Мониторинг технического состояния редукторов частотно-регулируемого электропривода шахтных ленточных конвейеров Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

Е. Г. Кузин

старший преподаватель кафедры филиала ФГБОУ ВО «КузГТУ» в г. Прокопьевске

Тш

Б. Л. Герике

д-р техн. наук, профессор, главный научный сотрудник лаборатории ФГБНУ «ФИЦ УУХ СО РАН», профессор кафедры ФГБОУ ВО «КузГТУ»

УДК 681.518

МОНИТОРИНГ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ РЕДУКТОРОВ ЧАСТОТНО-РЕГУЛИРУЕМОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА ШАХТНЫХ ЛЕНТОЧНЫХ КОНВЕЙЕРОВ

В статье рассмотрены результаты анализа простоев шахтных ленточных конвейеров и вопросы актуальности проведения мониторинга их технического состояния. Приведены результаты мониторинга состояния редукторов частотно-регулируемого привода конвейера по параметрам смазочного масла и вибрации.

Ключевые слова: ЛЕНТОЧНЫЙ КОНВЕЙЕР, ЧАСТОТНО-РЕГУЛИРУЕМЫЙ ПРИВОД, ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА, ВИБРОДИАГНОСТИКА, АНАЛИЗ СМАЗОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ

В настоящее время на угольных предприятиях эксплуатируется значительное количество ленточных конвейеров [1], от работоспособного состояния которых зависят показатели работы всей угольной промышленности Кузбасса. В ближайшее время ожидается увеличение энерговооруженности и технической оснащенности ленточных конвейеров, производительности и длины транспортирования горной массы, широко внедряется частотно-регулируемый электропривод [2].

Повышающиеся объемы добычи угля комплексно-механизированными очистными забоями вместе с увеличением безопасности производства работ требуют создания надежных транспортных систем. Высокая эффективность и бесперебойность в работе с одновременным снижением энергопотребления - основная задача, стоящая перед производителями поточных линий шахтных ленточных конвейеров. Другой, не менее важной задачей является сокращение затрат на их техническое обслуживание и ремонт [3, 4]. Для обеспечения безотказности работы ленточного конвейера в течение как можно более продолжительного времени необходимо определить причины выхода из строя различных составляющих элементов [5, 6].

Анализ показывает, что доля простоев, вызванных отказом ре-

дуктора ленточного конвейера, колеблется от 7,4% до 18,2% и составляет в среднем 12%. При этом в среднем на восстановление уходит от 24 до 48 часов. Наиболее частой причиной отказов являются порывы ленты (до 50%), на устранение которой в среднем отводится 1,5-2 часа. Из этого следует, что распознавание фактического технического состояния редукторов шахтных ленточных конвейеров является весьма актуальной задачей.

В работе приведены результаты мониторинга технического состояния шахтного ленточного конвейера 3ЛЛ1600 (длина транспортирования - L=850 м, техническая производительность - Q=3500 т/ч, скорость движения ленты - v=0-4 м/с) по параметрам смазочного масла и вибрации.

В приводах конвейеров используются редукторы Moventas Santasalo:

- тип - коническо-цилиндриче-ский D3RST82XO;

- передаточное число,

i= 20,6128;

- номинальная механическая мощность при сервис факторе ¥Б=1 Р =995 кВт;

м.ном

- номинальная термическая мощность при сервис факторе ЕБ=1 и температуре окружающей среды

г =20 °СР =779 кВт;

окр т.ном

- допустимая температура масла г =90 °С;

- установленная мощность двигателя Р=500 кВт;

82

- частота вращения быстроходного вала п=1500 об/мин (25 Гц).

Частотно-преобразовательная станция шахтная типа ЧПСШ-1250/6-0,69-2-УХЛ5 предназначена для бесступенчатого электрического регулирования скорости и крутящего момента одно или многодвигательного привода ленточного конвейера и подачи напряжения питания на все вспомогательные устройства станции и конвейера в подземных горных выработках шахт, опасных по газу (метан) и угольной пыли в соответствии с требованиями [7].

Дата ввода конвейеров в эксплуатацию -10.06.2014.

На рисунке 1 приведена схема обводки приводных барабанов и расположение редукторов с условными названиями Р1 - Р3.

Анализируя параметры вибрации можно сделать вывод, что наиболее загруженным является редуктор Р1, а наименее загруженным - Р3, что соответствует классической теории расчета ленточных конвейеров [8].

Особенностью приводов с регулируемой частотой вращения является зависимость

Рисунок 1 - Схема запасовки конвейера лентой и расположение приводных блоков

1,6

о

1,4 5 1,2 1

ю О

0,2 0

■Р1 ■Р2 Р3

0

10

50

60

20 30 40 Загрузка конвейера, %

Рисунок 2 - График зависимости общего уровня вибрации в диапазоне 2-200 Гц от загрузки

конвейера

8

и —.

5 7

5 6

? 5 а

Ч 4

ш

£ з

IV ш

о 2 а

£ 1

? 0

ю О

■Р1 ■Р2 Р3

0

10

50

60

20 30 40 Загрузка конвейера, %

Рисунок 3 - График зависимости общего уровня вибрации в диапазоне 100-2000 Гц от загрузки

конвейера

83

Таблица 1 - Кинематическая вязкость (ГОСТ 6258-85)

№ редуктора Температура, оС Норма Образец от 29.08.14 Образец от 19.02.15 Образец от 12.03.15 Образец от 06.07.15

КВ мм2/с оВУ КВ мм2/с оВУ КВ мм2/с оВУ КВ мм2/с оВУ КВ мм2/с

P1 40 320 39,1 297,7 40,4 307,0 44,1 325,2 45,4 345,0

100 24,1 3,50 25,33 3,36 24,17 3,42 24,5 3,50 25,33

P2 40 320 44,1 335,5 45,5 345,5 44,9 341,4 46,3 351,2

100 24,1 3,42 24,67 3,40 24,50 3,56 25,83 3,58 26,0

P3 40 320 40,08 304,8 40,6 308,6 44,1 335,5 43,3 329,7

100 24,1 3,26 23,33 3,42 24,67 3,42 24,67 3,58 26,0

уровней вибрации от частоты вращения приводного двигателя. Для стадии приработки минимальные уровни вибрации наблюдаются для уровней загрузки 25-30%.

Далее проводился анализ параметров смазочного масла и вибрации в зависимости от наработки ленточного конвейера в соответствии с требованиями нормативных документов [9-14].

Данные о кинематической вязкости приведены в таблице 1 и на рисунке 5. Результаты накопления механических примесей для редуктора Р1 приведены в таблице 2, а основных при-

5 5 J (б О. Ю 5 m

и ,

i

ш

m

О

.

>

s

ю О

70

75

80

месей для остальных редукторов показаны на рисунках 6-8.

Анализ изменения параметров масла показывает, что в процессе работы вязкость возрастает за счет испарения низкокипящих фракций. При этом чем выше начальная вязкость, тем меньше накапливается механических примесей, менее интенсивно идут процессы износа подшипников и зубьев шестерен в редукторе (см. рис. 5-8).

Данные о температуре вспышки в открытом тигле приведены в табл. 3.

■ Р1 ■Р2 Р3

85

90

Скорость конвейера, %

Рисунок 4 - График зависимости общего уровня вибрации в диапазоне 100-2000 Гц от скорости

конвейера

■Р1 •Р2 Р3

0

400

100 200 300

Время работы, сут

Рисунок 5 - График изменения кинематической вязкости масла от наработки

84

На рисунках 9-11 представлены спектры среднего квадратического значения виброскорости в диапазоне, характерном для зубцовых частот редукторов. Замеры проводились согласно [4] для точки вторичного вала в осевом направлении, сильнее всего характеризующего вибрацию на частотах зубозацепления первой пары шестерен.

Анализ спектров (см. рис. 9-11) показывает, что в редукторе закончились процессы приработки, при этом большие уровни вибрации наблюдаются в редукторе Р1, а меньшие - в

редукторе Р3.

Завод изготовитель редукторов Moventas Santasalo рекомендует производить первую замену масла через 800-1000 часов работы, а далее через каждые 10000 часов работы или один раз в год. Фактически первая замена масла не производилась, была произведена только доливка масла через 5000 часов работы. Состояние масла в данный момент удовлетворительное, кроме редуктора Р3, в котором превышены концентрации механических примесей железа ^е).

Таблица 2 - Продукты износа редуктора Р1, г/т

Элементы Допустимые пределы Образец от 29.08.14 Образец от 19.02.15 Образец от 12.03.15 Образец от 06.07.15

Fe 126-200 40,34 160,12 204,8 171,52

Si 21-30 37,64 33,88 44,55 39,83

Cu 100-150 5,526 0,48 8,96 1,65

Al 4-7 1,518 1,54 2,38 2,00

Cr 2-5 0,683 1,30 1,07 1,15

Pb - 2,547 3,45 4,23 2,48

Sn - 5,781 9,34 7,90 6,98

■Р1 ■Р2 Р3

0

0

400

100 200 300

Время работы, сут

Рисунок 6 - График изменения содержания железа от наработки

20

£ 15

£ 10 i

л *

о. V Ч О

и 0

5

C lu

■Р1 ■Р2 Р3

0

100 200 300 400

Время работы, сут Рисунок 7 - График изменения содержания меди от наработки

85

Таблица 3 - Температура вспышки в открытом тигле, °С (ГОСТ 26378.4-84)

№ редуктора Норма ( DIN ^О 2592) Образец от 29.08.14 Образец от 19.02.15 Образец от 12.03.15 Образец от 06.07.15

Р1 255 226 222 238 236

Р2 255 248 228 235 215

Р3 255 234 225 230 235

Рисунок 8 - График изменения содержания алюминия от наработки

1.75 1.5 1.25

1

0.75 0.5 0.25 0

250

500

750

1000

1250

1500

Ги

Рисунок 9 - Сравнение спектров виброскорости в диапазоне от 100 до 1500 Гц редуктора Р1

86

2.25 2

1.75 1.5 1.25

1

0.75 0.5 0.25 0

250

500

750

1000

1250

Гц

Рисунок 10 - Сравнение спектров виброскорости в диапазоне от 100 до 1500 Гц редуктора Р2

ш

0

1 1.25.

1,

0.75, 0.5 0.25

250

500

750

1000

1250

1500

Рисунок 11 - Сравнение спектров виброскорости в диапазоне от 100 до 1500 Гц редуктора Р3

0

Таким образом, результаты оценки технического состояния с начала эксплуатации конвейеров на основе мониторинга параметров работающего масла и механических колебаний позволяют отследить изменение состояния элементов редуктора в зависимости от его нагрузки и скорости. Это позволит организовать работу по созданию нормативно-методической базы, которая обеспечит не

только своевременное получение достоверной информацию о состоянии оборудования, но и разрабатывать прогностические модели на основе значительного объема накопленной статистической информации, развития дефектов, служащие основой для безаварийной эксплуатации редукторов ленточных конвейеров.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Гаммершмидт, А. А. Состояние и перспективы развития угольной промышленности Кузбасса /

A. А. Гаммершмидт // Уголь. - 2015. - №5. - С. 14-15.

2. Клишин, В. И. Научное обеспечение инновационного развития угольной отрасли / В. И. Клишин, М. В. Писаренко // Уголь. - 2014. - № 9. - С. 42-46.

3. Современная теория ленточных конвейеров горных предприятий / В.И. Галкин [и др.]. - М.: Изд-во «Горная книга», 2005. - 543 с.

4. Галкин, В. И. Транспортные машины: Учебник для вузов / В.И. Галкин, Е.Е. Шешко. - М.: Изд-во «Горная книга», 2010. - 588 с.

5. Неразрушающий контроль: Справочник: В 8 т. / Под общ.ред. В.В. Клюева. Т. 7: В 2 кн. Кн. 1:

B.И. Иванов, И.Э. Власов. Метод акустической эмиссии. Кн. 2: Ф.Я. Балицкий, А.В. Барков, Н.А. Баркова и др. Вибродиагностика. - 2-е изд., испр. - М.: Машиностроение, 2006. - 829 с.: ил.

6. Диагностика горных машин и оборудования / Б.Л. Герике [и др.]. - М.: ИПО «У Никитских ворот», 2012. - 400 с.

7. Конвейер шахтный ленточный грузопассажирский 3ЛЛ 1600. Руководство по эксплуатации. -ООО «Центр транспортных систем», 2011.

8. Транспортные машины и оборудование шахт и рудников: учеб.пособие / К. А. Васильев, А.К. Николаев, К.Г. Сазонов. - СПб.: Изд-во «Лань», 2012. - 544 с.

9. ГОСТ ИСО 10816-1-97 Контроль состояния машин по результатам измерений вибрации на не-вращающихся частях.

10. ГОСТ 6258-85 Нефтепродукты. Метод определения условной вязкости.

11. ГОСТ 26378.4-84 Нефтепродукты отработанные. Метод определения температуры вспышки в открытом тигле.

12. ГОСТ Р 52659-2006 Нефть и нефтепродукты. Методы ручного отбора проб.

13. ГОСТ 25371-97 Нефтепродукты расчет индекса вязкости по кинематической вязкости.

14. ГОСТ 6370-83 Нефть, нефтепродукты и присадки. Метод определения механических примесей.

MINE BELT CONVEYORS VARIABLE FREQUENCY DRIVE GEARBOXES TECHNICAL CONDITION MONITORING

Kuzin Ye. G., Gerike B. L.

In the article mine belt conveyors shut down analyses results and their technical condition monitoring questions relevance are reviewed. Conveyor variable frequency gearbox monitoring results through lubrication grease parameters and vibration are given.

Key words: BELT CONVEYOR, VARIABLE FREQUENCY DRIVE, TECHNICAL DIAGNOSTICS, LUBRICATION MATERIALS ANALYSES

Кузин Евгений Гзннадьевич e-mail: kuzinevgen@gmail.com

Герике Борис Людвигович e-mail: gbl_42@mail.ru

88