Вшпщкий, И.Л. Гейхман и др).

2. Горное и транспортное оборудование фирмы "Komatsu" для открытых разработок// Глюкауф. №3. - 1999. С.53-58. (Соавтор В.М. Штейнцайг).

3 . К вопросу применения мощных карьерных гидравлических экскаваторов//Открыгые горные работы. - 2000. - №3. - С.40-43.

4. Опыт применения и сервисного обслуживания гидравлических экскаваторов в СНГ// Вторая межд. научно-практ. конф. по проблемам горнотранспортного оборуд.: Тезисы докладов 22-25 мая 2000 г. - ОАО «Ижорские Заводы», 2000. - С.31-33

5. Условия эффективной эксплуатации мощных гидравлических экскаваторов на карьерах Якутии// Межд. научно-практ. конференция «Мирный- 2001»: Тезисы докл. 1-9 июля 2001 г. - ЯКУТНИИПРОАЛМАЗ, 2001 - С.68-71

6. Системы обеспечения надежности гидропривода - инструмент внедрения современной карьерной техники на горных предприятиях России// Горная Промышленность». - 2002.- №1. - С. 45-49 (Соавторы Г.С. Бродский, Р.Р. Даутов).

7. Повышение надежности гидропривода - средство эффективного внедрения гидравлических экскаваторов на горных предприятиях СНГ// Горная Промышленность. - 2002. - №2.- С.54-58. (Соавтор Г.С. Бродский).

8. Опыт фирмы «Комацу Горное Германия» по внедрению гидравлических экскаваторов на Горных предприятиях России// Горная Промышленность. - 2002. - №6. - С.47-51. (Соавтор Штейнцайг В.М.).

9. Средства повышения эффективности эксплуатации мощных гидравлических экскаваторов на карьерах Якутии// Сб. докл. Межд. научно-практ. конф. «Мирный - 2001»// Актуальные проблемы разработки кимберлитовых месторождений: современное состояние и перспективы решения. - ЯКУТНИИПРОАЛМАЗ, 2002. - С. 93-97. (Соавторы В.М. Штейнцайг, P.P. Даутов, Г.С. Бродский).

10. Повышение надежности гидропривода и совершенствование управления эксплуатацией мощных экскаваторов с использованием измерительно - информационных комплексов// Гидравлика и Пневматика. 2005. № 18, с. 24-27.

(Соавтор Г.С. Бродский).

Подписано в печать 10.10.2005. Формат 60x90/16. Бумага офсетная 1,0 п. л. Тираж 100 экз Заказ № 1438

—»московски! О ГОСУДАРСТВЕННОГО ГОРНОГО УНИВЕРСИТЕТА

Лицензия на издательскую деятельность ЛР Л? 062809 Код издательства 5X7(03)

Отпечатано в типографии Издательства Московского государственного горного университета

Лицензия на полиграфическую деятельность ПЛД№ 53-305

119991 Москва, ГСП-1, Ленинский проспект, 6; Издательство МГГУ; тел. (095) 236-97-80; факс (095) 956-90-40

»18 5 8 3

РПБ Русский фонд

2006-4 17565

Введение.

1. Исследование состояния вопроса и постановка задач исследований.

1.1. Сравнительная оценка горнотехнических параметров и эксплуатационных показателей карьерных экскаваторов с электроприводом и гидроприводом основных механизмов.

1.2. Основные конструктивные и технологические преимущества карьерных гидравлических экскаваторов.

1.3. Цель, задачи и методы исследований.

1.4. Методы определения эффективности карьерных гидравлических экскаваторов.

Выводы по главе.

2. Оценка факторов, определяющих надежность гидравлических экскаваторов

2.1. Влияние ремонтных воздействий на производительность и долговечность карьерных гидравлических экскаваторов.

2.2. Влияние на надежность эксплуатации гидравлических систем чистоты рабочей жидкости.

2.3. Систематизация сервисных воздействий и средств мониторинга в зависимости от условий эксплуатации.

Выводы по главе.

3. Исследование параметров чистоты рабочей жидкости в процессе эксплуатации карьерных гидравлических экскаваторов.

3.1. Анализ и разработка комплекса контроля загрязненности жидкости.

3.2. Исследование очистки заправляемой жидкости.

3.3. Установки для дополнительной очистки жидкости в гидравлической системе экскаватора.

3.4. Эксплуатация систем фильтрации и мониторинг рабочей жидкости.

Выводы по главе.

4. Разработка и исследование и средств контроля режимов работы гидравлических экскаваторов.

4.1. Технические требования к приборной базе контроля режимов работы карьерных гидравлических экскаваторов.

4.2. Исследование технологических возможностей карьерных гидравлических экскаваторов с применением приборного комплекса ИН-МГМ на базе информационного накопителя.

4.3. Исследование эксплуатационных режимов работы карьерных гидравлических экскаваторов.

4.4. Разработка экономической модели и создание средств повышения эффективности эксплуатации карьерных гидравлических экскаваторов.

4.4.1. Разработка методики технико-экономической оценки средств повышения надежности экскаваторов.

4.4.2. Создание и внедрение в практику горного производства маслозаправочного агрегата МЗА, фильтровальных установок PFU-lOm и мини - лабораторий контроля чистоты жидкости.

Выводы по главе.

Интенсификация открытого способа разработки твердых полезных ископаемых возможна в большей степени за счет применения современных систем оборудования большей единичной мощности.

Темой настоящего исследования является анализ состояния транспортных систем разработки с применением карьерных гидравлических экскаваторов.

Технологические параметры гидравлических экскаваторов исследовались во многих работах, которые показали целесообразность технического перевооружения и вытеснения на горных предприятиях карьерных экскаваторов с электромеханическим приводом основных механизмов.

Наличие таких обоснований позволяет внедрить новые гибкие технологические схемы горного производства и одновременно в 2 раза снизить металлоемкость экскаваторного парка, обеспечить сервисное обслуживание нового поколения экскавационных машин, увеличив эффективность их применения.

Более 25 лет отечественные технологи и машиностроители пытаются создать условия для широкомасштабного применения гидравлических экскаваторов. Однако, эти работы носят в большей степени теоретический и экспериментальный характер, что на наш взгляд объясняется отсутствием инфраструктуры сервисного обслуживания гидравлических экскаваторов на карьерах.

На зарубежных предприятиях ситуация прямо противоположная. Еще десять лет назад, при поставке экскаваторов с ковшом вместимостью больше 12 куб.м., гидравлические экскаваторы составляли 30%, карьерные экскаваторы с электромеханическим приводом 70%. В настоящее время 75%, поставляемых на открытые горные работы, составляют карьерные гидравлические экскаваторы и только 25% экскаваторы с электромеханическим приводом. Главная причина в стремлении увеличить производительность труда, уменьшить численность работающих на горных предприятиях. Заказчиками 25% карьерных экскаваторов с электромеханическим приводом являются предприятия, которые имеют сложившуюся инфраструктуру с ремонтными цехами, системами электроснабжения и традициями интенсификации горных работ за счет увеличения вместимости ковшей и производительности средств транспорта.

Новые предприятия большой единичной мощности, средней и малой мощности, как правило, идут на применение карьерных гидравлических экскаваторов.

Проводить сравнение эффективности применения карьерных гидравлических экскаваторов с традиционными канатными следует с учетом затрат на инфраструктуру сервисного обслуживания, доставку и монтаж экскаваторов, привлечение людских ресурсов и вспомогательной техники, строительство ремонтной базы и складского хозяйства.

В нашей стране, учитывая преимущества гидравлических экскаваторов, мощные горные предприятия АХ «АЛРОСА», ОАО ХК «ЯКУТУГОЛЬ», ОАО «АПАТИТ», ОАО «Черниговец», ОАО «Норильский Никель», а также «Навоинский Горно-металлургический комбинат» в Узбекистане, «Васильковский ГОК», «Казахмыс» в Казахстане, приняли решение о перевооружении за счет внедрения нового поколения погрузочных машин.

Идеей настоящей работы является анализ работы зарубежных и отечественных предприятий, которые накопили определенный опыт эксплуатации карьерных гидравлических экскаваторов, обобщение достигнутых результатов и разработка методики формирования средств эффективной эксплуатации новых машин в экстремальных условиях карьеров.

Результаты работы были использованы КБ-1 ОАО «Ижорские заводы» при проектировании экскаватора ЭГ-5,5 и проектными институтами «ГИПРОШАХТ» и «ГИПРОРУДА».

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе дано новое решение научной задачи, связанной с созданием средств повышения эффективности карьерных гидравлических экскаваторов для повышения их надежности и долговечности.

1. Домбровский Н. Г. Экскаваторы. М.: Машиностроение, 1969-319 с.

2. Экскаватор 204-М «Super Front»/ Инструкция по эксплуатации «Сумитомо — Марион Корпорэйшн» (Япония США), 1980 г. — 420 с.

3. Штейнцайг В. М. Интенсификация открытых горных работ с применением мощных карьерных одноковшовых экскаваторов, М.,Наука,: 1990 г., — 142с.

4. Мельников Н. В., Реентович Э.И., Симкин Б. А. и др. Теория и практика открытых разработок. М., Недра, 1979 636 с.

5. Трубецкой К. Н., Винницкий К. Е., Потапов М. Г. и др. Справочник. Открытые горные работы. М., «Горное бюро», 1994 — 579 с.

6. Бродский Г.С. Повышение надежности гидрофицированных роторных экскаваторов путем создания систем кондиционирования рабочей жидкости. Дисс. к.т.н., М., ИГД им. A.A. Скочинского, 1986

7. Тимиркеев Р.Г., Сапожников В.М. Промышленная чистота и тонкая фильтрация рабочих жидкостей летательных аппаратов. М., Машиностроение, 1986 — 152 с.

8. Коновалов В.М., Скрицкий В.Я., Рокшевский В.А. Очистка рабочих жидкостей в гидроприводах станков. М, Машиностроение, 1976. — 288 с.

9. Инструкция по эксплуатации дизель- гидравлического экскаватора РС-5500, Komatsu Mining Germany, 2001.

10. Коваленко В.П., Ильинский A.A. Основы техники очистки жидкости от механических загрязнений. Москва, Химия, 1982. — 270 с.

11. Fitch Е.С. Fluid contamination control. FES Inc., OK, USA, 1988 433 p.

12. Крагельский И.В., Алисин B.B. и др. Трение, изнашивание и смазка. Кн. 2. М., Машиностроение, 1979 . 358 с.

13. Беленков Ю.А., Нейман В.Г., Селиванов М.П.,и др.Надежность объемных гидроприводов и их элементов. М., Машиностроение, 1977 г. — 167 с.

14. М.М Тенненбаум Износостойкость конструкционных материалов и деталей машин при абразивном изнашивании. М., Машиностроение, 1966 -331 с.

15. Щадов M. И., Винницкий К. Е., Потапов М. Г., и др. Развитие техники и технологии открытой угледобычи. М.: Недра, 1987 г., 237 с.

16. Удлер Э.И. Фильтрация углеводородных топлив. Томск, Изд-во Томского университета, 1981. — 152 с.

17. Красников Ю. Д., Мельников А. С. Динамика горных машин. Люберцы. 1999 г. 120 с.

18. Семенча П. В., Бернацкий В. А. Повышение прочности и ресурса подземных горных машин. Люберцы. 1999 г. — 138 с.

19. Мерзляков В. Г., Бафталовский В. Е. Физико-технические основы гидроструйных технологий в горном производстве. М.: 2004 г.

20. Кулешов А. А. Мощные экскаваторно-автомобильные комплексы карьеров. М.: Недра, 1980 г. — 317 с.

21. Large Hydraulic shovel at Chugucamata? Chile // Mining J. 1987 r. 353 c.

22. Солод С. В., Гольдбухт Е. Е., Френкель В. ILL, Бубновский Б. И. Техническое обслуживание и устранение неисправностей оборудования одноковшовых экскаваторов. М.: Недра, 1996 г.

23. Никитин Г.А., Чирков C.B. Влияние загрязненности жидкости на надежность работы гидросистем летательных аппаратов. М., Транспорт, 1969 г.-183 с.

24. Ефимов В. Н., Цветков В. Н., Садовников Е. М. Карьерные экскаваторы: справочник рабочего. М.: Недра, 1994 г. 381 с.

25. Белянин П.Н. Центробежная очистка рабочих жидкостей авиационных гидросистем. М., Машиностроение, 1976 г. 328 с.

26. Финкелыитейн З.Л. Применение и очистка рабочих жидкостей для горных машин. М., Недра, 1986 г. — 232 с.

27. Коваленко В.П., Ильинский A.A. Основы техники очистки жидкости от механических загрязнений. Москва, Химия, 1982. 270 с.

28. Алексеев В.И., Марченко С.Ю.,Одинцов В.А. и др. Определение классов чистоты рабочих жидкостей на экскаваторах ЭО-3322А, Оборудованных фильтрами линейными и центробежным сепаратором. Отчет №ЭК-2/505-81, Красноярск, КФ ВНИИСтройдормаш, 1982 г. -64 с.

29. Бродский Г.С„ Этингоф Е.А„ Гозман А.Д. Методы диагностики гидроприводов экскаваторов. ЦНИИТЭИтяжмаш, вып.2, №7, 1987, с.23

30. Тимиркеев Р.Г., Сапожников В.М. Промышленная чистота и тонкая фильтрация рабочих жидкостей летательных аппаратов. М., Машиностроение, 1986, 152 с.

31. Методика расчёта ЕНВ, часть 111 ,ЦБНТ при НИИТ и СВ, М., 1985, с. 312

32. Бизнес планирование, Учебник, под ред. В.М.Попова,С.И.Ляпунова,М., Финансы и статистика, 2000, 280 с.

33. Рокшевский В.А., Татьков В.В., Ливада Г.Ф., Рябошапка В.М. Снижение содержания воздуха и воды в рабочих жидкостях гидравлических систем. М., НИИмаш, 1981 г., 58 с.

34. Скрицкий В.Я., Рокшевский В.А. Эксплуатация промышленных гидроприводов. М., Машиностроение, 1984 г. — 176 с.

35. Козин Г.Ю., Бродский Г.С., Мельников A.C. Современные карьерные гидравлические одноковшовые экскаваторы. М.,ЦНИЭИуголь, 1989 — 38 с.

36. Слесарев Б. В. К вопросу применения мощных карьерных гидравлических экскаваторов,Открытые горные работы.,2000, №3,С.40-43.

37. Бродский Г. С., Слесарев Б. В. Повышение надежности гидропривода -средство эффективного внедрения гидравлических экскаваторов на горных предприятиях СНГ// Горная Промышленность. 2002. - №2.- С.54-58.

38. Слесарев Б. В. Опыт применения и сервисного обслуживания гидравлических экскаваторов в СНГ// Вторая межд. научно-практ. конф. по проблемам горнотранспортного оборуд.: Тезисы докладов 22-25 мая 2000 г. ОАО «Ижорские Заводы», 2000. - С.31-33

39. Штейнцайг В. М., Слесарев Б.В. Горное и транспортное оборудование фирмы "Komatsu" для открытых разработок, Глюкауф,№3, 1999, С.53-58.

40. Бродский Г.С., Даутов P.P., Слесарев Б.В. Системы обеспечения надежности гидропривода — инструмент внедрения современной карьерной техники на горных предприятиях России. М., «Горная промышленность», №1,2002, с. 45-49.

41. Слесарев Б. В. Условия эффективной эксплуатации мощных гидравлических экскаваторов на карьерах Якутии// Межд. научно-практ. конференция «Мирный- 2001»: Тезисы докл. 1-9 июля 2001 г. -ЯКУТНИИПРОАЛМАЗ, 2001 С.68-71

42. Штейнцайг В. М., Слесарев Б. В. Опыт фирмы «Комацу Горное Германия» по внедрению гидравлических экскаваторов на Горных предприятиях России// Горная Промышленность. 2002. - №6. - С.47-51.

43. Бродский Г. С., Слесарев Б. В. Повышение надежности гидропривода и совершенствование управления эксплуатацией мощных экскаваторов с использованием измерительно — информационных комплексов// Гидравлика и Пневматика. 2005. № 18, с. 24-27.

44. Бродский Г.С. Фильтры и системы фильтрации для мобильных машин. М., Горная Промышленность, 2004, 359 с.

45. Яременко О.В. Рекомендации по проведению подконтрольной эксплуатации насосов. М., Цинтихимнефтемаш, ХМ-46 №5, 1975 г. — 34 с.

46. Винницкий К. Е., Штейнцайг В. М., Скоболев А. С., Гидравлический экскаватор для разработки сложноструктурных месторождений. М., Уголь, 1986, №2, с. 45-47

47. Положение о планово-предупредительном ремонте оборудования ОГР на предприятиях угольной промышленности СССР, НИИОГР, Челябинск, 1990-312с.

48. Рокшевский В.А., Татьков В.В., Ливада Г.Ф., Рябошапка В.М. Снижение содержания воздуха и воды в рабочих жидкостях гидравлических систем. М., НИИмаш, 1981 г. -58 с.

49. Белянин П.Н., Данилов В.М. Промышленная чистота машин. М., Машиностроение, 1982 г. -224 с.

50. Коваленко В.П., Ильинский A.A. Основы техники очистки жидкости от механических загрязнений. Москва, Химия, 1982. 270 с.

51. Башева A.A., Балашова H.A., Бродский Г.С., Соловьев C.B. Определение эффективности фильтров для очистки рабочих жидкостей на байпасной линии в гидросистемах экскаваторов. Отчет №291288, МАДИ, 1989, 127 с.

52. Золотарь А.И., Гольдбухт А.Е. Разработка технологии изменения служебных свойств минеральных масел, прошедших эксплуатацию в карьерном оборудовании, для их вторичного использования. Отчет ИГД им. А,А,Скочинского №0103612000, 1994 г. 31 с.

53. Барышев В.И., Максакова И.В. Классификация загрязнений по качеству. M., «Мировая горная промышленность», № 3, 1997 г. с. 57-62.

54. Лозовский В.Н. надежность гидравлических агрегатов. М., Машиностроение, 1974 г. -320 с.

55. Бродский Г.С., Верескунов В.Н. Эффективные методы пробоотбора для оценки загрязненности рабочей жидкости в гидравлических системах. М., «Мировая горная промышленность», № 3, 1997 г. — с. 63-69.

56. Fitch Е., Iengar S. Filter selection for fluid power systems.-Proceeding Conf. Fluid & Automatic, 1976, p.Bl/l-Bl/14.

57. Смирнов H.B., Дудин-Барковский В.И. Курс теории вероятностей и матстатистики.М.,"Наука",1969 г. 511 с.

58. Икрамов У.А. Расчетные методы оценки абразивного износа. М., Машиностроение, 1987 г. -288 с.

59. R.J Wakeman, E.S. Tarleton. Filtration. Equipment Selection Modeling and Process Simulation. Oxford, Elsever Science Ltd, UK, 1999. 446 p.

60. Удлер Э.И. Фильтрация нефтепродуктов. Томск, Изд-во Томского университета, 1987.-217 с.

61. Бродский Г.С., Гозман А.Д., Верескунов В.Н. Фильтры для сливных линий гидросистем мобильных машин и их работа в зоне высоких значений вязкости рабочей жидкости. М., «Мировая горная промышленность», № 3, 1997.-с. 76-80.

62. Dickenson Т.С. Filters and filtration handbook. Oxford, Elsever Science Ltd, 1997.-1079 p.

63. Crâne K.C.A., Morris S.R. Laser-Drilled Stainless Steel Filter Screens ("Laserscreens"): Application Regimes. Advances in Filtration & Séparation Technology. V.13b., p. 876 884. American Filtration & Séparation Society, Northport, USA, 1999.

64. You've got the power; we've got the protection. Centriguard centrifugal filters. Fleetguard, USA, 2002, 6 p.

65. Бродский Г.С. Эффективность современных фильтрационных технологий при эксплуатации горных машин. М., Горная промышленность, № 5, 2002

66. M. Н. Щадов, Подэрни Р. Ю., Справочник механика открытых горных работ. Экскавационно-транспортные машины цикличного действия. М., Недра, 1989, с. 408.

67. SpinnerIIModer400 HD oil cleaning centrifuge. T.E.Hungins, USA, 2002, 2 p.

68. Шайдуров A. С. Автореферат «Развитие теории системного анализа и построения оптимальных систем электроснабжения горных предприятий», Московский Горный Институт, М., 1993 г. — 39 с.

69. Жужиков В.А. Фильтрование. М., Химия, 1980 398 с.

70. Бродский Г.С., Сухоруков А.Н., Зуев В.И., Башева А.А. Результаты испытаний фильтров и фильтрующих элементов для СДМ. М., «Строительные и дорожные машины», №11-12, 1992, с.7 -9.

71. Рыбаков К.В., Дмитриев Ю.И., Поляков А.С. Авиационные фильтры для топлив, масел, гидравлических жидкостей и воздуха. М., Машиностроение, 1982.- 158 с.

72. Подэрни Р. Ю., Горные машины и комплексы для открытых работ. Учебник для вузов, М., Недра, 1985, с. 320

73. Brodski G. Fluid & air purification in industrial hydraulic drives. Filtration 2000, Philadelphia, USA, 2000, 15 p.

74. Brodski G. Current Development of Filter Media & Cartridges for Automotive & hydraulic Systems. Dusseldorf Europe Filtration Congress.99, p.35-48.

75. Чертов А.Г. Единицы физических величин. М.,Высшая школа, 1977, 287 с.

76. Бродский Г.С. Основные принципы и методы разработки экономически целесообразных систем фильтрации для гидрофицированных машин. М., «Мировая горная промышленность», № 3,1997 г. — с. 45-57.

77. Золотарь А.И., Гольдбухт А.Е. Разработка технологии изменения служебных свойств минеральных масел, прошедших эксплуатацию в карьерном оборудовании, для их вторичного использования. Отчет ИГД им. А,А,Скочинского №0103612000, 1994 г. 31 с.

78. Барышев В.И., Максакова И.В. Классификация загрязнений по качеству. М., «Мировая горная промышленность», № 3, 1997 г. с. 57-62.

79. Финкельштейн 3.JI. Применение и очистка рабочих жидкостей для горных машин. М., Недра, 1986 г. 232 с.

80. Очистка рабочей жидкости в гидроприводах металлообрабатывающего оборудования. Методические рекомендации. М., НИИмаш, 1982 г. — 55 с.

81. Fitch Е.С. Fluid contamination control. FES Inc., OK, USA, 1988 433 p.

82. Бродский Г.С., Зуев В.И., Кирсанова К.Ш. Определение ресурса бумажных фильтрующих элементов для гидравлических приводов. М., «Вестник машиностроения», 1992, №3, с.29-32.

83. Киселев М.М. Топливно-смазочные материалы для строительных машин: Справочник. М., Стройиздат, 1988-271 с.

84. Зорин В. А. Комплексный критерий оценки состояния механических систем строительных машин. М. 1996 г. — 212 с.

85. Гурский Б. Э. Резервы повышения надежности редукторов строительных машин. М. 1996 г. -263 с.

86. Brodski G., Gozman A. Filter Media Selection in the Designing of Cartridge Filters for the Purification of Varying Viscosity hydraulic Fluids. Advances in Filtration & Separation Technology, Volume 13a, p. 884-892, Boston, 1999.

87. Rausch, K. Which filters are most effective? Hydraulics & pneumatics, February 2002, p. 31-33.

88. Розин Б.Б. Математико-статистические методы в экономическом анализе и планировании. М.: Наука, 1983 г. 254 с.

89. Jena А.К., Gupta К.М. Pore size distribution in filter materials. Filtration-99. Book of Papers. Chicago, 1999, p. 23/1-23/11

90. Степнов M.H. Статистическая обработка результатов механических испытаний. M., "Машиностроение", 1972 г. 232 с.

91. HYDAG Filter Elements. Product catalogue. Hydac, Germany, 2002. 11 p.

92. Надежность и эффективность в технике: Справочник: в 10 т/ ред. Совет: Авдуевский В. С. И др., М., Машиностроение, 1986, Т1: методология. Организация. Терминология/под ред. А. И. Рембазы — 224 с.