УДК: 622.021
КОН УСКУНАЛАРИ ТАЯНЧ УЗЕЛЛАРИ ТЕХНИК ХфЛАТИНИ МОНИТОРИНГ
КДЛИШ УСУЛИНИ ИШЛАБ ЧЩИШ
Эгамбердиев Ил;ом Пулатович,
докторант;
Мирзаев Абдураззок Умирза;ович,
раис
Узбекистон Республикаси Фанлар академияси Навоий булими
Зоиров Шерзод Шарипович,
Кончилик факультети декан муовини;
Яхшиев Шерали Намозович,
Машинасозлик технологияси кафедраси у^итувчиси
Навоий давлат кончилик институти
Аннотация. Мацолада тог-кон ускуналари подшипник таянчлари элементларининг техник уолати ва спектрал хусусиятларининг узаро алоцадорлиги вибросигналнинг юцори частотали компо-нентини таулил цилиш асосида келтирилиб, бу, уз навбатида, нуцсонлар турини аницлаш ва улар ри-вожланишини прогноз цилиш имконини беради. Кон ускуналари таянч узеллари тебранишларининг таж-риба тадцицот натижалари тацдим этилган. Утказилган тадцицотлар ишлатилаётган ускунанинг мураккаблиги, юцори нархи уамда унга хизмат курсатишнинг паст технологик даражаси уртасидаги катта фарцни курсатади. Бу фарц носозлик сабабларини аницлаш ва бартараф этиш, таъмирлаш ха-ражатлари, авария уолатларининг юзага келиши билан боглицускуналарнинг тусатдан тухташи, узоц вацт бекор туриб цолишининг асосий сабабларидан биридир. Шунингдек, мацолада вибромониторинг технологияси тацдим этилиб, унда тебраниш параметрларини мунтазам равишда улчаш, уларнинг частотасини таулил цилиш ва дастурий таъминот пакетларидан фойдаланадиган машиналарда деградация жараёнларининг математик моделлаштирилиши цулланилади. Кончилик ускуналарини вибромониторинг цилиш учун назорат ва диагностик тебраниш улчовлари кузда тутилган. Текшириш улчовлари тог-кон ускуналари, шунингдек, унинг алоуида цисмларининг техник уолатини бауолаш учун мулжалланган. Диагностик улчовлар нуцсонларни аницлаш, уларни бартараф этиш буйича тавсиялар ишлаб чициш ва ускуналарни уациций техник уолатига цараб таъмирлашга кетадиган вацтни белги-лаш учун мулжалланган.
Таянч тушунчалар: ишончлилик, чидамлилик, вибросигнал, обойма, сепаратор, спектр зичлик, частота, амплитуда, тебраниш, цаттицлик.
РАЗРАБОТКА МЕТОДА МОНИТОРИНГА ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ОПОРНЫХ УЗЛОВ ГОРНОГО ОБОРУДОВАНИЯ
Эгамбердиев Илхом Пулатович,
докторант;
Мирзаев Абдураззок Умирзакович,
председатель
Навоийское отделение Академии наук Республики Узбекистан
Зоиров Шерзод Шарипович,
заместитель декана Горного факультета;
Яхшиев Шерали Намозович,
преподаватель кафедры «Технология машиностроения»
Навоийский государственный горный институт
Аннотация. В статье приведены взаимосвязи технического состояния элементов подшипниковых опор горного оборудования и спектральных признаков на основе анализа высокочастотной составляющей вибросигнала, позволяющего определить вид дефектов и прогнозировать их развитие. Представлены результаты экспериментальных исследований вибрации опорных узлов горного оборудования. Проведенные исследования показывают большой разрыв между сложностью, высокой стоимостью эксплуатируемой техники и низким технологическим уровнем ее обслуживания. Такой разрыв - одна из главных причин внеплановых остановок оборудования, длительных простоев, связанных с обнаружением и устранением причин отказов, больших затрат на ремонтные работы, возникновения аварийных ситуаций. Приведена технология вибромониторинга, в которой используются регулярные измерения параметров вибраций, их частотный анализ и математическое моделирование деградационных процессов в машинах с использованием программных пакетов. Для вибрационного мониторинга горного оборудования предусмотрены контрольные и диагностические вибрационные измерения. Контрольные измерения предназначены для оценки технического состояния горного оборудования в целом, а также отдельных его узлов. Диагностические измерения предназначены для выявления дефектов, разработки рекомендаций по их устранению и определению сроков вывода оборудования для ремонта по фактическому техническому состоянию.
Ключевые слова: надежность, долговечность, вибросигнал, обойма, сепаратор, спектральная плотность, частота, амплитуда, колебание, жесткость.
DEVELOPMENT OF A METHOD FOR MONITORING THE TECHNICAL CONDITION OF SUPPORT UNITS OF MINING EQUIPMENT
Egamberdiev Ilkhom Pulatovich,
Doctoral student;
Mirzaev Abdurazzok Umirzakovich,
Chairman
Navoi branch of the Academy of Sciences of the Republic of Uzbekistan
Zoirov Sherzod Sharipovich,
Deputy Dean of the Faculty of Mining, Navoi State Mining Institute;
Yakhshiev Sherali Namozovich,
Lecturer, Department of Engineering Technology
Navoi State Mining Institute
Abstract. In the article is presented the relationship of the technical condition of the elements of bearing supports of mining equipment and spectralfeatures based on the analysis of the high-frequency component of the vibrosignal, allowing to determine the type of defects and predict their development. The results of experimental studies of the vibration of the support nodes of mining equipment are presented. Studies have shown a striking gap between complexity and the high cost of operating equipment and the low technological level of its service. Such a gap is one of the main reasons for unscheduled equipment shutdowns, long downtime associated with the detection and elimination of the causes of failures, and high repair costs, and emergency situations.
Vibration monitoring technology is presented, which uses regular measurements of vibration parameters, their frequency analysis and mathematical modeling of degradation processes in machines using software packages. For vibration monitoring of mining equipment, provides for control and diagnostic vibration measurements. Control measurements are designed to assess the technical condition of mining equipment as a whole, as well as its individual components. Diagnostic measurements are designed to identify defects, develop recommendations for their elimination and determine the timing of the output of equipment for repair according to the actual technical condition.
Keywords: Reliability, durability, vibration signal, holder, separator, spectral density, frequency, amplitude, oscillation, rigidity.
Введение
Горное оборудование эксплуатируется в специфических и сложных условиях. Технологический процесс горных работ осуществляется по системе тесного взаимодействия оборудования, в котором отказ или неисправность одного из них препятствует нормальной работе всей системы. Нередко отказы горного оборудования приводят к значительному экономическому ущербу не только вследствие перебоев производственного процесса, но и в результате сложностей и аварий при горных работах. Причиной этого являются нарушения нормального технологического процесса.
Контроль горного оборудования по низкочастотным вибрациям имеет ряд недостатков: невозможность обнаружения и идентификации многих видов дефектов, которые являются причиной отказов подшипников; сложность разделения составляющих вибрации; сложность обнаружения зарождающихся дефектов. Измерения параметров вибрации в широком частотном диапазоне не несут информации о процессах, происходящих в самом подшипнике.
Анализ работ, посвященных повышению долговечности горного оборудования, показывает, что в отечественной и зарубежной литературе слабо освещены вопросы изучения причин и характера отказов основных агрегатов горного оборудования. Проведенные работы в большинстве ограничивались решением отдельных частных задач, связанных в основном с повышением долговечности быстроизнашивающихся деталей [1-4]. Авторы в работах [3-5] показывают, что величина амплитуды и частота вибраций существенно зависят от режимов бурения, физико-механических свойств горных пород, типа вооружения шарошечного долота, схемы вращательно-
подающего механизма, параметров бурового става и станка.
Проведенные исследования показывают большой разрыв между сложностью и высокой стоимостью эксплуатируемой техники и низким технологическим уровнем ее обслуживания. Такой разрыв - одна из главных причин внеплановых остановок оборудования, длительных простоев, связанных с обнаружением и устранением причин отказов, больших затрат на ремонтные работы и возникновения аварийных ситуаций. Опыт наиболее технически развитых стран свидетельствует об эффективности использования компьютерных систем контроля состояния горной техники в процессе эксплуатации и прогнозирования ее ресурса.
Для оценки технического состояния горного оборудования необходимо своевременно получать информацию о начале и протекании нежелательных процессов в отдельных узлах машины, т.е. нужна система слежения за изменением параметров ее функционирования. Применение вибросигналов для получения информации о состоянии горного оборудования имеет ряд преимуществ: малая инерционность, доступность контроля без разборки машины, чувствительность к изменению структурных параметров, технологичность при контроле и др.
Предпринятые нами попытки применения наиболее распространенных методов (измерения СКЗ вибропараметров в широком диапазоне частот (от 10 до 1000 Гц), измерение пик-фактора и узкополосных спектров) не позволили с достаточной достоверностью выявить неисправности подшипниковых узлов буровых станков на ранних стадиях развития и спрогнозировать срок их безотказной работы.
Поэтому в работе применен алгоритм
обработки сигнала, учитывающий то, что вибрации, регистрируемые на корпусе подшипникового узла, представляют собой сложный колебательный процесс, который можно представить в виде:
к-\
Он состоит из наложения на квазиполи-гармонический процесс в области низких и средних частот и случайного широкополосного стационарного процесса в области высоких частот. При этом мы исходили из того, что информация о процессах, происходящих в самом подшипнике (ударные взаимодействия элементов подшипника, трение при проскальзывании тел качения), содержится в высокочастотной широкополосной случайной составляющей. Для выделения этой полезной информации и формирования диагностических признаков о зарождающихся дефектах в подшипнике поступили следующим образом. С использованием преобразования Фурье получали спектральную плотность мощности этого сигнала:
(2)
стью, эта область соответствует резонансным колебаниям наружного кольца подшипника:
4+^(01со8(сМ+<РО), (З)
где 0<т<1 - глубина модуляции. В свою очередь:
(4)
А=[
т.е. представляет амплитудно-модулиро-ванный процесс вида:
í(t)=A
1 + X тк Ск СОз(Ш* + Ф )
COSI
(«V + фД (5)
где //Л/о)- |г|(/>' 'Ш!с1ш - частотное представление сигнала. 1
Из этого сигнала фильтрацией выделялась узкополосная компонента ХД(0 (в диапазоне шириной в 1/3 октавы) с наибольшей мощно-
Где: т - парциальный коэффициент модуляции; О - угловая частота модуляции.
Поэтому следующим шагом, путем фильтрации, выделяется медленно меняющийся колебательный процесс, т.е. получаем огибающую исходного высокочастотного сигнала. Затем, снова выполнив преобразование Фурье, получим «спектр огибающей». Таким образом, оказалось возможным разделить в пространстве частотные составляющие, связанные с характерными дефектами подшипников. Об этом свидетельствует хорошая сходимость полученных экспериментально данных спектральных частот с результатами вычислений характерных «подшипниковых частот» (табл. 1).
Расчет характерных частот подшипников горного оборудования
Таблица 1
№ m, кг n, шт. d, мм D, мм B, мм Z, шт. D , тк мм Ъ Гц F , Гц тк F, Гц c ^ F , Гц в ^ F , Гц н ^
3620 13 2 100 215 73 14 31 10 24,26 8,02 27,72 112,28
3628 36,2 2 140 300 102 14 32 2 5,05 0,8 16,8 11,2
42244 39 1 220 400 65 20 40 2 8,82 1,12 21,12 26,88
46244 36 1 220 400 65 16 44 2 6,91 0,86 18,24 12,04
8260Г 44,2 1 300 420 95 22 44 2 8,06 0,88 24,64 19,36
42152 30,9 1 260 400 65 21 40 2 8,12 0,88 23,52 18,48
32314 5 70 150 35 12 20 50 120 20,46 354,5 245,5
66314 3,2 4 70 150 35 14 25,4 50 102,5 19,23 430,78 269,2
Примечание: £вр - частота вращения вала; £ - частота перекатывания тел качения по внутреннему кольцу; £н - частота перекатывания тел качения по наружному кольцу;£тк - частота вращения тел качения; £ - частота вращения сепаратора.
Набор гармоник в спектре огибающей высокочастотного сигнала и парциальных коэффициентов модуляции приняты нами в качестве признака технического состояния: частота модуляции определяет вид дефекта, а глубина модуляции - степень развития дефектов.
Количественно-техническое состояние с помощью спектра огибающей удобно оценивать с помощью обобщенного вибродиагностического параметра по формуле:
2 I'
К . =
I
У = 1
1 = 1
к.. - к..
и V
(". " 1 )1 к,,
(6)
В этом случае в матрицу (6) следует подставлять значения парциальных коэффициентов модуляции для характерных частот, связанных с определенными видами дефектов.
Приведенная методика позволяет сопоставить и ранжировать по динамическим свойствам всю совокупность обследованных машин и выявить наиболее неблагополучные места, где вероятнее всего могут произойти повреждения.
Проводя периодические вибрационные измерения и наблюдая за изменением обобщенного вибродиагностического параметра К(ь), строились трендовые характеристики, вид которых показан на рисунке 1.
Здесь в начальный период эксплуатации наблюдается медленное уменьшение величины К по мере изнашивания элементов под-
КЙ)
шипника и увеличения зазоров. В момент, соответствующий точке А, происходит резкое увеличение интенсивности изнашивания, вызываемого ударно-усталостными процессами вследствие превышения величиной зазора предельного значения. Наступление этого этапа сопровождается усталостными повреждениями элементов подшипника, что в свою очередь вызывает изменение глубины модуляции гармонических составляющих в спектре огибающей.
Принимая линейный закон для скорости
убывания величины: ,
Л
(7)
где: т - среднее значение коэффициента модуляции для характерных подшипниковых частот; а - коэффициент пропорциональности; по трендовой характеристике К(ь) прогнозировалось изменение технического состояния и определялась величина остаточного ресурса.
Трендовая характеристика К(ь) позволяет спрогнозировать изменение технического состояния и определить величину остаточного ресурса.
Используя известное из теории надежности соотношение между вероятностью безотказной работы подшипниковой опоры Р(Т) и интенсивностью отказов подшипника 1(Т), можно записать:
О.Й
0-6
0.4
0,2
в □ Хорошее состояние
Г п А
Удовлетворительное
сагтюинив
Аварийное состояние \ о н\
300 600 ЭОО 1200 1500 Тгч«
Рис. 1. Зависимость обобщенного вибрационного параметра от времени
Принимая интенсивность отказов величиной постоянной и пропорциональной энергии колебательных процессов, происходящих в подшипнике при перекатывании тел качения и проявляющихся в виде компонент с частотами, кратными kZw0 , где X - число тел качения; ®0 - частота вращения вала; к=1,2,3,... - номер гармоники, получаем:
к(т)=сО(кг соД (9)
где: о(кгсо0) - среднее значение мощности колебаний на частотах, кратных частоте вращений; с - коэффициент пропорциональности.
Тогда:
А среднее время наработки между отказами:
Таким образом, зависимости (10) и (11) устанавливают взаимосвязь показателей надежности опорных узлов с параметрами их вибрационного состояния. Они позволяют объяснить пониженный ресурс опорных узлов горного оборудования, а также спрогнозировать время работы до наступления отказа.
Выводы
Отказы подшипниковых узлов на карьере
Источники и литература
«Мурунтау» составляют до 30% от общих потерь времени при эксплуатации горного оборудования, в том числе по причине несовершенной системы технического обслуживания и ремонта. Для повышения эффективности использования горного оборудования необходим безразборный контроль технического состояния подшипниковых узлов по результатам измерений вибрационных параметров.
В спектре вибрации горного оборудования присутствуют низкие частоты, находящиеся в области 2-12 Гц, средние частоты 20-60 Гц, а также высокочастотные вибрации, вызванные процессами, происходящими в самих подшипниках. Установлены частотные диапазоны (вращатель Б=4-6 кГц, опорный узел Б=6-8 кГц, компрессор Б=8-10 кГц, насос Б=8-10 кГц), в которых наиболее эффективно контролировать дефекты, возникающие и развивающиеся в процессе эксплуатации.
Значительное уменьшение объема работ по техническому обслуживанию даст возможность персоналу технического обслуживания заниматься подготовкой и проведением измерений, а также более тщательно проводить работы по осмотру и проверке каждой машины, снятой с эксплуатации для проведения ремонта. Благодаря этому повысится надежность и безопасность машин.
В результате исследований обоснован мониторинг технического состояния опорных узлов горного оборудования, позволяющий определить и спрогнозировать величину остаточного ресурса и уровень качества опорных узлов в заданные моменты времени.
1. Барков А.В., Баркова Н.А. Вибрационная диагностика машин и оборудования. - СПб.: СПбГМТУ, 2004. -156 с.
2. Островский М.С. Триботехнические основы обеспечения качества функционирования горных машин // Часть 2. - М.: 1994. - С. 229.
3. Солод Г.И., Радкевич Я.М. Управление качеством горных машин. - М.: МГИ, 1984. - 94 с.
4. Эгамбердиев И.П. Обоснование метода оценки технического состояния буровых станков: Дисс... канд. техн. наук. - М.: МГГУ, 2008.
5. Эгамбердиев И. П., Островский М.С. Исследование вибрационных методов оценки технического состояния буровых станков //Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2007. - № 9. - С. 93-97.
Рецензент:
Зарипов Ш.У, кандидат технических наук, заместитель начальника проектного отдела,
Навоийский горно-металлургический комбинат.