CC BY
84
(©
Досайкин В.М., Фенстер Д.Б., Порозов Д.И., Терентьев Е.А., Губанцев А.Н.
ООО «Энергопром-М»
ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ МЕТОДОВ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ ОДНОКОВШОВЫХ КАРЬЕРНЫХ ЭКСКАВАТОРОВ
Аннотация
В статье приведено краткое описание выбора методов диагностирования карьерных экскаваторов, а также обоснована идея системы обслуживания и ремонта оборудования по фактическому техническому состоянию. Описаны преимущества такой системы по сравнению с методом планово-предупредительных ремонтов.
Ключевые слова: одноковшовые карьерные экскаваторы, промышленная безопасность, диагностика оборудования.
Keywords: shovels, industrial safety, diagnostics equipment.
В настоящее время ремонт техники регламентируется ГОСТами по «Системе технического обслуживания и ремонта техники» (ГОСТ 18322-73, 20831-79, 21571-76, 2162376 и др.), не охватывающими всех возникающих вопросов. Сейчас в каждой отрасли разрабатываются свои Положения о техобслуживании и ремонте однотипного оборудования. По ГОСТ 18322-73 под системой техобслуживания и ремонта техники понимается «совокупность взаимосвязанных средств, документации технического обслуживания и ремонта и исполнителей, необходимых для поддержания и восстановления качества изделия, входящих в эту систему». Основными составляющими при разработке системы являются: оптимизация структуры ремонтного цикла машины; определение необходимого состава работ для каждого вида ремонта и выбор объективного критерия для расчета межремонтных периодов.
На сегодняшний день на разрезах Кузбасса за основу принята система плановопредупредительных ремонтов (ППР) оборудования, основной задачей которой является обеспечение работоспособности оборудования в течение заданного времени при минимальных затратах труда и материальных ценностей. Основой данной системы является плановая замена изношенных деталей. Время замены деталей вычисляется исходя из прогнозируемой скорости изнашивания детали. Наиболее характерными отказами для динамического оборудования являются постепенные (износовые) отказы. В реальных условиях имеет место также усталостный и коррозионный износ.
Периодичность проведения ремонтов устанавливается в зависимости от сроков служб группы деталей. При этом срок службы каждой детали близок к среднему сроку службы и по нему может быть установлена периодичность ремонта механизма или машины. Возможность группирования сроков службы деталей около средних значений для каждой группы является основным требованием ремонтно-эксплуатационной технологичности механизма или машины. Во всех случаях важно, чтобы периодичность ремонтов, т. е. сроки службы деталей, были кратны друг другу. Периодичность ремонтов экскаваторов строят таким образом, чтобы в механизмах не работали детали с аварийной стадией износа (при периодичности, большей срока службы группы деталей) и чтобы при ремонте не заменяли детали с не полностью использованным ресурсом работоспособности (при периодичности, меньшей среднего срока службы группы деталей).
В системе технического обслуживания и ремонта экскаваторов пока нет теоретически обоснованного решения данных вопросов. Это приводит к слишком большому выбору рекомендаций по формированию структуры ремонтного цикла, назначению различных межремонтных периодов для одной и той же машины. Например, по инструкции №2341ИЭ
© Досайкин В.М., Фенстер Д.Б., Порозов Д.И., Терентьев Е.А., Губанцев А.Н., 2015 г.
НКМЗ для экскаватора ЭШ 10.70А рекомендуется проводить технические уходы №1-5 с периодичностью: смена, декада, месяц, три и шесть месяцев. Ленгипрошахт [1] рекомендует проводить ремонтный осмотр, текущие ремонты и капитальные ремонты соответственно с периодичностью 500, 5000, 12000, 24000 машино-часов. Приказом Минуглепрома СССР № 313 устанавливается для этого же экскаватора ежемесячный осмотр, годовой, средний и капитальный ремонты соответственно с периодичностью один месяц, один, два и четыре года; НИИОГР предлагает планировать ремонтные работы в зависимости от объемов переработанной горной массы с учетом ряда коэффициентов, учитывающих условия эксплуатации экскаваторов [2].
Каждый нормативный документ устанавливает жестко регламентированные объемы работ при ремонтах экскаватора независимо от его технического состояния; объемы ремонтных работ возрастают по мере сложности ремонта. Например, при среднем ремонте необходимо дополнительно выполнять работы годового и месячного ремонтов. Независимо от условий работы деталей и сборочных единиц ремонты планируются по одному из критериев - календарному (или машинному) времени работы или переработанной горной массе.
Все это приводит [3, 4]: к недоиспользованию ресурса отдельных деталей, агрегатов и сборочных единиц экскаваторов; к выполнению увеличенного объема разборочносборочных работ, не соответствующих техническому состоянию механизмов и устройств, и в то же время, увеличению вероятности быстрого изнашивания деталей, вызываемой приработкой из-за частой разборки и сборки; к значительному времени нахождения экскаваторов в ремонте (20-25% от календарного фонда времени).
Система ППР во многих случаях может быть принята за основу при обслуживании несложных машин и механизмов, но для основного безрезервного оборудования ее применение нецелесообразно. Поэтому дальнейшее развитие системы ремонтов должно предусматривать: установление дифференцированных критериев оценки ресурса деталей, сборочных единиц и механизмов экскаваторов, учитывающих конкретные условия их работы; назначение конкретных сроков и объемов работ при ремонтах экскаваторов в зависимости от фактического технического состояния его деталей, сборочных единиц и механизмов.
Основная идея системы обслуживания и ремонта оборудования по фактическому техническому состоянию заключается в устранении отказов оборудования на этапе их зарождения [5]. Это становится возможным при применении методов распознавания технического состояния оборудования по совокупности его эксплуатационных характеристик, позволяющих выявить имеющиеся или развивающиеся дефекты для рационального планирования оптимальных сроков проведения ремонтных работ.
Обслуживание по фактическому техническому состоянию имеет ряд преимуществ по сравнению с системой ППР:
- наличие постоянной информации о состоянии оборудования, охваченного мониторингом, позволяет планировать и выполнять обслуживание и ремонт без длительной и, зачастую, ненужной остановки, практически исключить аварийные отказы оборудования. Посредством внедрения системы обслуживания по фактическому техническому состоянию возникает возможность увеличения эффективности производства;
- прогнозирование и планирование объемов технического обслуживания и ремонта «проблемного» оборудования, снижение расходов по техническому обслуживанию за счет минимизации ненужного ремонта (увеличение межремонтного интервала) «нормального» оборудования. По итогам проведения мониторинга технического состояния агрегатов и их обслуживания по фактическому техническому состоянию внеплановый объем работ, вызванный чрезвычайными ситуациями, обычно составляет менее 5% от общего объема работ, а время простоя оборудования составляет не более 3% от времени, затраченного на техническое обслуживание. Установлено, что типичные расходы на ремонт при аварийных
отказах оборудования в среднем в 10 раз превышают стоимость ремонта при вовремя обнаруженном дефекте [6];
- обеспечение эффективности ремонта за счет послеремонтного обследования. Опыт показывает, что примерно от 2 до 10% новых деталей имеют дефекты изготовления, которые могут привести к быстрому выходу из строя замененной детали и отказу оборудования, а также вызвать повреждение других сопряженных нормально функционирующих деталей. Дефектная деталь или нарушенная технология сборки в ряде случаев могут быть обнаружены в процессе испытаний после ремонта [7];
- эффективное планирование распределения обслуживающего персонала, запасных частей, инструмента и др.;
- возможность сокращения резервного оборудования;
- улучшение охраны труда и устранение нарушений экологических требований. Проведение ремонтных работ в чрезвычайной обстановке внезапного отказа и опасности внеплановой остановки производства приводит к повышению травматизма [8];
- эффективность переговоров с поставщиками оборудования относительно его гарантийного и послегарантийного ремонта, восстановления или замены.
Идея обслуживания оборудования по фактическому техническому состоянию заключается в обеспечении максимально возможного межремонтного периода эксплуатации оборудования за счет применения современных технологий обнаружения и подавления источников отказов [9].
Основой этой системы являются:
- идентификация и устранение источников повторяющихся проблем, приводящих к сокращению межремонтного интервала оборудования;
- устранение или значительное снижение факторов, отрицательно влияющих на межремонтный интервал или срок эксплуатации оборудования;
- распознавание состояния оборудования с целью проверки отсутствия признаков дефектов, уменьшающих межремонтный интервал;
- увеличение межремонтного интервала и срока эксплуатации оборудования за счет проведения монтажных, наладочных и ремонтных работ в точном соответствии с техническими условиями и регламентом.
Неразрушающие методы контроля, применяемые при техническом диагностировании одноковшовых экскаваторов, подразделяются на 2 основные группы: диагностические (функциональные) методы НК: (тепловой контроль (ТК); вибродиагностический контроль (ВД); акустико-эмиссионный контроль (АЭ)) и дефектоскопические методы НК: визуальноизмерительный контроль (ВИК); капиллярный контроль (ПВК); ультразвуковой контроль (УЗК); магнитный контроль (МК).
Все виды контроля и диагностики должны проводиться с использованием стандартных средств измерений, отвечающих требованиям Государственной системы обеспечения единства измерений, а также с использованием правил статистической обработки данных. Для исключения возможности попадания в эксплуатацию деталей и узлов с недопустимыми дефектами подозрительные места проверяются не менее трех раз.
Рассмотрим более подробно методы контроля, применяемые при экспертном обследовании одноковшовых карьерных экскаваторов.
При проведении экспертизы промышленной безопасности карьерных экскаваторов широко применяется метод визуально-инструментального контроля (ВИК), целью которого является выявление конструктивных изменений рабочего оборудования, поворотной платформы, нижней рамы, кузова и др. (формы, поверхностных дефектов в материале и соединениях деталей, образовавшихся трещин, коррозионных и эрозионных повреждений, деформаций, ослаблений соединений и т.п.), которые влияют или могут повлиять на безопасность эксплуатации экскаватора [10]. Параллельно с визуально-измерительным контролем может выполняться диагностический контроль оборудования экскаватора.
Тепловой контроль (ТК) предназначен для оценки теплового состояния электрооборудования и токоведущих частей в зависимости от условий их работы и конструкции. Может осуществляться по нормированным температурам нагрева (превышениям температуры), избыточной температуре, динамике изменения температуры во времени, с изменением нагрузки и т.п.
Однако наиболее информативным параметром, несущим максимальную информацию о состоянии узла работающей машины, являются механические колебания (вибрации) -упругие волны, распространяющиеся в сплошных средах. Информацию об изменении состояния объекта можно получать практически мгновенно. Именно эти особенности предопределили применение, в качестве основного, вибрационного метода диагностики и контроля (ВД).
Измерение виброакустических характеристик на подшипниковых опорах механизмов позволяет распознать такие дефекты и повреждения как дисбаланс и расцентровку валов; повреждения подшипников скольжения и качения; повреждения зацеплений в зубчатых передачах; повреждения муфт; повреждения электрических машин [11].
При анализе данных, полученных при первичных обследованиях главных приводов экскаваторов, выявлено, что основными дефектами электромеханического оборудования являются дисбаланс ротора, расцентровка валопроводов агрегатов, дефекты подшипниковых узлов, дефекты зубчатых передач (нарушения геометрии зуба, смещение линии вала, нарушение смазки), различные дефекты электромагнитного происхождения (магнитная асимметрия якоря, перекос фаз, смещение в магнитном поле, и т. д.).
Как известно, наиболее эффективным из методов вибродиагностики является постоянный мониторинг, позволяющий своевременно получать точную и достоверную информацию о состоянии оборудования. Особенно актуальной представляется эта задача для парка карьерных одноковшовых карьерных экскаваторов. При обнаружении признаков наличия трещин в несущих металлоконструкциях или сварных швах экскаватора в этих местах проводится дополнительная проверка с помощью одного из дефектоскопических методов НК: ультразвукового контроля (УЗК) или контроля проникающими веществами (капиллярного контроля).
Ультразвуковой контроль, основанный на способности ультразвуковых колебаний распространяться в твердых веществах на большую глубину без заметного ослабления и отражаться от границы раздела двух веществ, является наиболее надежным и простым методом дефектоскопии ответственных деталей и сварных соединений экскаваторов. Различают 5 методов УЗК: теневой, резонансный, импедансный, свободных колебаний и эхометод. Самое передовое слово техники - применение УЗ фазированных решеток. Главное их достоинство - возможность программного формирования диаграммы направленности УЗ блока, включая фокусировку, точку и угол ввода, что позволяет реализовать все схемы контроля, применяемые в многоэлементных системах с линейным сканированием: например, дефектоскоп X-32 [12] имеет наглядный интерфейс и удобен в работе, а многочисленные функции, реализованные в нем, облегчают и оптимизируют процесс контроля.
Контроль проникающими веществами предназначен для определения мест расположения поверхностных дефектов с открытой полостью, их направления, протяженности, характера развития, как в основном, так и в наплавленном металле сварных соединений [13].
Работы по проведению акустико-эмиссионного контроля (АЭ-контроль) основных несущих элементов корпуса экскаватора направлены на выявление развивающихся дефектов в сварных швах, образовавшихся за длительный период эксплуатации за счет накопления напряжений в результате циклического режима эксплуатации [14].
Акустико-эмиссионный контроль, используемый в режиме реального времени на действующем оборудовании позволяет выявить потенциально опасные места конструкции, момент образования развивающегося дефекта и его координаты практически без перерыва в работе, однозначно сказать о развитии дефекта.
Современные методы технического диагностирования, аппаратура для их реализации и программное обеспечение позволяют получить с очень высокой степенью надежности заключение о фактическом техническом состоянии карьерных экскаваторов.
В соответствии с Федеральным законом «О промышленной безопасности опасных производственных объектов» [15] все машины и оборудование, эксплуатируемые на опасных производственных объектах, в том числе на шахтах, разрезах, карьерах, должны проходить экспертизу промышленной безопасности. Поэтому для решения этой задачи специалистами ФГБОУ КузГТУ, Института угля и углехимии СО РАН, ЗАО «НИИЦ КузНИУИ», НФ «КузбассНИИОГР» и ОАО «Кузбассэнергоуголь» разработаны «Методические указания по проведению экспертизы промышленной безопасности одноковшовых экскаваторов» [16].
Методические указания определяют сроки и порядок проведения экспертизы одноковшовых механических карьерных экскаваторов с вместимостью ковша 4 м3 и более (отечественного и импортного производства) двух типов - драглайнов и механических лопат. Главной особенностью Методических указаний является применение подходов к оценке остаточного ресурса безопасной эксплуатации карьерных экскаваторов на основе комплекса научных исследований, опирающихся на современные инструментальные физические методы контроля. В методике подробно изложены требования к оборудованию и аппаратуре для проведения диагностики и неразрушающего контроля, выполнения и оформления экспертизы технической безопасности, впервые сформулированы четкие и ясные критерии предельного технического состояния для карьерных экскаваторов. С учетом того, что в последнее время на разрезы поступает значительное количество относительно нового оборудования - гидравлических лопат [17, 18], одной из актуальных задач промышленной безопасности является расширение действия «Методических указаний...» и на данный вид выемочного оборудования.
Литература
1. Временные нормативы межремонтных сроков, продолжительности и трудоемкости ремонтов оборудования для проектирования угольных разрезов. Инструкция. Л., Гипрошахт. - 1974.
2. Шехет Я. М. Централизация ремонта экскаваторов. Добыча угля открытым способом. М., ЦНИЭИуголь. - 1980. - №3.
3. Бубновский Б.И. Ремонт шагающих экскаваторов. - М., Недра. - 1982.
4. Кох П. И. Ремонт экскаваторов. - М., Недра. - 1967.
5. Смирнов А.Н. Диагностирование технических устройств опасных производственных объектов / А.Н. Смирнов, Б.Л. Герике, В.В. Муравьев // Новосибирск. - Наука. - 2003. - 320 с.
6. Ширман А.Р. Практическая вибродиагностика и мониторинг состояния механического оборудования / А.Р. Ширман, А.Б. Соловьев / М., 1996.
7. Герике Б. Л. Оценка состояния главных приводов карьерных экскаваторов / Б. Л. Герике, И. Л. Абрамов, П.Б. Герике, С.Ю. Дрыгин // Тр. Межд. науч. - практ. конф. «Наукоемкие технологии разработки и использования минеральных ресурсов» // Новокузнецк: СибГИУ. 6-8 июня 2006.
8. Квагинидзе В.С. Статистический анализ и прогнозирование производственного травматизма на угледобывающих предприятиях / В.С. Квагинидзе, С.Н. Зарипова // ГИАБ. Приложение «Якутия». Изд-во МГГУ. - 2006. - №2. - С. 221-232.
9. Герике Б. Л. Вибродиагностика горных машин и оборудования / Б.Л. Герике, И.Л. Абрамов, П.Б. Герике // Кемерово, 2007. - 167 с.
10. РД 03-606-03. Инструкция по визуальному и измерительному контролю, утверждена постановлением ГГТН РФ от 11.06.03, № 92.
11. Герике Б. Л. Мониторинг и диагностика технического состояния машинных агрегатов. - В 2-х ч.: Ч.2. Диагностика технического состояния на основе анализа вибрационных процессов. -Кемерово: КузГТУ, 1999. - 230 с.
12. Завидей В.И. Новые методы и приборы в неразрушающем контроле расслоений металла трубопроводов и сосудов при работе в сероводородной среде / В.И. Завидей, К.В. Зотов // http://bav.mpei.ac.ru/articles.
13. Калиничин Н.П. Неразрушающий контроль. Капиллярный метод / Н.П. Калиничин, Г.П. Кулешова // М. - Изд-во НИИ интроскопии. - 2002. - 101 с.
14. Стенин Д.Г. Применение акустико-эмиссионного контроля для оценки технического состояния одноковшовых шагающих экскаваторов / Д.Г. Стенин, А.В. Менчугин, С.И. Протасов // Энергетическая безопасность России. Новые подходы к развитию угольной промышленности. Тр. VII Междунар. научно-практической конференции, Кемерово, «Экспо-Сибирь», 2005. - С. 79-83.
15. Федеральный закон «О промышленной безопасности опасных производственных объектов» от 21.07.97 № 116-93 (Собрание законодательства Российской Федерации, 1997, № 30, ст. 3588).
16. Методические указания по проведению экспертизы промышленной безопасности одноковшовых экскаваторов. ГУ ВПО «Кузбасский государственный технический университет». Согласовано с Управлением по технологическому и экологическому надзору Ростехнадзора России по Кемеровской области, 2007, 125 с.
17. Стрельников А.В. Опыт применения обратных гидравлических лопат на разрезах ОАО «УК «Кузбассразрезуголь» / А.В. Стрельников, М.А. Тюленев // Вестник КузГТУ. - 2011. - №2. - C. 8-12.
18. Стрельников А.В. Применение обратных гидравлических лопат при разработке сложноструктурных угольных месторождений Кузбасса / А.В. Стрельников, М.А. Тюленев // Горное оборудование и электромеханика. - 2011. - №1. - С. 30-34.
