автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.06, диссертация на тему:Техническое диагностирование основных механизмов роторного экскаватора в условиях эксплуатации

На правах рукописи

.ж

Милосердое Евгений Евгеньевич

ТЕХНИЧЕСКОЕ ДИАГНОСТИРОВАНИЕ ОСНОВНЫХ МЕХАНИЗМОВ РОТОРНОГО ЭКСКАВАТОРА В УЛОВИЯХ ЭКСПЛУАТАЦИИ

Специальность 05.05.06 - Горные машины

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

7 АВГ 2014

005551508

Красноярск - 2014

005551508

Работа выполнена в Федеральном государственном автономно?, образовательном учреждении высшего профессионального образования «Сибирски федеральный университет» (г. Красноярск).

Научный руководитель: Минеев Александр Васильевич,

доктор технических наук, профессор ФГАОУ ВП «Сибирский федеральный университет»

Официальные оппоненты: Маметьев Леонид Евгеньевич,

доктор технических наук, профессор ФГБОУ ВПО «Кузбасский государственный технический университет»;

Афанасьев Юрий Александрович,

кандидат технических наук, старший научный сотрудник, технический директор ООО «Центр Технической Диагностики»

Ведущая организация: Федеральное государственное бюджетно

учреждение науки Специальное конструкторско технологическое бюро «Наука» Красноярског научного центра Сибирского отделения Российско! академии наук

Защита состоится 26 сентября 2014 г. в 12:00 на заседании диссертационног совета Д 212.073.04 при ФГБОУ ВПО «Иркутский государственный технически университет» по адресу: 664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83, корпус «К» конференц-зал.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Иркутски! государственный технический университет» и на сайт

http://www.istu.edu/structure/54/4393/.

Автореферат диссертации разослан: 24.07.2014.

Отзывы на автореферат (два экземпляра, заверенные организацией) направлять адрес диссертационного совета:

664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83, Д 212.073.04 e-mail: ds04@istu.edu, факс: (3952) 40-58-69.

Ученый секретарь диссертационного совета

С.Ю. Красноштанов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В настоящее время в России значительная часть угля добывается открытым способом, при этом более половины добычи энергетических углей осуществляется роторными экскаваторами (РЭ) ЕФ — 1250 и его модификациями (ЭРГИ - 600) ЭРП-2500 и ЭРШРД - 5250, SRC (К) - 4000, ERS (К) - 800. Все эти машины разработаны и изготовлены более 20 лет назад предприятиями Украины и дальнего зарубежья. Из 27 используемых на сегодняшний день в ОАО «Сибирской угольной энергетической компании» (СУЭК) роторных экскаваторов 23 исчерпали нормативный срок службы.

Эффективная добыча угля открытым способом достигается главным образом надёжностью оборудования, оптимальным обслуживанием и ремонтом. Для этих машин требуется проведение экспертизы технического состояния и получение соответствующего разрешения на их дальнейшую безопасную эксплуатацию. На большинстве горнодобывающих предприятий, основным показателем, определяющим срок службы экскаваторов, является срок амортизации, соответствующий нормам амортизационных отчислений. Срок амортизации назначается, исходя из имеющихся статистических данных, собранных за многолетний период эксплуатации для группы машин, причём не только роторных экскаваторов, но и машин циклического действия. Нормы амортизационных отчислений были приняты в период плановой экономики и практически не отражали фактического времени использования машин, реальных условий их эксплуатации, режима нагружения и особенностей системы технического обслуживания и ремонта, то есть факторов, которые определяют ресурс и техническое состояние оборудования.

В настоящее время деградация машинного парка достигла такого уровня, когда прежняя статистическая основа, используемая в организации планово-предупредительных работ, оказывается несостоятельной, поэтому требуется принятие решений о возможной безопасной эксплуатации машин непосредственно из наблюдений за фактическим состоянием, используя инструментальные средства диагностики.

В связи с нахождением предприятий-изготовителей роторных экскаваторов за пределами Российской Федерации, а также в силу экономических причин, участие их в определении и отслеживании технического состояния поставленной в своё время техники носит нерегулярный, эпизодический характер, либо вообще отсутствует.

Одним из резервов, позволяющих повысить надёжность дорогостоящей техники в процессе её эксплуатации, является моделирование и алгоритмизация основных механизмов оборудования роторных экскаваторов и существующих приводных систем с учётом определения основных динамических нагрузок на приводах роторного экскаватора.

Используя методы алгоритмизации и технологии диагностики можно получить достаточно реальную картину взаимодействия основных функциональных узлов и механизмов роторного экскаватора в процессе эксплуатации и определить факторы, негативно влияющие на нормальную работу. Кроме того, полученная информация позволяет проектировщикам и изготовителям новых видов данного оборудования иметь необходимые данные о функциональном состоянии оборудования.

Рабочая гипотеза. Разработка методики технического диагностирования с учётом комплексного моделирования основных узлов и механизмов роторного экскаватора с истекшим сроком службы позволит повысить эффективность эксплуатации, продлить срок эксплуатации и свести к минимуму вероятность возникновения аварийных ситуаций.

Цель диссертационной работы. Повышение эффективности эксплуатации, продление срока эксплуатации, сведение к минимуму вероятности возникновения аварийных ситуаций путём внедрения методики технического диагностирования основных узлов и механизмов роторного экскаватора, находящегося за пределами срока службы, предусмотренного заводом-изготовителем.

Объект исследования - роторный экскаватор ЭРШРД - 5250, находящийся за пределами срока службы, предусмотренного заводом-изготовителем.

Предмет исследования — методика технического диагностирования основных узлов и механизмов роторного экскаватора с учётом комплексного моделирования процесса экскавации и перемещения.

Задачи исследования:

1. Провести анализ проблем эксплуатации и надёжности роторных экскаваторов с исследованием внешних факторов, влияющих на работоспособность.

2. Разработать комплексные модели процесса экскавации и передвижения роторного экскаватора и на их основе построить основные зависимости получаемых нагрузок.

3. Исследовать диагностические параметры и характеристики технического состояния основных механизмов роторного экскаватора.

4. Разработать методику оценки технического состояния без разборки основных механизмов на базовом агрегате с учётом проведённых исследований.

Методы исследования. Решение поставленных задач осуществлялось с применением методов прикладной механики, теории механизмов и машин, теории моделирования. Использовались методы для оценки технического состояния роторных комплексов, технологии неразрушающего контроля и технической диагностики.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций, полученных автором, подтверждается рекомендацией по внедрению и эксплуатации. Научные положения аргументированы, теоретические результаты работы и выводы подтверждены рекомендацией по внедрению и эксплуатации с учётом положений прикладной механики, теории механизмов и машин, теории моделирования, неразрушающего контроля, технической диагностики.

Научная новизна обладают:

1. Впервые проведена оценка технического состояния основных механизмов роторного экскаватора, находящегося в эксплуатации за пределами срока, установленного заводом изготовителем.

2. На основе статистических данных по эксплуатации роторных экскаваторов проведено комплексное моделирование процесса экскавации и передвижения роторного экскаватора в условиях эксплуатации.

3. Разработана методика оценки технического состояния роторного экскаватора, находящегося за пределами срока службы, впервые позволившая проводить комплексную оценку технического состояния узлов без разборки.

На защиту выносятся следующие научные положения:

1. Для повышения эффективности эксплуатации, продления срока эксплуатации, сведения к минимуму вероятности возникновения аварийных ситуаций целесообразно проведение комплексного моделирования процесса экскавации и передвижения роторного экскаватора, находящегося в эксплуатации за пределами срока, установленного заводом-изготовителем.

2. Для повышения эффективности эксплуатации, продления срока эксплуатации, сведения к минимуму вероятности возникновения аварийных ситуаций необходимо рассмотрение блочно-модулыюй модели автоматизированной системы контроля и управления.

3. Эффективность эксплуатации, продление срока эксплуатации, сведение к минимуму вероятности возникновения аварийных ситуаций роторного экскаватора с истекшим сроком службы можно значительно повысить, разработав методику оценки технического состояния без разборки основных узлов и механизмов.

Практическая значимость и реализация результатов работы.

На основе моделирования проведена оценка технического состояния основных узлов и механизмов роторного экскаватора с последующим внедрением результатов в «Программу испытаний для роторных экскаваторов с истекшим сроком службы с целью определения возможной их дальнейшей эксплуатации».

Реализация предложенной методики позволит организациям, эксплуатирующим технику непрерывного действия (роторные экскаваторы), повысить эффективность эксплуатации, увеличить срок службы и межремонтный период. Практическая реализация результатов исследования позволила разработать и создать руководящие материалы по безопасной эксплуатации роторных комплексов на разрезах ОАО «Сибирская угольная энергетическая компания», что подтверждается соответствующим актом о внедрении.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены na: IV Международной конференции «Проблемы механики современных машин» (г. Улан-Удэ, 2009г.), III Всероссийской конференции «Безопасность и живучесть технических систем» (г. Красноярск, 2009г.), V Международной научно-практической конференции «Интеллектуальный потенциал XXI века: ступени познания» (г. Новосибирск, 2011г.), Международной научно-практической конференции «Наука. Образование. Технологии» (г. Курск, 2011г.), III Общероссийской студенческой электронной научной конференции «Студенческий научный форум 2011» (г. Муром, 2011г.), I Всероссийской научно-практической конференции «Инновационные материалы и технологии в машиностроительном производстве» (г. Орск, 2012г.), I Международной научно-практической конференции «Достижения и перспективы естественных и технических наук» (г. Ставрополь, 2012г.).

Публикации. Основное содержание работы опубликовано в 16 статьях, включая 9 работ в изданиях, рекомендованных перечнем ВАК. Список основных публикаций приведён в автореферате диссертации.

Структура работы. Диссертация содержит 154 страницы, включая 140 страниц машинописного текста, 36 рисунков, 2 таблицы. Работа состоит из введения, четырех глав, основных выводов, библиографического списка из 116 наименований и 2 приложений.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении дана общая характеристика работы, обоснована её актуальность, поставлены цели и задачи исследований. Сформулированы основные положения, выносимые на защиту, научная новизна и практическая значимость полученных результатов.

Существенный вклад в разработку и решение вопросов по оценке качества и уровня надёжности горного оборудования внесли исследования П.И. Коха, Г.И. Солода, В.И. Тоницкого, Р.Ю. Подэрни, A.A. Кулешова, Д.Е. Махно, В.В. Москвичева, А.И. Тропа, Г.С. Рахутина, А.И. Шадрина, которые позволили обосновать и решить многие вопросы на стадии проектирования, выбора и оценки уровня надёжности горного оборудования.

Появление многофункциональной техники непрерывного действия, роторных экскаваторов, отвалообразователей и перегружателей различной конструкции поставили новые задачи — обеспечение надёжности данного вида оборудования.

Работы Ю.В. Белякова, В.М. Владимирова, А.И. Шендерова, М.И. Хрисонова, Ю.Н. Верещагина, А.О. Спиваковского позволили решить много вопросов, связанных с повышением надёжности и увеличением срока службы данного оборудования. Однако вопросом контроля и оценки технического состояния (диагностики) данного оборудования уделялось недостаточное внимание. Учитывая уникальность техники непрерывного действия и отсутствие аналогов в практике проведения таких исследований, задачи оценки технического состояния приводов роторного экскаватора являются в настоящее время актуальной научно-технической проблемой.

В первом разделе диссертационной работы рассматриваются проблемы эксплуатационной надёжности при техническом обслуживании роторных экскаваторов и особенности технологии обследования, освидетельствования и ремонтного обслуживания данного вида техники непрерывного действия, рассмотрены различные методы технического диагностирования, рассмотрены внешние факторы, влияющие на работоспособность. Проведен анализ технического состояния роторных экскаваторов ЭРШРД-5250, эксплуатируемых на Березовском разрезе Сибирской угольной энергетической компании за период их эксплуатации.

Во втором разделе диссертационной работы рассмотрена классификация роторных экскаваторов, характеристики механизмов и основные принципы взаимодействия систем роторного экскаватора ЭРШРД-5250, как объектов моделирования и диагностирования.

Для всех электроприводов выходными параметрами являются скорость вращения вала электродвигателя (л) и ток электродвигателя (/), выдаваемый на приборы контроля. Скорость вращения вала электродвигателя зависит от момента сопротивления механизма на валу электродвигателя (Л/с), момента развиваемого на валу электродвигателя (Д/дв), и выражается некоторой функцией:

л=/(Мдв,Мс). (1)

Система электроснабжения экскаватора решает большой объём задач по управлению роторным комплексом и, как следствие, является многофункциональной.

В систему электроснабжения через автоматическую систему контроля и управления (АСКиУ) поступают сигналы от органов управления в кабинах машинистов ротора, хода, разгрузочной консоли, а также сигналы от электроприводов. В АСКиУ вводятся необходимые значения параметров, обеспечивающих оптимальный режим работы системы электроснабжения с учётом нагрузок, как статических, так и динамических. Признаки наличия напряжений из системы электроснабжения выдаются во все взаимодействующие привода.

Структурная схема электроснабжения приводов движения ротора состоит из модуля движения роторного колеса, модуля поворота стрелы ротора, модуля подъёма стрелы ротора, модуля ленточного конвейера роторного экскаватора.

Выходные сигналы с приводов движения ротора, пропорциональны моментам статических сопротивлений резанию, повороту и подъёму стрелы ротора, подъёму стрелы кабины машиниста ротора и движения конвейерной линии, приведенные к валам двигателей соответствующих электроприводов, выдаются в модуль электрооборудования.

Сигналы с датчиков, информирующие машиниста ротора о движении и положении рабочих органов выдаются на приборное оборудование кабины машиниста ротора. Сигналы, пропорциональные скорости перемещения рабочих органов, скорости врезания ковшей ротора в угольный пласт и начала движения рабочих механизмов, также выдаются на приборное оборудование кабины машиниста ротора.

В третьем разделе проводится моделирование и алгоритмизация процесса взаимодействия приводов роторного экскаватора, находящегося за пределами срока эксплуатации, с забоем и при его перемещении.

Операция выемки горной массы осуществляется при работе приводов ротора, приводов поворота и подъёма стрелы ротора и привода хода экскаватора. Следовательно, операция выемки реализуется движением элементов режущих кромок роторных ковшей по винтовой линии пространственной тороидальной поверхности. Для упрощения кинематической модели предлагается вести расчёт по количеству резцов ковшей ротора, приняв условие, что положение каждого резца описывается одной точкой, расположенной в месте пересечения режущей кромки с осевой линией симметрии резца, то есть положение каждого ковша в пространстве будет описываться положением точек, соответствующих количеству резцов. Моделируется процесс резания горной массы при условии, если расстояние от оси вращения ротора до любой из расчётных точек ковша превышает расстояние от оси вращения ротора до моделируемой стенки забоя. Значение толщины стружки формируется как расстояние от опорной точки ковша до моделируемой стенки забоя.

Представлены базовые аналитические модели основных приводов роторного экскаватора в процессе взаимодействия ротора с поверхностью забоя; привода опоры лыж с грунтом, привода роторного колеса, привода поворота стрелы ротора, привода подъёма стрелы ротора, привода поворота и хода экскаватора и привода ленточного конвейера стрелы ротора.

Кинематический и структурный анализ роторного экскаватора показали, что для регулирования работы приводов движения роторного экскаватора необходимо: рассмотреть привод движения ротора, привод хода экскаватора, создать аналитическую модель движений и пространственного положения экскаватора и его частей. Кинематическая схема экскаватора с его рабочими органами приведена на

рисунке 1. Начало координат по начальным условиям расположено в центре окружности, образованной телами качения поворотной платформы и имеет координаты (Х0, > о, Z0). Ось (Л") расположена в горизонтальной плоскости и направлена параллельно боковой стене забоя, положительное направление - на обрабатываемую стену. Ось (Y) является вертикалью, ось (Z) расположена в горизонтальной плоскости перпендикулярно оси (X), положительное направление - вправо.

Все последующие перемещения экскаватора и его рабочих органов, а также моделирование выработки забоя, как в процессе резания, так и при установочных и маневровых перемещениях отсчитываются от начального положения центра координат (О).

Уравнения движения условных точек положения ковшей ротора, записываются в виде выражения:

X = (± a+L-cosfic + R-sinPr) •cos Ч/х+ Kv % Z = (±b+L-cosPe + R sinPr) sin 4>х, (2)

Y = ± c+L-sinPc + R-cospr),

где a, b,с - координаты оси качения стрелы ротора от начального центра координат; L - длина стрелы ротора; рс - угол наклона стрелы относительно горизонтальной плоскости (угол подъёма и опускания стрелы вниз и вверх); рг -угол поворота роторного колеса; У - угол разворота стрелы ротора, поворот в плоскости (X,Z); R - радиус описываемый условными точками ковшей ротора; Vx -скорость движения платформы вперед, вдоль оси X; t - время движения.

Запишем зависимости углов (рс, рг, У) от времени (/):

Рс = ас (3)

Рг-сог (4)

со„ % (5)

где со „, сос, со г - угловые скорости вращения платформы, стрелы ротора, вращения ротора.

Рельеф обрабатываемого забоя моделируется координатными точками секторов, грани секторов соизмеримы с расстояниями между условными точками резцов ковшей (а, Ь, с). Координаты промежуточных точек сектора определяются методом интерполяции.

Если кабина машиниста имеет степени свободы, и может перемещаться в пространстве, то её движение будет описываться уравнениями подобными (2). Если же она не имеет собственных степеней свободы, когда кабина неподвижная, то её поведение в системе не описывается.

Pe - угол наклона стрелы относительно горизонтальной плоскости (угол подъёма и опускания стрелы вниз и вверх); flr - угол поворота роторного колеса; '/< Ч'рК - угол

разворота стрелы ротора, разгрузочной консоли, поворот в плоскости (X\ Z).

Уравнения движения разгрузочной консоли определяют из выражения:

Хр.к = (± a p.k+L РХ) ■cos ¥Р.к+ Vx 7, Zp.K = С± bp к +LpK) ■sin Ур к, (6)

Yp к = ± Cp K,

где a pK, bp,K, ci>k - координаты оси качения разгрузочной консоли от начального центра координат; LPK - длина разгрузочной консоли; Vx - продольная скорость; / — время движения.

Угол поворота разгрузочной консоли рассчитывают по формуле:

Vex =(oP.K-t, (7)

где сор К - угловая скорость вращения разгрузочной консоли; t - время.

Нулевое значение углов в уравнениях (2)-(6) соответствует положению осевых линий рабочих органов, совпадающих с направлением координат (Л', Y, Z). Направление ветра задаётся в этой же системе координат.

Для того чтобы модель была более приближена к реальности, необходимо учитывать воздействие ветра. Характеристикой ветра является его скорость (VB).

Приведённые в диссертационной работе базовые соотношения аналитических моделей основных приводов роторного экскаватора позволили определить:

Мощность (Рр), необходимую для резанья горной массы рассчитывают по формуле:

Рр=РР'УР, (8)

где - средняя составляющая статической нагрузки привода роторного колеса; УР - линейная скорость точек ковша при вскрытии породы.

Момент статической нагрузки относительно оси роторного колеса (Мп), связанный с резанием определяют из выражения:

м„=(9)

юр

Средняя составляющая статической нагрузки привода роторного колеса направлена против силы упругости породы (/^Х эти силы между собой равны, /•> = ^

Суммарная мощность, затрачиваемая на валу роторного колеса, идёт на экскавацию и вращение роторного колеса: 2Р = РР+ Рп. Так как в реальности затраты могут быть больше из-за влияния дополнительных факторов, то необходимо ввести повышающий коэффициент (К), который и будет их учитывать.

£Р = К-Рр+Рп, (10)

где РР - мощность, необходимая для резанья горной массы; Рп - мощность, необходимая для вращения роторного колеса;

Все эти выражения, а также ряд других, по основным механизмам подробно рассмотрены в третьем разделе диссертационной работы.

Также детально проработана динамическая модель ходового движителя роторного экскаватора на гусеничном ходу.

Определение опорных реакций ведётся по двум основным расчётным схемам.

1. От действия вертикальной силы (С), равнодействующей всех сил тяжести машины.

2. От действия горизонтальной силы инерции, прикладываемой к центру масс всего экскаватора, на высоте (И) от поверхности грунта.

Реакции от действия силы (С) определяются в зависимости от положения проекции этой силы на опорный контур, с учётом смещения точки проекции относительно геометрического центра опорного контура. Если ось верхнего строения не совпадает с точкой проекции силы (й) и геометрическим центром, тогда учитываются оба смещения. В этом случае целесообразно рассматривать два центра масс, с приложением: силы тяжести неповоротной части машины (О) с выбегом (()) и силы тяжести поворотной части (С2), с выбегом равнодействующей (50) относительно оси поворота. Тогда равнодействующая реакция в опорной точке контура равна:

(П)

где Я'т] - постоянная часть реакции от действия силы (С;); К"п - переменная часть реакции от действия силы (02). определяемая углом поворота верхнего строения относительно опорного контура.

Расчёт проводится методом жёсткого рычага, путём решения системы алгебраических уравнений. Опорные реакции от действия горизонтальных сил инерции определяются с учётом данных, получаемых при решении системы уравнений движения динамической модели экскаватора. В этом случае используется система алгебраических уравнений, преобразующая действие момента от горизонтальной равнодействующей силы инерции, приложенной в центре масс на высоте (II), в опорные реакции.

Полная опорная реакция будет определяться уже как сумма трёх слагаемых по формуле:

ЯТ] - Я'Т]I + Я'п2+ К'

(12)

где Я'Т11 , И - реакции, соответственно, от действия сил (О',) и (02); -реакции действия момента от действия горизонтальной силы инерции.

Оценка доли опорной реакции (Л'ц) по отношению к полному значению (Яг/) показывает, что при значении (Л/КТ]< 0, /), значением полной опорной реакции (Кц) можно пренебречь. Расчётные схемы для определения опорных реакций в общем виде для многоопорных контуров, показаны на рисунке 2.

Расчётные зависимости для определения опорных реакций по рисунку 2а получаются с использованием уравнений моментов сил относительно сторон опорного треугольника согласно системе уравнений

(13)

Для определения опорных реакций опорного контура по рисунку 26 используем систему уравнений

МАВ(Я0) + = МАВЮ = (Лд + яс)1АО

МСВ(ЯА) + МСВ(ЛВ) = мсв(С) = (Нл + Кв) 1АВ

Мос(ЯА) + МВС(ИВ) = Мос{0) = + Лв> 1АО

(14)

МАО(Яв) + М

АЬ

(Лс) = мАО{С) = (Лс + Лв)

АВ

Из системы (14) определяются реакции (!(л, К с, Л/>) в точках (А, В, С, О). Опорные реакции от действия горизонтальных составляющих сил инерции определяются в соответствии со схемой на рисунке 3.

Сопротивление перемещению гусеничных тележек зависит от микро- и макропрофиля поверхности передвижения, свойств грунта, а также от значения величины опорных нормальных реакций. Поэтому сопротивление передвижению машины определяется для каждой гусеничной тележки, так как местные уклоны,

волнистость поверхности, попадающие под гусеницу крупные куски породы и прочее, могут быть различные.

Рисунок 2 - Расчётные схемы для определения опорных реакций в общем виде для многоопорных контуров в стационарном состоянии: А,В, С,И—точки, определяющие контур; а,, - угол отклонения от начала отсчёта; г0 - радиус смещения центра масс; С, и С2 - силы тяжести; у„ - постоянное угловое смещение центра масс неповоротной части относительно геометрического

центра опорного контура.

б)

1-1-

| Рлв

1 /

«V г

В

Рисунок 3 - Расчётные схемы для определения опорных реакций для четырёхопорного контура при перемещении: А, В, С, О-точки определяющие контур; а0 — угол отклонения от начала отсчёта; г0 - радиус смещения центра масс; С/ и С2 - силы тяжести; у0 - постоянное угловое смещение центра масс неповоротной части относительно геометрического центра опорного контура; РАа , ИАС2 - проекции на перпендикуляр к стороне (АС) сил инерции, соответственно, первой и второй масс, на высотах (///) и (Н2).

Тяговые усилия на ведущих тележках определяются в зависимости от типа электропитания двигателей (постоянного или переменного тока), от схемы соединения многодвигательных приводов (параллельное, последовательное или смешанное), от схемы регулирования характеристики двигателей («скоростное» или «жёсткостное»), с учётом динамических параметров двигателей или только статической механической характеристики.

В зависимости от схемы опорного контура динамические модели могут быть представлены в виде совокупности дискретных масс с упругими связями,

представленными на рисунке 4 для трёхточечного опирания и соответственно в диссертационной работе для четырёхточечного опирания. При этом следует в приведенной динамической модели сохранить приведенные вращающиеся массы привода. Поскольку вращающаяся масса ведущих звездочек мала по сравнению с приведенной массой рамы сдвоенных тележек, гусениц и других элементов тележек, а также приведенных масс привода, то целесообразно жёсткости (С/,) и (С;,) привести к одной жесткости, а массу ведущей звездочки к приведенной массе привода.

Рисунок 4 - Схема опорного контура динамической модели в виде совокупности дискретных масс с упругими связями для трёхточечного опирания: У, - момент инерции (динамический); действующие моменты двигателей (Л/,) с углами поворота (у,); жёсткости (СЛ), как связи двигателей с ведущими звездочками тележек, массами тележек (т,); жёсткостями (С?,) и сопротивлениями движению (И',) с перемещениями (Л',) жёсткости (С,,)ч (С:,); тяговое усилие представляет собой усилие в упругих связях (С,,, С34 , С56, С78); вращающаяся масса (Л) и поступательная масса (т0) с соответствующими перемещениями {<р0)и №,).

Так же в третьем разделе рассмотрена математическая модель оценки технического состояния основных приводов роторного экскаватора. Оценка производилась по состоянию устройства, регулирующего подачу напряжения на двигатель, состоянию обмотки якоря, состоянию изоляции проводов обмотки якоря, состоянию магнитного потока, относительному изменению магнитного потока. В результате получен алгоритм оценки состояния работы основных приводов в процессе эксплуатации, который включен в «Программу и методику испытаний для роторных экскаваторов с истекшим сроком службы с целью определения возможной их дальнейшей эксплуатации».

В четвертом разделе диссертационной работы проведено исследование диагностических параметров, характеристик технического состояния редукторов. Рассмотрены методы технического обслуживания и ремонта редукторов, предложено проводить диагностирование редуктора по содержанию продуктов изнашивания в смазочном масле интегральным методом технического диагностирования.

Результаты исследований работы датчика показали следующее. Датчик позволяет контролировать интенсивность поступления продуктов изнашивания в смазочное масло редуктора непосредственно в процессе его работы и тем самым судить о техническом состоянии основных деталей редуктора, таких как зубчатые зацепления и подшипники опор валов. Информация об интенсивности поступления продуктов изнашивания в смазочное масло, получаемая с помощью датчика, является более точной, чем по данным методов, основанных на анализах проб смазочного масла, так как последними практически не учитываются продукты изнашивания, выпадающие в осадок. Метод позволяет определять интенсивность изнашивания немагнитных деталей работающих в паре с ферромагнитными. В процессе исследований было установлено, что наличие датчика в смазочном масле редуктора оказывает положительное влияние на качество смазочного масла за счет удаления из его объёма значительной части продуктов изнашивания (Рисунок 5).

спектрального анализа (кривые 1 и 2) и показаний датчика (кривая 3)

Интегральный метод диагностирования редуктора роторного экскаватора по количеству продуктов изнашивания, поступивших в смазочное масло, показал возможность безразборного контроля интенсивности изнашивания элементов редуктора. Контроль интенсивности поступления продуктов изнашивания в смазочное масло редуктора позволяет определять техническое состояние редуктора.

В результате получен метод оценки технического состояния основных механизмов в процессе эксплуатации, который включен в «Программу и методику испытаний для роторных экскаваторов с истекшим сроком службы с целью определения возможной их дальнейшей эксплуатации».

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

В результате проведенных исследований получены научно обоснованные технические разработки по моделированию и оценке технического состояния основных механизмов роторного экскаватора, находящегося в эксплуатации за пределами срока, установленного заводом - изготовителем. Данные разработки имеют существенное значение для горнодобывающей и теплоэнергетической отраслей российской экономики.

1. Проведено моделирование взаимодействия основных узлов роторного экскаватора с грунтом и забоем в процессе экскавации, позволяющее определить базовые нагрузки на основные механизмы роторного экскаватора, находящегося за пределами срока эксплуатации, предусмотренного заводом-изготовителем.

2. Предложена блочно-модульная модель автоматизированной системы контроля и управления работой роторного экскаватора.

3. Для построения динамической модели ходового движителя роторного экскаватора были определены опорные реакции на гусеничных тележках, величина тяговых усилий, сопротивление повороту роторного экскаватора и динамические нагрузки.

4. С учетом моделирования нагрузок при экскавации и перемещении роторного экскаватора разработана методика оценки технического состояния основных узлов и механизмов в виде комплекса работ по контролю и диагностике, позволяющие без разборки определить критический режим работы.

5. Данная методика оценки технического состояния основных механизмов роторного экскаватора с истекшим сроком службы применена в виде комплекса работ по контролю и диагностики ЭРШРД-5250 на Березовском разрезе ОАО «Сибирская угольная энергетическая компания».

I. Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК Российской Федерации:

1. Милосердое, Е.Е. Моделирование нагрузки ленточного конвейера роторного экскаватора большой единичной мощности / Е.Е. Милосердов, A.B. Минеев // Журнал СФУ Техника и технология. Вып. 2 (3). - Красноярск, 2009. С. 337 - 341.

2. Милосердов, Е.Е. Построение динамической модели ходового движителя роторного экскаватора / Е.Е. Милосердов // Вестник СибГАУ имени академика М.Ф. Решетнева. Вып. 2 (30). - Красноярск, 2010. С. 50 - 55.

3. Милосердов, Е.Е. Моделирование нагрузок роторного экскаватора при взаимодействии с забоем / Е.Е. Милосердов, A.B. Минеев, И.А. Макляк // Журнал Системы. Методы. Технологии. Вып. 2 (14). - Братск, 2012. С. 70 - 73.

4. Милосердов, Е.Е. Определение динамических нагрузок на ходовой движитель при перемещении роторного экскаватора большой единичной мощности / Е.Е. Милосердов, A.B. Минеев // Журнал Горная промышленность. Вып. 3 (109). - Москва, 2013. С. 110-112.

5. ВАК. Милосердов, Е.Е. Блочно-модульная модель автоматизироваанной системы контроля и управления роторным экскаватором большой единичной мощности ЭРШРД-5250 / Е.Е. Милосердов, A.B. Минеев // Журнал Горный информационно-аналитический бюллетень. Вып. 10. - Москва, 2013. С. 241-247.

6. Милосердов, Е.Е. Моделирование нагрузок привода подъема стрелы ротора роторного экскаватора большой единичной мощности в условиях эксплуатации / Е.Е. Милосердов, A.B. Минеев // Журнал Вестник Иркутского государственного технического университета. Вып. 9 (80). - Иркутск, 2013. С. 78-82.

7. Милосердов, Е.Е. Моделирование нагрузок при износе зубьев ковша роторного экскаватора большой единичной мощности находящегося за пределами срока эксплуатации / Е.Е. Милосердов, A.B. Минеев // Журнал Вестник Иркутского государственного технического университета. Вып. 11 (82). — Иркутск, 2013. С. 63-66.

8. Милосердов, Е.Е. Определение сопротивлений повороту при движении роторного экскаватора большой единичной мощности / Е.Е. Милосердов, A.B. Минеев // Журнал Естественные и технические науки. Вып. 5 (67). - Москва, 2013. С. 199-201.

9. Милосердов, Е.Е. Математическая модель оценки технического состояния приводов роторного экскаватора большой единичной мощности, находящегося за пределами срока службы / Е.Е. Милосердов, A.B. Минеев // Журнал Горный информационно-аналитический бюллетень. Вып. 11.- Москва, 2013. С. 332-333.

II. Работы опубликованные в периодической печати и материалы конференций различного уровня:

10. Милосердов, Е.Е. Оценка привода поворота стрелы ротора / A.B. Минеев, Е.Е. Милосердов // Труды IV международной конференции «Проблемы механики современных машин» Том 3. - Улан-Удэ, 2009. С. 80 - 83.

11. Милосердов, Е.Е. Повышение надёжности роторных экскаваторов большой единичной мощности / A.B. Минеев, Е.Е. Милосердов // Труды III Всероссийской конференции «Безопасность и живучесть технических систем». - Красноярск, 2009. С. 212-213.

12. Милосердов, Е.Е. Классификация роторных экскаваторов и основного оборудования / Е.Е. Милосердов, А.О. Николаев // Труды V Международной студенческой научно-практической конференции «Интеллектуальный потенциал XXI века: ступени познания». - Новосибирск, 2011. С. 59-61.

13. Милосердов Е.Е. Технология обследования и освидетельствования экскаваторов роторных / Е.Е. Милосердов // Труды международной научно-практической конференции «Наука. Образование. Технологии». - Курск, 2011. С. 302305.

14. Милосердов Е.Е. Необходимые решения для продления срока службы экскаваторов / Е.Е. Милосердов // Труды III Общероссийской студенческой электронной научной конференции «Студенческий научный форум 2011». - Муром, 2011. С. 155.

15. Милосердов Е.Е. Диагностирование технического состояния металлоконструкций / Е.Е. Милосердов, A.B. Минеев // Труды I сборника научных трудов «Инновационные технологии в машиностроении: проблемы, задачи, решения». — Орск, 2012. С. 104-105.

16. Милосердов Е.Е. Основные принципы построения динамической модели ходового движителя роторного экскаватора / Е.Е. Милосердов, A.B. Минеев // Труды I Международной научно-практической конференции «Достижения и перспективы естественных и технических наук». — Ставрополь, 2012. С. 39-42.

Подписано в печать 18.07.2014. Печать плоская Формат 60x84/16 Бумага офсетная. Усл. псч. л. 1,0 Тираж 100 экз. Заказ № 11922

Отпечатано полиграфическим центром Библиотечно-издательского комплекса Сибирского федерального университета 660041, г. Красноярск, пр. Свободный, 82, стр.1 тел.: +7(391) 206-26-49, 206-26-67 E-mail: print_sfu®mail.ru