CC BY
51
ГИАБ. Горный информационно-аналитический бюллетень / MIAB. Mining Informational and Analytical Bulletin, 2021;(7):96-112 ОРИГИНАЛЬНАЯ СТАТЬЯ / ORIGINAL PAPER
УДК 621.879:622.2 DOI: 10.25018/0236_1493_2021_7_0_96
ИССЛЕДОВАНИЕ ПОКАЗАТЕЛЕЙ НАДЕЖНОСТИ ОСНОВНЫХ ГРУПП ОБОРУДОВАНИЯ КАРЬЕРНЫХ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ ЭКСКАВАТОРОВ
В.В. Москвичев1, М.А. Ковалев2
1 Красноярский филиал Федерального исследовательского центра информационных и вычислительных технологий, Красноярск, Россия 2 ООО «УК «Сибантрацит», Москва, Россия, e-mail: kovalevmalk@gmail.com
Аннотация: Представлены результаты исследования эксплуатационной надежности основных групп оборудования и их компонентов карьерных гидравлических экскаваторов в условиях угольного разреза «Колыванский» АО «Сибирский Антрацит». По результатам исследования проведено рейтинговое ранжирование групп оборудования экскаваторов марки Bucyrus, Liebherr по надежности. Установлено, что самую высокую наработку на отказ среди анализируемого парка экскаваторов имеет группа оборудования «система смазки», а самую низкую наработку на отказ — группа «электрическое оборудование». При проведении факторного анализа причин выхода из строя основных групп оборудования экскаваторов выявлены замечания к текущему порядку ведения учета простоев на анализируемом предприятии. Данные замечания не позволяют однозначно интерпретировать надежность отдельных компонентов основных систем экскаваторов. Установлены закономерности распределения наработки между отказами по основным группам оборудования. Сделан вывод, что наработки между отказами экскаватора подтверждают близость к теоретическому экспоненциальному, а поток отказов экскаватора — к простейшим законам распределения. В рамках анализа группы «механическое оборудование» не выявлено каких-либо закономерностей в части наступления отказов металлоконструкций по периоду эксплуатации «зима-лето». Установлено, что в большинстве случаев отказы наступают по причине нарушения машинистом экскаватора руководства по эксплуатации. Сделан вывод о текущем уровне надежности по основным группам оборудования экскаваторов и определены компоненты оборудования, требующие повышения эксплуатационной надежности.
Ключевые слова: гидравлические экскаваторы, Bucyrus RH120E, Liebherr ER9250, Liebherr R984C, надежность экскаваторов, наработка на отказ, среднее время восстановления, рейтинг надежности.
Для цитирования: Москвичев В. В., Ковалев М. А. Исследование показателей надежности основных групп оборудования карьерных гидравлических экскаваторов // Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2021. - № 7. - С. 96-112. DOI: 10.25018/0236_ 1493 2021 7 0 96.
Analysis of reliability indicators of basic implements of hydraulic excavators
V.V. Moskvichev1, M.A. Kovalev2
1 Krasnoyarsk Branch of Federal Research Center for Information and Computational Technologies, Krasnoyarsk, Russia 2 MC Sibanthracite, LLC, Moscow, Russia, e-mail: kovalevmalk@gmail.com
© В.В. Москвичев, М.А. Ковалев. 2021.
Abstract: The studies into functional reliability of basic implements and assemblies of hydraulic excavators in Kolyvan open pit coal mine of Siberian Anthracite Company are presented. Based on the studies, ranking of the equipment groups of Bucyrus and Liebherr excavators by the reliability criterion is performed. Among the fleet of excavators under analysis, the longest and shortest times between failures belong to the equipment groups in lubrication system and electrics, respectively. The factor analysis of causes of breakdowns in basic equipment groups of excavators produced some remarks on the current operating procedure of delay description accepted in the test open pit mine. The revealed shortages make it impossible to provide unambiguous interpretation of reliability of some components within the basic systems of excavators. The time intervals between failures per basic equipment groups are analyzed. The results allow drawing a conclusion that the times between failures agree with the theoretical exponential distribution, and the flow of failures agrees with the simplest statistical laws. The analysis of the mechanical outfit group reveals no any regular patterns in failures of metal structures per the winter-summer period of operation. It is found that the cause of the most failures is violation of operation instructions by excavator operators. The conclusion on the current level of reliability per basic equipment groups of excavators is made, and the components which require improvement of functional reliability are identified.
Key words: hydraulic excavators, Bucyrus RH120E, Liebherr ER9250, Liebherr R984C, reliability of excavators, time between failure, average restoration time, reliability rating. For citation: Moskvichev V. V., Kovalev M. A. Analysis of reliability indicators of basic implements of hydraulic excavators. MIAB. Mining Inf. Anal. Bull. 2021;(7):96-112. [In Russ]. DOI: 10.25018/0236_1493_2021_7_0_96.
Введение
На надежность работы карьерных экскаваторов оказывают влияние как эксплуатационные факторы и их совокупности (геология месторождения, температура окружающей среды, нагруженность, технология разработки), так и организационные факторы (качество проведения буровзрывных работ, подготовки забоя, уровень квалификации машиниста).
Указанные факторы изменяют техническое состояние систем и компонентов систем гидравлических экскаваторов (гидравлической, механической, электрической и пр.), что является основной причиной простоя экскаваторов и приводит к неэффективному использованию оборудования [1 — 3].
Анализ показателей надежности позволяет разработать мероприятия по уп-
равлению надежностью экскаваторов, а также достигнуть запланированной технологической нагрузки при снижении расходов по содержанию парка экскаваторов.
С целью повышения эффективности использования экскаваторного парка на разрезе «Колыванский» АО «Сибирский Антрацит» (Искитимский район, Новосибирская область) проанализирована работа карьерных гидравлических экскаваторов (КГЭ) зарубежного производства Bucyrus RH120E, Liebherr ER9250, Liebherr R984С и Liebherr R9100В (см. табл. 1) за период 2017 — 2019 гг. и исследованы показатели эксплуатационной надежности: среднее время между отказами — MTBF, ч, среднее время восстановления системы после отказа — MTTR, ч, коэффициент готовности — Кг;
Таблица 1
Основные технические показатели КГЭ на разрезе «Колыванский» Basic performance capabilities of hydraulic excavators at Kolyvan open pit mine
Параметры Bucyrus RH120E Liebherr ER9250 Liebherr 984С/9100
Исходный объем ковша при 1,8 т/м3 15 15 7/7
Средняя наработка на 01.01.20г., м/ч 47 448 47 302 27 456
Год ввода в эксплуатацию 2011 2011 2013-2019
Эксплуатационная масса, тн 287 253,5 119,8/109,6
Давление на грунт, кПа 215 207,9 175,3/139
Количество эксплуатируемых экскаваторов, ед. 2 3 3
вероятность безотказной работы — Р(Г) в соответствии с [4, 5].
Структура простоев основных
групп оборудования парка КГЭ
В статистику отказов основных групп оборудования разреза «Колыванский» включены следующие простои: гидравлическое оборудование, механическое оборудование, электрическое оборудование, система смазки, а также простои по причинам, оказывающим влияние на восстановление и время нахождения экскаватора в работе. К ним относится ожидание ремонта — «ожидание ремонта в сервисе», «отсутствие ремонтной бригады», «отсутствие запасных частей» и внешние причины — «отключение внеш-
него электроснабжения», «климатические условия», «остановка контролирующими органами».
Как видно из табл. 2 и рис. 1, основными отказами экскаваторов являются отказы гидравлической и электрической систем, которые составляют 54% от их общего количества.
Высокий уровень простоев в ожидании ремонта КГЭ обусловлен:
• непроведением ремонтов в ночную смену;
• ожиданием прибытия сервисных организаций, обслуживающих экскаваторы в дневную смену;
• отсутствием запасных частей.
Исследованием показателей надежности основных систем гидравлических
Таблица 2
Структура простоев КГЭ в разрезе основных групп оборудования за 2017—2019 гг. Downtimes of hydraulic excavators per basic equipment groups in 2017-2019
№ пп Категория отказа по группе оборудования Структура простоев по моделям КГЭ в %
Liebherr 984С Liebherr 9100 Bucyrus RH120E Liebherr ER9250
1 Гидравлическое (ГО) 29,8 32,2 19,1 18,9
2 Механическое (МО) 6,8 5,1 12,1 13,3
3 Электрическое (ЭО) 27,7 18,6 43,3 39,1
4 Двигатель внутреннего сгорания (ДВС) 6,0 18,6 - -
5 Система смазки (СС) 9,4 18,6 8,8 4,5
6 Ожидание ремонта (ОР) 16,7 3,4 14 21,5
7 Внешние причины (ВП) 3,7 3,4 2,7 2,7
а)
1000 900 800 700 600 500 400 300 200 100
Bucyriis RH120E
ГО МО ЭО СС ОР ВП
■Кол-во отказов 387 246 880 178 284 55
■Наработка на отказ (MTBF), мч 94,10 148.03 41,38 204,58 128,22 662,09
■Ср. время на восстановление (MTTR). ч 333 4,20 1,14 3,34 13,03 1.89
Кг 2017г.-2019г. 97% 97% 97% 98% 91% 100%
б)
Libherr ER9250
и IX) МО ЭО СС ОР ВП
■Кол-во отказов 520 366 1 079 125 592 75
■Наработка на отказ (MTBF), мч 93,16 132,36 44,90 387,56 81,83 645,93
■Ср. время на восстановление (MTTR), ч 3,23 6.49 1.25 2,29 12,86 1,76
Кг 2017 - 2019г 97% 95% 97% 99% 86% 100%
В)
Liebherr 984С/9100
700 600 500 400 300 200 100
0 ГО
■Кол-во отказов 522
■Наработка на отказ (MTBF), мч 77,03 ■Ср. время на восстановление (MTTR), ч
Кг 2017-2019т 96%
3,49
Рис. 1. Гистограмма распределения отказов экскаваторов Bucyrus RH120E, Liebherr ER9250, Liebherr 984С/9100 по основным группам и показателям их оценки: MTBF, MTTR Fig. 1. Bar chart of failures of excavators Bucyrus RH120E, Liebherr ER9250, Liebherr 984С/9100 per basic equipment groups and their performance indicators: MTBF, MTTR
экскаваторов и повышением их производительности занимались как российские, так и иностранные авторы. Результаты комплексной оценки факторов, определяющих наработку экскаваторов ЭКГ производства «ИЗ-КАРТЭКС», приведены в работе [6], результаты испытаний гидравлических экскаваторов ЭГ-12А и ЭГ-20 [7], вопросы создания мощных карьерных гидравлических экскаваторов рассмотрены в работе [8], результаты анализа структуры и надежности современного парка карьерных экскаваторов представлены в работе [9], результаты анализа степени влияния факторов на вероятность появления категории отказа гидравлической системы одноковшового карьерного гидравлического экскаватора приведены в [10], вопросы обеспечения надежности работы карьерных гидравлических экскаваторов при их эксплуатации на открытых разработках России рассмотрены в [11].
В работах зарубежных авторов рассматривались вопросы анализа отказов гидравлических экскаваторов [12], исследования спектров нагрузки гидравлических экскаваторов [13], применения методов автоматизации для диагностики неисправностей гидравлической системы экскаватора [14], повышения производительности гидравлического экскаватора за счет встроенного мониторинга загрязнения гидравлическим маслом [15].
Обобщая результаты проведенных исследований следует отметить, что обеспечение безотказной работы КГЭ может достигаться в том числе за счет повышения уровня показателей надежности работы всех компонентов его основных систем.
Исследование надежности
гидравлической системы
и ее компонентов
По категории «гидравлическое оборудование» у экскаваторов отмечено сум-
марное количество отказов 1429 общей продолжительностью 4819,1 ч, средняя наработка на отказ MTBF составила 89,3 м/ч, а среднее время восстановления MTTR - 3,4 ч (рис. 2).
Наименьшее количество отказов и времени на восстановление зафиксировано по экскаваторам марки Bucyrus RH120E, наибольшее по экскаваторам марки Liebherr R984C/9100. По экскаваторам марки Liebherr R984C гидравлическая система имеет самый низкий коэффициент надежности и невысокую вероятность безотказной работы. Наработка на отказ гидравлического оборудования восьми экскаваторов составила 89,3 м/ч, что выше наработки на отказ по группе «электрическое оборудование», но ниже, чем по группе «механическое оборудование» и группе «система смазки». В целом по группе экскаваторов доля простоев для восстановления работоспособности гидравлики составляет 28%.
Структура простоев по группе «гидравлическое оборудование» разреза «Колыванский» не позволяет однозначно интерпретировать надежность компонентов гидравлических систем экскаваторов (рис. 3).
Например, по результатам факторного анализа основных причин выхода из строя гидроэлементов системы установлено, что наибольшее количество простоев за период 2017 — 2019 гг. зафиксировано по следующим группам: «долив масла», «замена рукавов высокого давления (РВД)», «ремонт гидросистемы». Выделение в структуре простоев группы «долив масла» неинформативно, так как данная операция может осуществляться при ремонте любого из элементов гидросистемы, и рассмотрение этой группы простоев отдельно от других групп не позволяет правильно интерпретировать надежность звеньев гидросистемы. Аналогичные выводы можно сделать в отношении группы
Рис. 2. Гистограмма распределения отказов экскаваторов Bucyrus RH120E, Liebherr ER9250, Liebherr 984С/9100 по группе ГО и показателям их оценки: MTBF, MTTR
Fig. 2. Bar chart of failures of excavators Bucyrus RH120E, Liebherr ER9250, Liebherr 984С/9100 per mining equipment group and their performance indicators: MTBF, MTTR
простоев «ремонт гидросистемы», име- ся такие поломки, как устранение течей ющей наиболее высокий вес в структу- в гидросистеме, замена пыльников и ре простоев гидросистем экскаваторов уплотнительного кольца РВД, втулок, (53%). К данной группе могут относить- шевронных уплотнений и прочее [11].
Рис. 3. Гистограмма распределения отказов экскаваторов Bucyrus RH120E, Liebherr ER9250, Liebherr 984С/9100 по группе ГО
Fig. 3. Bar chart of failures of excavators Bucyrus RH120E, Liebherr ER9250, Liebherr 984С/9100 per mining equipment group
Более достоверную информацию о надежности компонентов гидросистем экскаваторов можно получить по группам простоя: «замена РВД», «замена насосов ТНВД», «ремонт/замена гидроцилиндров», «ремонт/замена гидромоторов». Из данных групп наибольшее количество простоев зафиксировано по группе «замена РВД» (373 простоя), что обусловлено расположением РВД в «нагруженных» зонах», которые подвержены наиболее динамичным нагрузкам по параметрам температуры и давления —
Таблица 3
зоны рабочего оборудования, насоса, блока регуляторных и перепускных клапанов.
Уровень наработки РВД экскаватора Висуг^ КН120Е № 21 между отказами при объеме экскавации 8675 тыс. м3 распределялся в диапазоне между 3239 м3 и 109 555 м3, поэтому временной интервал оценки отказов по правилу Стар-джесса составил 17 561,6 м3. Массив отказов по компоненту РВД распределен на 7 интервалов по 17 561,6 м3, приведенных в табл. 3.
Массив отказов по РВД экскаватора Bucyrus RH120E № 21 Array of high pressure hose failures, excavator Bucyrus RH120E (No. 21)
№ пп Интервал отказов, м3 Число отказов в интервале ni/n
1 0-17 561,63 11 0,33
2 17 561,64-35 123,27 12 0,36
3 35 123,28-52 684,91 5 0,15
4 52 684,92-70 264,54 1 0,03
5 70 246,55-87 808,18 1 0,03
6 87 808,19-105 369,82 2 0,06
7 105 369,83-122 931,46 1 0,03
Итого 33 1,00
Рис. 4. Гистограмма распределения частости наработки РВД между отказами экскаватора Bucy-rus RH120E № 21
Fig. 4. Bar chart of failure frequency of high-pressure hose between failures of excavator Bucyrus RH120E (No. 21)
Математическое ожидание и дисперсия наработки на отказ по РВД экскаватора Висуок RH120E № 21 составили 20 754,7 м3 и 190 739 128, 7 м3. Среднеквадратичное отклонение и коэффициент вариации составили 13 810,8 м3 и 0,67 соответственно. Исходя из полученных данных можно сделать вывод о том, что наработки между отказами РВД экскаватора подтверждают близость к теоретическому экспоненциальному, а потока отказов экскаватора — к простейшему закону распределения (рис. 4). Вероятность безотказной работы гидравлического оборудования и самого экскаватора № 21 в целом описывается выражениями, соответственно: Р(£) = е"10/555Д и Р(0 = е_10/18,96.
Вероятность безотказной работы РВД, например за 10 м/ч (расчетное время рабочей смены) составляет 0,98, что существенно выше, чем в целом по экскаватору 0,59.
Исследование надежности механической системы и ее компонентов
По группе «механическое оборудование» (рис. 5) у экскаваторов отмече-
но суммарное количество отказов 1072 общей продолжительностью 5452,8 ч, средняя наработка на отказ MTBF составила 119 м/ч, а среднее время восстановления MTTR — 5,1 ч.
Наименьшее количество отказов зафиксировано по экскаваторам марки Bucyrus RH120E, наибольшее — по экскаваторам марки Liebherr R984C. По экскаваторам марки Liebherr R984C механическая система имеет самый низкий коэффициент надежности и вероятность безотказной работы. Наработка на отказ по группе «механическое оборудование» восьми экскаваторов в среднем оказалась высокой и составила 119 м/ч, что выше наработки на отказ по группе «гидравлическое оборудование» и «электрическое оборудование». В целом по группе экскаваторов доля простоев для восстановления работоспособности по группе «механическое оборудование» составляет 21,1%.
Распределение уровня надежности среди основных компонентов группы «механическое оборудование» приведено на рис. 6. Наименее надежными узлами группы «механическое оборудование» являются:
Рис. 5. Гистограмма распределения отказов экскаваторов Bucyrus RH120E, Liebherr ER9250, Liebherr 984С/9100 по группе МО и показателям их оценки: MTBF, MTTR
Fig. 5. Bar chart of failures of excavators Bucyrus RH120E, Liebherr ER9250, Liebherr 984С/9100 per mechanical equipment group and their performance indicators: MTBF, MTTR
• «рабочий орган»: 166 простоев (или 59%) обусловлены повреждением металлоконструкций ковша (образование трещин на сварных швах, нарушение режимов эксплуатации, недопустимые перегрузки и т.д.). Наибольшее количество повреждений металлоконструкций ковша зафиксировано по экскаватору
Liebherr ER9250 № 19 — 46 отказов, наработка на отказ — 344,8 м/ч, среднее время на восстановление — 13,2 ч;
• «ходовое оборудование»: 79 простоев (или 72%) обусловлены заменой траков, ремонтом редуктора поворотного механизма. Отказы системы хода происходят в основном по причине пере-
грузки или при переезде через крупные и острые скальные куски, что приводит к разрушению опорных элементов системы. Наибольшее количество отказов ходового оборудования зафиксировано по экскаватору Liebherr R984C № 26 - 46 отказов, наработка на отказ — 435,4 м/ч, среднее время на восстановление -5,6 ч.
Следует обратить внимание, что подгруппа простоев «неопределенные» имеет наибольший удельный вес — 47,1% (505 простоев). К данной подгруппе могут относиться любые поломки из выделенных выше подгрупп, что не позволяет однозначно интерпретировать эксплуатационную надежность звеньев ходового оборудования.
Отдельно стоит отметить группу отказов по причине поломок металлоконструкций экскаваторов (рама, гусеничная рама, стрела, рукоять). По дан-
500 450 400 350 300 250 200 150 100 50
246
74
1ш
7 7 7 3 4 5
ной группе зафиксировано 65 отказов общей продолжительностью 527,4 ч. Средняя наработка на отказ MTBF по металлоконструкциям составила 1924 м/ч, а среднее время восстановления МТТЯ — 8,1 ч. Наименьшая наработка на отказ и среднее время восстановления зафиксировано по экскаваторам Liebherr Я984С № 28 — 593,7 м/ч (34 отказа) и № 26 — 1251,9 м/ч (16 отказов). В рамках анализа данной подгруппы не выявлено каких-либо закономерностей в части наступления отказов по металлоконструкциям, например, в зависимости от периода эксплуатации «зима — лето». В большинстве случаев отказы наступают по причине нарушения машинистом экскаватора руководства по эксплуатации. Например, в апреле 2019 г. машинист экскаватора Liebherr Я984С № 26 при подъеме экскаватора на съезд использовал рабочее оборудование для
460
365
132
15 8 43 43
5 6
76
66 50 60 60
1 2 3 4 5 6
и Bucyrus RH 120Е Libherr ER 9250 Libherr 984
■ Рабочий орган 74 132 76
■ Ходовая часть 28 15 66
■ Металлоконструкции 7 8 50
■ Другое 7 43 60
■ Неопределенные 7 43 60
■ Итого 246 365 460
К группе простоев «Другое» отнесены отказы следующих компонентов по группе «механическое оборудование»: пневмосистема, привода поворота, привода подъема, система охлаждения, топливная система.
Рис. 6. Гистограмма распределения отказов экскаваторов Bucyrus RH120E, Liebherr ER9250, Liebherr 984С/9100 по группе МО
Fig. 6. Bar chart of failures of excavators Bucyrus RH120E, Liebherr ER9250, Liebherr 984С/9100 per mechanical equipment group
помощи в движении усилием гидравлической мощности ковша, рукояти и стрелы, что привело к разрушению корпуса рукояти по периметру в районе сопряжения со стрелой. Разрушение носило квазихрупкий кратковременный характер.
Исследование надежности системы электрического оборудования и ее компонентов
По категории «электрическое оборудование» (рис. 7) у экскаваторов отмечено суммарное количество отказов 2087 общей продолжительностью 2718,6 ч,
Рис. 7. Гистограмма распределения отказов экскаваторов Bucyrus RH120E, Liebherr ER9250, Liebherr 984С/9100 по группе ЭО и показателям их оценки: MTBF, MTTR
Fig. 7. Bar chart of failures of excavators Bucyrus RH120E, Liebherr ER9250, Liebherr 984С/9100 per electric equipment group and their performance indicators: MTBF, MTTR
средняя наработка на отказ MTBF составила 61,2 м/ч, а среднее время восстановления MTTR — 1,3 ч.
Наименьшее количество отказов зафиксировано по экскаваторам марки Liebherr R984C — 128 отказов, наработка на отказ — 333,6 м/ч, среднее время на восстановление — 2,9 ч, наибольшее по экскаваторам марки Bucyrus RH120E
с наработкой на отказ — 41,4 м/ч и средним временем восстановления — 1,1 ч. По экскаваторам марки Висуг^ КН120Е электрическая система имеет самый низкий коэффициент надежности и вероятность безотказной работы. Наработка на отказ электрооборудования восьми экскаваторов в среднем оказалась самой низкой и составила
700
595,3
б)
Ч 45,00 40,00
99%
500 477,9
400
300 286,4
200 178 180
125
100
0 1 2 1 2 1 2
Bucyrus RH 120Е Libherr ER 9250 Libherr 984
■ Кол-во отказов 178 125 180
■ Время простоев на восстановление, ч 595,3 286,4 477,9
99%
35,00 0,95 у. >7 0,96
30,00
25,00
20,00
15,00
10,00 1 2 1 2 1 2
5,00 20,46 3,34 38,76 2,29 23,73 2,66
0,00 ■Ш ■■
Bucyrus RH120E Libherr ER 9250 Libherr 984
■Наработка на отказ (МТВР), * 10 мч 20,46 38,76 23,73
■Ср. время на восстановление (МТ1К), ч 3,34 2,29 2,66
—Кг 2017-2019г 98% 99% 99%
— Вероятность безотказной работы компоненты за рабочую смену (10 мч) 0,95 0,97 0,96
100%
95%
90%
85%
80%
75%
Рис. 8. Гистограмма распределения отказов экскаваторов Bucyrus RH120E, Liebherr ER9250, Liebherr 984С/9100 по группе СС и показателям их оценки: MTBF, MTTR
Fig. 8. Bar chart of failures of excavators Bucyrus RH120E, Liebherr ER9250, Liebherr 984С/9100 per lubrication system group and their performance indicators: MTBF, MTTR
61,1 м/ч. В целом по группе экскаваторов доля простоев для восстановления работоспособности электрооборудования максимальная и составляет 41,2%. Перечень работ по восстановлению работоспособности электрооборудования сводился к диагностике и наладке электросистемы, заменам различных элементов низковольтной и средневольтной аппаратуры, например, датчиков, реле, проводов, электродвигателей и другого оборудования.
Следует обратить внимание, что в категории «электрическое оборудование» имеются простои, которые отнесены к подгруппе «неопределенные», и их доля в структуре простоев группы составляет 11% или 229 простоев. «Неопределенные» простои не позволяют правильно интерпретировать надежность компонентов системы электрического оборудования, так как в эту группу могут быть включены простои по замене различных компонентов электросистемы.
Исследование надежности
системы смазки и ее компонентов
По категории «система смазки» (рис. 8) у экскаваторов отмечено суммарное количество отказов 483 общей продолжительностью 1359,6 ч, средняя наработка на отказ MTBF составила 264,1 м/ч, а среднее время восстановления MTTR - 2,8 ч.
Наименьшее количество отказов зафиксировано по экскаваторам марки Liebherr ER9250 — 125 отказов, наработка на отказ — 387,6 м/ч, среднее время на восстановление — 2,3 ч, наибольшее у экскаваторов марки Bucyrus RH120E с наработкой на отказ 204,6 м/ч и средним временем восстановления 3,3 ч. По экскаваторам марки Bucyrus RH120E система смазки имеет самый низкий коэффициент надежности и вероятность безотказной работы. Наработка на отказ системы смазки восьми экскаваторов в
среднем оказалась самой высокой по отношению к гидравлической, механической и электрической системам и составила 264,1 м/ч.
Заключение
1. В условиях эксплуатации гидравлических экскаваторов на разрезе «Ко-лыванский» проведен анализ надежности основных групп оборудования КГЭ и их компонентов и составлен рейтинг надежности (рис. 9).
1.1. Первое место в рейтинге по аварийности и отказам занимает группа «система смазки». Наработка на отказ системы смазки восьми экскаваторов в среднем оказалась самой высокой по отношению к гидравлической, механической и электрической системам и составила 264,1 м/ч. Перечень работ по восстановлению системы смазки на обследованных экскаваторах, в основном, сводился к очистке фильтров от механической стружки, устранению утечек и прочим работам.
1.2. Второе место в рейтинге надежности занимает группа «механическое оборудование». Наработка на отказ механического оборудования восьми экскаваторов в среднем составила 119 м/ч. Больше всего отказов по группе зафиксировано по подгруппе «рабочий орган» — 283 простоя, что обусловлено повреждением металлоконструкций ковша по причине работы с абразивными материалами. Меньше всего отказов зафиксировано по подгруппе «металлоконструкции» — 65 простоев. В рамках анализа данной подгруппы не выявлено каких-либо закономерностей в части наступления отказов по металлоконструкциям, например, только в зимнее время и при низких температурах воздуха. В большинстве случаев отказы наступают по причине нарушения машинистом экскаватора руководства по эксплуатации.
Рис. 9. Гистограмма распределения отказов экскаваторов Bucyrus RH120E, Liebherr ER9250, Liebherr 984С/9100 и показатели их оценки: MTBF, MTTR
Fig. 9. Bar chart of failures of excavators Bucyrus RH120E, Liebherr ER9250, Liebherr 984С/9100 and their performance indicators: MTBF, MTTR
1.3. Третье место в рейтинге занимает группа «гидравлическое оборудование». Наработка на отказ гидравлического оборудования восьми экскаваторов составила 89,3 м/ч. Структура простоев по группе «гидравлическое оборудование», которая ведется на разрезе «Колыванский», не позволяет однозначно интерпретировать надежность отдельных компонентов гидравлических
систем экскаваторов, так как имеет категории простоев с достаточно высоким удельным весом в структуре простоев группы, которые объединяют отказы по нескольким компонентам гидравлической системы, например, «долив масла», «ремонт гидросистемы».
1.4. Четвертое место в рейтинге занимает группа «электрическое оборудование». Наработка на отказ электро-
оборудования восьми экскаваторов в среднем оказалась самой низкой и составила 61,1 м/ч. Перечень работ по восстановлению электрооборудования на обследованных экскаваторах, в основном, сводился к проведению диагностических работ на корректность работоспособности электросистемы, заменам различных элементов низковольтной и средневольтной аппаратуры. Простои по причине наладки электрооборудования и отсутствия электроэнергии по внутренним причинам составляют порядка 85% в структуре простоев группы.
2. Показатели эксплуатационной надежности гидравлических экскаваторов разреза «Колыванский» АО «Сибирский Антрацит» имеют сравнительно невысокий уровень, так коэффициенты готовности не превышают среднеотраслевой уровень — 85%, а вероятность безотказной работы колеблется в диапазоне от 57 — 65%.
Таким образом, по результатам исследования показателей надежности основных групп оборудования карьерных гидравлических экскаваторов выявлены компоненты оборудования, требующие повышения эксплуатационной надежности, которой можно добиться за счет реализации следующих мероприятий:
• внедрения прозрачной системы учета отказов компонентов экскаватора с фиксацией времени наработки (маш. час.) между отказами;
• разработки нормативно-технической базы обслуживания экскаваторов, включающей информацию о сроке службы систем и компонентов систем и нормы трудовых затрат на замену и их обслуживание;
• внедрения политики проведения ремонтов, обеспечивающей своевременную замену расходных и изнашивающихся элементов, для достижения заданных сроков эксплуатации экскаваторов и определения срока службы до списания;
• проведения расчета совокупной стоимости владения экскаватором, позволяющей оптимизировать расходы на эксплуатацию в течение устанавливаемого срока его работы до списания, учитывающей средневзвешенную стоимость капитала, снижение надежности оборудования в результате его износа и старения;
• организации и проведения нераз-рушающего контроля технического состояния для повышения эксплуатационной надежности;
• повышения уровня производственной культуры.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Шибанов Д. А., Шишлянников Д. И., Иванова П. В., Иванов С. Л. Комплексная оценка факторов, определяющих наработку экскаваторов ЭКГ новой продуктовой линейки производства «ИЗ-КАРТЭКС» // Горное оборудование и электромеханика. — 2015. — № 9 (118). — С. 3 — 9.
2. Асонов С. А., Габов В. В., Иванов С. Л., Трифанов М. Г., Чекмасов Н. В., Шишлянников Д. И. Информационно-диагностические средства объективного контроля как инструмент повышения эффективности эксплуатации добычных горных машин // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Геология. Нефтегазовое и горное дело. — 2015. — № 14. — С. 62 — 71.
3. Иванов С. Л., Звонарев И. Е., Шишлянников Д. И., Бурак А. Я., Николаев В. М. Оценка остаточного ресурса крупномодульных зубчатых колес карьерных экскаваторов // Горное оборудование и электромеханика. — 2013. — № 11. — С. 28 — 33.
4. ГОСТ 27.002-2015 Надежность в технике (ССНТ). Термины и определения. Введ. 2017.03.01. — М.: Стандартинформ, 2016. , 22 р.
5. Торелл В., Авелер В. Среднее время между отказами: описание, стандарты. Информационная статья № 72. - American Power Conversion, 2004.
6. Абрамов С. В., Перлов А. С. и др. Аналитический метод расчета кинематических и силовых параметров механизмов рабочего оборудования гидравлических экскаваторов / Строительные и дорожные машины. № 1. - М.: ЦНИИТЭстроймаш, 1971. - С. 3-8.
7. Ворончихин Ю. Г. и др. Испытания гидравлических экскаваторов ЭГ-12А и ЭГ-20 / Исследование вопросов надежности и повышения производительности мощных экскаваторов. - Свердловск: НИИТЯЖМАШ, 1986. - С. 67-80.
8. Скобелев Л. С., Штейнцайг В. М., Штейнцайг P. M. Создание мощных карьерных гидравлических экскаваторов / Одноковшовые экскаваторы с гидроприводом и область их применения. Реферативный сборник № 2-82-10. - М.: ЦНИИТЭИтяжмаш, 1982. - С. 3-7.
9. Иванова П. В., Асонов С. А., Иванов С. Л., Кувшинкин С. Ю. Анализ структуры и надежности современного парка карьерных экскаваторов // Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2017. - № 7. - С. 51-57. DOI: 10.25018/0236-1493-2017-7-0-51-57.
10. Мажибрада И. Экспертный анализ степени влияния факторов на вероятность появления категории отказа гидравлической системы одноковшового карьерного гидравлического экскаватора // Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2017. -№ 9. - С. 220-224. DOI: 10.25018/0236-1493-2017-9-0-220-224.
11. Булес П. Обеспечение надежности работы карьерных гидравлических экскаваторов при их эксплуатации на открытых разработках России: дис. канд. техн. наук. - М.: НИТУ «МИСиС», 2016. - 164 с.
12. Bian Yong-jun, Lu Xin, Guo Li-hui, Wang Shi-shuang, Liu Zhi-gang Failure analysis on hydraulic excavator pedrail made of 40Mn2 steel // Jinshu Rechuli/Heat Treatment of Metals. 2008. Vol. 33. No 10. Pp. 119-120.
13. Hong Zhang, Guodi Feng, Haijun Zhang, Xiaofeng Wang, Yingzhi Zhang Study on test and preparation of load spectrum of hydraulic excavator / Proceedings of Seventh International Conference on Electronics and Information Engineering. 2017. Vol. 10322. DOI: 10.1117/12.2266910.
14. He X., He Q. Application of PCA method and FCM clustering to the fault diagnosis of excavator's hydraulic system / 2007 IEEE International Conference on Automation and Logistics. 2007. Pp. 1635-1639. DOI: 10.1109/ICAL.2007.4338834.
15. Ng F., Harding J. A., Glass J. Improving hydraulic excavator performance through in line hydraulic oil contamination monitoring // Mechanical Systems and Signal Processing. 2017. Vol. 83. Pр. 176-193. EES
REFERENCES
1. Shibanov D. A., Shishlyannikov D. I., Ivanova P. V., Ivanov S. L. Integrated assessment of factors which govern time between failures of excavators within new production range of IZ-KARTEX. Mining Equipment and Electromechanics. 2015, no 9 (118), pp. 3-9. [In Russ].
2. Asonov S. A., Gabov V. V., Ivanov S. L., Trifanov M. G., Chekmasov N. V., Shishlyannikov D. I. Information and diagnostics aids of objective control as a tool of operating efficiency enhancement of mining machines. Vestnik Permskogo natsionalnogo issledovatel'skogopolitekh-nicheskogo universiteta. Geologiya. Neftegazovoe igornoe delo. 2015, no 14, pp. 62-71. [In Russ].
3. Ivanov S. L., Zvonarev I. E., Shishlyannikov D. I., Burak A. Ya., Nikolaev V. M. Estimate of residual life of coarse pitch gears of excavators for open pit mining. Mining Equipment and Electromechanics. 2013, no 11, pp. 28-33. [In Russ].
4. Nadezhnost' v tekhnike (SSNT). Terminy i opredeleniya. GOST27.002-2015 [Equipment reliability. Terms and definitions. State Standart GOST 27.002-2015], Moscow, Standartinform, 2016, 22 p. [In Russ].
5. Thorell V., Aveler V. Average time between failures: Description, standards. Information article No. 72. American Power Conversion, 2004.
6. Abramov S. V., Perlov A. S. Analytical calculation of kinematics and power characteristics of implement mechanisms of hydraulic excavators. Stroitelnye i dorozhnye mashiny [Construction and Road-Making Machines], no 1, Moscow, TSNIITEstroymash, 1971, pp. 3—8.
7. Voronchikhin Yu. G. Testing of hydraulic excavators EG-12A and EG-20. Issledovanie vo-prosov nadezhnosti i povysheniya proizvoditel'nosti moshchnykh ekskavatorov [Analysis of Reliability and Increase in Efficiency of Large Excavators], Sverdlovsk, NIITYAZHMASH, 1986, pp. 67—80.
8. Skobelev L. S., Shteyntsayg V. M., Shteyntsayg P. M. Development of large hydraulic excavators for open pit mining. Odnokovshovye ekskavatory s gidroprivodom i oblast' ikh prime-neniya. Referativnyy sbornik № 2-82-10 [Single-Bucket Fluid Drive Excavators and Their Application Fields. Collected Abstracts No. 2-82-10], Moscow, TSNIITEItyazhmash, 1982, pp. 3 — 7.
9. Ivanova P. V., Asonov S. A., Ivanov S. L., Kuvshinkin S. Yu. Analysis of structure and reliability of modern fleet of mine shovels. MIAB. Mining Inf. Anal. Bull. 2017, no 7, pp. 51 — 57. [In Russ]. DOI: 10.25018/0236-1493-2017-7-0-51-57.
10. Mazhibrada I. Expert analysis of the degree of influence exerted by factors on failure probability of hydraulics of single-bucket hydraulic open pit shovel. MIAB. Mining Inf. Anal. Bull. 2017, no 9, pp. 220 — 224. [In Russ]. DOI: 10.25018/0236-1493-2017-9-0-220-224.
11. Bules P. Obespechenie nadezhnosti raboty kar'ernykh gidravlicheskikh ekskavatorov pri ikh ekspluatatsii na otkrytykh razrabotkakh Rossii [Performance reliability of hydraulic excavators in open pit mining in Russia], Candidate's thesis, Moscow, NITU «MISiS», 2016, 164 p.
12. Bian Yong-jun, Lu Xin, Guo Li-hui, Wang Shi-shuang, Liu Zhi-gang Failure analysis on hydraulic excavator pedrail made of 40Mn2 steel. Jinshu Rechuli/Heat Treatment of Metals. 2008. Vol. 33. No 10. Pp. 119 — 120.
13. Hong Zhang, Guodi Feng, Haijun Zhang, Xiaofeng Wang, Yingzhi Zhang Study on test and preparation of load spectrum of hydraulic excavator. Proceedings of Seventh International Conference on Electronics and Information Engineering. 2017. Vol. 10322. DOI: 10.1117/12.2266910.
14. He X., He Q. Application of PCA method and FCM clustering to the fault diagnosis of excavator's hydraulic system. 2007 IEEE International Conference on Automation and Logistics. 2007. Pp. 1635 — 1639. DOI: 10.1109/ICAL.2007.4338834.
15. Ng F., Harding J. A., Glass J. Improving hydraulic excavator performance through in line hydraulic oil contamination monitoring. Mechanical Systems and Signal Processing. 2017. Vol. 83. Pр. 176-193.
ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРАХ
Москвичев Владимир Викторович — д-р техн. наук, профессор, Красноярский филиал Федерального исследовательского центра информационных и вычислительных технологий, Ковалев Максим Александрович — заместитель руководителя Службы внутреннего аудита, ООО «УК «Сибантрацит», e-mail: kovalevmalk@gmail.com. Для контактов: Ковалев М.А. e-mail: kovalevmalk@gmail.com.
INFORMATION ABOUT THE AUTHORS
V.V. Moskvichev, Dr. Sci. (Eng.), Professor, Krasnoyarsk Branch
of Federal Research Center for Information and Computational Technologies,
660049, Krasnoyarsk, Russia,
M.A. Kovalev, Deputy Head of the Internal Audit Service,
MC Sibanthracite, LLC, 121108, Moscow, Russia, e-mail: kovalevmalk@gmail.com. Corresponding author: M.A. Kovalev, e-mail: kovalevmalk@gmail.com.
Получена редакцией 09.07.2020; получена после рецензии 20.08.2020; принята к печати 10.06.2021. Received by the editors 09.07.2020; received after the review 20.08.2020; accepted for printing 10.06.2021.
