автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.06, диссертация на тему:Обоснование регламента технического обслуживания и ремонта ротационных узлов шагающих экскаваторов по вибрационным признакам

На правах рукописи

!

Лхамжав Орхон

ОБОСНОВАНИЕ РЕГЛАМЕНТА ТЕХНИЧЕСКОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ И РЕМОНТА РОТАЦИОННЫХ УЗЛОВ ШАГАЮЩИХ ЭКСКАВАТОРОВ ПО ВИБРАЦИОННЫМ ПРИЗНАКАМ

Специальность 05.05.06 - Горные машины

7 НОЯ 2013

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Иркутск - 2013

005537350

Работа выполнена на кафедре горных машин и электромеханических систем ФГБОУ ВПО «Иркутский государственный технический университет»

Научный руководитель: Шадрин Александр Иванович, доктор

технических наук, профессор кафедры горных машин и электромеханических систем Иркутского государственного технического университета

Официальные оппоненты: Викулов Михаил Александрович,

доктор технических наук, профессор, зав. кафедрой горных машин СевероВосточного федерального университета;

Бермап Александр Фишелевич, доктор технических наук, профессор, зав. лабораторией ИДСТУ СО РАН

Ведущая организация:

ОАО «Иркутский научно-исследова' тельский институт благородных и редких металлов» (Иргиредмет)

Защита состоится 26 ноября 2013 г. в 10:00 ч. на заседании диссертационного совета Д 212.073.04 при ФГБОУ ВПО «Иркутский государственный технический университет» по адресу: 664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83, корпус «К», конференц-зал.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Иркутский государственный технический университет».

Отзывы на автореферат (два экземпляра, заверенные организацией) направлять по адресу: 664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83, ученому секретарю диссертационного совета Д 212.073.04; e-mail: ds04@istu.edu; факс: (3952) 40-58-69.

Автореферат диссертации разослан 24 октября 2013 г.

И.о. ученого секретаря диссертационного совета, ( А.Е. Беляев

доктор технических наук, профессор

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. Горнодобывающая отрасль занимает ведущее место в экономике Монголии: не только обеспечивает углем ТЭЦ городов Дар-хан и Эрдэнэт, но и экспортирует золото, флюорит, коксующийся уголь, что влияет на рост валовой продукции страны, поэтому её экономическое развитие во многом зависит от эффективности развития горнодобывающей промышленности.

В настоящее время в Монголии разработка месторождений полезных ископаемых производится преимущественно открытым способом. На горных предприятиях используются экскаваторы типа ЭКГ-5А, ЭКГ-4У, ЭКГ-8И, ЭКГ-10, ЭШ-10-70, ЭШ-13-50, ЭШ-15-90, ЭШ-20-90. Эти машины в основном работают на угольном разрезе «Баганурский» со сроком эксплуатации от 20 до 30 лет. Следует отметить, что до настоящего времени исследований процесса эксплуатации экскаваторов угольного разреза «Баганурский» проводилось недостаточно.

Одним из путей повышения уровня эффективности использования мощных высокопроизводительных машин является оперативная и своевременная оценка технического состояния экскаваторов, обеспечивающая минимальные затраты времени и средств на ремонтное обслуживание. В связи с этим, оценка технического состояния и организация ремонта горной техники по фактическому состоянию являются актуальными задачами.

Цель работы — повышение уровня эксплуатационной надежности и снижение стоимости содержания шагающих экскаваторов за счет сокращения неплановых простоев путем ведения вибрационного контроля и мониторинга технического состояния, разработки регламента ремонта ротационных узлов.

Объектом исследования являются шагающие экскаваторы.

Предмет исследования - процесс износа ротационных узлов основных приводов шагающих экскаваторов.

Основная идея работы. Уровень эксплуатационной надежности шагающих экскаваторов увеличивается в результате выполнения регламента ремонта по фактическому состоянию их ротационных узлов, разрабатываемого на основе метода прогнозирования остаточного ресурса по результатам контроля и мониторинга износа вибрационными методами диагностики.

Защищаемые научные положения:

1. Показатели эксплуатационной надежности шагающих экскаваторов разреза «Баганурский»в климатические периоды года работы следует определять по регрессионной зависимости, учитывающей влияние температуры атмосферного воздуха и скорости ветра.

2. Уровень эксплуатационной надежности шагающих экскаваторов в сверхнормативный срок эксплуатации в условиях Монголии следует опре-

делять по установленным регрессионным зависимостям, учитывающим влияние срока эксплуатации на показатели надежности.

3. Прогнозирование остаточного ресурса редукторов главных приводов шагающих экскаваторов должно осуществляться с использованием установленных регрессионных зависимостей значения комплексного показателя Хёрста от наработки с момента последнего ремонта.

Научная новизна результатов исследования:

■ установлены закономерности изменения показателей и многофакторные регрессионные зависимости уровня эксплуатационной надежности шагающих экскаваторов от погодно-климатических факторов на разрезе «Баганурский» (Монголия);

■ определены аналитические зависимости показателей эксплуатационной надежности шагающих экскаваторов от срока их эксплуатации, позволяющие прогнозировать уровень надежности машин за пределами нормативного срока службы;

■ разработаны регрессионные зависимости комплексного показателя Хёрста состояния редукторов главных приводов шагающих экскаваторов от их наработки, позволяющие прогнозировать остаточный ресурс и разрабатывать регламент ремонта экскаваторов по фактическому состоянию ротационных узлов.

Теоретическая значимость исследования. Установлены закономерности изменения показателей эксплуатационной надежности шагающих экскаваторов в зависимости от климатических условий и срока эксплуатации на разрезе «Баганурский», которые могут быть использованы для планирования эксплуатационных показателей. Разработан метод прогнозирования остаточного ресурса редукторов главных приводов шагающих экскаваторов, который позволяет планировать и выполнять ремонты машин по фактическому состоянию ротационных узлов.

Практическая значимость исследования. Установленные закономерности изменения показателей эксплуатационной надежности шагающих экскаваторов от климатических условий и срока эксплуатации, разработанный метод прогнозирования остаточного ресурса узлов редукторов главных приводов драглайнов используются на разрезе «Баганурский» при разработке регламента ремонта по фактическому состоянию их ротационных узлов и при прогнозировании выработки машин.

Предполагаемая форма внедрения результатов - методика разработки регламента ремонта шагающих экскаваторов разреза «Баганурский» по вибрационным характеристикам узлов редукторов главных приводов шагающих экскаваторов.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 3 научные работы в изданиях рекомендованного перечня ВАК.

Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения, 4 приложений, общим объемом .92 страниц

машинописного текста, содержит 4 таблицы и 61 рисунок, список литературы из 96 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе диссертационной работы содержится анализ выполненных исследований по проблеме эффективности использования горных машин. Исследованию уровня эксплуатационной надежности, эксплуатационной технологичности и качества систем технического обслуживания и ремонта горного оборудования, оценке экономически оправданного срока службы машин посвящены работы В.И. Солода, В.Н. Гетопанова, Г.И. Солода, A.B. Докукина, П.И. Коха, В.П. Шилова, В.И. Морозова, В.А. Голу-бева, В.Р. Кубачека, А.Т. Филимонова, В.М. Рачека, И.А. Шиповского, В.И. Русихина, Д.Е. Махно, Я.М. Радкевича, Г.С. Рахутина, В.Н. Ефимова,

A.B. Тропа, JI.C. Сычева, Б.И. Лактионова, В.Б. Тимофеева, А.И. Шадрина,

B.C. Квагинидзе и монгольских ученых Д. Батжаргала, Ц. Нанзада и др.

Дается анализ простоев экскаваторов-драглайнов угольного разреза «Баганурский» (Монголия), обоснование цели и задач исследования.

Во второй главе приведен характер изменения показателей эксплуатационной надежности экскаваторов угольного разреза «Баганурский» в климатические периоды работы (зимний, летний): коэффициента технического использования, коэффициента готовности, среднего времени восстановления, параметра потока отказов, удельной суммарной продолжительности неплановых ремонтов и удельной суммарной продолжительности плановых ремонтов. Выполнен многофакторный анализ влияния по-годно-климатических характеристик на показатели надежности экскаваторов-драглайнов. Определены закономерности распределения наработки между отказами редукторов шагающих экскаваторов ЭШ-15-90.

Установлены регрессионные зависимости показателей надежности экскаваторов от срока эксплуатации в условиях угольного разреза «Баганурский».

В третьей главе дана методика проведения вибрационного контроля состояния элементов редукторов главных приводов шагающих экскаваторов и фрактального анализа результатов полученных спектров виброхарактеристик. Предложен метод расчета остаточного ресурса редукторов по результатам вибромониторинга с использованием комплексного показателя Хёрста и установленных в работе зависимостей его значения от наработки после очередного ремонта.

В четвертой главе рассмотрен алгоритм и методика прогнозирования остаточного ресурса и разработки регламента технического обслуживания и ремонта редукторов главных приводов шагающих экскаваторов по результатам виброконтроля и мониторинга их технического состояния. Приведен расчет экономического эффекта от внедрения предлагаемых ме-

роприятий по повышению эксплуатационной надежности драглайнов на угольном разрезе «Баганурский».

Первое научное положение

Показатели эксплуатационной надежности шагающих экскаваторов разреза «Баганурский» в климатические периоды года работы следует определять по регрессионной зависимости, учитывающей влияние температуры атмосферного воздуха и скорости ветра.

Для достижения цели исследования на угольном разрезе «Баганурский» (Монголия) в период 2003-2011 гг. проведены наблюдения за эксплуатацией экскаваторов ЭКГ-5А, ЭКГ-8И и экскаваторов-драглайнов по плану [Ы; М; Тс] согласно ГОСТ Р 53480-2009, ГОСТ 27.002-89. Полученная экспериментальная информация проверена на достоверность путем анализа первичной документации об использовании машин (журналы приема-сдачи смены, фактическое выполнение нарядов на ремонтные работы, сменные отчеты диспетчеров и др.).

По данным наблюдениям проведено исследование эксплуатационной надежности карьерных экскаваторов с использованием показателей, рекомендованных ГОСТами.

Выявлено, что основными отказами экскаваторов являются отказы деталей и узлов механической части машин. Диаграммы распределения отказов и простоев механической и электрической части отвальных, добычных и вскрышных экскаваторов показывают, что коэффициенты простоев из-за отказов механической части составляют для экскаваторов: ЭКГ-8И-0,52 (отвал), ЭКГ-5А - 0,51 (добыча), шагающих - 0,58(вскрыша) от общих потерь времени из-за отказов. Коэффициент отказов механической части составляет у экскаваторов ЭКГ-8И 0,64 (отвал), ЭКГ-5А - 0,58 (добыча), шагающих экскаваторов - 0,54 (вскрыша) от всех отказов.

Для выбора путей и разработки мероприятий по повышению надежности экскаваторов установлена зависимость уровня надежности от погод-но-климатических условий эксплуатации. Для этого проанализировано изменение уровня надежности экскаваторов в зимний и летний периоды эксплуатации. При этом в условиях Монголии за зимний период приняты месяцы с октября по март, а за летний — с апреля по сентябрь.

Исследования показали, что в зимние месяцы по сравнению с летними уровень надежности экскаваторов снижается. Удельная суммарная продолжительность неплановых ремонтов, параметр потока отказов возрастают в зимние месяцы. Параметр потока отказов возрастает в 1,4 раза, удельная суммарная продолжительность неплановых ремонтов - на 15 % (рис. 1 и 2).

о

летний

зимний

ттеттпг чттттгй

Рис. 1. Диаграмма изменения параметра потока отказов шагающих экскаваторов в климатические периоды эксплуатации

Рис. 2. Диаграмма изменения удельной суммарной продолжительности неплановых ремонтов шагающих экскаваторов в климатические периоды эксплуатации

Динамика среднего времени восстановления показывает его увеличение в зимние периоды в 2— 2,33 раза. В качестве примера на рис. 3 представлено изменение среднего времени восстановления экскаваторов ЭКГ-5А в течение года. Имеет место увеличение удельной суммарной продолжительности плановых ремонтов в летние месяцы, что объясняется стремлением выполнить возможно больший объем ремонтных работ в более комфортных условиях. На рис. 4 представлено изменение параметра потока отказов Кпар шагающих экскаваторов в зависимости от температуры воздуха в период 2003-2011 гг. Характер измененияю экскаваторов от скорости ветра (рис. 5), по сравнению с зависимостью его от температуры воздуха, показывает более выраженную тенденцию неуклонного его уменьшения (коэффициент корреляции R=-0,53).

Рис. 3. Диаграмма изменения среднего времени восстановления шагающих экскаваторов в климатические периоды эксплуатации

ш=0,0181 -0,0002х+3,95Е-6х" -0,75

-25 -20 -15 -10 -5 0 5 температура, градус

15 20 25

Рис. 4. Параметр потока отказов

шагающих экскаваторов в зависимости от температуры воздуха

0.032 -0,030

V 0.028 | 0,026 О 0,024

= 0,022 &

| 0,020 с 0,013 0,016 0,014

01-0,1279-0,0131 Х+0.0004Х" Я= -0,5302

скорость ветра, м/с

Рис. 5. Параметр потока отказов

шагающих экскаваторов в зависимости от скорости ветра

В пределах изменения температуры воздуха условиях разреза удельная суммарная продолжительность неплановых ремонтов в период 2003-2011 гг. варьирует в пределах от 0,17 до 0,27 ч/ч (рис. 6).

Уравнение аппроксимации, полученное для Куд с коэффициентом корреляции 0,64 при снижении температуры воздуха в указанных на

графике пределах, показывает тенденцию неуклонного увеличения средних значений этого показателя надежности с 0,2 до 0,25, то есть в 1,25 раза.

Анализ изменения удельной суммарной продолжительности плановых ремонтов Куд шагающих экскаваторов в зависимости от скорости ветра в период 2003-2011 гг. показал несущественность связи (коэффициент корреляции Л= -0,38).

В настоящей работе получены уравнения множественной регрессии связи показателей надежности с погодно-климатическими факторами для экскаваторов ЭКГ-5А, ЭКГ-8И и шагающих экскаваторов в условиях угольного разреза «Баганурский» в следующем виде:

со=0,02-0,000226/-0,000070у; где среднесуточная температура воздуха, °С; V- скорость ветра, м/с.

н ^ * ш

г г

С* Ш О О

с о

Куд=0,205-0,0009х+2,4764-Е5х2 К= -0.64

-30 -25 -20 -15 -10 -5

10 15 20 25

Температура, градус

Рис. 6. Зависимость удельной суммарной продолжительности неплановых ремонтов шагающих экскаваторов от температуры воздуха

Для удельной суммарной продолжительности неплановых ремонтов Куд получено уравнение множественной регрессии в следующем виде:

Куд = 0,18-0,0012/+0,0016v.

Обработкой результатов наблюдения методами математической статистики и теории вероятностей установлено, что распределение наработок между отказами редукторов соответствует экспоненциальному закону с уровнем значимости не ниже 0,1. Плотности вероятности распределений представлены на рис. 7.

Наработка,

Наработка, маш-час

Рис. 7. Экспериментальное и теоретическое распределения наработки между отказами механизма поворота (а), редуктора подъема (б) и редуктора тяги (в) экскаваторов ЭШ-15-90

Второе научное положение Уровень эксплуатационной надежности шагающих экскаваторов в сверхнормативный срок эксплуатации в условиях Монголии следует определять по установленным регрессионным зависимостям, учитывающим влияние срока эксплуатации на показатели надежности.

В работе изучено изменение уровня надежности шагающих экскаваторов за сверхнормативный срок эксплуатации. На рис. 8 представлено изменение коэффициента технического использования Ктн шагающих экскаваторов в период 2003-2011 гг.

Уравнение аппроксимации, полученное для Кт„ с коэффициентом корреляции К =-0,48, показывает тенденцию неуклонного снижения его средних значений с 0,84 до 0,75 в рассматриваемый период.

На рис. 9 представлено изменение коэффициента готовности шагающих экскаваторов в период 2003-2011 гг. Характер его изменения показывает более выраженную тенденцию неуклонного его снижения - с 0,90 до 0,77 (коэффициент корреляции Я= -0,71) по сравнению с коэффициентом технического использования шагающих экскаваторов.

Возрастание плановых простоев в ремонте при увеличении срока эксплуатации машин связано с нарастающим объемом работ из-за уменьшения послеремонтного ресурса узлов и агрегатов и увеличения номенклатуры объектов ремонта за счет узлов, имевших высокий ресурс, а также базовых элементов оборудования.

Срок эксплутации, лет

Рис. 9. Зависимость коэффициента готовности шагающих экскаваторов от срока эксплуатации

Срок эксплутации, лет

Рис. 8. Зависимость коэффициента технического использования шагающих экскаваторов от срока эксплуатации

Кти-1,0724-0,0236х+0,0005х2 ат„= -0.48

Возрастание неплановых простоев в ремонте при увеличении срока эксплуатации машин вызвано недостаточным применением методов неразрушающего контроля технического состояния, что не позволило уменьшить неплановые простои за счет перевода их в разряд плановых. Удельная суммарная продолжительность неплановых ремонтов Куд экскаваторов-драглайнов (рис. 10) в период 2003-2011 гг. также имеет тенденцию к увеличению.

Кривые аппроксимации показывают, что средние значения удельной суммарной продолжительности неплановых ремонтов Куд увеличиваются за 13 лет сверхнормативного срока эксплуатации экскаваторов-драглайнов с 0,12 до 0,30 (коэффициент корреляции Л=0,85).

Полученные регрессионные уравнения для коэффициента технического использования и коэффициента готовности могут быть применены

Охж экспп>шации, лег

Рис. 10. Зависимость удельной суммарной продолжительности неплановых ремонтов драглайнов от срока эксплуатации

для прогнозирования выработки и оценки целесообразности продолжения эксплуатации машин.

Третье научное положение Прогнозирование остаточного ресурса редукторов главных приводов шагающих экскаваторов должно осуществляться с использованием установленных регрессионных зависимостей значения показателя Хёрста от наработки с момента последнего ремонта.

Современные технологии контроля и диагностики состояния оборудования используют метод вибрационной диагностики. Выбор метода вибродиагностики зависит от структурного, функционального и вибрационного состояния объекта.

Наиболее широко вибродиагностика используется для контроля вращающихся механизмов. Выделяют следующие основные неисправности, определяемые анализом вибросигналов: дефекты подшипников качения, дефекты подшипников скольжения, дефекты механических передач.

На самом деле, сравнивать вибрационный процесс с простым колебательным движением некорректно. Уровень вибрации машин и их вращающихся элементов зависит от многих внешних и внутренних факторов и является нелинейным процессом с параметрами, варьирующими в широких пределах.

На угольном разрезе «Баганурский» были проведены измерения параметров вибрационного процесса в контрольных точках на подшипниках редукторов хода, подъема, тяги и вращения шагающих экскаваторов ЭШ-15-90 с использованием виброанализатора УА-412. Экспериментальную базу данных составили более 280 спектров виброскорости и виброускорений в период эксплуатации экскаваторов с января 2007 г. по февраль 2010 г. Целью измерений являлось изучение степени влияния факторов на техническое состояние узлов экскаваторов и получение данных для прогнозирования их остаточного ресурса и планирования ремонта.

В результате измерений в контрольных точках подшипников редукторов были зарегистрированы спектры вибрации в виде частотной последовательности амплитуд виброскорости и виброускорения. В качестве примера на рис. 11 изображен один из спектров вибрационных ускорений подшипника подъёмного редуктора шагающего экскаватора ЭШ-15-90.

Полученные частотные ряды амплитуд колебаний представляют собой фрактальные множества, для описания которых в теории динамических систем используется комплексный показатель Хёрста Н, который количественно характеризует меру хаотичности значений амплитуд в частотном ряду спектра.

Рис. 11. Спектр вибрационных ускорений подшипника подъёмного редуктора шагающего экскаватора ЭШ-15-90

По мере изменения уровня хаотичности вибрационного сигнала меняются и его фрактальные характеристики. Это позволяет рассматривать показатель Хёрста как дополнительный диагностический критерий оценки технического состояния подшипников редукторов шагающих экскаваторов, который определяется по следующей формуле:

где Н— показатель Хёрста, принимающий значения от 0 до 1;

R - размах колебания, представляющий собой разность между максимальным и минимальным значениями амплитуды х от среднего значения М/с',

S - среднеквадратическое отклонение амплитуды х колебаний от их среднего значения Мк;

а- константа, эмпирически Хёрст рассчитал, что константа а равна приблизительно 0,5;

N — текущее значение объема выборки (количество периодов колебаний).

Для оценки показателя Хёрста применяется нормированный размах, определяемый отношением R/S. Как правило, для рядов параметров вибрации многих природных процессов величина нормированного размаха описывается следующим эмпирическим соотношением:

где Н- показатель Хёрста.

Данные вибромониторинга измерений вибрационных характеристик были обработаны при помощи программы Fractan, в результате чего для каждого спектра была получена зависимость нормированного размаха R/S от объема выборки N. По данным каждого спектра виброускорений опре-

Н =

log(j?/5)-loga logtf

(1)

R/S=(dN)H,

(2)

делен показатель Хёрста. Пример зависимости /?/5^/(Лг), рассчитанной по выражению (2), представлен на рис. 12, для которой показатель Хёрста #=0,386.

Ьо610(0

Рис. 12. Нормированный размах виброускорений подшипника подъёмного редуктора экскаватора ЭШ-15-90

Практически определено, что у работоспособного редуктора показатель Хёрста меньше 0,5.

Если показатель Хёрста вибрационного ускорения подшипника редуктора подъема ЭШ-15-90 равен //=0,115, то это значит, что в дальнейшем вибрационное ускорение будет возрастать незначительно.

Практика эксплуатации и анализ уровня вибрационого процесса вращательных механизмов (элементов) показывают, что при показателе Хёрста //<0,74 подконтрольный элемент работоспособен, а при 0,75<#<1 имеет место аварийный износ, требующий незамедлительного ремонта элемента. При пороговом значении показателя Хёрста, равном 0,5, следует сократить периодичность контроля и начать подготовку ремонта.

Анализ изменения показателя Н за весь исследуемый период работы подшипника подъёмного редуктора шагающего экскаватора ЭШ-15-90 показывает, что подшипник находится на стадии развития повреждения, достигая фазы износа, когда наблюдается заметное увеличение скорости его износа. В работе получены зависимости комплексного показателя Хёрста от наработки редукторов тяги, подъёма и поворота шагающих экскаваторов с момента последнего ремонта.

В качестве примера на рис. 13 показана динамика показателя Хёрста для осевых колебаний подшипника редуктора подъема экскаватора ЭШ-15-90, а на рис. 14 приведена аппроксимация его изменения прямой, выражающей зависимость показателя Хёрста от наработки редуктора.

ШШ-11С

Рис. 13. Динамика показателя Хёрста технического состояния редуктора подъема экскаватора ЭШ-15-90

наработка, маш-час

Рис. 14. Динамика показателя Хёрста редуктора подъема ЭШ-15-90 и прямая аппроксимации зависимости его от наработки

Остаточный ресурс ?ост при наработке редуктора до контроля, например, 3800 маш.-ч и текущем показателе Хёрста Н= 0,63 рассчитывался при предельном его значении /7=0,75 по уравнению Я=0,169+0,00012? следующим образом:

4ст=[(0,75-0,169)/0,00012]-3 800= 1042 маш.-ч.

По данному методу, определив показатель Хёрста основных узлов и элементов машин, можно установить их остаточный ресурс, обеспечивающий надежную работу машин до ремонта. В случае оценки остаточного ресурса появляется возможность прогноза технического состояния машин в планируемый период их использования в зависимости от условий работы шагающих экскаваторов.

Таким образом, результаты проведенного исследования дают возможность с опережением 1-2 месяца прогнозировать разрушение узлов редукторов главных приводов по величине показателя Хёрста, что дает возможность производить техническое обслуживание и ремонт машин по их фактическому состоянию, повышать эксплуатационную надежность редукторов главных приводов, уменьшать неплановые простои в ремонте, увеличивать выработку шагающих экскаваторов и снижать себестоимость 1 м3 вскрыши.

Таким образом, предложенный метод прогнозирования остаточного ресурса позволяет планировать либо очередной виброконтроль износа, либо ремонты элементов редукторов по их техническому состоянию с использованием полученных в работе в определенных условиях работы экскаваторов ЭШ-15-90 следующих уравнений связи показателя Хёрста с наработкой механизмов с момента последнего ремонта:

подъема Н=0,169+0,00012?, 11=0,94, Б=0,97; поворота Н=0,113+0,00014?, 11=0,92, 0=0,95; тяги - Н=0,081+0,00015?, Я=0,95, Б=0,97.

Примерный регламент виброконтроля и мониторинга технического состояния редуктора подъёма шагающих экскаваторов ЭШ-15-90 изображен на рис. 15.

ТО-З ТО-2 ТО-1

маш-час

Рис. 15. Примерный регламент виброконтроля редуктора подъема ЭШ-15-90

Структура ремонтного цикла редукторов главных приводов шагающих экскаваторов ЭШ-15-90 предусматривает проведение первичного контроля диагностических параметров КД, текущих замеров вибрационных характеристик ТД1, ТД2, ТДЗ и т. д, по результатам которых ведется мониторинг технического состояния и принимается решение о необходимости выполнения работ по техническому обслуживанию редукторов (добавление или замена смазки, регулировка, подтяжка креплений и пр.), по подготовке к ремонту, либо выполнения замены узла на ближайшем ремонте.

На рис 16 представлен пример реализации мероприятий системы технического обслуживания и ремонта редуктора подъема шагающих экскаваторов ЭШ-15-90.

ТД1 ТД2ДДЗ ТД1 ТД2,ТДЗ

376 3800 4200 7600 8400

маш-час

Рис. 16. Примерная структура ремонтного цикла редуктора подъема ЭШ-15-90

Для контроля технического состояния и выполнения технического обслуживания и ремонта ротационных узлов экскаватора предлагается функциональная схема, которая определяет принцип принятия решения по

оценке технического состояния механизмов и выполнению технического обслуживания и ремонта (рис 17).

Рис. 17. Функциональная схема контроля и мониторинга технического состояния

Данная функциональная схема, которая будет учитывать контроль технического состояния ротационных узлов и ведение мониторинга, должна предусматривать выполнение следующих мероприятий:

• измерение вибропараметров ротационных узлов и прогноз технического состояния;

• определение регламента технического обслуживания и даты очередного контроля;

• планирование обеспечения запасными частями;

• планирование расходов вспомогательных материалов и потребности ремонтного оборудования;

• планирование заказов ремонтному цеху;

• выполнение ОФС при помощи методов и средств инструмента вибродиагностики;

• оперативное планирование ремонтных работ;

• анализ качества выполнения ТО и ремонтных работ.

В ходе мониторинга технического состояния оборудования производится уточнение регламента ремонта с помощью описанной выше функциональной схемы контроля и мониторинга. Таким образом, в процессе эксплуатации горных машин и оборудования с использованием полученных результатов теоретических исследований в регламентированное время или в необходимых случаях вырабатываются управленческие решения, реализация которых позволяет выполнить запланированные показатели по объемам работ и расходу материально-технических ресурсов на содержание техники.

Результаты диссертационной работы внедрены на угольном разрезе «Баганурский».

В результате внедрения разработанных мероприятий увеличивается выработка шагающих экскаваторов. За счет выпуска дополнительной продукции расчетный экономический эффект составляет 44034106 туг., или 28047 американских долларов.

Заключение

Диссертация представляет собой законченную научно-квалификационную работу, в которой содержится решение актуальной научно-прикладной задачи, имеющей большое значение для горнодобывающей отрасли Монголии, позволяющее повысить эксплуатационную надежность и эффективность использования шагающих экскаваторов.

Результаты проведенного исследования сводятся к следующим основным выводам:

1. Опыт эксплуатации шагающих экскаваторов на горных предприятиях Монголии показывает, что эффективность их использования остается низкой. Экскаваторы используются на разрезе «Баганурский» в течение 26-31 года. Коэффициент технического использования составляет 0,77, простои в плановых и неплановых ремонтах достигают 43,5 % от ка-

лендарного фонда времени, в том числе 28 % - плановые, 15,5 % - неплановые простои в ремонте. Наименее надежными узлами шагающих экскаваторов являются редукторы главных приводов, до половины отказов которых составляют выходы из строя подшипников.

2. Эксплуатационная надежность шагающих экскаваторов на карьерах Монголии существенно зависит от природно-климатических условий эксплуатации. При снижении среднесуточной температуры воздуха в течение года параметр потока отказов увеличивается в 1,6 раз, а удельная суммарная продолжительность неплановых ремонтов - на 15 %. Разработана многофакторная модель зависимости уровня надежности от климатических характеристик, позволяющая прогнозировать уровень надежности в климатические периоды эксплуатации.

3. Уровень эксплуатационной надежности шагающих экскаваторов значительно зависит от срока эксплуатации. С увеличением срока эксплуатации с 14 до 30 лет коэффициент технического использования снизился с 0,84 до 0,75, а удельная суммарная продолжительность неплановых ремонтов Куд увеличивается за 12 лет запредельного срока эксплуатации экскаваторов-драглайнов с 0,12 до 0,30 ч/ч. Предложенные регрессионные зависимости показателей надежности обеспечивают прогнозирование выработки машин за пределами нормативного срока службы.

4. Предложена методика вибрационного контроля и мониторинга технического состояния и разработан метод расчета остаточного ресурса редукторов главных приводов шагающих экскаваторов, обеспечивающие планирование и проведение их технического обслуживания и ремонта по фактическому состоянию.

5. Внедрение результатов исследования на угольном разрезе «Бага-нурский» при эксплуатации шагающих экскаваторов, обеспечило сокращение неплановых простоев в ремонте 131 ч в год. Установлено, что при сокращении неплановых простоев в ремонте и дополнительной годовой выработке вскрышных экскаваторов расчетный экономический эффект составил 44 034 106 туг., или 28047 американских долларов.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

ОПУБЛИКОВАНЫ В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ АВТОРА

Статьи в изданиях, рекомендованных ВАК:

1. Шадрин А.И., Орхон Л. Эксплуатационная надежность экскаваторов угольного разреза «Баганурский» // Вестник ИрГТУ. - 2013. -№8 (79).-С. 37-41.

2. Шадрин А.И., Орхон Л. Зависимость показателей надежности экскаваторов разреза «Баганурский» от срока эксплуатации // Известия СОРАН. - 2013. - № 2 (43). - С. 120-125.

3. Шадрин А.И., Орхон Л. Влияние погодно-климатических факторов на надежность экскаваторов угольного разреза «Баганурский» // Вестник ИрГТУ. - 2013,- № 10 (81). - С. 47-51.

Статьи в прочих изданиях:

1. Шадрин А.И., Орхон Л. Оценка состояния подшипников редукторов главных приводов экскаватора ЭШ-20-90 по параметрам вибрации в условиях разреза «Баганурский» // Уул уурхайн технологи, эдийн засаг, экологи геодези, газрын харилцаа. - Улаанбаатар: Изд-во МГУНиТ. - 2012. - С. 236-238.

2. Шадрин А.И., Орхон Л. Влияние срока эксплуатации на уровень надежности карьерных экскаваторов // Научная инициатива иностранных студентов и аспирантов российских вузов: сб. докладов VI Всероссийской науч.-практ. конф. (24-26 апреля 2013, г. Томск). - С. 362-365.

Подписано в печать 26.05.2013. Формат 60 х 90 / 16. Бумага офсетная. Печать цифровая. Усл. печ. л. 14,25. Тираж §0 экз. Зак. 153. Поз. плана 34.

Лицензия ИД № 06506 от 26.12.2001 Иркутский государственный технический университет 664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФБГОУ ВПО «ИРКУТСКИИ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕССКИЙ

УНИВЕРСИТЕТ»

На правах рукописи

04201364381

Лхамжав Орхон

ОБОСНОВАНИЕ РЕГЛАМЕНТА ТЕХНИЧЕСКОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ И РЕМОНТА РОТАЦИОННЫХ УЗЛОВ ШАГАЮЩИХ ЭКСКАВАТОРОВ ПО

ВИБРАЦИОННЫМ ПРИЗНАКАМ

Специальность 05.05.06- «Горные машины»

диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор

Шадрин Александр Иванович

Иркутск 2013

СОДЕРЖАНИЕ

С.

ВВЕДЕНИЕ 4

1. ВЛИЯНИЕ УСЛОВИЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ НА ЭКСПЛУАТАЦИОННУЮ НАДЕЖНОСТЬ ЭКСКАВАТОРОВ УГОЛЬНОГО РАЗРЕЗА "БАГАНУРСКИЙ"....................................... 8

1.1 Анализ работ, посвященных эффективности использования горных машин и оборудования .......................................................................... 8

1.2 Обоснование цели и задач исследования.............................................. 17

1.3 Постановка цели и задач исследования........................................... 20

Выводы по главе 1 .............................................................................. 24

2. ЭКСПЛУАТАЦИОННАЯ НАДЕЖНОСТЬ ЭКСКАВАТОРОВ........ 24

2.1. Методика оценки эксплуатационной надежности экскаваторов...... 24

2.2. Эксплуатационная надежность экскаваторов угольного разреза «Баганурский»......................................................................................... 28

2.3. Влияние срока эксплуатации на уровень надежности

шагающих экскаваторов ....................................................................... 33

2.4. Влияние погодно-климатических факторов угольного разреза "Баганурский" на надежность шагающих экскаваторов................... 39

2.5. Закономерности распределения наработки между отказами

редукторов шагающих экскаваторов ЭШ-15-90................................. 42

Выводы по главе 2.................................................................................. 45

3. ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ОСТАТОЧНОГО РЕСУРСА РОТАЦИОННЫХ УЗЛОВ..................................................................... 46

3.1. Классификация методов неразрушающего контроля и выбор метода диагностирования..................................................................... 46

3.2. Методика контроля технического состояния горного оборудования 50

3.3. Метод расчета остаточного ресурса редукторов главных приводов

шагающих экскаваторов ЭШ-15-90....................................................................58

Выводы по главе 3............................................................................. 65

4. ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ СИСТЕМЫ ТО и Р.

АНАЛИЗ ДОСТИЖЕНИЯ ЦЕЛИ ИССЛЕДОВАНИЯ................... 67

4.1. Обоснование регламента технического обслуживания и ремонта редукторов шагающих экскаваторов ЭШ-15-90 по фактическому состоянию.......................................................................................... 67

4.2. Алгоритм оптимизации регламента ремонта по фактическому состоянию......................................................................................... 72

4.3. Экономическая эффективность результатов выполненных

исследований..................................................................................... 74

Выводы по главе 4.................................................................................. 75

ЗАКЛЮЧЕНИЕ....................................................................................... 77

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК................................................... 79

Приложение 1. Показатели использования экскаваторов

наугольном разрезе "Баганурский"..................................................... 89

Приложение 2. Зависимость коэффициента технического использования шагающих экскаваторов от срока эксплуатации в

период 2003-2011гг................................................................................ 90

Приложение 3. Зависимость коэффициента готовности шагающих

экскаваторов от срока эксплуатации в период 2003-2011 гг......... 91

Приложение 4. Акт реализации результатов исследования.............. 92

ВВЕДЕНИЕ

Горнодобывающая отрасль занимает ведущее место в экономике Монголии и не только обеспечивает углем ТЭЦ городов Дархан и Эрдэнэт, но и экспортирует золото, флюорит, кодирующийся уголь, что влияет на рост валовой продукции страны, поэтому её экономическое развитие во многом зависит от эффективности развития горнодобывающей промышленности.

В настоящее время в Монголии разработка месторождений полезных ископаемых производится в основном открытым способом. На горных предприятиях используются экскаваторы типа ЭКГ-5А, ЭКГ-4У, ЭКГ-8И, ЭКГ-10, ЭШ-10-70, ЭШ-13-50, ЭШ-15-90, ЭШ-20-90. Эти машины в основном работают на угольном разрезе «Багапурский» со сроком эксплуатации от 21 до 31 года.

Следует отметить, что до настоящего времени исследований процесса эксплутации экскаваторов угольного разреза «Баганурский» проводилось недостаточно.

Одним из путей повышения уровня эффективности использования мощных высокопроизводительных машин является оперативная и своевременная оценка технического состояния экскаваторов, обеспечивающая минимальные затраты времени и средств на ремонтное обслуживание. В связи с этим оценка технического состояния и организация ремонта горной техники по фактическому состоянию является актуальной задачей. Цель работы:

Повышение уровня эксплуатационной надежности и снижение стоимости содержания шагающих экскаваторов за счет сокращения неплановых простоев путем ведения вибрационного контроля и мониторинга технического состояния, разработки регламента ремонта ротационных узлов.

Объект исследования:

Шагающие экскаваторы. Предмет исследования:

Процесс износа ротационных узлов основных приводов шагающих экскаваторов. Основная идея работы:

Уровень эксплуатационной надежности шагающих экскаваторов увеличивается в результате выполнения регламента ремонта по фактическому состоянию их ротационных узлов, разрабатываемого на основе метода прогнозирования остаточного ресурса по результатам контроля и мониторинга износа вибрационными методами диагностики.

Научная новизна результатов исследования:

- установлены закономерности изменения показателей и многофакторные регрессионные зависимости уровня эксплуатационной надежности шагающих экскаваторов от погодно-климатических факторов на разрезе «Баганурский» (Монголия).

- определены аналитические зависимости показателей эксплуатационной надежности шагающих экскаваторов от срока их эксплуатации, позволяющие прогнозировать уровень надежности машин за пределами нормативного срока службы.

- разработаны регрессионные зависимости комплексного показателя Хёрста состояния редукторов главных приводов шагающих экскаваторов от их наработки, позволяющие прогнозировать остаточный ресурс и разрабатывать регламент ремонта экскаваторов по фактическому состоянию ротационных узлов.

Теоретическая значимость исследования:

Установлены закономерности изменения показателей эксплуатационной надежности шагающих экскаваторов в зависимости от климатических условий и

срока эксплуатации на разрезе «Баганурский», которые могут быть использованы для планирования эксплуатационных показателей. Разработан метод прогнозирования остаточного ресурса редукторов главных приводов шагающих экскаваторов, который позволяет планировать и выполнять ремонты машин по фактическому состоянию ротационных узлов. Практическая значимость исследования:

Установленные закономерности изменения показателей эксплуатационной надежности шагающих экскаваторов от климатических условий и срока эксплуатации на разрезе "Баганурский", разработанный метод прогнозирования остаточного ресурса узлов редукторов главных приводов драглайнов используются на разрезе «Баганурский» для разработки регламента ремонта по фактическому состоянию их ротационных узлов и прогнозирования выработки машин.

Защищаемые научные положения:

1. Показатели эксплуатационной надежности шагающих экскаваторов разреза «Баганурский» в климатические периоды года работы следует определять по регрессионной зависимости, учитывающей влияние температуры атмосферного воздуха и скорости ветра.

2. Уровень эксплуатационной надежности шагающих экскаваторов в сверхнормативный срок эксплуатации в условиях Монголии следует определять по установленным регрессионным зависимостям, учитывающим влияние срока эксплуатации на показатели надежности.

3. Прогнозирование остаточного ресурса редукторов главных приводов шагающих экскаваторов должно осуществляться с использованием установленных регрессионных зависимостей значения показателя Хёрста от наработки с момента последнего ремонта.

Предполагаемая форма внедрения результатов:

Методика разработки регламента ремонта шагающих экскаваторов разреза «Баганурский» по вибрационным характеристикам узлов редукторов главных приводов.

Публикации: По теме диссертации опубликовано 7 научных работ, в том числе 4 - в изданиях рекомендованного перечня ВАК.

Объем и структура диссертации: Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения, 4 приложений, общим объемом 92 страницы машинописного текста, содержит 4 таблицы и 61 рисунок, список литературы из 96 наименований.

ГЛАВА 1. ВЛИЯНИЕ УСЛОВИЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ ИА ЭКСПЛАТАЦИОННУЮ НАДЕЖНОСТЬ ЭКСКАВАТОРОВ УГОЛЬНОГО РАЗРЕЗА «БАГАНУРСКИЙ»

1.1. Анализ работ, посвященных эффективности использования

горных машин и оборудования

Качество функционирования экскаватора является комплексным показателем, определяемым уровнем надежности, эксплуатационной технологичности, качеством систем технического обслуживания и ремонта и оптимальным экономически оправданным сроком службы машин. Все они в целом характеризуют эффективность использования оборудования в определенных условиях эксплуатации.

Вопросами технического обслуживания и ремонта, надежности и эксплуатационной технологичности занимались и в настоящее время занимаются в ИГД имени А.А.Скочинского, МГГУ, НИИОГР и другие учебные, научно-исследовательские и проектно-конструкторские организации.

Основополагающими работами в определении исходных параметров для выбора оборудования, проектирования горных предприятий, использования машин во времени являются труды академиков Ржевского В.В., Мельникова Н.В. и их учеников, Арсентьева А.И., Чернегова Ю.А., Хохрякова B.C., Винницкого К.Е., Томакова П.И., Медникова H.H., Истомина В.В., Ильина С.А. и др.

Практически и теоретически решены задачи выбора оборудования, оптимизации использования машин применительно к горно-геологическим условиям их эксплуатации, а также решены задачи расчета производительности экскаваторов. Вопросы проектирования, выбора основных параметров, производственной мощности карьеров нашли широкое отражение в работах

российских и зарубежных ученых. Решены и достаточно широко освещены в литературе экономические проблемы работы оборудования, интенсивности использования основных фондов, выбора структуры механизации, совершенствования технологии горных работ. Результаты научных исследований легли в основу научно-технической документации на проектирование горных работ, дифференцированной по отраслевому признаку. В то же время следует отметить, что принятая дифференциация не отражает специфики ведения горных работ и особенности эксплуатации карьерного оборудования в условиях горных предприятий Монголии.

Вопросы надежности, организации и механизации технического обслуживания и ремонта горного оборудования являются одними из основных в данном направлении исследований, им посвящены работы ряда ученых. Большое теоретическое и практическое значение имеют исследования вопросов надежности, технического обслуживания и ремонта, оценки качества горных машин и оборудования, динамики систем которые нашли отражение в работах Солода В.И., Гетопанова В.Н., Солода Г.И., Докукина A.B., Коха П.И., Шилова В.П., Морозова В.И., Голубева В.А., Кубачека В.Р., Викулова М.А., Бермана А.Ф., Филимонова А.Т., Рачека В.М., Шиповского И.А., Русихина В.И., Махно Д.Е., Радкевича Я.М., Рахутина Г.С, Ефимова В.Н., Тропа A.B., Сычева Л.С., Лактионова Б.И., Тимофеева В.Б., Шадрина А.И. и монгольских ученых Батжаргала Д., Нанзада Ц., Батцэрэна Ц.

Уровень качества функционирования экскаваторов в конкретных условиях эксплуатации зависит от надежности, эксплуатационной технологичности и системы технического обслуживания и ремонта. Эти показатели оказывают взаимное воздействие на конечный результат функционирования машин. Так, затраты на техническое обслуживание и ремонт машин сказываются на уровне надежности оборудования, с другой стороны надежность определяет размеры эксплуатационных затрат. Кроме того, эксплуатационные затраты зависят от

применяемой системы и метода технического обслуживания и ремонта оборудования, от количества типов машин. Выбор типа машин может зависеть от эксплуатационной технологичности в конкретных условиях эксплуатации. В свою очередь надежность зависит от условий эксплуатации экскаваторов, определяемых расположением горных предприятий в той или иной природно-климатической зоне.

Вопросы теории надежности сложных систем получили широкое развитие в научно-технической литературе [11, 26, 28, 29, 10, 46]. Исследования надежности оборудования, работающего в условиях неблагоприятного воздействия климатических факторов, нашли отражение в специальных научных трудах [13, 25, 38, 10, 59]. Большой объем научной информации посвящен надежности горных машин [8, 11, 10, 16, ], карьерного оборудования [12, 26, 27, 28, 29, 63], а также экскаваторов [12, 38, 39, 44, 45, 46, 47, 72, 73], являющихся основным звеном технологического цикла горных предприятий. В ряде работ рассматриваются экономические вопросы надежности [8], оценивается влияние климата на работу оборудования в условиях Севера [33, 34, 37, 40, 43, 40].

В работах Коха П.И. [33, 34], дан глубокий анализ уровня надежности карьерных экскаваторов средней мощности, роторных экскаваторов и транспортного оборудования во взаимосвязи с влиянием на работу машин климата. Наряду с анализом закономерностей воздействия холодного климата на работу машин, П.И.Кохом исследовано влияние и жаркого климата.

В работах Махно Д.Е. [42, 43, 40, 41], дан глубокий анализ уровня надежности карьерных экскаваторов в условиях Крайнего Севера. В этих работах выявлены причины и основные закономерности хрупких разрушений базовых узлов металлоконструкций и дан метод управления режимом загрузки приводов экскаваторов с целью снижения уровня действующих динамических нагрузок и вероятности отказов. Махно Д.Е. получены зависимости, описывающие связь уровня безотказности и ремонтопригодности основных типов карьерных

экскаваторов с параметрами климата, дифференцированные по категориям разрабатываемого грунта. В результате исследований изменения динамики технико-экономических показателей работы машин с учетом разновременности реализуемых затрат определены экономически оправданные сроки службы экскаваторов. Разработаны требования к проектированию металлоконструкций машин, предназначенных для работы в условиях низких отрицательных температур, и ряд рекомендаций по повышению эффективности использования карьерных экскаваторов в условиях Севера.

Голубев В.А., Троп A.B. и другие [13] в результате выполненных исследований надежности карьерных экскаваторов в конкретных условиях эксплуатации получили количественные зависимости уровня надежности от горнотехнических, природно-климатических условий, организации технического обслуживания и ремонта, а также от системы и уровня управления экскаватором. В этой же работе даны распределения отказов экскаваторов ЭКГ-8 и ЭКГ-8И по основным механизмам и сборочным единицам, а также установлены межремонтные периоды в зависимости от вероятности безотказной работы. Межремонтные периоды установлены по категориям горных пород по трудности экскавации в объемах выполненных работ.

Анализ большинства работ показывает, что для механического оборудования машин характерно увеличение числа отказов в зимние месяцы года, что объясняется прежде всего применением нехладостойких сталей. Для электрического оборудования карьерных машин характерным является увеличение частоты отказов в летние месяцы года из-за перегрева электрических машин и ускоренного старения изоляции при повышенных температурах наружного воздуха.

Практическая ценность этих работ состоит в том, что они дают возможность учитывать особенности условий эксплуатации при конструировании и изготовлении машин.

В работах [9, 23, 34], частично рассмотрен вопрос надежности карьерных шагающих экскаваторов, работающих в условиях угольных разрезов Кузбасса.

Вопрос надежности карьерных экскаваторов, работающих в специфических условиях горных предприятий Монголии рассмотрен в диссертации Нанзада Ц, что нашло отражение в работах [48, 49].

Эксплуатационный уровень надежности машин определяется системой технического обслуживания и ремонта оборудования. К управлению надежности машин примыкают задачи оптимизации технических решений, поскольку затраты средств и материалов на техническое обслуживание и ремонт машины составляют значительную долю общих расходов на эксплуатацию оборудования. Теоретические вопросы оптимизации технического обслуживания и ремонта м�