CC BY
34
© С.Г. Мухортиков, 2013
С.Г. Мухортиков
ДИАГНОСТИКА ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ПРОХОДЧЕСКИХ КОМБАЙНОВ ИЗБИРАТЕЛЬНОГО ДЕЙСТВИЯ
Разработана методика диагностики технического состояния проходческих комбайнов со стреловидным исполнительным органом, которая определяет порядок проведения работ и выбор контрольных точек измерения механических колебаний. Ключевые слова: комбайновый способ проходки, диагностика технического состояния, горная выработка.
На предприятиях ОАО «СУЭК-Кузбасс» для проходки горных выработок применяется комбайновый способ проходки с использованием различных типов комбайнов. Самыми распространенными из которых являются КП-21, ГПКС, П-110, СМ-130К. Не исключением является и шахта «Полыса-евская», где с применением комбайнового способа проходки ежегодно сооружают более 8 000 метров подготовительных горных выработок.
На шахте Полысаевская значительная часть горных выработок проходится с применением проходческого комбайна СМ-130К. Комбайн является универсальным высокопроизводительным силовым агрегатом высокого технического уровня, с возможностью высокой приспосабливаемости к различным горногеологическим условиям.
Возможности применения этой машины многообразны. Проходка может осуществляться по среднетвердым породам прочностью до 80 МПа (или с коэффициентом 8 по шкале Протодьяконова), при наличии в породе прослоек с более высокой прочностью, а также погрузка, транспортировка и передача добытой горной массы.
По результатам многочисленных исследований годовая производительность проходческих комбайнов к концу срока их эксплуатации снижается в 1,5 — 2 раза по сравнению с первоначальной, уменьшаются и показатели надежности. По оценкам экспертных обследований у проходческих комбайнов избира-
тельного действия превалирующая доля аварийных отказов, 52 %, приходиться на механическое оборудование.
По результатам хронометражных наблюдений в условиях шахты «Полысаевская» узлы проходческого комбайна СМ-130К были систематизированы по времени нерегламентированного простоя, связанного с устранением последствий отказов. Большая часть простоев (443 часа) приходится на устранение отказов, связанных с восстановлением работоспособности исполнительного органа.
Для сокращения времени простоя и повышения эффективности использования проходческого оборудования возможно применять систему обслуживания по фактическому состоянию. Преимущества обслуживания горного оборудования по фактическому техническому состоянию:
• наличие постоянной информации о состоянии агрегатов, охваченных мониторингом, позволяет планировать и выполнять техническое обслуживание и ремонт без остановки производства и практически исключить отказы (внеплановые остановки) оборудования;
• внедрение обслуживания по фактическому состоянию позволяет добиться увеличения эффективности производства от 2 до 10 % за счет прогнозирования и планирования объемов технического обслуживания и ремонта проблемного оборудования, снижения расходов на его техническое обслуживание;
• внеплановый объем работ, вызванный чрезвычайными ситуациями, обычно не превышает 5 % от общего объема ремонтных работ при профилактическом обслуживании, а время простоя оборудования — не более 3 % от времени, затраченного на техническое обслуживание: опыт показывает, что типичные расходы на ремонт при аварийных отказах оборудования в среднем в 10 раз превышают стоимость ремонта при вовремя обнаруженном дефекте.
Применение этой системы невозможно без современных методов диагностирования оборудования. При последовательном использовании современных методов диагностики технического состояния можно избежать серьезного повреждения машины и высоких затрат на ремонт. Кроме того, более убедительным является то, что влияние поломок машины может быть сокращено, а потери производства могут быть минимизированы.
При этом важнейшими задачами повышения надежности технологического оборудования являются:
• исследование механизмов повреждений;
• информация о запасе прочности для прогнозирования остаточного ресурса работоспособности;
• внедрение стратегии упреждающего обслуживания оборудования по фактическому техническому состоянию.
Диагностика машинных агрегатов обеспечивает необходимую информационную базу для этих задач, так как позволяет проводить:
• оценку фактического технического состояния машины;
• распознавание признаков развивающихся повреждений;
• идентификацию причин появления дефектов и поврежденных
• конструктивных элементов машинного агрегата;
• прогнозирование остаточного ресурса работоспособности.
Все методы неразрушающего контроля делятся на три
группы: дефектоскопические (тестовые); дефектометрические и диагностические (функциональные). Для горных машин больше подходят функциональные методы диагностирования, поскольку позволяют определять фактическое техническое состояние работающего оборудования.
Для определения фактического технического состояния комбайна СМ-130К были выбраны методы функциональной диагностики — контроль состава вещества и вибрационный анализ.
В настоящее время на горных предприятиях техническое состояние редукторов определяется: внешним осмотром; на слух (шумность работы) и вибрацию; по степени нагрева корпуса агрегата. Внешним осмотром, по утечкам масла, можно выявить износ или повреждение манжет, а также появление пор и трещин в корпусе. При появлении вибрации или повышенного уровня шума при работе могут быть выявлены случайные поломки или ослабление крепления деталей.
С учетом специфики конструкции и режимов эксплуатации горной техники, свойств применяемых масел и ряда других факторов для каждого типа проходческого комбайна должны быть установлены определяющие параметры и их предельно до-
пустимые значения, порядок, методы и средства их контроля при эксплуатации, а также порядок контроля предотказного состояния техники и, в случае необходимости, остановку ее дальнейшей эксплуатации и принятия соответствующих решений.
Для этого нами был проведен эксперимент на базе проходческих комбайнов СМ-130К в условиях шахты «Полысаевская». Для анализа взятых в процессе эксперимента проб масла использовалась многоканальная фотометрическая система МФС-11.
При анализе масла определяются следующие параметры: вязкость, температура вспышки, капельная проба, содержание воды, механические примеси, содержание металлов. Основными металлами, применяемыми для диагностирования технического состояния редукторов, являются железо, медь, хром, никель и кремний.
На основе полученной информации о составе примесей в масле редуктора комбайна составлен алгоритм определения работоспособности, применение которого позволяет своевременно предотвратить отказы редуктора исполнительного органа и определять его фактическое состояние. Данный алгоритм универсален и может применяться на любых угольных предприятиях Кузбасса и России.
Вибродиагностика относится к функциональным методам, позволяющим выявлять дефекты узлов и агрегатов не выводя проходческий комбайн из эксплуатации.
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. Измерение и анализ вибрации приобрели особое значение ещё и потому, что они обеспечивают большое количество качественной информации при низких капиталовложениях.
Разработана методика диагностики технического состояния проходческих комбайнов со стреловидным исполнительным органом, которая определяет порядок проведения работ и выбор контрольных точек измерения механических колебаний. Датчики для определения уровня вибрации устанавливались на
подшипники редуктора (точки 2,3,4,5) и приводном электродвигатели (точка 1). Уровень вибрации в точках 2—5 измерялся в трех взаимно перпендикулярных плоскостях, в точке 1, в силу конструктивных особенностей стрелы комбайна только в осевом направлении.
Пример построения механистической модели дефекта зубчатой передачи редуктора режущей части проходческого комбайна СМ-130К проиллюстрирован на слайде 9.
Из известных фактографических методов, базирующихся на данных об объекте прогнозирования и его прошлом развитии, для прогнозирования остаточного ресурса оборудования в основном используются две группы методов:
• статистические, основанные на статистической обработке данных об отказах и ресурсах аналогов;
• экстраполяционные, основанные на анализе тренда параметров технического состояния диагностируемого оборудования.
С помощью построения прогностической модели развития дефекта в редукторе режущей части проходческого комбайна СМ-130К, проходящего вентиляционный штрек на шахте «По-лысаевская» компании «СУЭК-Кузбасс», был определен вид дефекта на начальной стадии его развития (250—270 день его эксплуатации) — питтинг в зубчатом зацеплении второй передачи (3 и 5 контрольные точки).
Прогнозируемый отказ должен наступить на 345 день с момента начала эксплуатации (по пессимистическому прогнозу) и на 425 день (по оптимистическому прогнозу), о чем свиде-тельствовуют спектры виброскорости в 3 и 5 точках.
При последовательном использовании современных методов диагностики технического состояния можно избежать серьезного повреждения машины и высоких затрат средств и времени на ремонт, ггш
КОРОТКО ОБ АВТОРЕ -
Мухортиков Сергей Григорьевич — заместитель главного механика ОАО «СУЭК Кузбасс», [email protected]
