CC BY
65
4. Drygin M., Kurychkin N., Bakanov A. Ways of increasing excavator fleet productivity in Russian coal open pits (Kuzbass case study) // The 1st Scientific Practical Conference. "International Innovative Mining Symposium (in memory of Prof. Vladimir Pronoza)". 2017. Vol. 15. DOI: 10.1051/e3sconf/20171503010.
5. Ivanov K. S. Gear Automatic Adaptive Variator with Constant Engagement of Gears // Proceedings of the 12th World Congress in Mechanism and Machine Science. Besancon, France, 2007. Vol. 2. Р. 182-188.
6. Справочник по геометрическому расчёту эвольвентных зубчатых и червячных передач / под ред. И. А. Бо-лотовского. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Машиностроение, 1986. 448 с.
УДК 53.083 (430.1)
ДИАГНОСТИКА СОСТОЯНИЯ ТЯЖЕЛОЙ ГОРНОЙ ТЕХНИКИ ПРИ ПЛАНОВО-ПРЕДУПРЕДИТЕЛЬНЫХ РЕМОНТАХ
М. Ю. Дрыгин, Н. П. Курышкин
Кузбасский государственный технический университет имени Т. Ф. Горбачева, г. Кемерово, Россия
DDI: 10.25206/2310-9793-2017-5-2-115-122
Аннотация - Результатом интенсификации производства, глобализации экономики и резкого снижения квалификации персонала является пришедшее в недопустимое техническое состояние тяжелой техники. Ремонтные простои оборудования достигают 84 % времени общих простоев, из которых на аварийные ремонты приходится до 36 % времени, что превышают 429 часов в год для одного экскаватора. Показано, что внедрение ежегодных обследований с применением методов неразрушающего контроля позволяет сократить аварийные простои на 47 %, а 55 % выявляемых дефектов могут быть устранены без вывода оборудования из технологического цикла.
Ключевые слова: дефектная ведомость, диагностика, простои, ремонт, экскаватор.
I. Введение
В период развала СССР и перераспределения государственной собственности в частную система планово -предупредительных ремонтов (ППР), являвшаяся инструментом пятилетнего планирования, казалось бы, утратила значимость. Однако если подробнее вникать в структуру современной угольной отрасли, то будет видна та же система руководства, с одним исключением, что капиталистическая страна, которой, несомненно, является Россия, требует сокращения затрат и максимизации прибыли. За последние 10 лет резко снизилась квалификация персонала угольных разрезов, уменьшился приток молодых квалифицированных рабочих, а также инженерно-технического руководства среднего и высшего звена [1]. Результатом интенсификации производства и описанных выше процессов является пришедшее в недопустимое техническое состояние оборудование угольных разрезов [2].
В период с 1980 по 2011 гг. на горнодобывающие предприятия Российской Федерации и стран СНГ было поставлено 5644 единицы одноковшовых электрических экскаваторов с вместимостью ковша от 4.6 до 42 м3, а за период с 1999 по 2011 гг. - 259 единиц гидравлических мехлопат с ковшами более 5 м3. Дальнейшие тенденции направлены на введение в эксплуатацию единичных экскаваторов-мехлопат большой производительности с объёмом ковша от 20 до 55 м3 [3].
На сегодняшний день основным выемочно-погрузочным оборудованием по-прежнему остаются одноковшовые гусеничные экскаваторы с электромеханическим приводом марки ЭКГ. При этом большую долю парка (63%) составляют экскаваторы с ковшами вместимостью 8...15 м3 производства ОМЗ (ИЗ-КАРТЭКС, ранее -Ижорских заводов). В 2016 г. 80% экскаваторов в горной промышленности России имели сверхнормативный срок службы.
II. Постановка задачи
Выполненный сравнительный анализ работы более 200 экскаваторов по Кузбассу - крупнейшему угледобывающему региону России - показал, что, импортные машины выполняют норматив выработки на 82%, а отечественные - на 110%. При этом вариативность выполнения норматива у импортных машин низкая, т.е. приблизительно все импортные машины работают одинаково, а у отечественных машин - вариативность высокая. Часть отечественных машин перевыполняют показатели более чем в два раза, а часть не выполняет и половины нормы. Опыт показывает, что в отечественные экскаваторы заложен значительный резерв производительности
еще на стадии проектирования, который неоднократно подтверждался рекордами производительности, значительно перекрывающими нормативные показатели.
Таким образом, оптимальный путь повышения производительности для импортных машин - эксплуатация в строгом соответствии с требованиями завода-изготовителя и доведение производительности до «заводского» норматива. Повышение производительности отечественных экскаваторов кроется в определении потенциального норматива производительности на основе технического состояния машины и в оптимизации ремонтных процессов [4].
III. Теория
Анализ технического состояния более чем 300 единиц экскаваторов, работающих на угольных разрезах Кузбасса за период 2011-2016 гг., показал, что большинство эксплуатируемого оборудования, обладая значительным количеством недопустимых дефектов (в количестве часто измеряющемся трехзначными цифрами), находится в недопустимом техническом состоянии (более 86%). В основе данной тенденции лежит низкое качество эксплуатации системы ремонтов и обслуживания оборудования.
Пятилетний (с 1 февраля 2012 г. по 31 декабря 2016 г) независимый учёт работы оборудования на разрезе «Виноградовский» (ПАО «Кузбасская топливная компания»), включающего пять шагающих экскаваторов ЭШ-10/70, ЭШ-11/70, ЭШ-13/50 и восемь гусеничных экскаваторов ЭКГ-5а, показал следующие результаты. Из общего времени работы экскаваторов ЭШ (178537.5 час.) 75% времени (134587 час.) они отгружали горную массу, а 25% или 43950.5 часов - простаивали. Экскаваторы ЭКГ из общего времени работы (299621 час.) отгружали горную массу 126461.7 час. (42%), а 173159.3 час. (58%) простаивали.
Все простои можно разделить на производственные и непроизводственные. К производственным отнесены все простои, когда была необходимость отгружать горную массу (ремонтные, климатические, организационные и т.п.). Непроизводственные простои являются прямым следствием отсутствия необходимости в работе оборудования и не связаны с какими-либо производственными факторами (резерв, дежурство, консервация, списание и т.п.).
Для экскаваторов ЭКГ производственные простои составили 41%, а непроизводственные - 59% (101925 час.) общего времени простоев. Для экскаваторов ЭШ производственные простои составили 98% и непроизводственные - 2% (816.5 час.) общего времени простоев. Таким образом, общее время непроизводственных простоев экскаваторов на предприятии составило 102741.5 час. Полученный результат указывает на низкую загрузку оборудования, т.е. 102741,5 час. времени исследуемый парк экскаваторов был работоспособен, но не востребован, что, в свою очередь, является признаком явного переизбытка мощностей на предприятии.
На диаграммах приведено распределение времени производственных простоев парка экскаваторов ЭШ (рис. 1) и ЭКГ (рис. 2) соответственно.
Климатические простои 1%
Организационн ые простои 15%
Простой не определен 0,3%
Ремонтные простои 84%
Рис. 1. Распределение времени производственных простоев экскаваторов ЭШ
Климатические
простои 4%
Ремонтные простои 56%
Организационные простои 40%
Простой не определен
0,3%
Рис. 2. Распределение времени производственных простоев экскаваторов ЭКГ
В общем ремонтные простои исследуемого парка составляют значительные 76338.9 час. Ниже, в табл. 1, приведены категории и время ремонтных простоев (простоев, связанных с техническим состоянием оборудования).
ТАБЛИЦА 1 РАСПРЕДЕЛЕНИЕ РЕМОНТНЫХ ПРОСТОЕВ
Вид простоя ЭШ, час. ЭКГ, час.
Аварийное отключение электроэнергии 46,3 74,3
Аварийный ремонт 10 737,5 14 505,3
Годовой ремонт 7 322,4 6 758,9
Годовой ремонт (ночной простой) 6 911,5 6 624,0
Диагностика 23,0 52,8
Остановка РГТИ 17,5 5,5
Отсутствие запчастей (доставка) 1 038,4 1 791,0
Отсутствие крана 6,0 185,8
Отсутствие наладчика 7,8 71,3
Отсутствие сварщика 26,0 60,4
Планово-предупредительный ремонт 5 444,9 5 344,4
Планово-предупредительный ремонт (ночной простой) 4 133,7 4 255,0
Подготовка к работе 0 30,7
Подготовка к ремонту 69,0 5,0
Ремонт линии электропередач 248,0 354,4
Устранение предписаний 151,0 26,1
Экспертиза 8,0 3,0
Итого 36190,9 40148,0
Значительность времени ремонтных простоев, как правило, определяется применяемой системой ремонта. Так, на угольных предприятиях России в настоящий момент действует введенное в 1983 году Положение о системе эксплуатации оборудования, основанной на планово-предупредительных ремонтах (НИР). Основные пункты Положения согласуются с международным стандартом ИСО [5]. Согласно Положению планово-предупредительные ремонты, это совокупность периодических плановых и технических мероприятий по уходу, надзору, ремонту и эксплуатации.
Исходя из Положения существуют виды межремонтных технических обслуживаний: ежесменное, ежесуточное, еженедельное, ежедекадное, сезонное, и ремонтов: (капитальный (К), средний (С), текущий (Т), и месячный (Тм)). Причём ежесменное техническое обслуживание позиционируется как основное профилактическое мероприятие, направленное на значительное увеличение срока службы, и предусматривает проведение в период приема-сдачи смены и в периоды технологических простоев [6]. Так, обязательным условием является правильно организованная передача смены, когда машинист или бригадир, принимая оборудование, лично проверяет его техническое состояние и фиксирует выявленные неисправности в журнале приёма-сдачи смены, что в настоящее время, в связи с резким снижением квалификации, выполняется формально.
Межремонтное техническое обслуживание производится в соответствии с инструкциями заводов-изготовителей с учетом Положения. Так, например, сезонное техническое обслуживание должно включать в себя взятие проб масел, проверку уплотнений кузова, дверей и т.д. Все возникшие отказы и неисправности подлежат регистрации с выявлением конкретных причин, а отказы и аварии, повлекшие остановку оборудования более чем на трое суток, подлежат комиссионному расследованию с составлением акта [7], что также проводится формально.
Периодичность ремонтов должна устанавливаться исходя из ресурса деталей в единицах наработки оборудования. Например, для экскаваторов в объёме переработанной горной масс тыс. м3, при этом коэффициентами учитываются условия эксплуатации.
Распределение времени простоев парка экскаваторов ЭШ и ЭКГ разреза «Виноградовский» ПАО «Кузбасская топливная компания» приведено на диаграммах рис. 3, рис.4, рис. 5, рис. 6. Причём, на рис. 4 и рис. 5 отдельно выделены категории прочих простоев, составляющих незначительный 1 % от общего времени простоев.
Годовой ремонт (ночной простой)
19% Д
Отсутствие запчастей (доставка)
3%
Планово-предупредительный ремонт 15% Планово-предупредительный ремонт (ночной простой) 11%
Прочее 1%
Ремонт линии электропередач 1%
Рис. 3. Распределение времени ремонтных простоев экскаваторов ЭШ
предписаний 43%
Подготовка к ремонту 19%
Экспертиза 2%
Аварийное отключение электроэнергии
13%
Диагностика / 7%
Остановка РГТИ 5%
Отсутствие крана 2% Отсутствие Отсутствие наладчика сварщика 2% 7%
Рис. 4. Распределение времени прочих ремонтных простоев экскаваторов ЭШ
Годовой ремонт (ночной простой) 17%
Отсутствие запчастей (доставка) 4%
Планово-предупредительный ремонт
13%
Планово-предупредительный ремонт (ночной простой) 11%
Прочее 1%
Ремонт линии электропередач 1%
Рис. 5. Распределение времени ремонтных простоев экскаваторов ЭКГ
Отсутствие наладчика
Отсутствие сварщика 12%
Подготовка к работе
6%
Подготовка к ремонту 1%
Устранение
предписаний 5%
Экспертиза
1%
Аварийное
Остановка РГТИ 1%
Диагностика 10%
отключение электроэнергии 14%
Рис. 6. Распределение времени прочих ремонтных простоев экскаваторов ЭКГ
Наиболее значимыми являются: аварийные простои (ЭШ - 30 %, ЭКГ - 36 %) , ночные простои годовых и плановых ремонтов (ЭШ - 19 % и 11 %, ЭКГ - 17 % и 11 %), отсутствие запчастей (ЭШ - 3 %, ЭКГ - 4 %).
Исходя из того, что система ППР допускает сокращение продолжительности всех видов ремонтов за счёт применения агрегатного метода и проведения ремонтных работ многосменно, с соблюдением дефектной ведомости и ведения ремонтных работ в ночную смену, то по парку за пять лет возможно сокращение простоев на
Простои, связанные с отсутствием запчастей, следствие неправильного планирования ремонтов и срывов поставки. Проблема решается внедрением глубокой диагностики, планированием ремонтов и в большей части наведением порядка в службе снабжения.
В действующей системе ППР планирование ремонтных работ подразделяется на долгосрочное (пятилетнее), годовое и текущее (месячное). Основой планирования служат нормативы Положения и данные о техническом состоянии оборудования, накопленные в процессе его эксплуатации. При годовом планировании системой ППР предусмотрено обязательное установление сроков и объёмов работ в соответствии с дефектной ведомостью и уточнение объёмов при текущем планировании в зависимости от технического состояния оборудования. Результатом планирования является пятилетний график проведения капитальных, средних и текущих ремонтов, годовой график плановых ремонтов и месячный график [8].
На основании вышеизложенного можно утверждать, что система ППР основана не только на плановой замене составных частей оборудования, но и на постоянном контроле технического состояния: при передаче смены - с записью в журнал приема-сдачи смены, планировании средних, текущих и годовых ремонтов. Так, дефектная ведомость, являясь неотъемлемой частью ППР - один из важнейших документов, на корректном составлении которого основан баланс всей системы.
В целях сокращения аварийных простоев с 2012 года на исследуемом парке оборудования один раз в год перед годовым ремонтом проводилась комплексная диагностика, включающая диагностику вращающегося и электрического оборудования, а также металлоконструкций по технологическим картам, разработанным на основе документации завода-изготовителя. Диагностика проводилась по 323 точкам на экскаваторах ЭКГ и по 393 точкам на экскаваторах ЭШ применением визуально-измерительного контроля (ВИК), вибродиагностики (ВД), тепло-визионного контроля (ТК). Среднее время выполнения диагностических работ на оборудовании составило 12 часов, а объем отчёта - более 250 страниц.
В связи с внутренними организационными проблемами предприятия, устранение выявленных дефектов проводилось не в полном объёме, что позволило, с одной стороны, сократить простои до приемлемых значений, а с другой - провести эксперимент по отслеживанию времени и условий развития различных дефектов до аварийной остановки.
На рис. 7 приведена диаграмма (усредненные данные по всему исследуемому парку ЭКГ и ЭШ), позволяющая оценить эффективность внедрения таких обследований, при этом разброс показателей между марками ЭШ и ЭКГ не превысил 2 %. На рис. 8 дополнительно расшифрованы прочие незначительные причины простоя оборудования, составляющие около 1 % времени простоев.
21924.2 часа.
IV. Результаты экспериментов
Проведенное моделирование ситуации «если бы все выявленные недопустимые дефекты устранялись» позволило выявить следующие категории дефектов, по причине деградирования которых произошли аварийные остановки оборудования.
Рис. 7 . Распределение основных причин простоев при моделировании системы
Категория «Выявлено» - в заключениях присутствуют дефекты, своевременное устранение которых могло бы предотвратить аварийный ремонт.
Категория «Контроль не производился» - на момент аварийного ремонта ежегодное обследование еще не было проведено.
Категория «Не выявлено» - в заключениях не выявлены дефекты, своевременное устранение которых могло бы предотвратить аварийный ремонт.
Организационные
6%
Отсутствует доступ 19%
Выявляется входным контролем 23%
Рис. 8. Распределение прочих причин простоев при моделировании системы
Категория «ЛЭП» - простой по причине просадки напряжения, не мог быть выявлен при обследовании. Категория «Отсутствует доступ» - простой в узлах, к которым при обследовании не было доступа. Категория «Организационные» - простои по причинам, которые не могли быть выявлены НК, например, отогрев пневмо-системы. Категория «Замененная / до замены выявлено» - простои, связанные с повторным возникновением дефектов на деталях, которые меняли, причём не один раз за год. Поэтому ее обследование не производилось (канаты, зубья, в/в кабель (часто изнашиваемые), реже - двигатель, ковш и т.д.). До их замены в заключении были выявлены дефекты, своевременное устранение которых могло бы предотвратить аварийный ремонт. Категория «Замененная / до замены не выявлено» - аналогичная предыдущей, однако до ее замены в заключении не были выявлены дефекты, своевременное устранение которых могло бы предотвратить аварийный ремонт. Категория «Выявляется входным контролем» - дефектов на детали заранее не выявлено, но аварийный ремонт мог бы быть предотвращен входным контролем детали.
V. Обсуждение результатов Моделирование показало, что 44 % аварийных простоев могло быть предотвращено лишь диагностическим обследованием, проводимым один раз в календарный год. Ещё 3,08 % (43 % от категории «контроль не производился») при условии чёткого соблюдения периодичности проведения контроля в один год, при применённой методике диагностирования составляет почти 47 %, или 11943 час. Это составляет 1038.5 смен работы парка оборудования в исследуемом периоде, или 17.3 смен на единицу одного оборудования в год.
В табл. 2 приведено время простоя парка в исследуемом периоде.
ТАБЛИЦА2
МОДЕЛИРУЕМОЕ ВРЕМЯ ПРОСТОЯ ПАРКА ЭКСКАВАТОРОВ
Критерии выявляемости дефектов Аварийные простои, час.
Выявлено 11 071,5
Выявляется входным контролем 59,0
Замененная / до замены выявлено 1 198,4
Замененная / до замены не выявлено 2 288,6
Контроль не производился 1 850,5
ЛЭП 135,0
Не выявлено 8 575,7
Организационные 15,0
Отсутствует доступ 49,1
Итого 25 242,8
Так как 93 % выявляемых диагностическими обследованиями дефектов во времени приведут к аварийной остановке (рис. 9), то одним из важнейших результатов внедрения диагностиических обследований является сокращение аварийных простоев. Это не только позволяет повысить норму выработки за счёт высвободившегося времени и сократить заратры на ремонт, но и позволяет за счёт исключения срывов работ по причине внеплановых простоев более эффективно планировать загрузку оборрудования на производстве, что, в свою очередь, позволит значительно поднять производительность труда.
Да
93%
Нет 7%
Рис. 9 . Доля дефектов, приводящих к аварийной остановке экскаватора
Вторым по значимости можно считать тот факт, что доля дефектов, которые должны быть устранены во время вынужденных и межоперационных простоев силами бригады, без вывода оборудования из технологического цикла составляет 55 % (рис. 10).
Значительное количество дефектов, выявляемых при ежегодных диагностических обследованиях, являются накопленными за длительное время эксплуатации. Эти дефекты переходят из года в год ввиду нарушений норм проведения приема-сдачи смены, а также невыполнения ежесменного, ежесуточного, еженедельного, ежедекадного, сезонного технического обслуживания. Оно сведено в лучшем случае к уборке и смазке. А капитальные, текущие и месячные ремонты выполняются для устранения только аварийных неисправностей, явно грозящих остановкой оборудования в ближайшем времени.
Таким образом, система ППР требует долгосрочного и краткосрочного планирования. Она основана на проведении плановых ремонтов, выполняемых с учётом уточнения технического состояния оборудования в каждый момент времени на основании дефектной ведомости, составленной квалифицированным специалистом. В сложившейся ситуации становится ясно, что значительные аварийные простои, преследующие оборудование на разрезах Кузбасса в настоящее время, есть не что иное, как грубое нарушение регламентов системы ППР. Но это не отменяет необходимости её модернизации до системы ремонтов по фактическому состоянию. На практике это выливается в ещё более глубокое внедрение диагностики на основе современных методов неразруша-ющего контроля с целью долгосрочного прогнозирования остаточного ресурса, для отхода от одного из основных экономически неоднозначных аспектов ППР - содержание значительного склада запасных частей, основанного на расчетах наработки узлов.
VI. Выводы и заключение
Проведенный анализ простоев экскаваторного парка, а также внедрение ежегодной диагностики позволило сделать следующие выводы:
1. В основе недопустимого технического состояния оборудования лежит некорректная эксплуатация системы ППР в части снижения качества обслуживания и некорректности оценки фактического технического состояния.
2. Ремонтные простои оборудования достигают 84 % времени всех простоев, из которых на аварийные ремонты приходится до 36 % времени, что превышает 429 час. в год на один экскаватор.
3. Более 93 % дефектов экскаваторов в долгосрочной перспективе приведет к аварийной остановке.
4. Внедрение диагностических обследований хотя бы раз в год позволяет сократить аварийные простои на 47 %, притом, что 55 % выявляемых дефектов могут быть устранены без вывода оборудования из технологического цикла.
Список литературы
1. Власов Е. А. Квалификация рабочих кадров и закономерности её повышения // Известия Волгоградского государственного педагогического университета. 2007. № 1. С. 78-82. URL: http://cyberleninka.rU/article/n/kvalifikatsiya-rabochih-kadrov-i-zakonomernosti-ee-povysheniya (дата обращения: 10.04.2017).
2. Drygin M., Kurychkin N., Bakanov A. Strategy of Russian Coal Mining Enterprises' Excavator Park Technical State Correction // The 1st Scientific Practical Conference. "International Innovative Mining Symposium (in memory of Prof. Vladimir Pronoza)". 2017. Vol. 15. DOI: 10.1051/e3sconf/20171503011.
3. Анистратов К. Ю. Анализ рынка карьерных экскаваторов и самосвалов в РФ и странах СНГ. Горное дело: информ.-аналитич. портал. URL: http://www.gornoe-delo.ru/articles/detail.php?ID=7508 (дата обращения: 10.04.2017).
4. Drygin M., Kurychkin N., Bakanov A. Ways of increasing excavator fleet productivity in Russian coal open pits (Kuzbass case study) // The 1st Scientific Practical Conference "International Innovative Mining Symposium (in memory of Prof. Vladimir Pronoza)". 2017. Vol. 15. DOI: 10.1051/e3sconf/20171503010.
5. ГОСТ ИСО 17359-2015. Контроль состояния и диагностика машин. Общее руководство. Введ. 2015-10-20. М.: Стандартинформ, 2016. 33 с.
6. Положение о планово-предупредительном ремонте оборудования открытых горных работ на предприятиях угольной промышленности СССР. М.: Минуглепром, 1983. 46 с.
7. Митюшин В. С. Миф 2: работы по техническому обслуживанию и ремонту оборудования (ТОиР) невозможно запланировать // Компас промышленной реструктуризации. 2004. № 3. С. 36-38.
8. Система ППР. URL: http://www.sdelaemsami.ru/oborudovanie/kran107.html (дата обращения: 10.04.2017).
