CC BY
108
© А.А. Хорешок, А.В. Кудреватых, 2011
А.А. Хорешок, А.В. Кудреватых
О ДИАГНОСТИКЕ РЕДУКТОРОВ ЭКСКАВА ТОРОВ ПО ФАКТИЧЕСКОМУ СОСТОЯНИЮ НА ОСНОВЕ ИЗМЕНЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ МАСЛА (НА МАТЕРИАЛАХ ОАО «УККУЗБАССРАЗРЕЗУГОЛЬ»)
Предложена методика определения технического состояния поворотного и подъемного редукторов экскаватора по степени нагрева масла.
Ключевые слова: диагностика, редуктор, экскаватор, температура, масло.
1Г/*омплексная механизация процессов на горных предприя-
-ж\тиях предусматривает взаимодействие и одновременную работу различных средств механизации, имеющих достаточно сложную структуру. Вследствие этого недостаточная надежность отдельных машин и механизмов приводит к существенному снижению их ресурса, сокращению времени эксплуатации и, следовательно, производительности всего комплекса оборудования.
Огромные резервы снижения себестоимости добычи, повышения производительности работы экскаваторно-автомо-бильных комплексов заключаются в сокращении простоев горных машин и оборудования.
Значительная доля незапланированных простоев приходится на простои из-за отказов оборудования. В 2008 г. число внезапных отказов составило 9288 общей продолжительностью 72677 моточасов (3,2 % от календарного фонда рабочего времени или 8,8 % от фактического времени работы).
В структуре внезапных отказов наибольший удельный вес приходится на отказы механической части (рис. 2).
Для сокращения внезапных отказов механической части целесообразно детально проанализировать простои. Для этого были обработаны данные наиболее часто встречающихся отказов экскаваторов на крупных разрезах ОАО «УК Кузбассразрезуголь» (табл. 1).
На основании данных табл. 1 можно проранжировать причины отказов экскаваторов по разрезам компании (табл. 2).
Отказы механической части Отказы электрической части Отказы системы управления
Рис. 1. Структура внезапных отказов экскаваторов
Данные таблиц 1 и 2 свидетельствуют о том, что в целом наибольшее время простоев экскаваторов приходится на отказы (поломки) ковша, генераторов и редукторов. Так, например, по причине отказа работы редукторов было потеряно 2870,6 моточасов или 15,3 %.
Таким образом, очевидна актуальность разработки направлений совершенствования методики эксплуатации данных деталей и механизмов экскаваторов.
Основной причиной изменения технического состояния редукторов является износ. В целях его своевременного обнаружения и сокращения незапланированных простоев целесообразно применять техническую диагностику. Углубленная диагностика позволяет не только быстро обнаружить неисправный агрегат или узел, но и точно установить причину неисправности.
Для диагностирования технического состояния редукторов экскаваторов применяются различные способы, в том числе:
• тепловые методы (контроль температуры, тепловизионная диагностика);
• метод диагностирования по герметичности рабочих объемов;
• диагностирование по параметрам виброакустических сигналов (вибродиагностика и вибромониторинг);
• методы, оценивающие состояние редукторов по физикохимическому составу отработавших эксплуатационных материалов (эмиссионный спектральный анализ масла, экспресс-анализ отработанного масла на загрязнение);
236
Таблица 1
Причины отказов группы экскаваторов ОАО «УК Кузбассразрезуголь» 2008 г
Детали Кедровский Моховский Бачатский Краснобродский Талдинский Калтанский
мото- часы % мото- часы % моточа- сы % моточа- сы % мото- часы % мото- часы %
цепь управления 144,4 2,98 80,2 2,06 81,4 4,78 243,2 9,86 215,0 4,66 64,7 5,15
генератор 476,8 9,84 375,9 9,66 237,5 13,96 362,8 14,70 319,5 6,92 179,0 14,25
тяговый двигатель 289,4 5,97 247,4 6,36 176,3 10,36 132,0 5,35 1197,3 25,92 238,1 18,95
канаты 950,0 19,61 239,7 6,16 517,8 30,43 225,9 9,15 344,8 7,46 33,8 2,69
амортизатор 105,0 2,17 13,9 0,36 - - 6,5 0,26 55,0 1,19 - -
поворотный двигатель 291,3 6,01 289,8 7,45 120,3 7,07 177,0 7,17 426,6 9,23 91,4 7,28
подвижной двигатель 754,7 15,58 163,2 4,19 130,5 7,67 252,7 10,24 493,7 10,69 128,3 10,21
маслонасос двигателя 51,5 1,06 - - 23,5 1,38 11,0 0,46 - - 12,0 0,96
синхронизатор двигателя 18,4 0,38 269,6 6,93 10,5 0,62 53,6 2,17 6,0 0,13 14,0 1,11
напорный двигатель 146,1 3,01 92,5 2,38 69,1 4,06 42,6 1,73 157,5 3,41 82,8 6,59
сетевой двигатель 40,7 0,84 318,3 8,18 123,8 7,27 20,5 0,83 333,2 7,21 73,8 5,87
ковш 463,0 9,56 1070,5 27,52 46,5 2,73 648,6 26,28 701,1 15,18 137,4 10,94
редуктор 1114,1 22,99 729,3 18,75 164,6 9,67 291,9 11,80 369,7 8,00 201,0 16,00
итого 4845,4 100 3890,3 100 1701,8 100 2468,3 100 4619,4 100 1256,3 100
Таблица 2
Градация поломок группы экскаваторов разрезов ОАО «УККузбассразрезуголь» 2008 г._____________
Ме- сто Кедров- ский Мохов- ский Бачат- ский Красно- бродский Талдин- ский Калтан- ский
1 Редуктор Ковш Канаты Ковш Тяговый двигатель Тяговый двигатель
2 Канаты Редуктор Г енератор Г енератор Ковш Редуктор
3 Подвижной двигатель Г енератор Тяговый двигатель Редуктор Подвижной двигатель Г енератор
4 Г енератор Сетевой двигатель Редуктор Подвижной двигатель Поворотный двигатель Ковш
5 Ковш Поворотный двигатель Подвижной двигатель Цепь управле- ния Редуктор Подвижной двигатель
• ультразвуковая дефектоскопия;
• обнаружение источников вибрации (шума) и др.
Выбор метода диагностирования технического состояния агрегата обусловлен следующими условиями:
1. экономическая целесообразность;
2. наличие приборной базы;
3. методика определения технического состояния и его прогнозирования;
4. обученный персонал;
5. контролепригодность оборудования.
В настоящее время для своевременного предупреждения отказа редукторов экскаваторов на разрезах ОАО «УК Кузбассразрезуголь» применяется эмиссионный спектральный анализ масла с помощью многоканальной фотометрической системы МФС-7. Установка при помощи спектрального анализа механических примесей масла осуществляет определение концентраций металлических частиц в нем - продуктов изнашивания деталей (содержание щелочных металлов, Са и Ва - основы моюще-диспергирующих и других присадок к маслам, а также кремния, как основы абразивных, самых опасных загрязнений масла).
Таблица 3
Предельные значения содержания металлов в масле
Металл
Предельное содержание металла в масле редукторов, %
Согласно ГОСТу 23652-79[1] Согласно руководству по эксплуатации 75133902015 рэ
ТСП-15К ТАП-15В ТСП-15К, ТАП-15В
Железо 0,01 0,03 0,5
Медь 0,001 0,001 0,001
Хром 0,01 0,03 0,5
Кремний 0,01 0,03 0,5
Никель 0,01 0,03 0,5
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.
В настоящее время в поворотном и подъемном редукторах экскаваторов в основном используется трансмиссионные масла ТАП-15В (при температуре окружающего воздуха до минус 25 °С) и ТСП-15К (до минус 30 °С) (ГОСТ 23652-79), а также их зарубежные аналоги.
На разрезах ОАО УК «Кузбассразрезуголь» проведение анализа масла из редукторов экскаваторов осуществляется согласно руководству по эксплуатации - 7513-3902015 рэ.
Предельные значения содержания металлов в трансмиссионном масле приведены в табл. 3.
Предприятием применяется следующая периодичность снятия проб:
- во время регулярных проверок при каждом ТО-1;
- перед сменой масла;
- более часто, если подозревается ненормативный износ.
При значительном увеличении какого-либо элемента необходимо выполнить проверку зубчатых колес, шлицевых соединений и подшипников.
Если значительно изменилось содержание одного кремния, то следует заменить масло. Замену масла следует выполнить и в случае постепенного накопления в масле металлических частиц с концентрацией их превышающей 5 г/л (0,5%).
Наличие меди в масле обусловлено использованием подшипников с латунными сепараторами. При этом концентрация меди в масле до 0,1 г/л (0,001%) соответствует нормальному из-
нашиванию. Концентрация меди выше указанной величины свидетельствует об интенсивном изнашивании сепаратора, при этом частицы латуни просматриваются визуально в стеклянной пробирке в виде золотистого блеска. В подобных случаях необходимо выполнить замену масла и произвести осмотр подшипников и при необходимости их заменить [2].
Данный подход позволяет сократить затраты на ремонт, предупредить незапланированные простои и пр. Но, в то же время, в данном случае не применяется индивидуальный подход к горному оборудованию.
Это обусловлено тем, что в процессе работы масло претерпевает целый ряд изменений, некоторые из которых могут способствовать снижению надежности и долговечности механизма. Для предотвращения этого заводом-изготови-телем или положением по техническому обслуживанию регламентируется срок службы масла, что не гарантирует от снижения качества последнего, поскольку старение его в каждом механизме протекает индивидуально. Более того, часто ухудшение качества работающего масла происходит из-за перегрева редуктора и нарушения его технического состояния. Отсюда возникает необходимость применения контроля за температурным режимом работающего масла в процессе эксплуатации с целью его замены или предупреждения отказа редуктора. Применение температуры, как диагностического параметра позволяет проводить мониторинг фактического технического состояния редуктора.
При тепловой диагностике могут быть использованы различные средства диагностирования. Одним из наиболее прогрессивных на сегодняшний день является тепловизионная диагностика. Ее применение основано на том, что наличие практически всех видов дефектов оборудования вызывает изменение температуры дефектных элементов и, как следствие, изменение интенсивности инфракрасного излучения, которое может быть зарегистрировано тепловизионными приборами. Присутствие дефекта выявляется сравнением температуры аналогичных участков поверхности агрегатов, работающих в одинаковых условиях нагрева и охлаждения. Тепловизионная диагностика выявляет дефекты на самой ранней стадии их развития, что позволяет планировать объемы и сроки ремонта оборудования. Плановый вывод из эксплуатации дефектного оборудования (на основе современных
средств диагностики) значительно повышает надежность и безопасность эксплуатации инженерных коммуникаций, существенно сокращает потери энергоресурсов.
Несмотря на данные преимущества применение тепловизоров требует привлечение дополнительного персонала и не позволяет использовать его непрерывно на всей стадии эксплуатации объекта. Эти недостатки возможно устранить посредством встроенных систем диагностирования, замеряющих температурный режим масла. Для этого целесообразно установить беспроводной температурный датчик в редуктор.
Взаимодействие масла с трущимися поверхностями влечет за собой изменение температуры работающего масла. Изменение температуры работающего масла является одним из диагностических параметров, характеризующих состояние работающего редуктора. Эти изменения - богатейшая информация о процессах, протекающих в машине и в работающем масле, она даёт возможность по результатам анализа масла одновременно оценивать работоспособность машины без разборки и влияние работающего масла на ее надежность.
Для того чтобы машинист экскаватора мог контролировать работоспособность и состояние редукторов, по данному параметру, необходимо вывести на приборную панель указатель температуры масла в редукторах.
Для установления зависимости температуры масла и нарастанием механических примесей был установлен температурный датчик в поворотный и подъемный редуктор экскаватора ЭКГ-5А. По проведенному опыту и полученным результатам были построены графики, отражающие характер изменения содержания механических примесей и температуры работающего масла в зависимости от наработки и природно-климатических условий эксплуатации (времени года).
Наработка (Т), моточасы
1кр • г Мекр • Ме ^—Полиномиальная (О ^—Полиномиальная (Ме)
----ь ------Ьэ
Рис. 2. Летний период работы группы поворотных редукторов экскаваторов ЭКГ-5А
120 110 У 100
0 90 а 80
1 70
в 60 | 50
40 30
ОД 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8
Механические примеси (Ме), %
Рис. 3. Летний период работы группы поворотных редукторов экскаваторов ЭКГ-5А
Данные проведенных экспериментов позволили выявить зависимости температуры масла от наработки, механических примесей от наработки, температуры масла от механических примесей (рис. 3-10).
Условные обозначения: ^р - критическая температура масла; t
- температура масла; Ме - концентрация механических примесей; Мекр - критическая концентрация механических примесей; Ь -периодичность смены масла; Ьэ - экспериментальная периодичность смены масла.
ї = -108^9] VI е2 + 216.6 Ме+10.44
і
Рис. 4. Осенний период работы группы поворотных редукторов экскаваторов ЭКГ-5А
Рис. 5. Осенний период работы группы поворотных редукторов экскаваторов ЭКГ-5А
Рис. 6. Зимний период работы группы поворотных редукторов экскаваторов ЭКГ-5А
Механические примеси (Ме), %
Рис. 7. Зимний период работы группы поворотных редукторов экскаваторов ЭКГ-5А
1 [ 75*
1 £ 1 С >
1 1 1,Э . 1 1С §
t = 4Е-0Ч Т2+0 ,0118 Т+ И >,286 1 . 1 1
1 £. ■ П 7^
1 u^ / э ^ ■°'5 1 ■ 0,25 I I Л «
Ме = ЗЕ-С 8т2-: ЬЕ-06 Т+ 0, 1143 Г
» < к Н $ 1
Э 2( 30 4С )0 600 8С 30 10 00 12 00 14 00 16 00 18 00 20 00 22 00 24 00 26 р и ^ 00 £
Наработка (Т), моточасы
■1кр • I ---------Мекр • Ме -----------Полиномиальная ----------Полиномиальная (Ме)
_ _ Ь
Рис. 8. Весенний период работы группы поворотных редукторов экскаваторов ЭКГ-5А
*= - -630, "'Ме2 + 415,8Ме -10,64
ОД 0,15 0,2 0,25 0,3
Механические примеси (Ме), %
Рис. 9. Весенний период работы группы поворотных редукторов экскаваторов ЭКГ-5А
Аналогичные графики были построены для подъемны торов ЭАК.
Результаты вычислений свидетельствуют о том, что н мо от времени года работы группы поворотных и подъем дукторов экскаваторов ЭКГ-5А данные зависимости подчиняются полиномиальной функциональной зависимости (при прочих постоянных условиях).
Результаты эксперимента показали наличие зависимости между температурой нагрева масла и износом редукторов. Выявлено, что критической является температура 90°С. При повышении температуры масла увеличивается концентрация механических примесей, а, следовательно, возрастает износ агрегата.
Кроме этого, анализируя построенные графики можно сделать вывод о необходимости корректирования периодичности проведения ТО и замены масла в редукторах. В настоящее время на разрезах ОАО УК «Кузбассразрезуголь» замена масла по плану производится через 2500 моточасов (Ц), а после анализа графиков и корректировки составляет 1600 моточасов ^э) в летний период для подъемного редуктора и столько же в летний и осенний периоды для поворотного редуктора.
Нецелесообразна эксплуатация горного оборудования на пределе критической температуры масла, так как это влечет за собой отказ редуктора. Здесь необходимо остановить работу техники для предупреждения отказа редуктора до выявления причины повышения температуры.
Предлагается на практике брать пробы масла не только с заданной периодичностью, но и основываться на температуру как на диагностический параметр, позволяющий определять фактическое состояние агрегата.
Установленный датчик температуры масла позволит решить следующие задачи:
1. Своевременное уведомление машиниста экскаватора о неисправности редуктора и (или) неправильных условиях эксплуатации.
2. Возможность взятия проб масла лаборантами лаборатории ГСМ по фактическому техническому состоянию агрегата.
3. Увеличение интервалов между плановым обслуживанием и ремонтом редукторов.
4. Постоянный (непрерывный) контроль за состоянием редуктора и масла.
5. Своевременная замена трансмиссионного масла.
Благодаря использованию температуры масла как диагностического параметра для определения технического состояния поворотного и подъемного редукторов экскаватора можно решить такие задачи как:
• защита экскаваторов от аварий (предаварийная сигнализация);
• оперативный контроль состояния экскаватора по заявкам машиниста (после обнаружения отклонений в температуре масла);
• контроль состояния экскаваторов после обслуживания (ремонта);
• увеличение интервалов между плановым обслуживанием и ремонтом;
• сокращение непредвиденных простоев техники;
• экономия средств на приобретение новых деталей в результате работ планово-предупредительного характера;
• увеличение фактической межремонтной наработки;
• уменьшение затрат на текущий ремонт и др.
Решение данных задач позволит сократить незапланированные отказы подъемного и поворотного редукторов экскаваторов и повысить их надежность и долговечность.
------------------------------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. ГОСТ 23652-79. Трансмиссионные масла
2. Руководство по эксплуатации 7513-3902015 рэ ВТШ
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -------------------------------------
Хорешок А.А. — доктор технических наук, профессор, зав. каф. «Г орные машины и комплексы».
Кудреватых А.В. - кандидат технических наук, старший преподаватель каф. «Эксплуатация автомобилей», Кузбасский государственный технический университет e-mail:knv.fk@ yandex.ru
