CC BY
144
УДК 621.002:621.7 А.П. Вержанский
ПРОГРЕССИВНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В ПРОИЗВОДСТВЕ, ТЕХНИЧЕСКОМ ОБСЛУЖИВАНИИ И РЕМОНТЕ ГОРНОГО ОБОРУДОВАНИЯ
Приводится обзор научно-исследовательских работ кафедры «Технология машиностроения и ремонт горных машин» Московского государственного горного университета.
Ключевые слова: горное машиностроение, качество горных машин, вибромониторинг, фреттинг, функциональный критерий, селективный метод сборки.
Специфичными особенностями горного машиностроения являются:
- широкая номенклатура средств механизации горных работ при ограниченных объемах производства машин одинаковых типоразмеров;
- жесткие требования по надежности и безопасности эксплуатации горной техники в экстремальных условиях стесненности и запыленности рабочего пространства, высоких динамических нагрузок, обусловленных взаимодействием рабочих органов машин с горными породами, широких температурных диапазонов;
-высокая капиталоемкость горного оборудования, повышенные экономические риски и угрозы для жизни людей и окружающей среды при ведении горных работ;
-необходимость проведения большого объема ремонтновосстановительных работ для поддержания работоспособности горной техники;
-высокий уровень гидрофикации горной техники.
Перечисленный выше далеко не полный перечень особенностей налагает особые требования к горным машинам, технологиям их производства, техническому обслуживанию и ремонту. Таким образом, основной задачей горного машиностроения является обеспечение добывающих предприятий средствами механизации в
нужном количестве для различных горно-геологических условий высокого уровня качества, повышенной надежности при эффективной системе технического обслуживания и ремонта горного оборудования. Исходя из этого коллектив кафедры «Технологии машиностроения и ремонта горных машин» проводит научноисследовательские работы.
В 80-е годы под руководством профессора Солода Григория Ивановича на кафедре проводились работы по разработке количественных методов оценки качества различных видов горного оборудования: выемочных машин, средств транспортирования и доставки грузов, механизированных крепей для поддержания кровли и средств первичной переработки добытой горной массы. Итогом этих работ явился, впервые разработанный на кафедре безэксперт-ный метод оценки качества изделий.
Суть метода состоит в том, что полезность каждой машины в соответствии со своим назначением количественно характеризуется величиной, так называемого функционального критерия, т. е. способностью машины выполнять необходимую работу. Сравнительная оценка совокупности различных машин одного функционального назначения, при этом методе, осуществляется по удельным частным (единичным) показателям качества. На основе этих показателей определяется гипотетический базовый образец, имеющий наилучшие качественные характеристики. Уровень качества базового образца принимается за единицу и по отношению к нему оценивается качество конкретных машин [1].
Дальнейшее развитие работ в данном направлении позволило распространить метод безэкспертной оценки качества на детали машин, их соединения и технологические процессы изготовления машин в целом. При этом разработки доведены до уровня программного обеспечения. В компьютер достаточно ввести набор значений параметров характеризующий данную машину или технологический процесс изготовления деталей, соединений, чтобы на выходе получить оценку качества в виде числа, означающего степень совершенства, то есть уровень качества конкретного объекта по отношению к лучшему (базовому) образцу. Практическая полезность разработанного метода состоит в том, что он позволяет находить эффективные пути совершенствования как конструкции машин, так и технологических процессов их изготовления [2].
Любая машина является сложной технической системой, состоящей из множества разнообразных деталей и их соединений. Ресурс наиболее нагруженных при эксплуатации машины и трудоемких в изготовлении соединений определяет ресурс машины в целом. Поэтому на кафедре широко проводятся работы по установлению зависимостей ресурса соединений от их уровня качества.
На основе анализа напряженного состояния деталей соединений под действием нагрузок определяются величины параметров, приводящие к переходу упругих деформаций к пластичным. Это позволяет обосновывать и назначать параметры соединений, обеспечивающие заданный ресурс соединений, в том числе точность изготовления сопрягаемых поверхностей деталей. Для решения подобных задач широко используется метод конечных элементов и программное обеспечение его реализации на ЭВМ [3].
Выполненные в данном направлении исследования позволили установить, что качество соединений, а, следовательно, и их ресурс существенно зависят от точности изготовления сопрягаемых поверхностей. Поэтому на кафедре проводятся работы по совершенствованию технологических процессов изготовления и сборки деталей соединений. В частности, разработан селективный метод сборки, позволяющий собирать соединения с заданным уровнем качества, а, следовательно, и ресурсом в условиях мелкосерийного производства. Данный метод позволяет назначать параметры соединений и сборки, обеспечивающие заданный ресурс при сравнительно невысокой точности сопрягаемых поверхностей. Оригинальные схемы комплектации отверстий валами позволяют проводить сборку при отсутствии незавершенного производства или минимальной вероятности его образования. Программное обеспечение метода позволяет моделировать на ЭВМ сборку соединений с использование групповой и полной взаимозаменяемости и оперативно принимать решения по организации сборочных процессов
[4].
Известно, что причиной отказов гонных машин в 80% случаев является изнашивание тяжело нагруженных пар трения. Поэтому одним из крупных направлений научно-исследо-вательской работы кафедры является разработка и совершенствование технологических методов повышения износостойкости и обоснование выбора конструкционных материалов, применительно к конкретным условиям работы и режимам нагружения пар трения [5].
В результате проведенных исследований разработана новая марка стали для зубьев ковшей экскаваторов, внедрен технологический процесс борирования рештачных ставов забойных конвейеров. Обоснованы и даны рекомендации по повышению долговечности деталей горно-обогатительного оборудования методом магнитно-импульсной обработки, благодаря чему их долговечность возросла на 20-25%. Проведены исследования и отработана технология, позволившая применять для изготовления деталей гидросистем механизированной крепи минералокерамику, получаемую спеканием порошков двуокиси алюминия. Преимуществом такого конструкционного материала является высокая износостойкость, большая твердость и отсутствие коррозии в условиях агрессивной шахтной среды, что существенно повышает ресурс дорогостоящего оборудования.
Большое значение для обеспечения эксплуатационных свойств горных машин имеют физико-механические свойства поверхностных слоев. Поэтому на кафедре начаты работы по исследованию структуры поверхностных слоев и их фазового состава, измерению остаточных напряжений методами рентгеновской дифрактометрии. Для этого используются компактные рентгеновские установки, действие которых основано на принципах капиллярной рентгеновской оптики. Таким образом, мы можем наблюдать эволюцию изменения структуры поверхностных слоев в процессе контактного взаимодействия. С другой стороны, это позволяет судить о влиянии тех или иных технологических процессов на качество поверхностных слоев, возникающих в результате этих технологических воздействий [6, 7].
На кафедре проводятся также исследования влияния вакуумных покрытий на триботехнические характеристики узлов трения горных машин, а так же влияния адсорбированных на поверхности трения граничных слоев, образованных из смазочной среды, на процессы контактного взаимодействия. С этой целью разработан ряд вибрационных установок - вибротрибометров, позволяющих измерить триботехнические характеристики на образцах в граничном режиме трения. Необходимо отметить, что структура и свойства граничных смазочных слоев толщиной в несколько нанометров, во многом определяют протекание различных деградацион-ных процессов, приводящих к отказам машин [8].
К числу таких наиболее опасных для соединений и распространенных процессов относится фреттинг - специфический вид изнашивания сопряженных поверхностей при циклическом микропроскальзывании, вызываемом вибрацией. Закономерности, механизм и способы защиты от этого вида поверхностных повреждений исследуются и разрабатываются в лаборатории кафедры. Вскрыта кинетика развития фреттинга и даны практические рекомендации по его устранению в различных узлах горных машин [9].
Разрабатываются также прогрессивные методы восстановления деталей горных машин (газотермическое и плазменное напыление, ионная детонация и др.), применяемые в ремонтном производстве.
На кафедре разработаны методы мониторинга состояния и вибродиагностики горных машин. Это позволяет без разборки машин и агрегатов судить об изменении их технологического состояния в процессе работы для оказания своевременных мер воздействия. Таким образом, сокращаются затраты на техническое обслуживание и выявление на ранних стадиях возникающих повреждений. Методы виброконтроля могут применяться и для контроля качества при изготовлении и ремонте [8, 9].
Все разработки кафедры интегрированы в выполненном кафедрой концептуальном проекте по производству, ремонту и техническому обслуживанию горной техники.
-------------------------------------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Солод Г.И., Радкевич Я.М. Управление качеством горных машин: Уч. пособие.- М.: МГГУ, 1985.-94 с.
2. Островский М.С, Радкевич Я.М., Тимирязев В.А. Критерии и управления техническим состоянием машин//Горные машины автоматика, 2004, №6, С. 40-42
3. Набатников Ю.Ф., Белянкина О.В. Определение параметров контактного взаимодействия рабочих поверхностей гидростойки механизированной кре-пи//Горное оборудование и электромеханика. 2008. № 10. С. 43-46.
4. Набатников Ю.Ф., Сизова Е.И. Моделирование процесса сборки соединений машин на ЭВМ. Горное оборудование и электромеханика. 2008. № 3. С. 17-19.
5. Островский М.С., Радкевич Я.М., Бойко П.Ф. Технология вибромониторинга технического состояния горных машин на этапе эксплуатации//Горное оборудование и электромеханика, 2008. № 10. С. 2-8.
6. Шахова К.И. Оценка качества сталей горного оборудования по составу и механическим свойствам//Горное оборудование и электромеханика. 2008. № 3. С. 23-26.
7. Ивахник В.Г., Шахова К.И. Инновации: современные тенденции повышения физико-механических свойств конструкционных материалов горных машин и оборудования//Горное оборудование и электромеханика. 2008. № 11. С. 25-34.
8. Островский М.С., Радкевич Я.М., Тимирязев В. А. Многоуровневый алгоритм вибромониторинга технического состояния машин//Горные машины и автоматика, 2004. - № 7. - С. 23-25.
9. Радкевич Я.М., Островский М.С., Тимирязев В.А. Квалиметрический подход к оценке технического состояния машин по обобщенной вибрационной харак-теристике//Горные машины и автоматика, 2004. - № 7. - с. 25-27. нш=1
— Коротко об авторе ----------------------------------------------------
Вержанский А.П. - профессор, доктор технических наук, заведующий кафедрой «Технологии машиностроения и ремонта горных машин», Московский государственный горный университет,
Moscow State Mining University, Russia, ud@msmu.ru
