автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.06, диссертация на тему:Совершенствование системы технического обслуживания и ремонта карьерных экскаваторов типа механическая лопата в условиях северных регионов России

На правах рукописи

СИНЯКОВ Андрей Анатольевич

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ СИСТЕМЫ ТЕХНИЧЕСКОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ И РЕМОНТА КАРЬЕРНЫХ ЭКСКАВАТОРОВ ТИПА МЕХАНИЧЕСКАЯ ЛОПАТА В УСЛОВИЯХ СЕВЕРНЫХ РЕГИОНОВ РОССИИ (на примере разреза «Нерюнгринский» ОАО ХК «Якутуголь)

Специальность 05.05.06 -«Горные машины»

Авторефератдиссертациина соискание ученой степени кандида та техническихнаук

Люберцы, 2005

Направахрукописи

СИНЯКОВ Андрей Анатольевич

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ СИСТЕМЫ ТЕХНИЧЕСКОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ И РЕМОНТА КАРЬЕРНЫХ ЭКСКАВАТОРОВ ТИПА МЕХАНИЧЕСКАЯ ЛОПАТА В УСЛОВИЯХ СЕВЕРНЫХ РЕГИОНОВ РОСИИ (яа примере разреза "Нерюнгринскнй" ОАО ХК "Якугуголь")

Специальность 05.05.06 - "Горные машины"

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Люберцы, 2005

Работа выполнена в Техническом институте (филиал) Якутского государственного университета в г. Нерюнгри.

Научный руководитель:

Доктор технических наук, профессор Квагинидзе Валентин Суликоевич

Официальные оппоненты:

Доктор технических наук, профессор Кандидат технических наук

Подэрни Роман Юрьевич Шендеров Авраам Исаакович

Ведущая организация: Саха-Корейское совместное

предприятие по добыче угля ООО «ЭРЭЛ»

Защита диссертации состоится " 28 " июня 2005 г. в 10 часов на заседании диссертационного совета Д-222.004.01 в Федеральном государственном унитарном предприятии "Национальный научный центр горного производства — институт горного дела им.А.А.Скочинского" по адресу: 140004, Московская область, гЛюберцы, Октябрьский пр-т, 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 " 25 " мая 2005 года.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д-222.004.01, доктор технических наук

А.Л.Западинский

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы В настоящее время Восточная Сибирь, Дальний Восток и Республика Саха (Якутия) представляют собой мощные экономические регионы с развитой инфраструктурой, обладающие крупными запасами угля различных марок, эти регионы характеризуются суровыми климатическими условиями, обозначаемыми в диссертационной работе "северными". Добыча угля здесь ведется в основном открытым способом, и общая мощность угольных разрезов в этих регионах составляет около 100 млн.т.

На горных предприятиях Северных регионов России широко используются карьерные экскаваторы типа механическая лопата (далее — карьерный экскаватор) с ковшом вместимостью от 4,6 до 40 м3. Наряду с отечественными карьерными экскаваторами ЭКГ-4,6, ЭКГ-5А, ЭКГ-8И, ЭКГ-10, ЭКГ-12,5, ЭКГ-15, ЭКГ-20 находят применение и карьерные экскаваторы фирмы "Marion" марки 201-М и 301-М с вместимостью ковшей, соответственно, 16 м3 и 40 м3. С 2003 года началась эксплуатация дизель-электрических карьерных экскаваторов РС-5500 с вместимостью ковша 23 м3.

Анализируя современное техническое состояние разрезов Северных регионов России, следует отметить, кризисное состояние парка основного технологического оборудования, в первую очередь наиболее металлоемкого карьерного экскаваторного парка, определяющего технический уровень и технико-экономические показатели предприятия. Карьерные экскаваторы под влиянием многочисленных факторов простаивают от 40 до 50% календарного времени, в том, числе на плановые и неплановые ремонты приходится 30-35%, что примерно в два раза превышает нормативные значения для средних условий эксплуатации. Положение усугубляется значительной изношенностью экскавационного оборудования, многие образцы которого уже исчерпали свои нормативные сроки. Совокупность указанных факторов приводит к снижению объемов и экономических показателей горного производства.

Угольные предприятия Северных регионов России, особенно угольный разрез "Нерюнгринский", выдвигают, как первоочередную, задачу снижения негативного влияния указанных факторов и повышение эффективности горного производства на этих предприятиях. Среди возможных путей решения этой задачи, одним из основных направлений, является совершенствование системы технического обслуживания и ремонта (далее -

ТОиР) карьерных экскаваторов. Сама по себе система ТОиР оборудования характеризуется его ремонтной технологичностью, под которой понимается совокупность конструктивных свойств рассматриваемого оборудования и организационно-технологических особенностей горного производства, в соответствии с которыми осуществляется ТОиР. Количественно ремонтная технологичность оценивается затратами времени, труда и материальных средств на выполнение ремонтов. Поэтому представленная* диссертационная работа, направленная на совершенствование системы ТОиР, за счет повышения ремонтной технологичности карьерных экскаваторов эксплуатируемых в Северных регионах России, является весьма актуальной научной задачей.

Целью настоящей работы является повышение надежности и совершенствование системы ТОиР карьерных экскаваторов, эксплуатируемых в условиях Северных регионах России.

Идея работы заключается в выявлении наиболее значимых показателей ремонтной технологичности карьерных экскаваторов и определении степени их влияния на выполнение экскаваторами их основного функционального назначения.

Задачи исследований'.

1. Анализ эксплуатационных показателей работы карьерных экскаваторов, работающих в условиях Северных регионах России;

2. Выбор наиболее рациональной методики и оценка уровня ремонтной технологичности карьерных экскаваторов, эксплуатируемых в условиях Северных регионах России;

3. Исследование факторов, влияющих на ремонтную технологичность карьерных экскаваторов, эксплуатируемых в условиях Северных регионах России, и определение их рациональных значений;

4. Разработка и экономическое обоснование комплекса мероприятий, направленных на совершенствование системы ТОиР, а также повышение коэффициента технического использования карьерных экскаваторов;

5. Разработка конструктивно-технических решений обеспечивающих снижение трудоемкости и затрат времени на ремонт отдельных узлов карьерных экскаваторов, в том числе на устранение намерзания горной массы на элементы конструкции.

Методы исследований, использованные в работе:

• Проведение мониторинга функционирования карьерных экскаваторов на разрезе "Нерюнгринский" и анализ его результатов с использованием

математического аппарата теории вероятностей и математической статистики;

• оценка ремонтной технологичности карьерных экскаваторов и выявление путей ее повышения на основе предложенной в работе аналитической методики;

• пассивные и активные методы экспериментальных исследований при промышленной апробации разработанного комплекса мероприятий по повышению ремонтной технологичности карьерных экскаваторов;

• теоретические и экспериментальные исследования прочности сцепления мерзлой горной породы с металлической поверхностью.

Научные положения, выносимые на защиту:

1. Математическая модель оценки уровня ремонтной технологичности карьерных экскаваторов, разработанная на основе анализа показателей трудоемкости, продолжительности и стоимости их ремонтов.

2. Аналитические зависимости, связывающие единичные и комплексный показатели ремонтной технологичности карьерных экскаваторов с горнотехническими и климатическими условиями горного производства в Северных регионах России.

3. Методика повышения коэффициентов технического использования карьерных экскаваторов за счет оптимизации системы ТОиР в Северных регионах России.

4. Модель процесса нагрева двухкомпонентной среды "мерзлая горная порода - металлическое основание" позволяющая определять рациональные параметры процесса термоконтактного нагрева для тепловой очистки металлических поверхностей карьерных экскаваторов от намерзшей горной массы во время проведения их ремонтов.

Обоснование и достоверность научных положений, выводов

рекомендаций подтверждаются:

• представленным объемом статистической информации (около 20 единиц карьерных экскаваторов на протяжении 5 лет хронометражных наблюдений);

• сходимостью результатов теоретических и экспериментальных исследований с доверительной вероятностью при относительных ошибках установленных на основе апробированных методов теории вероятностей и математической статистики;

• положительными результатами внедрения в ОАО ХК "Якутуголь" разработанного комплекса мероприятий по повышению долговечности и

ремонтной технологичности карьерных экскаваторов.

Научная новизна работы, применительно к условиям Северных

регионов России, заключается в следующем:

• установлены качественные и количественные зависимости основных показателей ремонтной технологичности (продолжительности проведения ППР, их трудоемкости и стоимости) карьерных экскаваторов от горнотехнических и климатических условий горного производства;

• выявлены закономерности влияния показателей ремонтной технологичности карьерных экскаваторов на основной функциональный критерий — эксплуатационную производительность;

• выявлена количественная зависимость коэффициента технического использования карьерных экскаваторов от фактических сроков их службы;

• установлены качественные и количественные критерии предельных состояний эксплуатируемых узлов (сборочных единиц) карьерных экскаваторов 301-М фирмы "Marion";

• установлена графическая зависимость при нагреве двухкомпонентной среды "мерзлая горная порода - металлическое основание";

• впервые разработаны рекомендации по повышению уровня ремонтной технологичности карьерных экскаваторов, эксплуатируемых в условиях Северных регионов России.

Личный вклад автора состоит:

• в сборе и обработке достаточно большого статистического материала по эксплуатации карьерных экскаваторов;

• в разработке математической модели оценки влияния показателей ремонтной технологичности карьерных экскаваторов на их основные функциональные показатели: эксплутационную производительность и степень технического использования карьерных экскаваторов;

• в установлении количественных зависимостей ремонтной технологичности карьерных экскаваторов, работающих на разрезе "Нерюнгринский" ОАО ХК "Якутуголь", от горно-геологических и климатических условий эксплуатации;

• в представлении трудоемкости технического обслуживания и ремонта карьерных экскаваторов в виде технически обоснованных показателей, учитывающих квалификацию исполнителей и зависящих от вместимости ковша карьерного экскаватора, горнотехнических и климатических условий, а также возраста горной машины;

• в оптимизации поэтапной системы ТОиР, способствующей рациональному проведению ремонтов карьерных экскаваторов, повышению эффективности их использования в условиях Северных регионов России;

• в разработке "Технологических карт по ремонту сборочных единиц карьерного экскаватора 301-М фирмы "Marion";

• в определении рациональных параметров процесса термоконтактного нагрева для теплового способа очистки узлов карьерных экскаваторов от намерзшей горной массы при проведении вспомогательных и ремонтно-восстановительных работ в условиях отрицательных температур.

Практическая ценность работы подтверждается разработкой и реализацией на разрезе "Нерюнгринский" ОАО ХК "Якутуголь" рекомендаций по повышению уровня ремонтной технологичности карьерных экскаваторов.

Реализаиия выводов и рекомендаций работы заключается в том, что

усовершенствованная в диссертационной работе поэтапная система ТОиР и комплекс рекомендаций по повышению уровня ремонтной технологичности карьерных экскаваторов были приняты в ОАО ХК "Якутуголь" и реализованы с годовым эффектом около 11 млн.руб. (в ценах 2003 года), материалы диссертационной работы используются в учебном процессе Технического Института (филиала) Якутского Государственного Университета г.Нерюнгри при чтении курса лекций, выполнении контрольных и курсовых работ по дисциплинам "Эксплуатация и ремонт карьерного оборудования".

Апробация работы. Основное содержание работы, отдельные ее положения и результаты были доложены и обсуждены: на техническом совете разреза "Нерюнгринский" ОАО ХК "Якутуголь"; на техническом совете ОАО ХК "Якутуголь"; на Научном семинаре Технического Института (филиала) Якутского Государственного Университета; на IV региональной научно-практической конференции молодых ученых, аспирантов и студентов (Нерюнгри; ТИ(ф)ЯГУ, 2003г.); на республиканской конференции "Пути решения актуальных проблем добычи и переработки полезных ископаемых" (Якутск; ЯГУ, 2003г.); на X Международной научно-практической конференции "Сибресурс — 2004" (Кемерово, 2004г); на научно-практической конференции "Игошинские чтения" (Иркутск, 2004г).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 печатных работ.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, 5-и

глав, заключения, списка литературы и приложений. Общий объем составляет 144 страницы, включая 34 рисунка и 31 таблицу, список использованной литературы из 128 наименований и приложений на 9 страницах.

Работа выполнялась в 1998-2004 годах в Техническом институте (филиал) Якутского государственного университета. Работа выполнена в рамках программ СО РАН "Механика, научные основы машиностроения и надежности машин" и "Создание высокопроизводительного оборудования для Севера".

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В настоящее время вопросами совершенствования технологичности изготовления, обслуживания и восстановления изделий машиностроения посвящено большое количество работ, на основании результатов которых создана теоретическая и методологическая основа для оценки ремонтной технологичности изделий и разработаны государственные и отраслевые стандарты. Среди этих работ заслуживают особого внимания труды Волкова П.Н., Гонкина СИ., Кучерова Г.А., Семенова В.А., Смирнова Н.Н., Халфина М.А., Шатуновского В.М., Яновского Г.А. и ряда других исследователей.

Развитию этих вопросов применительно к оценке и повышению технологичности горного оборудования посвящены работы Богомолова И.Д., Волкова П.Н., Гетопанова В.Н., Горбунова И.В., Голубева В.А., Ефимова В.Н., Квагинидзе B.C., Корецкого В.Б., Коха П.И., Махно Д.Е., Страбыкина Н.Н., Морозова В.И., Нестерова В.И., Солода Г.И., Подэрни Р.Ю., Попандопуло К.В., Радкевича Я.М., Русихина В.И., Самарина А.М., Тропа А.Е., Щадрина А.И. и других исследователей.

Развитие открытых горных работ идет по пути увеличения объемов добычи и вскрыши, что создает благоприятные условия для использования на угольных разрезах Северных регионов России высокопроизводительных карьерных экскаваторов единичной мощности, к числу таких разрезов можно в первую очередь отнести разрез "Нерюнгринский" ОАО ХК "Якутуголь". Интенсивная отработка горизонтов на этом разрезе обусловила высокую концентрацию горных работ и, как следствие, большое количество оборудования в рабочей зоне. Парк карьерных экскаваторов составляет более 27 единиц, транспортирование горной массы осуществляется карьерными автосамосвалами грузоподъемностью до 218 т., в количестве свыше 100 единиц. Для бурения взрывных и дренажных скважин применяются буровые

установки СБШ-250МН, СБШ-320, DM-H фирмы "Ингерсолл-Рэнд", 60-R фирмы "Бюсайрус-Ири". На отвальных работах используются мощные бульдозеры D-275, D-355 и Т-500.

Существенное влияние на показатели работы карьерных экскаваторов оказывают погодно-климатические условия, которые характеризуются амплитудой изменения температуры воздуха от -55 до +30 °С, при суточных колебаниях до 25°С. Скорость ветра изменяется от 1,5 м/с (зимой) до 3,2 м/с (весной), среднегодовая скорость ветра составляет 1,3 м/сек. В холодное время года во впадинах при температуре -40 °С и ниже, как правило, образуются ледяные туманы, что затрудняет работу и оказывает неблагоприятное воздействие на работоспособность техники. Промерзание верхнего слоя вскрышных пород начинается во второй половине октября и достигает 1,5 м. Оттаивание почвы происходит в начале мая.

Низкие температуры влияют на изменение свойств конструкционных и эксплуатационных материалов, грунтов, ухудшают работоспособность и надежность горных машин, вызывают намерзание горной породы на элементы конструкций карьерных экскаваторов, что приводит к возрастанию их неплановых простоев.

Выполненный совместно с энерго-механической службой ОАО ХК "Якутуголь" и технической службой разреза "Нерюнгринский" анализ работы экскавационного оборудования за период с 1999 по 2003 г., показал (рис. 1), что в среднем по всем вскрышным карьерным экскаваторам разреза коэффициент их использования по времени составляет всего 44%. Доля всех видов ремонта (плановых и внеплановых) составляет 32% календарного фонда, что соизмеримо со временем непосредственной работы карьерного экскаватора.

Приведенные данные показывают значительную роль, которую играет система ТОиР на формирование основного функционального назначения карьерных экскаваторов, характеризуемых объемом выполняемых горных работ. С учетом этого основное содержание диссертационной работы связано с поисками путей совершенствования системы ТОиР карьерных экскаваторов на рассматриваемом объекте, в качестве которого принят разрез "Нерюнгринский" ОАО ХК "Якутуголь".

Общепринятая система ТОиР на горных предприятиях предусматривает планомерное проведение планово-предупредительных ремонтов (ППР) и технических обслуживании (ТО) карьерных экскаваторов, которые, в конечном счете, должны обеспечивать наиболее эффективное

Рас. 1. Структура календарного фонда времени, планируемых, неплановыхи аварийныхпростоев карьерныхэкскаваторов

время непосредственной полезной работы этого оборудования. Эта связь качественно проиллюстрирована на рис.2, на котором показаны зависимости времени восстановления отказов, суммарного времени на плановые и внеплановые ремонты и возможное время непосредственной работы карьерного экскаватора от продолжительности ППР и ТО.

Приведенные зависимости отражают то реальное обстоятельство, что при отсутствии или недостаточности объемов ППР время внеплановых (аварийных) ремонтов значительно возрастает. При увеличении времени проведения ППР время неплановых ремонтов сокращается и при определенных значениях времени ППР становится независимым от ППР и характеризуется только конструктивными особенностями карьерного экскаватора. С учетом этого суммарное время плановых и внеплановых ремонтов при определенных значениях времени ППР становится минимальным, что обеспечивает максимально возможное время непосредственной полезной работы карьерного экскаватора.

Приведенные на рис.3 аналогичные зависимости применительно к реальным условиям работы карьерных экскаваторов на разрезе "Нерюнгринский" и данные таблицы 1 позволяют сделать следующие

Таблица 1

Сравнительный анализ показателей функционирования карьерных экскаваторов на разрезе "Нерюнгринский11 ОАО ХК "Якутуголь11 за период 1999-2003гг.

Наименование показателей Формула Марка экскаваторов

ЭКГ-15 ЭКГ-20 201-М 301-М

Вместимость ковша, м3 E.M3 IS 20 16 40

Эксплутационная производительность, тыс.м3 <2э«п»тыс.м3 1791,0 2024,1 2004,7 546 8,0

Удельное время проведения ППР на 1 тыс.м3 годовой производ-ти ^ ГШР Vrj. 1,121 1,459 1,082 0,275

Удельное время нахождения экскаватора в ремонте на 1 тыс.м'3 годовой производ-ти *ППР 'в 1,520 1,825 1,560 0,380

Удельный объем горной массы на 1 час ППР у„ ^ППР 0,892 0,685 0,924 3,643

Удельный объем горной массы на 1 час нахождения машины в ремонтах Vr. t +1 1ППР т 1в 0,638 0,548 0,641 2,635

Коэффициент готовности, Кг tp tp+tB 0,816 0,800 0,775 0,890

Коэффициент технического использования, Кти t, ^ППР ^B 0,538 0,446 0,512 0,679

Отношение годовой производ-ти экскаватора на 1 м3 ковша V„ E 119,400 101,203 125,297 136,708

выводы: общая организация проведения ППР и состояние оборудования на разрезе соответствует той зоне на границах, при которой затраты времени на внеплановые ремонты (или равноценный им относительный показатель -коэффициент готовности Кг) практически не зависит от продолжительности ППР, в силу чего увеличение времени ППР приводит к снижению времени работы (или равноценному относительному показателю - коэффициенту технического использования Кти)« С учетом этого при определенных организационных мерах продолжительность времени ППР может быть уменьшена.

Рис.3. Анализработы карьерныхэкскаваторов, проведения ППРи ТО.

Принятая методика оценки ремонтной технологичности карьрных экскаваторов базируется на методических разработках кафедры "Технология машиностроения и ремонта горных машин" МГГУ и отличается от зачастую используемых методов экспертной оценки тем, что:

♦ учитывает конечный результат функционирования карьерного экскаватора с его количественной оценкой;

• использует результаты инструментального определения свойств, по которым оценивается уровень ремонтной технологичности;

• базируется на реально достигаемых показателях ремонтной технологичности;

• имеет методическое единство оценки по единичным и комплексным показателям и единство номенклатуры показателей качества на всех стадиях жизненного цикла карьерных экскаваторов.

По принятой методике оценка уровня ремонтной технологичности карьерных экскаваторов по комплексному показателю производилась в следующей последовательности:

1. Определена количественная характеристика выполняемой карьерным экскаватором основной функции, то есть его функциональный критерий. Наиболее полно интенсивность выполнения карьерным экскаватором своих функций выражается фактической эксплутационной производительностью, тыс.м3:

^ = QmKtnrr) »

где фактическая эксплутационная производительность карьерного

экскаватора, тыс.м3.

Наилучшим функциональным критерием, как показали результаты проведенных исследований для разреза "Нерюнгринский" ОАО ХК "Якутуголь", обладает карьерный экскаватор 301-М фирмы "Marion" (таб.2).

Таблица 2

Функциональный критерий Марка карьерного экскаватора

ЭКГ-15 ЭКГ-20 201-М 301-М

Фактическая эксплутационная производительность,тыс.м3 1791,0 2024,1 2004,7 5468,0

2. Собран и обработан, с использованием методов математической статистики, теории вероятностей и требований ГОСТов, статистический материал, для определения единичных удельных показателей. Для наблюдений применялся стандартный план МКТ. С помощью математического аппарата определили необходимый объем наблюдений. Достоверность данной информации определялась доверительной вероятностью Р=0,8-0,95 с предельной относительной ошибкой 0,1-ОД данные математической обработки экспериментальных данных сведены в таблицы-матрицы.

3. Выбрана группа наиболее значимые показатели на основании

опросных анкет и построена матрица рангов. Ввиду присвоения некоторыми специалистами одинаковых рангов разным показателям на основании матрицы рангов строилась преобразованная матрица. Затем с помощью гистограммы ранжирования определили наиболее значимые показатели: трудоемкость, продолжительность и стоимость ремонтов карьерных экскаваторов. Удельные величины этих показателей (од) определялись по формуле:

где Ру- показатель трудоемкости, продолжительности или стоимости ремонтов карьерных экскаваторов; X - функциональный критерий карьерного экскаватора.

4. Определены базовые показатели ремонтной технологичности карьерного экскаватора из ьых столбцов матрицы в виде наилучших значений удельных величин параметров конкретной горной машины:

(ОЧН«» <ь«> •••> я*» ♦••> чЛ

Совокупность базовых значений (ц») представляет собой динамическую модель функциональной машины (карьерного экскаватора), обладающую наиболее высокими показателями, уже достигнутыми в различных горных машинах, но не имеющими аналогов в виде одной горной машины.

5. Определен уровень ремонтной технологичности карьерных экскаваторов по единичным показателям

Доля участия а^ каждого единичного показателя ремонтной технологичности рассматриваемого карьерного экскаватора определена по формуле:

Определен коэффициент участия уЛ каждого единичного показателя в значении комплексного показателя ремонтной технологичности карьерного экскаватора:

6. Определен уровень ремонтной технологичности карьерного экскаватора по комплексному показателю. Комплексный показатель (К^) ремонтной технологичности карьерного экскаватора равен отношению суммарных значений единичных показателей рассматриваемого к аналогичной сумме показателей базового карьерного экскаватора (Qce):

7. Установлены линейные зависимости комплексного показателя ремонтной технологичности карьерного экскаватора (Kej) от уровня ремонтной технологичности по единичным показателям и функционального критерия карьерного экскаватора (Я,^):

Kg-a-kcj+b;

Оценка уровня ремонтной технологичности по комплексному показателю карьерных экскаваторов по предложенной методике показала, что наилучшими характеристиками для условий разреза "Нерюнгринсикй" ОАО ХК "Якутуголь", обладает карьерный экскаватор 301 -М фирмы "Marion" (таб.3).

Таблица 3

Показатель Марка карьерного экскаватора

ЭКГ-15 ЭКГ-20 201-М 301-М

Комплексный показатель уровня ремонтной технологичности карьерного экскаватора 0,497 0,431 0,446 0,996

Анализ влияния внешних факторов на уровень комплексного показателя ремонтной технологичности карьерных экскаваторов показал, что наиболее значимыми из них являются следующие: вместимость ковша карьерного экскаватора, горнотехнические условия, окружающая среда, профессиональная подготовленность обслуживающего персонала и возраст карьерных экскаваторов.

Вместимость ковша карьерных экскаваторов оказывает существенное влияние на трудоемкость ремонтов. Особенно это влияние заметно при выполнении ремонтов карьерных экскаваторов с вместимостью ковша свыше 20 м3 при низких отрицательных температурах. С увеличением вместимости ковша карьерного экскаватора и понижением температуры окружающей среды в зимний период от —20 до -30°С трудоемкость ремонтов возрастает от 10 до 21 % (рис.4). Установлены зависимости вида: у а • 1лг(х) — Ь.

г.____ , ■■)

38000 - ЛОТИМЙ М|МОД (арк-30 'О '

30000 • " (шр. о 'о—:

28000 20000 | * С&^У"*1__с (пра ов «с):

16000; 10000 0000 1 'I

0

Рис. 4.

Зависимость трудоемкости ремонтов карьерных экскаваторов от их вместимости ковша.

19 20 23 эо

Вместимость ковша, м3

35

40

Установлены функциональные зависимости удельных значений продолжительности, трудоемкости и стоимости ремонтов карьерных экскаваторов от класса горных пород по трудности разработки. При расчете удельные значения определялись исходя из функционального критерия карьерного экскаватора X (рис.5). Из графика прослеживается четкая тенденция увеличения продолжительности, трудоемкости и стоимости ремонтов карьерных экскаваторов при увеличении класса горных пород по трудности разработки.

Рис. 5. Зависимость продолжительности (Ту^, трудоемкости (Бу^ и стоимости (С^ ремонтов карьерных экскаваторов от класса горных пород

Существенное влияние на ремонтную технологичность карьерных экскаваторов оказывает профессиональная подготовленность

обслуживающего персонала. Трудоёмкость операций ремонтных работ S, выполняемых рабочими различной профессиональной подготовленности в течение времени с учетом технической вооруженности определяется по формуле:

В свою очередь, профессиональная подготовленность характеризуется квалификацией Кк и натренированностью Кн. При выполнении одного и того же ремонта в фиксированных условиях трудоемкость остается постоянной, а разница во времени его выполнения различными исполнителями свидетельствует лишь о различии их профессиональной подготовленности. Установленные зависимости вида у=ах3-Ьх1+схч1 интенсивности выполнения ремонтных работ показывают, что в результате повторного выполнения коэффициент натренированности увеличивается, стремясь к своему предельному значению Кн=1.

Характер изменения комплексного показателя ремонтной технологичности карьерных экскаваторов в зависимости от изменения температуры окружающей среды показан на рис.6, из анализа которого следует, что изменение температуры в диапазоне от +20°С до -5°С не вызывает существенного изменения комплексного показателя ремонтной технологичности. Дальнейшие понижение температуры окружающей среды влечет за собой прогрессирующие снижение комплексного показателя карьерных экскаваторов.

Рис. б. Зависимость комплекс-ныхпоказателейремонтной технологичности карьерных экскаваторов от температуры окружающей среды

В результате проведенных исследований были получены опытно-статистические коэффициенты зависимости трудоемкости текущих ремонтов карьерных экскаваторов от природно-климатических условий (таб. 4).

Таблица 4

Температура,, "С +5-+20 + 5 + -5 -5-»—15 -15+ -25 -25+ -40

Коэффициент, К,с 0,92 1,00 1,09 1,18 1,24

Снижение годовой производительности карьерных экскаваторов при

увеличении их срока службы связано со снижением надежности карьерных экскаваторов, увеличением аварийных простоев и, как следствие, ростом затрат времени на ремонт оборудования (рис.7). Данная зависимость описывается степенной функцией третьего порядка.

Рис. 7. Зависимость среднегодовой производительности карьерных экскаваторов от срока службы машин.

Коэффициенты корреляции между возрастом карьерных экскаваторов и удельными затратами времени на их ремонт и коэффициента технического использования составили соответственно 0,70 и 0,83. Полученные значения коэффициентов корреляции подтверждают достаточно устойчивую связь между рассматриваемыми параметрами.

Однотипный характер зависимости величин коэффициента технического использования от возраста карьерных экскаваторов в интервалах первого, второго и третьего ремонтных циклов подтверждают полученные данные (рис.8).

Отмечается общая тенденция снижения коэффициента технического использования и среднегодовой производительности внутри ремонтных циклов, а также существенное снижение его значений по отношению к первоначальным во втором ремонтном цикле до 20%, а в третьем ремонтном цикле до 28%.

Горные предприятия Северных регионов России относят к отрицательным факторам, влияющим на эффективное использование карьерных экскаваторов - намерзание горной массы на узлы. Горная масса, намерзающая на рабочие органы горно-транспортного оборудования, имеет, как правило, массивную изотропную текстуру, характеризуемую в 5-*-10 раз большей, по сравнению со сталью, величиной коэффициента объемной температурной деформации. Поэтому наиболее эффективным, с

энергетической точки зрения, способом очистки рабочего оборудования от намерзшей горной массы является разупрочнение ее адгезионного контакта с металлическим основанием.

Рис. 8. Графики изменения коэффициента технического использования экскаваторов в зависимости от возраста (вусловиях разреза "Нерюнгринский" ОАОХК "Якутуголъ"): а • интервал первого ремонтного цикла, б - интервал второго ремонтного цикла, в — интервал третьего ремонтного цикла •

Процесс теплопереноса при термоконтактном способе разупрочнения адгезионного контакта мерзлых горных пород с металлическим основанием корректно описывается моделью нестационарной теплопроводности в системе двух соприкасающихся тел, сводящейся к классической задаче Коши с исходными уравнениями.

при начальных условиях:

©,(х,х) = ©,(х,0) = ®0 +-ЗМн-хР; ©2(x,0) = ©0

2X,H

и граничных условиях ©i(H, х) = ©г(Н, х)

где ©](x,t) и ©2(х,х)- текущая температура в металлической пластине и породе; ai — температуропроводность металла; р2, Сгэф, плотность,

эффективная теплоемкость и теплопроводность породы соответственно; Н — толщина металлической пластины; тепловой поток; q — удельный тепловой поток.

Согласно понятию термического слоя с переменной глубиной 5(х), температурное поле первоначально заключено в пределах металлической пластины. Тепловое возмущение достигает внутренней поверхности пластины (х=Н) через определенное время

На границе термического слоя имеют место естественные условия

эе,[81(тХт].

©,[б,(х),х]=©0;

где 5j - толщина термического слоя.

дх

! = 0,

Рис. 9. Тепловая модель процесса нагрева пластины и мерзлой породы

Разработанная графическая модель (рис. 10) процесса нагрева двухкомпонентной среды "мерзлая горная порода — металлическое основание" позволяет получать не только рациональные параметры процесса термоконтактного нагрева для конкретных горнотехнических и погодно-климатических условий эксплуатации карьерных экскаваторов, но и проектировать, исходя из потребных параметров процесса нагрева, контактные нагреватели с рациональными теплофизическими параметрами. Расхождение данных теоретического моделирования с результатами

лабораторных исследований не превышает 5% при 95% доверительной вероятности.

В зависимости от места очистки и ремонта используются разные и иды нагревателей, мощность устройств колеблется от 3 до 5 кВт. Наибольшее применение получили нагреватели жесткой конструкции, где в качестве нагревательного элемента используется проволока Х20Н80. Гибкий нагреватель разработан таким образом, что позволяет произво;цпъ многократные изгибы провода с радиусом до 400-500 мм.

Рис. 10. Зависимость потребного теплового потока от толщины металлическойпластины и времени нагрева

120 т,<

Для регулирования температуры нагрева разработан и изготовлен специальный прибор. Прибор рассчитан на регулирование температур от 0 до 350°С.

Применение при аварийных ремонтных работах в зимний период предложенных нагревателей, для очистки и ремонта металлоконструкций карьерных экскаваторов, позволяет сократить время производимого ремонта на 14%, тем самым экономить материальные и финансовые средства.

В настоящее время при проведении ТОиР карьерных экскаваторов не учитываются особенности эксплуатации машин в конкретных условиях данного месторождения, отчего техника используется недостаточно эффективно.

Основными задачами совершенствования системы ТОиР являются: оптимизация структуры ремонтного цикла горной машины; определение необходимого состава работ для каждого вида ремонта и выбор объективного критерия для расчёта межремонтных периодов. При оптимизации структуры ремонтного цикла важно знать значения технического ресурса деталей.

Для расчёта периодичности ремонтов карьерных экскаваторов, обоснования их форм и структуры ремонтного цикла использован метод комбинаторного анализа. Разрабатывая структуры ремонтного цикла для карьерных экскаваторов, необходимо учитывать два основных фактора:

• реальные нормативы периодичности технических обслуживании и

ремонтов в конкретных условиях эксплуатации; • минимальное, но достаточное время на поддержание или восстановление работоспособности горной машины в период её эксплуатации.

В таблице 5 приведены существующие (принятые на разрезе "Нерюнгринский" ОАО ХК "Якутуголь") и предлагаемые структуры, и нормативы периодичности техобслуживания и ремонта карьерных экскаваторов с учетом условий Северных регионов России.

Предлагаемая поэтапная система ТОиР карьерных экскаваторов отличается от действующей на разрезе "Нерюнгринский" системы планово-предупредительных ремонтов (111Щ) тем, что исключает средние ремонты, а их объемы выполняются во время текущих, месячных, сезонных и годовых ремонтов. Это позволило сократить количество отказов, более рационально распределить объемы ремонтных работ, сократить простои в ремонтах на 18%.

Таблица 5

Существующие и предложенные структуры, и нормативы периодичности техобслуживания и ремонта карьерных экскаваторов

03582178

Исследование количественных и качественных критериев предельных состояний деталей карьерного экскаватора 301-М позволило выявить, что при проведении регулярных технических осмотров, зная количественные и качественные критерии предельных состояний узлов, можно оценить общее их состояние, тем самым предупредить отказы оборудования и снизить время нахождения карьерных экскаваторов в плановых простоях (на 14%), повысить надежность карьерных экскаваторов, улучшить их приспособленность к техническому обслуживанию и ремонту. В свою очередь установление количественных и качественных критериев предельных состояний деталей и узлов карьерного экскаватора 310-М, а также проведенные исследования и расчеты по установлению необходимой трудоемкости, количества ремонтного персонала и т.д., позволило разработать технологические карты на ремонт сборочных единиц карьерного экскаватора 301-М.

Предложен ряд конструктивно-технологических изменений (установлена цапфа от карьерного гидравлического экскаватора 204-М "Marion" на карьерный экскаватор 201-М "Marion", с предварительной обработкой до конструктивных размеров; увеличены диаметры консольных частей промвалов; установлены вместо импортных подшипников стальные и бронзовые втулки; расточена рама бортовых тележек, для использования главных валов хода увеличенного сечения) внедрение которых позволило сократить аварийные простои карьерных экскаваторов на 12%.

Общая экономическая эффективность от внедрения результатов исследований и рекомендаций на разрезе "Нерюнгринский" ОАО ХК "Якутуголь" составила около 11 млн.руб.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе предложено новое решение актуальной научно-технической задачи — совершенствование системы ТОиР карьерных экскаваторов типа механическая лопата, что позволит повысить эффективность их использования на горных предприятиях Северных регионов России.

Результаты теоретического анализа и экспериментальных исследований, полученные в процессе работы, позволили сформулировать следующие выводы:

1. Установлено, что коэффициент технического использования календарного времени карьерных экскаваторов находится в пределах 0,2-0,55, а простои в плановых и неплановых ремонтах достигают 32% от общего фонда рабочего времени, что обуславливается низким уровнем надежности и ремонтной технологичности, сложными горногеологическими и жесткими климатическими условиями их эксплуатации, несовершенством действующих систем ТОиР при отсутствии научно-обоснованных нормативов на ремонт карьерных экскаваторов в условиях Северных регионов России.

2. На основе предложенной математической модели оценки ремонтной технологичности карьерных экскаваторов разработана методика, позволяющая производить оценку уровня ремонтной технологичности карьерных экскаваторов различных типоразмеров по единичным и комплексному показателям с учетом трудоемкости, продолжительности и стоимости их ремонтов. Расчетные значения комплексных показателей ремонтной технологичности составили: для карьерных экскаваторов ЭКГ-15, ЭКГ-20, 201-М, 301-М, соответственно 0,497; 0,437; 0,446; 0,996.

3. Выявлены внешние факторы, наиболее влияющие на уровень ремонтной технологичности карьерных экскаваторов: вместимость ковша; природно-климатические и горнотехнические условия работы оборудования; профессиональная подготовленность персонала; срок эксплуатации экскаваторов. Выявлены закономерности влияния показателей ремонтной технологичности карьерных экскаваторов на основной функциональный критерий карьерных экскаваторов — их эксплуатационную производительность.

4. Обоснован переход на разработанную поэтапную систему ТОиР,

позволяющую более рационально распределить объемы ремонтных работ, повысить качество проводимых ремонтов, уменьшить количество аварийных ремонтов, в результате чего сократить простои карьерных экскаваторов в плановых ремонтах на 18%.

5. Разработаны "Технологические карты на ремонт сборочных единиц карьерных экскаваторов 301-М фирмы "Marion" позволившие сократить время нахождения карьерных экскаваторов в плановых ремонтах до 24%, за счет:

• пооперационного описания ремонтных технологических процессов демонтажа, разборки, сборки и монтажа механизмов карьерного экскаватора;

• применения стандартного и нестандартного инструмента, пооперационно установлена целесообразность применения и разработки специальных приспособлений и инструментов;

• приведения сведений о количестве исполнителей, а также сведений о квалификации (разряде) и трудоемкости выполняемых работ

6. Установлена графическая зависимость при нагреве двухкомпонентной среды "мерзлая горная порода - металлическое основание" и предложен термоконтактный способ очистки деталей карьерных экскаваторов от намерзшей горной массы ввиду его высокой эффективности, универсальности и надежности при проведении вспомогательных и ремонтно-восстановительных работ в условиях отрицательных температур, что позволило сократить время нахождения карьерных экскаваторов в аварийных ремонтах на 14%.

7. Предложен ряд конструктивных изменений, внедрение которых позволило сократить простои карьерных экскаваторов в ремонтах на 12%.

8. Разработанный и внедренный на разрезе "Нерюнгринский" ОАО ХК "Якутуголь" комплекс научно-обоснованных организационно -технических мероприятий по совершенствованию системы ТОиР, за счет повышения уровня ремонтной технологичности карьерных экскаваторов, позволил получить в 2003 году реальный экономический эффект' в размере 11 млн.руб. Комплексный показатель ремонтной технологичности увеличился в среднем на 12%

Основные положения и выводы диссертации опубликованы в

следующих работах:

1. Синяков А.А. Показатели использования карьерных механических лопат эксплуатируемых на вскрышных работах в условиях разреза "Нерюнгринский" ГУЛ "Якутуголь". / В.СКвагинидзе, А.А.Мансуров, ААСиняков // МГГУ "Горный информационно-аналитический бюллетень". -№2, -2003г. - С 51+53.

2. Синяков А.А. Расчет полезной работы системы машин при циклической технологии добычи угля. / В.СКвагинидзе, АА.Мансуров, АА.Синяков // МГГУ Торный информационно-аналитический бюллетень". -№4, -2003г. -С10+12.

3. Синяков А.А. Количественные и качественные критерии предельного состояния деталей редуктора напора экскаваторов 301М-ИК. //Материалы IV научно-практической конференции молодых ученных, аспирантов и студентов. Нерюнгри. ИздЛГУ. -2003г. -С 44.

4. Синяков А.А. Разработка технологических карт на ремонт сборочных единиц горных машин, вводимых в эксплуатацию. //Материалы IV научно-практической конференции молодых ученных, аспирантов и студентов. Нерюнгри. ИздЛГУ. -2003г. -С 48.

5. Синяков А.А. Влияние емкости ковша карьерных механических лопат на ремонтную технологичность. /В.С.Квагинидзе, А.А.Синяков // Материалы конференции "Пути решения актуальных проблем добычи и переработки полезных ископаемых". Якутск. Изд.ЯГУ. -2003г. -С 48+49.

6. Синяков А.А. Совершенствование системы технического обслуживания карьерных механических лопат в условиях Южной Якутии, как один из способов повышения ремонтной технологичности экскаваторов. /В.С.Квагинидзе, ААСиняков // X Международная научно-практическая конференция "Сибресурс - 2004". Кемерово. -2004г. -С 75+77.

7. Синяков А.А. Исследование и совершенствование способов тепловой очистки металлоконструкций горного оборудования при подготовке к ремонтным работам. /В.СКвагинидзе, АА.Синяков// Научно-практическая конференция "Игошинские чтения". Иркутск. -2004г. -С 51+56.

СИНЯКОВ Андрей Анатольевич

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ СИСТЕМЫ ТЕХНИЧЕСКОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ И РЕМОНТА КАРЬЕРНЫХ ЭКСКАВАТОРОВ ТИПА МЕХАНИЧЕСКАЯ ЛОПАТА В УСЛОВИЯХ СЕВЕРНЫХ РЕГИОНОВ РОССИИ (на примере разреза «Нерюнгринский» ОАО ХК «Якутуголь)

Специальность 05.05.06 -«Горные машины»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Заказ Мэ 821 Тираж 110 экз Отпечатано В ГУЛ «Нерюмгримская гортипсх рафия»

15 КгЭЛ 20G5 it**"»« j

ВВЕДЕНИЕ.

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА, ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1. Условия эксплуатации экскаваторов на угольных разрезах Якутского каменноугольного бассейна.

1.2. Показатели использования карьерных экскаваторов.

1.3. Анализ работ по ремонтной технологичности машин.

1.4. Требования к ремонтной технологичности карьерных экскаваторов

1.5. Выводы.

2. ОЦЕНКА РЕМОНТНОЙ ТЕХНОЛОГИЧНОСТИ ЭКСКАВАТОРОВ

2.1. Методика оценки ремонтной технологичности карьерных экскава- 31 торов.

2.2. Определение функционального критерия.

2.3. Выбор показателей для оценки ремонтной технологичности карьерных экскаваторов.

2.4. Методика сбора и обработки статистической информации для оценки ремонтной технологичности карьерных экскаваторов.

2.5. Математическая обработка экспериментальных данных.

2.6. Выбор базовых показателей для оценки уровня ремонтной технологичности карьерных экскаваторов.

2.7. Определение комплексного показателя ремонтной технологичности карьерного экскаватора.

2.8. Выводы.

3. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ФАКТОРОВ НА РЕМОНТНУЮ ТЕХНОЛОГИЧНОСТЬ КАРЬЕРНЫХ ЭКСКАВАТОРОВ

3.1. Влияние вместимости ковша карьерного экскаватора на трудоем- 56 кость ремонтов.

3.2. Влияние горнотехнических условий на ремонтную технологичность карьерных экскаваторов.•.

3.3. Влияние профессиональной подготовленности обслуживающего персонала на ремонтную технологичность карьерных экскавато- 59 ров.

3.4. Влияние окружающей среды на ремонтную технологичность карьерных экскаваторов.

3.5. Влияние возраста оборудования на ремонтную технологичность карьерных экскаваторов.

3.6. Выводы.

4. ИССЛЕДОВАНИЕ И ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ ТЕРМОКОНТАКТНОГО СПОСОБА ОЧИСТКИ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ ОТ НАМЕРЗШЕЙ ГОРНОЙ МАССЫ

4.1. Влияние твердой и жидкой фаз воды на прочностные свойства связных горных пород.

4.2. Исследование адгезионного взаимодействия мерзлой связной породы с металлической поверхностью.

4.3. Исследование процесса нагрева на разупрочнение адгезионного контакта мерзлой связной породы с металлическим основанием.

4.4. Исследование параметров термоконтактного нагрева, определяющих прочность адгезионного контакта.

4.5. Моделирование процесса термоконтактного нагрева.

4.6. Разработка нагревателей для термоконтактной очистки.

4.7. Выводы.

5. РАЗРАБОТКА РЕКОМЕНДАЦИЙ ПО ПОВЫШЕНИЮ РЕМОНТНОЙ ТЕХНОЛОГИЧНОСТИ КАРЬЕРНЫХ ЭКСКАВАТОРОВ

5.1. Рекомендации по совершенствованию системы ТОиР карьерных 116 экскаваторов.

5.2. Рекомендации по совершенствованию технологии ремонта механического оборудования карьерных экскаваторов.Ц

5.3. Количественные и качественные критерии предельных состояний деталей карьерных экскаваторов 301M-HR.

5.4. Конструктивно-технологические мероприятия по повышению ремонтной технологичности механического оборудования карьер- 121 ных экскаваторов.

5.5. Экономическая эффективность от внедрения мероприятий и рекомендаций по повышению ремонтной технологичности карьерных 121 экскаваторов.

5.6. Выводы.

В настоящее время Восточная Сибирь, Дальний Восток, в том числе и Республика Саха (Якутия) представляет собой мощные экономические регионы с развитой инфраструктурой, обладающие крупными запасами угля различных марок. Эти регионы характеризуются суровыми климатическими условиями, обозначаемыми в диссертационной работе «северными». Добыча угля ведется в основном открытым способом и общая мощность угольных разрезов в этих регионах составляет более 100 млн.т., [40]. Открытый способ угля в перспективе должен развиваться опережающими темпами и в 2010 г. его уровень, в России, должен составить 200-230 млн.т. или 70% общей угледобычи [118].

Анализируя современное техническое состояние разрезов, следует отметить, кризисное состояние парка основного технологического оборудования, в первую очередь, наиболее металлоемкого — экскаваторного парка, определяющего технический уровень и технико-экономические показатели [119].

Развитие разработки полезных ископаемых в районах Сибири и Крайнего Севера ставит задачи дальнейшего повышения надежности и ремонтной технологичности карьерного оборудования. Сложные горнотехнические условия, наличие вибрации, повышенная влажность и запыленность воздуха, резкие колебания температуры, смерзаемость грунта, и как следствие повышение нагрузок, приводят к снижению производительности и повышению трудоемкости работ по техническому обслуживанию и ремонту экскаваторов.

На горных предприятиях широко используются карьерные экскаваторы с ковшом вместимостью от 4,6 до 40 м3. Наряду с отечественными экскаваторами ЭКГ-8И, ЭКГ-12,5, ЭКГ-15, ЭКГ-20 находят применение и экскаваторы фирмы «Marion» марки М-201 с вместимостью ковша 16 м3, и М-301 с вмео стимость ковша 40 м . В конце 2002 начался монтаж дизель-электрических о экскаваторов РС-5500 с вместимостью ковша 23 м . Наличие таких экскаваторов на разрезе «Нерюнгринский» обусловлено переходом на высокопроизводительную технику, единичной мощности.

Вместе с тем поддержание высоких темпов развития открытых горных работ на угольных разрезах сдерживается низкой эффективностью использования карьерных экскаваторов, которые под влиянием многочисленных факторов простаивают от 40 до 50% календарного времени, в том числе по техническим причинам 14-27%. Фактические простои в ремонте более чем в 3 раза превышают нормативные, что объясняется недостаточной надежностью и низкой эффективностью системы технического обслуживания и ремонта машин. Так, расходы на содержание и ремонт оборудования в северных районах в 2-6 раз превышают аналогичные расходы в средней полосе страны [111].

На ремонт оборудования, являющегося самым трудоемким вспомогательным процессом на открытых разработках, расходуются до трети всех затрат на добычу полезного ископаемого. Ремонтом занято 18-30% списочного состава рабочих. Уровень механизации ремонтных работ очень низок, до 76% затрат труда приходится на операции, выполняемые вручную [59, 60].

Опыт эксплуатации карьерных экскаваторов в зимний период, при наличии суровых климатических условий показывает, что количество аварийных остановок существенно возрастает.

Острота проблемы повышения надежности и ремонтной технологичности карьерных экскаваторов обуславливается также: поточным характером производства, где одноковшовые карьерные экскаваторы в большинстве случаев являются ведущими машинами всего технологического комплекса; опережающим усложнением конструкций карьерных экскаваторов (механических, электрических, гидравлических систем) по сравнению с внедрением современных методов повышения надежности сложных систем управления в практику экскаваторостроения; увеличением числа карьерных экскаваторов, работающих в районах с низкими температурами (районы Заполярья, республики Саха, Сибири, Дальнего Востока); низкой надежностью и малыми сроками службы деталей и узлов значительной части карьерных экскаваторов, что вызывает неоправданно большие трудовые и материальные затраты. Положение усугубляется значительной изношенностью экскавационного оборудования, многие образцы которого уже исчерпали свои нормативные сроки. Совокупность указанных факторов приводит к снижению объемов и экономических показателей горного производства.

Угольные предприятия Северных регионов России, особенно угольный разрез "Нерюнгринский", выдвигают, как первоочередную, задачу снижения негативного влияния указанных факторов и повышение эффективности горного производства на этих предприятиях. Среди возможных путей решения этой задачи, одним из основных направлений, является совершенствование системы технического обслуживания и ремонта (далее - ТОиР) карьерных экскаваторов [12]. Сама по себе система ТОиР оборудования характеризуется его ремонтной технологичностью, под которой понимается совокупность конструктивных свойств рассматриваемого оборудования и организационно-технологических особенностей горного производства, в соответствии с которыми осуществляется ТОиР. Количественно ремонтная технологичность оценивается затратами времени, труда и материальных средств на выполнение ремонтов. Поэтому представленная диссертационная работа, направленная на совершенствование системы ТОиР, за счет повышения ремонтной технологичности карьерных экскаваторов эксплуатируемых в Северных регионах России, является весьма актуальной научной задачей.

Целью настоящей работы является повышение надежности и совершенствование системы ТОиР карьерных экскаваторов, эксплуатируемых в условиях Северных регионах России.

Идея работы заключается в выявлении наиболее значимых показателей ремонтной технологичности карьерных экскаваторов и определении степени их влияния на выполнение экскаваторами их основного функционального назначения.

Задачи исследований:

• Анализ эксплуатационных показателей работы карьерных экскаваторов, работающих в условиях Северных регионах России;

• Выбор наиболее рациональной методики и оценка уровня ремонтной технологичности карьерных экскаваторов, эксплуатируемых в условиях Северных регионах России;

• Исследование факторов, влияющих на ремонтную технологичность карьерных экскаваторов, эксплуатируемых в условиях Северных регионах России, и определение их рациональных значений;

• Разработка и экономическое обоснование комплекса мероприятий, направленных на совершенствование системы ТОиР, а также повышение коэффициента технического использования карьерных экскаваторов;

• Разработка конструктивно-технических решений обеспечивающих снижение трудоемкости и затрат времени на ремонт отдельных узлов карьерных экскаваторов, в том числе на устранение намерзания горной массы на элементы конструкции.

Методы исследований, использованные в работе:

• Проведение мониторинга функционирования карьерных экскаваторов на разрезе "Нерюнгринский" и анализ его результатов с использованием математического аппарата теории вероятностей и математической статистики;

• оценка ремонтной технологичности карьерных экскаваторов и выявление путей ее повышения на основе предложенной в работе аналитической методики;

• пассивные и активные методы экспериментальных исследований при про6 мышленной апробации разработанного комплекса мероприятий по повышению ремонтной технологичности карьерных экскаваторов;

• теоретические и экспериментальные исследования прочности сцепления мерзлой горной породы с металлической поверхностью.

Научные положения, выносимые на защиту:

1. Математическая модель оценки уровня ремонтной технологичности карьерных экскаваторов, разработанная на основе анализа показателей трудоемкости, продолжительности и стоимости их ремонтов.

2. Аналитические зависимости, связывающие единичные и комплексный показатели ремонтной технологичности карьерных экскаваторов с горнотехническими и климатическими условиями горного производства в Северных регионах России.

3. Методика повышения коэффициентов технического использования карьерных экскаваторов за счет оптимизации системы ТОиР в Северных регионах России.

4. Модель процесса нагрева двухкомпонентной среды "мерзлая горная порода - металлическое основание" позволяющая определять рациональные параметры процесса термоконтактного нагрева для тепловой очистки металлических поверхностей карьерных экскаваторов от намерзшей горной массы во время проведения их ремонтов.

Обоснование и достоверность научных положений, выводов рекомендаций подтверждаются:

• представленным объемом статистической информации (около 20 единиц карьерных экскаваторов на протяжении 5 лет хронометражных наблюдений);

• сходимостью результатов теоретических и экспериментальных исследований с доверительной вероятностью 0,8-Ю,95 при относительных ошибках 0,1-Ю,2, установленных на основе апробированных методов теории вероятностей и математической статистики;

• положительными результатами внедрения в ОАО ХК "Якутуголь" разработанного комплекса мероприятий по повышению долговечности и ремонтной технологичности карьерных экскаваторов.

Научная новизна работы, применительно к условиям Северных регионов России, заключается в следующем:

• установлены качественные и количественные зависимости основных показателей ремонтной технологичности (продолжительности проведения 111 IP, их трудоемкости и стоимости) карьерных экскаваторов от горнотехнических и климатических условий горного производства; выявлены закономерности влияния показателей ремонтной технологичности карьерных экскаваторов на основной функциональный критерий — эксплутационную производительность; выявлена количественная зависимость коэффициента технического использования карьерных экскаваторов от фактических сроков их службы; установлены качественные и количественные критерии предельных состояний эксплуатируемых узлов (сборочных единиц) карьерных экскаваторов 301-М фирмы "Marion"; установлена графическая зависимость при нагреве двухкомпонентной среды "мерзлая горная порода - металлическое основание"; впервые разработаны рекомендации по повышению уровня ремонтной технологичности карьерных экскаваторов, эксплуатируемых в условиях Северных регионов России.

Личный вклад автора состоит: в сборе и обработке достаточно большого статистического материала по эксплуатации карьерных экскаваторов; в разработке математической модели оценки влияния показателей ремонтной технологичности карьерных экскаваторов на их основные функциональные показатели: эксплутационную производительность и степень технического использования карьерных экскаваторов; в установлении количественных зависимостей ремонтной технологичности карьерных экскаваторов, работающих на разрезе "Нерюнгринский" ОАО ХК "Якутуголь", от горно-геологических и климатических условий эксплуатации; в представлении трудоемкости технического обслуживания и ремонта карьерных экскаваторов в виде технически обоснованных показателей, учитывающих квалификацию исполнителей и зависящих от вместимости ковша карьерного экскаватора, горнотехнических и климатических условий, а также возраста горной машины; в оптимизации поэтапной системы ТОиР, способствующей рациональному проведению ремонтов карьерных экскаваторов, повышению эффективности их использования в условиях Северных регионов России; в разработке "Технологических карт по ремонту сборочных единиц карьерного экскаватора 301-М фирмы "Marion"; в определении рациональных параметров процесса термоконтактного нагрева для теплового способа очистки узлов карьерных экскаваторов от намерзшей горной массы при проведении вспомогательных и ремонтно-восстановительных работ в условиях отрицательных температур.

Практическая ценность работы подтверждается разработкой и реализацией на разрезе "Нерюнгринский" ОАО ХК "Якутуголь" рекомендаций по повышению уровня ремонтной технологичности карьерных экскаваторов.

Реализация выводов и рекомендаций работы заключается в том, что усовершенствованная в диссертационной работе поэтапная система ТОиР и комплекс рекомендаций по повышению уровня ремонтной технологичности карьерных экскаваторов были приняты в ОАО ХК "Якутуголь" и реализованы с годовым эффектом около 11 млн.руб. (в ценах 2003 года), материалы диссертационной работы используются в учебном процессе Технического Института (филиала) Якутского Государственного Университета г.Нерюнгри при чтении курса лекций, выполнении контрольных и курсовых работ по дисциплинам "Эксплуатация и ремонт карьерного оборудования".

Апробация работы. Основное содержание работы, отдельные ее положения и результаты были доложены и обсуждены: на техническом совете разреза "Нерюнгринский" ОАО ХК "Якутуголь"; на техническом совете ОАО ХК "Якутуголь"; на Научном семинаре Технического Института (филиала) Якутского Государственного Университета; на IV региональной научно-практической конференции молодых ученых, аспирантов и студентов (Нерюн-гри; ТИ(ф)ЯГУ, 2003г.); на республиканской конференции "Пути решения актуальных проблем добычи и переработки полезных ископаемых" (Якутск; ЯГУ, 2003г.); на X Международной научно-практической конференции "Сиб-ресурс - 2004" (Кемерово, 2004г); на научно-практической конференции "Иго-шинские чтения" (Иркутск, 2004г).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 печатных работ.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, 5-и глав, заключения, списка литературы и приложений. Общий объем составляет 144 страницы, включая 34 рисунка и 31 таблицу, список использованной литературы из 128 наименований и приложений на 9 страницах.

5.6. Выводы

1. Переход на предлагаемую поэтапную систему ТОиР позволил более рационально распределить объемы ремонтных работ, повысить качество проводимых ремонтов, уменьшить количество аварийных ремонтов, в результате чего сократить простои в ремонтах на 18%.

2. Использование при ремонтах "Технологических карт на ремонт сборочных единиц экскаваторов 301-М" позволило сократить время нахождения карьерных экскаваторов в плановых ремонтах на 24%, за счет:

• пооперационного описания ремонтных технологических процессов демонтажа, разборки, сборки и монтажа механизмов карьерного экскаватора;

• применения стандартного инструмента, пооперационно установлена целесообразность применения и разработки специальных приспособлений и инструментов;

• приведения сведений о количестве исполнителей, а также сведений о сложности (разряде) и трудоемкости выполняемых работ

3. При проведении регулярных технических осмотров, зная количественные и качественные критерии предельных состояний узлов, можно оценить общее их состояние, тем самым предупредить аварийные простои и снизить время нахождения карьерных экскаваторов в плановых простоях (на 14%), повысить надежность карьерных экскаваторов, улучшить их приспособленность к техническому обслуживанию и ремонту.

4. Разработанный и внедренный на разрезе "Нерюнгринский" ОАО ХК "Якутуголь" комплекс научно-обоснованных организационно-технических мероприятий по совершенствованию системы ТОиР, за счет повышения уровня ремонтной технологичности карьерных экскаваторов, позволил получить в 2003 году реальный экономический эффект в размере 11 млн.руб. Комплексный показатель ремонтной технологичности увеличился в среднем на 12%.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе предложено новое решение актуальной научно-технической задачи - совершенствование системы ТОиР карьерных экскаваторов типа механическая лопата, что позволит повысить эффективность их использования на горных предприятиях Северных регионов России.

Результаты теоретического анализа и экспериментальных исследований, полученные в процессе работы, позволили сформулировать следующие выводы:

1. Установлено, что коэффициент технического использования календарного времени карьерных экскаваторов находится в пределах 0,2-0,55, а простои в плановых и неплановых ремонтах достигают 32% от общего фонда рабочего времени, что обуславливается низким уровнем надежности и ремонтной технологичности, сложными горно-геологическими и жесткими климатическими условиями их эксплуатации, несовершенством действующих систем ТоиР при отсутствии научно-обоснованных нормативов на ремонт карьерных экскаваторов в условиях Северных регионов России.

2. На основе предложенной математической модели оценки ремонтной технологичности карьерных экскаваторов разработана методика, позволяющая производить оценку уровня ремонтной технологичности карьерных экскаваторов различных типоразмеров по единичным и комплексному показателям с учетом трудоемкости, продолжительности и стоимости их ремонтов. Расчетные значения комплексных показателей ремонтной технологичности составили: для карьерных экскаваторов ЭКГ-15, ЭКГ-20, 201-М, 301-М, соответственно 0,497; 0,431; 0,446; 0,996.

3. Выявлены внешние факторы, наиболее влияющие на уровень ремонтной технологичности карьерных экскаваторов: вместимость ковша; природно-климатические и горнотехнические условия работы оборудования; профессиональная подготовленность персонала; срок эксплуатации экскаваторов. Выявлены закономерности влияния показателей ремонтной технологичности карьерных экскаваторов на основной функциональный критерий карьерных экскаваторов - их эксплутационную производительность.

4. Обоснован переход на разработанную поэтапную систему ТОиР, позволяющую более рационально распределить объемы ремонтных работ, повысить качество проводимых ремонтов, уменьшить количество аварийных ремонтов, в результате чего сократить простои карьерных экскаваторов в плановых ремонтах на 18%.

5. Разработаны "Технологические карты на ремонт сборочных единиц карьерных экскаваторов 301-М фирмы "Marion" позволившие сократить время нахождения карьерных экскаваторов в плановых ремонтах до 24%, за счет:

• пооперационного описания ремонтных технологических процессов демонтажа, разборки, сборки и монтажа механизмов карьерного экскаватора;

• применения стандартного и нестандартного инструмента, поопера-ционно установлена целесообразность применения и разработки специальных приспособлений и инструментов;

• приведения сведений о количестве исполнителей, а также сведений о квалификации (разряде) и трудоемкости выполняемых работ

6. Установлена графическая зависимость при нагреве двухкомпонентной среды "мерзлая горная порода - металлическое основание" и предложен термоконтактный способ очистки деталей карьерных экскаваторов от намерзшей горной массы ввиду его высокой эффективности, универсальности и надежности при проведении вспомогательных и ремонтно-восстановительных работ в условиях отрицательных температур, что позволило сократить время нахождения карьерных экскаваторов в аварийных ремонтах на 14%.

7. Предложен ряд конструктивных изменений, внедрение которых позволило сократить простои карьерных экскаваторов в ремонтах на 12%.

8. Разработанный и внедренный на разрезе "Нерюнгринский" ОАО ХК "Якутуголь" комплекс научно-обоснованных организационно-технических мероприятий по совершенствованию системы ТОиР, за счет повышения уровня ремонтной технологичности карьерных экскаваторов, позволил получить в 2003 году реальный экономический эффект в размере 11 млн.руб. Комплексный показатель ремонтной технологичности увеличился в среднем на 12% (приложение 5).

1. Абрамов С.А. Исследование количественных показателей эксплуатационной надежности башенных кранов. Автореферат канд. дисс.// М. -МИСИ. 1989. -23с.

2. Алексеев А.Ф. Влияние свойств пород на термодинамическую очистку ковшей экскаваторов./ А.Ф.Алексеев, Р.Е.Морит, Г.В.Шубин.// Открытая разработка угольных месторождений. — Кемерово. 1987. - С. 48-53.

3. Алексеев А.Ф. Исследование процесса оттаивания влажной связной породы при термомеханическом способе очистке поверхностей./ А.Ф.Алексеев, Г.В.Шубин.// Физико-технические проблемы освоения месторождений Севера. Якутск. - Изд.ЯГУ. — 1989. - С. 134-143.

4. Алексеев А.Ф. Исследование процесса термомеханической очистки оборудования./ А.Ф.Алексеев, Г.В.Шубин.// Известия вузов. Горный журнал. №6. - 1988. - С. 45-52.

5. Ананян А.А. Содержание незамерзшей воды в мерзлом суглинке в интервале температур от -0,6 до -60°С.// Мерзлотные исследования. М. -Изд. МГУ. 1970. - Вып. 10. - С. 267-270.

6. А.С. 1286307 СССР. МКИ 4. В08 В 7/04. Устройство для очистки поверхностей. / Алексеев А.Ф., Гончаров С.А., Шубин Г.В.// Опубликован БИ. 1987. - №4.

7. А.С. 1298617. СССР. МКИ 4. Прибор для определения адгезионных свойств связных горных пород./ Алексеев А.Ф., Гончаров С.А., Морит Р.Е., Шубин Г.В.// Опубликован БИ. 1987. -№11.

8. А.С. 1326353 СССР. МКИ 4. В08 В7/00. Способ очистки металлических поверхностей от намерзших загрязнений./ Алексеев А.Ф., Гончаров С.А., Шубин Г.В. и др.// Опубликован БИ. 1987. - №28.

9. А.С. 1437107 СССР. МКИ 4. В08 ВЗ/10, 7/02. Устройство для очистки металлических поверхностей./ Алексеев А.Ф., Шубин Г.В. и др.// Опубликован БИ. 1988. - №42.

10. Астахов А.И. Исследование эксплуатационных качеств одноковшовых экскаваторов. Автореферат канд. Дисс.// М. НИИОМТП. - 1965. - 24. с

11. Беляков Ю.Н. Совершенствование экскаваторных работ на карьерах/ Ю.Н.Беляков, В.Н.Владимиров.// М. Недра. - 1974. - 217. с.

12. Вельмина Н.А. Исследование вечной мерзлоты в Якутской ССР.// М.-Мысль.- 1975.- 178 с.

13. Венцель Е.С. Теория вероятностей.// М. — Наука. 1969. - 452 с.15