Опыт эксплуатации и оценка технического состояния проходческого комбайна избирательного действия по параметрам механических колебаний Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

- © Б.Л. Герике, A.A. Хорешок,

С.Г. Мухортиков, 2012

Б.Л. Герике, А.А. Хорешок, С.Г. Мухортиков

ОПЫТ ЭКСПЛУАТАЦИИ И ОЦЕНКА ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ПРОХОДЧЕСКОГО КОМБАЙНА ИЗБИРАТЕЛЬНОГО ДЕЙСТВИЯ ПО ПАРАМЕТРАМ МЕХАНИЧЕСКИХ КОЛЕБАНИЙ

Предложена система технического обслуживания по фактическому техническому состоянию, оцениваемому по результатам мониторинга параметров вибрации.

Ключевые слова: комбайновый способ, методы неразрушаюшего контроля, вибродиагностика.

настоящее время все более широкое распространение получают проходческие комбайны избирательного действия, при этом область применения их постоянно расширяется за счет создания все более совершенных машин. Однако внедрение проходческих комбайнов сдерживается за счет несовершенства системы их технического обслуживания. В статье предлагается ввести систему технического обслуживания по фактическому техническому состоянию, оцениваемому по результатам мониторинга параметров вибрации.

Ключевые слова: комбайновый способ, методы неразру-шающего контроля, вибродиагностика.

В настоящее время рост добычи угля невозможен без роста темпов проведения подготовительных горных выработок. Из всех известных способов проведения горных выработок самое широкое распространение получил комбайновый способ, с применением проходческих комбайнов избирательного действия со стреловидным исполнительным органом. Область применения этого способа с каждым годом расширяется, в связи с созданием более совершенных проходческим машин.

На угольных предприятиях ОАО «СУЭК-Кузбасс» ежегодно проходится порядка 70—80 километров подготовительных горных выработок (рис. 1) с применением комбайнов избирательного действия.

На рис. 2—9 представлены данные об объемах проходки выработок на шахтах ОАО «СУЭК-Кузбасс» проходческими комбайнами избирательного действия со стреловидным исполнительным органом.

Анализ представленных данных указывает на то, что на шахтах применяются комбайны ГПКС, КП-21, П-110, СМ-130К, краткая техническая характеристика которых представлена в табл. 1.

Возможности применения этих машин многообразны. Проходка осуществляется по породам средней прочности (табл. 2), при наличии в пласте прослойков более высокой прочности, а также погрузка и транспортировка разрушенной горной массы.

1 (»0000 90000

N0000 г I

70000 60000

=11111

30000

2006 2007 2008 200'J 2010 2011

Рис. 1. Объем проходки на шахтах ОАО «СУЭК-Кузбасс» за 2006— 2011 гг.

Рис. 2.Объем проходки выработок на ш. Полысаевская

Рис. 3. Объем проходки выработок на ш. Комсомолец

2010

2011

Рис. 4. Объем проходки выработок на ш. Котинская

Важнейшим условием обеспечения высоких темпов проходки является поддержание работоспособного состояния всего парка проходческих комбайнов. Поэтому проблема повышения надежности и долговечности проходческой техники имеет большое значение. При этом значительная роль отводится вопросам повышения надежности, которая обеспечивается в основном рациональной организацией технической эксплуатации. Наиболее эффективно задача создания систем комплекс-

ного контроля, позволяющего диагностировать и прогнозировать техническое состояние машин и механизмов, управлять их надежностью и экономичностью, может быть решена на базе безразборных методов оценки их технического состояния.

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

Рис. Б.Объем проходки выработок на ш. 7 ноября

Рис. 6. Объем проходки выработок на ш. Красноярская

Рис. 7. Объем проходки выработок на ш. им.С.М. Кирова

Рис. 8. Объем проходки выработок на ш. Талдинская-западная1

экспертных обследований 36 % проходческих комбайнов, эксплуатирующихся на шахтах ОАО «СУЭК-Кузбасс», находится в недопустимом техническом состоянии, причем превалирующая доля аварийных отказов, 52 %, приходиться на механическое оборудование.

Для сокращения времени простоя и повышения эффективности использования проходческого оборудования возможно

применять систему обслуживания по фактическому состоянию, которая обладает следующими преимуществами:

• 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;

Рис. 9.0бъем проходки выработок на ш. Талдинская-западная2

Таблица 1

Техническая характеристика

Тип комбайна гпкс П-110 КП-21 СМ-130К

Установленная мощность, КВт 110 195 186,5 232

Мощность электродвигателя 55 55 110 150

исполнительного органа, кВт

Производительность, м3/мин 0,23— 0,3— 0,3— 0,35—

1,42 1,7 2,0 1,8

Максимальный предел проч- 70 100 100 80

ности разрушаемых пород,

МПа

Максимальное сечение 25 28 20

выработки, м2

Угол наклона выработки, град ±10 ±12 ±12 ±12

Габаритные размеры, мм

длина 10500 12700 12500 12800

ширина 1600 2300 2100 2510

высота 2100 1800 1850 1790

Масса комбайна, т 25 41 45 32

Таблица 2

Классификация горных пород по пределу прочности при сжатии

Класс породы Характеристика породы по прочности Предел прочности при сжатии, МПа

I Весьма прочные >150

II Прочные 90—150

III Выше средней прочности 70—90

IV Средней прочности 40—70

V Слабые 20—40

VI Очень слабые <20

26%

'■4-_ | 1 ..■ Ч". ч..■..■■..■

2 "л- I ют:. | лтои Iг-"■ ■ :■

3 ,1'ЧГ. ■ I ИЧ.--.-< 11-,-ц- 114

Рис. 10. Состояние парка проходческих комбайнов

?% з

1

оборудования

2

оборудования

3

4 I ч I I -.1 -I 4' ■■ ,._

Рис. 11. Классификация отказов проходческих комбайнов

• 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 составляет менее 5 % от общего объема работ, а время простоя оборудования — не более 3 % от времени, затраченного на техническое обслуживание: опыт пока-

зывает, что типичные расходы на ремонт при аварийных отказах оборудования в среднем в 10 раз превышают стоимость ремонта при вовремя обнаруженном отказе.

Применение этой системы невозможно без современных методов диагностирования оборудования. При этом важнейшими задачами повышения надежности технологического оборудования являются:

• исследование механизмов повреждений;

• информация о запасе прочности для прогнозирования остаточного ресурса работоспособности;

• внедрение стратегии профилактического 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 ресурса безопасной эксплуатации.

Все методы неразрушающего контроля делятся на три группы (рис. 12): дефектоскопические (тестовые), дефектомет-рические и диагностические (функциональные). Для горных машин больше подходят функциональные методы диагностирования. Так для определения фактического технического состояния проходческих комбайнов наиболее применимы методы функциональной диагностики — контроль состава вещества и анализ механических колебаний.

Для анализа взятых в процессе эксплуатации проб масла используется многоканальная фотометрическая система МФС-11. 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). Основными металлами, определяющими технического состояния узлов проходческих комбайнов, являются железо, медь, хром, никель и кремний. На основе полученной инфор-

Рис. 12. Методы диагностирования горных машин

мации о составе примесей в масле возможно своевременно прогнозировать и предотвращать отказы редукторов и определять их фактическое состояние.

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 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.

Рис. М.Ачатзжор виб- Для определения уровня вибра-рации / Ьалансировочныи

прибор АГАТ-М ции используется анализатор отече-

ственного производства «Агат М» во взрывоискробезопасном исполнении (рис. 13).

Важнейшим и одним из основных факторов, оказывающих решающее воздействие на ресурс электромеханического оборудования, является надежность работы подшипниковых узлов и зубчатых передач.

Причины выхода редукторов из строя могут быть условно классифицированы по нескольким группам: заводской брак, высокие нагрузки, погрешности монтажа или протекание естественных процессов износа. В силу того, что характер, который имеют повреждения, вызванные определенными причинами, достаточно специфичен и узнаваем, появляется возможность, на основе визуально-измерительного контроля установить причинно-следственную связь и определить причину возникновения дефекта.

Безусловно, дефекты эксплуатационного характера, дефекты монтажа и сборки, а также дефекты изготовления редукторов вносят в измеряемый сигнал механических колебаний различные по характеру составляющие. Однако верным образом разработанный комплекс диагностических признаков позволяет обнаруживать и распознавать на начальной стадии развития все виды дефектов, определять техническое состояние редуктора и обеспечивать достаточно достоверный прогноз [1, 2].

Для построения достоверной прогностической модели деградации электромеханического оборудования, необходимо выбрать информативные критерии для выполнения оценки характерных неисправностей, и, кроме того, определить границы допустимых значений выбранных критериев. Исходя из основных принципов вибрационной диагностики, в качестве информативного критерия оценки выбираем показатель амплитудного значения виброскорости на характерных частотах.

Рассмотрим построение долгосрочного прогноза на основе экспоненциальной экстраполяции диагносических результатов.

Схема контрольных точек измерения вибрации приведена на рис. 14.

На рис. 15 приведены результаты контроля виброскорости на подшипниковых узлах электродвигателя привода резания

проходческого комбайна СМ-130 в зависимости от его наработки после ремонта, и линия тренда, построенная по результатам долгосрочного прогнозирования, а также границы переходов технического состояния из удовлетворительного в допустимое (зеленый цвет) и из допустимого — в недопустимое (красный цвет).

Рис. 14. Контрольные точкн измерения вибрации на режущей части СМ-130

Ускз, мм/с Основной

Основной Основной Основной Основной Основной

Основной Основной Основной Основной Основной Основной Основной Основной Основной

Т, моточас

Рис. 15. Результаты виброобследования опорных подшипников электродвигателя привода резания проходческого комбайна СМ-130

♦

• . уб

г ♦

Как нетрудно видеть, за 7 тысяч моточасов работы техническое состояние электропривода практически исчерпано и требуется ремонт режущей части.

На рис. 16 приведены результаты диагностического обследования редуктора резания проходческого комбайна СМ-130. Как следует из приведенных результатов, техническое состояние редуктора резания к концу периода наблюдений стало недопустимым, что требует проведения ремонта. Сравнение виброактивности опор электродвигателя и редуктора показывает, что источником повышенной вибрации является редуктор резания.

Анализ спектров нагруженности опорных узлов редуктора резания показал, что наиболее вероятным дефектом является нарушение зубозацепления в волновой передаче, что вызывает повышенную вибрацию опорных подшипников (рис. 17).

Последующий визуальный осмотр и дефектация редуктора резания показали правильность поставленного диагноза (рис. 18).

Таким образом, показано, что разработанная прогностическая модель, основанная на статистических результатах вибродиагностики, позволяет с 95 % доверительной вероятностью прогнозировать момент перехода в неисправное состояние,

Кскз, мм/с

Т, моточ ас

Рис. 16. Результаты виброобследования опорных подшипников редуктора резания проходческого комбайна СМ-130

Рис. 17. Спектр сигнала вибрации редуктора резания с развитым дефектом контактирующих поверхностей зубчатых колес

л1 .М Ь I1

1» |л Г \ I

! Й!

' % »

Рис. 18. Дефекты зубчатой передачи в волновом редукторе резания комбайна СМ-130

грозящее аварийным отказом узла или агрегата и осуществлять эффективное планирование ремонтных работ, предупреждающих возникновение аварийных ситуаций.

В итоге предложенное решение позволит минимизировать издержки, связанные с внезапным выходом оборудования из строя, оптимизировать логистику и складское хозяйство. Будут созданы все условия для перехода к качественно новой системе управления техническим обслуживанием проходческих комбайнов на основе мониторинга их технического состояния.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Ширман А.Р. Практическая вибродиагностика и мониторинг состояния механического оборудования./А. Р. Ширман, А. Б. Соловьев// М.: 1996. — 276 с.

2. Герике Б.Л. Мониторинг и диагностика технического состояния машинных агрегатов. — В 2-х ч.: 4.1. Мониторинг технического состояния на основе анализа вибрационных процессов. — Кемерово: Кузбас. гос. техн. ун-т., 1999. —230 с. ВЗШ

Герике Борис Людвигович — доктор технических наук, профессор, главный научный сотрудник лаборатории угольного машиноведения, [email protected], Институт угля СО РАН,

Хорешок Алексей Алексеевич — доктор технических наук, профессор, зав. кафедрой горных машин и комплексов, Кузбасский государственный технический университет имени Т.Ф. Горбачева, зав. лабораторией комплексной механизации разработки угольных месторождений, Институт угля СО РАН, Мухортиков Сергей Григорьевич — соискатель, Кузбасский государственный технический университет имени Т.Ф. Горбачева, зам главного механика ОАО «СУЭК — Кузбасс».

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ