Ремонт и эксплуатация горной техники
Горнодобывающая отрасль является базовой для всей экономики России. Во многом её развитие зависит от состояния горнопроходческой техники. Проходческие комбайны сегодня эффективно используют не только в угольной промышленности, но и при строительстве метрополитенов, железнодорожных, гидротехнических и коллекторных комплексов. Попробуем проанализировать техническое состояние горной техники, рассказать, какие узлы и элементы подвержены износу, а также как осуществляется текущий и капитальный ремонт проходческих комбайнов.
Чёрное золото
Проходческий комбайн выполняет практически полный спектр работ, связанных с разрушительными, строительными и иными действиями в такой среде, как горная порода. А основными из них являются дробление или разрушение породы и её дальнейшая погрузка и транспортирование до места назначения.
Несмотря на применение горной техники в разных сферах, основным её потребителем является угольная отрасль. Ежегодно на угольных шахтах страны проводят около 6 000 километров подготовительных выработок, сооружают около 30 километров вертикальных и капитальных горизонтальных горных выработок. Эти работы главным образом выполняют проходческие комбайны.
В парке добывающей техники угольной отрасли России насчитывается до 400 единиц проходческих комбайнов, из них около 250 находятся в Кузбассе. Основную массу составляют комбайны типа ГПСК, изготовленные Копейским машиностроительным заводом.
В настоящий момент правительство реализует «Энергетическую стратегию России на период до 2020 года». В документе прописаны планы увеличить добычу угля до 410–450 млн тонн и рост его доли в производстве электроэнергии с 34 до 44%.
Выполнение этой стратегической задачи напрямую зависит от состояния горнопроходческой техники. Его анализ демонстрирует снижение технического уровня парка машин. Износ горнопроходческих комплексов является настораживающим фактором.
Анатомия поломок
Важнейшим показателем, характеризующим эффективность работы проходческих комбайнов, является надёжность работы узлов. Это напрямую влияет на себестоимость проходки и на производительность комбайна, поскольку для замены элемента конструкции приходится останавливать комбайн.
Работа горного комбайна возможна только при тщательном и систематическом уходе, своевременном проведении профилактических осмотров и ремонтов. Несвоевременное обнаружение и устранение неполадок может стать причиной аварий. Залогом нормальной работы горнопроходческой техники является хорошее знание устройства и принципа действия сборочных единиц комбайна, элементов электрооборудования и гидросистемы, а также правильная организация планово-предупредительных осмотров и ремонтов.
Событие, заключающееся в нарушении работоспособности машины, называется отказом. К типовым относятся отказы, характерные для данного типа машин и наиболее часто повторяющиеся. Перечень типовых отказов приводится в технической документации на машину.
Отказы классифицируют на конструктивные, технологические и эксплуатационные.
Конструктивные отказы связаны с несовершенством конструкции машины и вызваны ошибками при выборе величины и характера нагрузок, неправильным выбором материалов, погрешностями расчётов.
Технологические отказы возникают вследствие нарушения или несовершенства технологии изготовления или ремонта машин.
Эксплуатационные отказы появляются в результате нарушения правил и условий эксплуатации.
Специалисты среди основных причин повреждения сборочных единиц и деталей отмечают:
• несвоевременную замену изношенного режущего инструмента;
• превышение номинальной загрузки электродвигателей при работе комбайна;
• несвоевременный контроль за уровнем масла в редукторах и маслобаках системы принудительной смазки и гидросистемы;
• заправку редукторов и гидросистемы маслом, не соответствующим требованиям карты смазки;
• некачественную регулировку соосности муфт приводных валов, осевой игры конических подшипников и зацепления конических передач;
• cлабое натяжение гусеничных цепей;
• ухудшение изоляционных качеств проводов и обмоток вследствие отсыревания и загрязнения;
• ослабление и нарушение соединений в силовых цепях и цепях управления;
• неудовлетворительное состояние контактных поверхностей электроаппаратуры управления;
• повреждение подвижных трубопроводов гидросистемы при взаимных перемещениях сборочных единиц комбайна;
• настройку предохранительных клапанов на повышенное давление;
• вращение валов гидронасосов в противоположном направлении;
• повышенный нагрев вследствие работы с перегрузкой;
• несвоевременность или отсутствие планово-предупредительных осмотров, технических обслуживаний и ремонтов комбайна.
Изнашивание деталей в узлах и агрегатах проходческого комбайна — это сложный процесс, который связан не только с разрушением поверхностных слоёв контактирующих деталей, но и с разрушающими процессами механического и физико-химического характера. При этом продукты разрушения попадают в смазывающую жидкость и изменяют её свойства и состав.
Скорость изнашивания деталей также зависит от конструктивных, технологических и эксплуатационных факторов. Замедление процесса износа деталей машин может быть достигнуто следующими методами: соответствующим подбором материалов; использованием деталей, изготовленных ковкой и штамповкой; правильным выбором способов механической и термической обработки; соблюдением режимов смазки; защитой сопряжений от вредного влияния внешней среды (пыли, влаги).
В горных машинах чаще всего проявляется совместное действие различных видов износа с последующим разрушением.
Для определения величины износа наиболее распространённым является замер геометрических размеров рабочих поверхностей детали с использованием мерительного инструмента.
Для измерения зазоров в сопряжениях горных машин могут быть использованы щупы, свинцовые пластины, мягкая проволока, индикаторы. Так, величину износа зубчатого зацепления определяют по толщине свинцовой пластины, прокатанной через зацепление. В подвижных соединениях нормальные зазоры находятся в пределах от 0,01 до 0,5 мм.
Списать или ремонтировать?
Горные машины имеют высокую стоимость и значительные сроки службы, поэтому их списание не всегда целесообразно после отработки срока, установленного нормативной документацией. В этом случае необходим анализ, который позволяет установить, что эффективнее: ремонт или списание машины.
Детали горных машин в зависимости от выполняемых функций разделяют на основные, базовые и вспомогательные.
Основные детали предназначены для передачи мощности или служат опорами нагруженных деталей. Срок их службы обусловлен как изменением размеров и состоянием рабочих поверхностей вследствие износа, так и возникновением и развитием явлений усталостного характера.
Базовые детали служат для обеспечения точного взаимного расположения основных деталей. Срок их службы обычно определяется сроком службы машины.
Детали, относящиеся к вспомогательным, характеризуются большим разнообразием. Они обеспечивают управление машиной, безопасность её обслуживания и способствуют нормальным условиям работы основных деталей.
В качестве критерия физической долговечности для горных машин может служить срок службы основных базовых или корпусных деталей. Долговечность машин зависит от прочности и износостойкости деталей, качества материала и технологии изготовления, соблюдения правил технической эксплуатации.
Показателями ремонтопригодности техники является вероятность восстановления в заданные бюджеты и сроки. Повышение экономической долговечности машин может быть достигнуто за счёт уменьшения эксплуатационных расходов и улучшения качества ремонта.
Безопасность превыше всего
При эксплуатации горнопроходческой техники запрещается изменять конструкцию узлов комбайна, его электрическую и гидравлическую схемы без согласования с заводом-изготовителем. Запрещается применять в гидросистеме смеси масел или масло, бывшее в употреблении. Нельзя работать при недостаточном уровне масла в гидробаке. Недопустимо работать с поломанными или оторванными резцедержателями коронки, с изношенными или поломанными резцами.
К монтажу и эксплуатации комбайна допускаются лица, имеющие удостоверения на право проведения монтажных и наладочных работ. При выполнении операций крепления и затяжки выработки, а также при техобслуживании и ремонте комбайна необходимо заблокировать механическими защелками кнопки «Стоп» с обеих сторон комбайна и повесить на них таблички «Не включать! Работают люди».
Перед обслуживанием, ремонтом или заменой рукавов, гидрозамков и гидроцилиндров исполнительного органа, питателя, гидроопор последние необходимо опустить на почву или надёжно зафиксировать на прочных и устойчивых опорах.
После ремонтных работ, связанных с заменой гидроцилиндров, необходимо произвести несколько полных ходов штока при минимальном давлении с целью удаления воздуха. Штоки должны двигаться плавно.
Работы по обслуживанию электрооборудования должны производиться, как правило, не менее, чем двумя лицами по письменному наряду.
Методы ремонта
Метод ремонта горных машин и электрооборудования определяется количеством однотипного оборудования. Если на горном предприятии имеется хотя бы несколько однотипных машин, то целесообразно применять агрегатно-узловой метод ремонта.
Его суть заключается в замене изношенных взаимозаменяемых агрегатов и узлов на заранее отремонтированные из оборотного фонда, что сокращает продолжительность простоя оборудования в ремонте до минимума по времени.
Если на предприятии эксплуатируются или проектируются к эксплуатации единичные экземпляры горных машин большой единичной мощности, то для ремонта их применяют индивидуальный метод. Также он актуален при отсутствии или недостаточном количестве подменного фонда деталей и сборочных единиц. В процессе такого ремонта снятые детали с машины восстанавливают и вновь устанавливают на эту же машину. Такая организация ремонтных работ отличается большой продолжительностью, обусловленной длительностью ремонта с выполнением разборочно-сборочных, моечных и слесарных операций, а также операций по изготовлению и восстановлению изношенных деталей.
При выполнении ремонта крупного оборудования работы выполняют на специализированных стендах (как стационарных, так и передвижных). Крупное оборудование также ремонтируют в полевых условиях непосредственно на месте его работы. При капитальном ремонте оборудование разбирают частично на сборочные единицы и агрегаты, которые при необходимости транспортируют на ремонтное предприятие. После ремонта их возвращают на площадку, где ведут общую сборку оборудования.
Текущий и капитальный
Техническое обслуживание горных машин и оборудования представляет собой комплекс операций по поддержанию работоспособности или исправности изделия при использовании по назначению, ожидании, хранении и транспортировании.
Текущий ремонт проводят в процессе эксплуатации для гарантированного обеспечения исправного или работоспособного состояния горной машины и оборудования. Текущий ремонт предусматривает частичную разборку, устранение неисправностей, а также замену и восстановление отдельных деталей, сборочных единиц, агрегатов (кроме базовых), обеспечивающих нормальную работу оборудования до очередного планового ремонта.
Текущие ремонты выполняются силами ремонтных бригад цеховых подразделений предприятия с участием эксплуатационного персонала, а в случае производства крупных текущих ремонтов (по графикам, утверждаемым администрацией предприятия) также с привлечением подрядных специализированных организаций.
Капитальный ремонт проводят для восстановления неисправности и полного или близкого к полному восстановлению ресурса оборудования с заменой любых его частей, включая базовые. Выполняют капитальный ремонт в соответствии с техническими условиями и рабочей документацией завода-изготовителя.
При капитальном ремонте должны быть восстановлены первоначальные характеристики оборудования: производительность, мощность и др. Капитальные ремонты могут проводиться непрерывно в полном объеме или частями — рассредоточено в течение ремонтного цикла.
Одновременно с капитальным ремонтом при необходимости осуществляется модернизация оборудования. Это изменение и усовершенствование конструкций (по чертежам завода-изготовителя), направленные на повышение производительности, износостойкости и надёжности, а также на улучшение условий его обслуживания, ремонта и других эксплуатационных качеств.
Наладка и ревизия сложного или уникального оборудования выполняется по специальным инструкциям заводов-изготовителей или организаций, разработавших это оборудование, с привлечением в необходимых случаях специализированных наладочных организаций.
В качестве примера можно привести деятельность ОАО «Копейский машиностроительный завод». Это предприятие осуществляет весь цикл технического сервиса выпускаемой продукции. Полный капитальный ремонт горного оборудования проводится на производственных мощностях завода. Особенность проведения капитального ремонта техники на заводе состоит в возможности её модификации с учётом внесённых конструктивных изменений, в том числе перевод комбайнов 1ГПКС и КП21 с ручного на дистанционное управление.
Отечественное или импортное?
Предприятий, выпускающих горное оборудование в России и способных составить конкуренцию зарубежным машиностроителям не так много. Это такие известные производители как Юргинский машиностроительный завод, «Анжеромаш» и Копейский машиностроительный завод.
Если смотреть на ситуацию шире, то для отрасли вопрос состоит не только в том, как и где чинить технику, а касается, главным образом, модернизации производства отечественных проходческих комбайнов. Специалисты отмечают, что импортных комбайны дороги в обслуживании и зачастую не окупаются при эксплуатации. При этом темпы работы импортных комплексов ненамного превышают темпы проходки российскими комбайнами, стоимость которых значительно ниже стоимости комбайнов зарубежных.
Многие эксперты выступают за восстановление системы организации научных и конструкторских работ по созданию современной проходческой техники. На практике это означает применение высокоэффективных материалов и технологий, использование последних достижений в области гидроструйных технологий, вибрационной техники и физических процессов. В перспективе это не только повысит коэффициент надёжности конструкции, но и сможет увеличить темпы прохода в несколько раз.
Источник
ДИАГНОСТИКА И ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБСЛУЖИВАНИЕ ОБОГАТИТЕЛЬНОГО ОБОРУДОВАНИЯ
Обогатительное оборудование, эксплуатирующееся в Кузбассе, в настоящее время на очень значительный процент выработало свой ресурс и по большей части находится в недопустимом техническом состоянии [1]. От технического состояния оборудования зависят не только экономические показатели, но и безопасность работы обслуживающего персонала [2]. Поэтому, в соответствии с федеральным законом «О промышленной безопасности опасных производственных объектов» от 21.07.97 № 116-93, все технические устройства, применяемые на опасном производственном объекте в процессе эксплуатации и выработавшие свой ресурс, в обязательном порядке подлежат процедуре экспертизы промышленной безопасности. Неотъемлемой составной частью проведения экспертизы является определение износа оборудования путем диагностирования его технического состояния [3].
Совершенствование системы технического обслуживания и ремонта и последующий переход к обслуживанию по фактическому техническому состоянию станет залогом безопасной и эффективной работы предприятий по переработке угля [4, 5].
Дефекты обогатительного оборудования разнообразны. Некоторые из них закладываются еще на стадии изготовления, другие проявляются после неквалифицированного монтажа, третья группа дефектов – эксплуатационные, проявляющие себя уже в процессе работы оборудования. Среди наиболее часто встречающихся дефектов обогатительного оборудования необходимо выделить:
— дисбаланс ротора электродвигателя;
— дефекты элементов соединительных муфт;
— ослабление посадки подшипников;
— разнообразные дефекты подшипников, нарушение их смазки;
— дефекты зубчатых передач в редукторах;
— нарушение жесткости системы.
Примеры диагностируемых дефектов различного обогатительного оборудования приведены на Рисунке 1.
Оценка технического состояния главных приводов осуществляется на основе анализа среднеквадратических значений параметров виброскорости и виброускорения амплитудно-частотной характеристики виброакустического сигнала в диапазоне частот 2-7000 Гц [6].
Современный комплекс средств для проведения работ по вибродиагностике позволяет производить работы по оценке вибросигнала не только методами спектрального анализа, но и рядом других подходов – анализ огибающей, эксцесс и метод ударных импульсов являются весьма информативными и позволяют быстро получить достоверную информацию о состоянии подшипников качения [7].
Единого метода, который мог бы одинаково успешно использоваться в рамках экспресс-диагностики и при периодическом мониторинге не зависимо от вида оборудования, условий его эксплуатации и частоты вращения ротора, обладать достаточной помехозащищенностью и позволять идентифицировать вид дефекта, на сегодняшний день не существует.
Зачастую при проведении анализа полученных данных появляется необходимость использования дополнительных априорных данных (частота вращения, конструктивные характеристики и т.д.). Если частота вращения может быть примерно определена, то, например геометрические размеры подшипника, как правило, неизвестны. Поэтому при построении диагностических критериев использование априорной информации должно быть сведено к минимуму. Также существенно затрудняют диагностику низкая частота вращения, знакопеременные ударные нагрузки, источники случайной высокочастотной вибрации, в связи с этим многие методы имеют ограничения на область применения. Таким образом, большинство методов имеет существенные ограничения, и могут быть использованы лишь в незначительном количестве случаев (на определенной стадии развития дефекта или на конкретном оборудовании). Поэтому для эффективной оценки текущего состояния сложных механических систем необходимо использовать одновременно несколько различных методов, на основании которых впоследствии могут быть рассчитаны диагностические критерии.
Виброакустический сигнал значительно превосходит другие виды сигналов о состоя нии машины по представительности информации и скорости ее получения (например, сигналы о температуре масла, потребляемой мощности и др.). Любые параметры вибрации или типы замеров, полученные на работающем агрегате, содержат диагностическую информацию, характеризующую состояние одновременно нескольких узлов машины. Поэтому при решении задачи оценки состояния отдельных узлов по параметрам вибрации необходимо исключать из рассмотрения составляющие иной природы. На сегодняшний день алгоритмы подобной фильтрации отсутствуют, поэтому при анализе виброакустических сигналов необходимо оценивать возможное влияние на характер и величину механических колебаний сил различной природы от различных источников (ротора электродвигателя, зубчатой передачи, муфты и т.д.) [8 -10].
Таким образом, для эффективного проведения диагностики сложных систем необходимо сформулировать некоторые основные требования.
1. Необходимо получить универсальную оценку технического состояния на основании комплексного использования различных параметров и критериев. При этом количество априорных данных должно быть сведено к минимуму, а влияние различных факторов, искажающих диагностическую информацию – устранено.
2. Необходимо разработать и применять для оценки состояния сложных систем математические модели диагностики в одномерном пространстве признаков. При этом в рамках перехода к линеаризованной величине (единому диагностическому критерию) особенно важно оценить «разделяемость» первоначально используемых диагностических критериев.
3. Создать, на основании полученных данных, адекватную модель, описывающую развитие дефекта, и математический аппарат, оценивающий с заданной точностью текущее состояние диагностируемого узла.
4. Оценивать, на основе прогностических моделей остаточный ресурс и планировать оптимальным образом ремонтные мероприятия с учетом требований современного производства для различных форм организации технического обслуживания и ремонта на предприятии.
При системном использовании современных диагностических методов удается избежать серьезного повреждения машин и сократить эксплуатационные издержки на обслуживание вследствие того, что ремонтные работы проводятся только тогда, когда результаты измерений указывают на их необходимость. Такой подход называется профилактическим (предупреждающим) обслуживанием по фактическому состоянию объекта диагностики.
Для построения достоверных прогностических моделей потребуется значительный объем статистической информации. Применение прогностических моделей позволит оценить исследуемую неисправность, а также спрогнозировать остаточный ресурс узла или агрегата и осуществлять эффективное планирование ремонтных работ, предупреждение возникновения аварийных отказов. Откроется инновационный путь к повышению эффективности управления техническим обслуживанием, оптимизации логистических издержек предприятия, безопасной эксплуатации производственного оборудования.
1. Барков А.В., Баркова Н.А. Вибрационная диагностика машин и оборудования. Анализ вибрации: Учеб. пособие. – СПб.: Изд-во СПбГМТУ. – 2004. – 156 с.
2. Герике, Б.Л., Герике П.Б. Вибродиагностика обогатительного оборудования./ Б.Л. Герике, П.Б. Герике.// Отдельный выпуск Горного информационно-аналитического бюллетеня: Интеграция науки, профессионального образования и производства. – М. – изд-во «Горная книга». – 2011. — №ОВ 3. – С. 361 – 366.
3. Диагностирование технических устройств опасных производственных объектов. / А.Н. Смирнов, Б.Л. Герике, В.В. Муравьев. // Новосибирск – Наука – 2003. – 320 с.
4. Диагностика горных машин и оборудования. / Б.Л. Герике, П. Б. Герике,В.С. Квагинидзе [и др.]. – М.: ИПО«У Никитских ворот», 2012. – 400 с.
5. Квагинидзе В.С., Зарипова С.Н. Методы ранжирования производственного травматизма. // Горный информационно-аналитический бюллетень. Приложение «Якутия». Изд-во МГГУ. — №3. – 2006. — С. 271-277.
6. Неразрушающий контроль: Справочник: В 7 т. / Под общ. ред. В.В. Клюева. Т. 7: Кн.2: Вибродиагностика. / Ф.Я. Балицкий, А.В. Барков, Н.А. Баркова [и др.]. – М.: Машиностроение, 2005. – 829с.
7. Попков, В.И. Виброакустическая диагностика в судостроении./ В.И. Попков, Э.Л. Мышинский, О.И. Попков. 2-е изд., перераб. и доп.// Л.: Судостроение, 1989. – 280 с.
8. Мартынов, В.И. Анализ вибрационных характеристик с использованием фазовых плоскостей./ Мартынов, В.И., Иванов, Д.Ю.// Сб. науч. докладов IV международной научно-технической конференции «Вибрационные машины и технологии»/ Курск. – 1999. – С. 189-191.
9. Сушко, А.Е. Разработка математической модели оптимального технического обслуживания и ремонта промышленного оборудования // Науч. сессия МИФИ-2007: Сб. науч. тр. В 17 т. М.: МИФИД007. Т.2. С.153- 154.
10. Ширман А.Р., Соловьев А.Б. Практическая вибродиагностика и мониторинг состояния механического оборудования. – М.: – 1996. – 212 с.
Источник