CC BY
525
- © А.П. Вержанский, М.С. Островский,
В.У. Мнаиаканян, 2014
УЛК 621:677
A.П. Вержанский, М.С. Островский,
B.У. Мнаиаканян
СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ТЕХНИЧЕСКОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ И РЕМОНТА ГОРНЫХ МАШИН И ОБОРУДОВАНИЯ
Рассмотрены проблемы повышения эффективности системы технического обслуживания и ремонта (ТОР) на горнодобывающих предприятиях. Обсуждаются вопросы рациональной организации системы ТОР; проаннотированы работы кафедры «Технология машиностроения и ремонт горных машин» в этой области, приведены некоторые наиболее перспективные технологии ремонтного производства. Подчеркнута важность подготовки и переподготовки инженерно-технических кадров, способных квалифицированно, на современном уровне развития научно-технического прогресса решать вопросы эффективного и безопасного использования сложных технических систем.
Ключевые слова: техническое обслуживание, ремонт, горные машины, диагностика, поверхностное упрочнение, износостойкость, прогрессивные технологии.
Уголь остаётся на сегодняшний день самым перспективным источником энергии в мире. При этом Россия имеет все ресурсы и возможности для того, чтобы стать одним из ключевых драйверов роста в угольном секторе планеты и упрочить позиции на мировом угольном рынке. «Эта отрасль не только традиционная для нашей страны, она и перспективна, важная для экономики Российской Федерации, и она будет долгие годы сохраняться. Мы должны думать о том, как её развивать, как обеспечивать рабочие места, как сделать её более прибыльной и более конкурентоспособной», отметил Президент России В.В. Путин на заседании Комиссии по вопросам стратегии развития ТЭК и экобезопасности, прошедшем в Кузбассе 26 августа 2013 года. Сегодня Российская отрасль — это 354 млн т добычи и около 54 млрд рублей налогов и отчислений [1].
422
Эффективность деятельности любого промышленного предприятия во многом зависит от состояния парка машинного оборудования. Это состояние определяется как интенсивностью и характером обновления машинного парка, его техническим перевооружением, так и качеством технической эксплуатации машин и оборудования.
Несмотря на прилагаемые в последние десятилетия усилия, техническая эксплуатация по сравнению с другими этапами жизненного цикла изделия, представляет область, которую научно-технический прогресс коснулся в меньшей степени. Это, как правило, зона производственной деятельности, в которой наиболее часто можно встретить архаичные рабочие места с рутинным характером труда.
Часто в виду отсталости технологии и недостаточной квалификации ремонтников, существующие ремонтные предприятия в большой своей части не в состоянии обеспечить надлежащее качество ремонта и технического обслуживания все усложняющегося оборудования. Это приводит к большим экономическим потерям, повышенному риску для жизни и здоровья людей, возрастающим опасностям для окружающей среды. Для горнодобывающих отраслей промышленности вопросы технического обслуживания и ремонта в силу известных специфических причин имеют особо важное значение [2].
Опыт эксплуатации горного оборудования на предприятиях Кузбасса, Уральского и Сибирского регионов показывают, что использование весьма капиталоемкой техники подчас неэффективно. Так, коэффициент использования календарного времени карьерных экскаваторов в среднем не превышает 0,5-0,6. Ресурс узлов и агрегатов, восстановленных в условиях ремонтных баз, сокращается до 2-х раз по сравнению с ресурсом узлов, произведенных на заводе-изготовителе [3].
Простои оборудования привносят чрезмерно высокие затраты на себестоимость добычи и обогащения полезных ископаемых по статье «Содержание оборудования». Ремонтом горных машин, по данным статистики, занято до 25% от общего числа рабочих горнодобывающей отрасли, а свыше 15% текущих затрат, необходимых до добычи полезных ископаемых, приходится на текущие ремонты. Затраты на капитальный ремонт нередко составляют до 50% от стоимости нового оборудования. Простои, связанные с внеплановыми отказами оборудования и несовершенством системы техобслуживания в среднем составляют 15% от длительности рабочей смены.
423
По данным наиболее авторитетных специалистов отрасли, горнодобывающая техника в большинстве своем значительно превысила нормативную предельную наработку в моточасах, и для поддержания ее технического состояния требуются более частые ремонтно-вос-становительные воздействия с дополнительными и более высокими временными и экономическими затратами. Риски аварий при эксплуатации такой техники многократно повышаются.
В Российской Федерации на угледобывающих карьерах в 2005 году числились 1452 экскаватора (из них 1406 единиц — одноковшовые лопаты и драглайны). Большая часть экскаваторов (60%) сосредоточена в семи крупнейших угольных компаниях РФ [4].
Например, парк экскаваторов ОАО «СУЭК» имеет в составе 349 экскаваторов (233 мехлопаты и 116 драглайнов), более половины экскаваторного парка продолжает работать с истекшим сроком службы (они были изготовлены в 80-е годы прошлого века). Средний износ драглайнов составляет 80-85%, мехлопат 70-85%. Известно, что по мере износа экскаваторов, расход средств на техническое обслуживание и ремонт может возрастать в 5-6 раз.
К сожалению, на многих горнодобывающих предприятиях в области ТОР наблюдается тенденция в той или иной мере цепляться за отжившую свой век, так называемую систему ППР (планово-предупредительного ремонта). Главным принципиальным недостатком этой системы является то, что она ориентирована на нормативные сроки эксплуатации (или наработки) оборудования. Эта система в ее «классическом» виде не соответствует ни развитию научно-технического прогресса, ни экономическим требованиям настоящего времени.
Мы видим две главные причины в стремлении любыми способами сохранить систему ППР:
1) она слишком глубоко «въелась» в сознание механиков;
2) часто механические службы не готовы предложить что-либо более новое и прогрессивное.
Неэффективность системы ППР обусловлена тем, что осмотры и ремонты часто производятся без учета действительной потребности в их выполнении, а исходя из заранее составленных календарных планов. При этом, навряд ли всегда такие ремонтные воздействия позитивно влияют на техническое состояние оборудования. Можно приводить множество примеров, когда после таких воздействий ресурс машины существенно снижался.
424
В настоящее время во всем мире самыми крупными и самыми успешными компаниями (Toyota, Ford, Motorola, Bosch, Siemens, Harley-Davidson, Texas Instruments, Kodak и др.) принята и развивается японская система ТРМ (Total Productive Maintenance) — техническое обслуживание оборудования, позволяющее обеспечить его наивысшую эффективность на протяжении всего жизненного цикла, с участием всего персонала предприятия [5].
Суть системы ТРМ — за счет гармонизации четырех факторов производственный системы (технология, человек, материалы и оборудование) получить максимально возможный результат в отношении:
• производительности (Productivity — P);
• качества (Quality — Q);
• себестоимости (Cost — C);
• сроков поставок (Delivery — D);
• безопасности рабочих мест и окружающей среды (Safety — S);
• инициативы персонала (Moral — M)
при минимальном использовании человеческих, материальных и финансовых ресурсов.
Многие зарубежные специалисты в области технического обслуживания считают, что сегодня, в условиях конкурентной борьбы, ТРМ для некоторых компаний — это путь к успеху от полного краха, связанного с эксплуатационными издержками из-за отказов оборудования.
Некоторые специалисты считают, что построение системы менеджмента качества предприятия, основанной на ТРМ, может быть более эффективной по сравнению с обычной СМК на основе стандартов серии ISO 9000.
В условиях использования нашей промышленностью устаревшего и изношенного оборудования (доля оборудования, износ которого превышает установленные нормативы, в России во всех отраслях промышленности и сельского хозяйства находится в пределах 54-83%, по машиностроению — более 70%) и, с учетом низких темпов обновления оборудования, основным резервом повышения качества продукции, повышения эффективности и безопасности производства, является улучшение состояния оборудования, на что, в основном, и ориентирована система ТРМ. Приводимые в технической литературе результаты внедрения ТРМ на некоторых предприятиях заслуживают внимания и впечатляют.
425
Следует отметить, что подходы кафедры «Технология машиностроения и ремонт горных машин» (ТМР) Московского Государственного Горного Университета, развиваемые в области ТОР, во многом согласуются с системой ТРМ [6, 7].
Вопросами повышения эффективности системы технического обслуживания и ремонта оборудования горнодобывающей отрасли кафедра (ТМР) активно занимается с начала 70-х годов прошлого столетия.
В разработанной профессором, д.т.н. Григорием Ивановичем Солодом концепции качества горных машин и оборудования, большое внимание уделено развитию ремонтных технологий, разработаны принципы безэкспертной оценки качества оборудования и качества ремонта. Идеи Г.И. Солода получили дальнейшее развитие в трудах его учеников Я.М. Радкевича, Б. И. Лактионова, Ю.Ф. Набатникова и др.
Профессором Русихиным Валентином Ивановичем и его учениками и последователями (К.В. Попандопуло, В.М. Кравченко, В.С. Квагинидзе и др.) разработана теория ремонтной технологичности и методы повышения эффективности ремонта на горных предприятиях, выполнены исследования трудоемкости ремонтных операций на горных предприятиях и влияние на нее оснащенности рабочих мест.
Большой вклад в развитие системы технического обслуживания и ремонта на горнодобывающих предприятиях внес профессор, д.т.н. Морозов Владимир Игнатьевич. Им обоснован и внедрен на горнодобывающих предприятиях поэтапный метод ремонта оборудования. В его работах большое внимание уделено вопросам автоматизации ремонтного производства, а также совершенствованию организации системы технического обслуживания и ремонта горно-шахтного оборудования.
Результаты деятельности кафедры в области совершенствования системы технического обслуживания и ремонта оборудования горнодобывающих предприятий обобщены в следующих учебниках и монографиях, изданных до 2000 года:
- Солод Г.И., Радкевич Я.М. Управление качеством горных машин. — М.: МГИ, 1984.
- Солод Г.И., Морозов В.И., Русихин В.И. Технология машиностроения и ремонт горных машин. — М.: Недра, 1988.
426
- Русихин В.И. Эксплуатация и ремонт механического оборудования карьеров. — М.: Недра, 1982.
- Солод Г.И., Шахова К.И., Русихин В.И. Повышение долговечности горных машин. — М.: Машиностроение, 1979.
- Шубина Н.Б., Грязнов Б.П., Шахтин И.М. Предупреждение разрушения деталей забойного оборудования. — М.: Недра, 1985.
- Солод Г.И., Хусаинов К., Морозов В.И. Автоматизированная система управления ремонтом горного оборудования. — М.: Недра, 1979.
- Островский М.С. Повышение ресурса горных машин путем мониторинга соединений деталей и узлов: дисс. на соискание ученой степени д.т.н. — М.: МГГУ, 1997.
В настоящее время в области повышения эффективности системы технического обслуживания и ремонта горного оборудования работает весь профессорско-преподавательский состав кафедры ТМР: профессор, д.т.н. Я.М. Радкевич — разработка методов оценки качества ремонта;
профессор, д.т.н. М.С. Островский — разработка методов диагностики и мониторинга состояния горных машин; физико-технические проблемы контактных взаимодействий в узлах трения горных машин;
профессор, д.т.н. В.У. Мнацаканян — разработка прогрессивных методов восстановления и упрочнения деталей горных машин;
профессор, к.т.н. К.И. Шахова — разработка упрочняющих технологий с применением концентрированных потоков энергии;
профессор, к.т.н. Н.Б. Шубина — применение новых конструкционных материалов в горном машиностроении и их термообработка;
профессор, д.т.н. Ю.Ф. Набатников, доцент, к.т.н. Е.И. Сизова, доцент, к.т.н. О.В. Белянкина — разработка методов повышения точности соединений при сборке горных машин;
профессор, к.т.н. Б.И. Лактионов — современная организация ТОР на горных предприятиях, оценка эффективности системы ТОР;
доцент, к.т.н. Н.В. Сурина — метрологическое обеспечение ремонтного производства, применение информационных технологий в ремонтном производстве.
Безусловно, совершенствование системы ТОР горного оборудования представляет собой комплексную задачу, решение которой
427
требует глубокой проработки и исследования ряда вопросов, в числе которых приоритетными являются:
• вибродиагностика состояния горных машин и оборудования в процессе эксплуатации, своевременное выявление неисправностей в них и техническое обслуживание по фактическому состоянию;
• разработка и исследование наиболее эффективных технологий восстановления и упрочнения рабочих поверхностей деталей;
• разработка и исследование новых материалов для создания покрытий на основе порошковых композиций тугоплавких соединений, металлов и металлических сплавов, обладающих комплексом требуемых эксплуатационных свойств, а также материалов и технологий для получения наноструктурированных слоев (пленок), в том числе и за счет применения перспективных смазочных материалов с различными присадками;
• создание и внедрение в ремонтное производство эффективных полимерных композиций (компаундов) для восстановления утраченных размеров элементов и повышения работоспособности горного оборудования;
• создание механизированных комплексов, приставных станочных модулей и агрегатов для механической обработки восстановленных крупногабаритных элементов горного оборудования на местах.
Рассмотрим особенности, возможности, положительные стороны и применимость каждой из вышеприведенных позиций для ТОР горного оборудования.
Прогрессивная система ТОР, каковой и является ТРМ, должна основываться на стратегии обслуживания по фактическому состоянию оборудования. Современный уровень научно-технического развития открывает возможность без разборки оборудования оценивать и следить за изменением его технического состояния. Это позволяет осуществить превентивные и требующиеся в этот момент меры воздействия, избегая тяжелых последствий, связанных с отказами оборудования.
Тот факт, что вибросигналы несут в себе большой объем информации о техническом состоянии машины, является основой применения результатов регулярных измерений и анализа механических колебаний в качестве показателя состояния технологического оборудования и индикатора необходимости проведения технического обслуживания. Причем, поскольку неисправности выявляются на
428
ранних стадиях их развития, воздействия, требуемые для поддержания исправного технического состояния, во многих случаях оказываются весьма простыми и дешевыми. Это означает, что надлежащим образом осуществляемый и организованный процесс регулярного измерения и анализа параметров вибраций открывает возможности перехода к индивидуальному техническому обслуживанию машины на основании прогнозирования его ресурса, т.е. дает возможность реализации активного контроля технического состояния машин.
Основой такого подхода является система вибромониторинга, т.е. периодический вибрационный контроль, включающий ЭВМ с соответствующим программным обеспечением, позволяющим следить за состоянием машины, ее узлов и механизмов в процессе эксплуатации.
Структурная схема системы вибромониторинга показана на рис. 1. Главным действующим лицом этой системы является механик, хорошо знающий свое оборудование и все его «болевые точки» и который несет ответственность за его работоспособность.
В результате вибромониторинга анализируются трендовые характеристики изменения параметров вибросигнала, на основании которых и принимается решение о необходимости принятия тех или иных мер ремонтно-восстановительных воздействий (рис. 2).
Предложенный в работе [8] алгоритм трехуровневого контроля при вибромониторинге может быть применен на всех стадиях жизненного цикла машины: при ее разработке, доводки машины
Рис. 1. Схема системы вибромониторинга
429
Рис. 2. Алгоритм технологии вибромониторинга
по результатам виброконтороля опытного образца (улучшения динамических характеристик конструкции); при производстве — контроль качества изготовления (входном контроле комплектующих, например, электродвигателей, редукторов и контроль собранных изделий), и, наконец, на стадии эксплуатации (контроль качества монтажа и ремонта, контроль точности регулировки), а также в процессе осуществления технического обслуживания на основании индивидуального слежения за состоянием машин и прогнозированием их ресурса. Схема трехуровневого алгоритма вибромониторинга приведена на рис. 3.
Применение системы вибромониторинга позволяет:
• резко уменьшить вероятность аварий;
• предотвратить внезапные отказы оборудования;
• исключить необходимость демонтажа, разборки и вскрытия оборудования для проверки его технического состояния;
• повысить экономические показатели работы предприятий за счет сокращения потерь продукции и сокращения затрат на ремонт и запасные части;
430
Рис. 3. Трехуровневая система мониторинга
• своевременно принять эффективные меры по повышению ресурса лимитирующих узлов (например, замена смазки или введение присадок; применение технологий модифицирующих физико-механические свойства контактирующих поверхностей);
• перейти от календарного планового техобслуживания к обслуживанию по прогнозируемому состоянию;
431
• повысить динамическое качество машин, снизить уровень их шума и вибрации.
При этом затраты, связанные с внедрением системы вибромониторинга, относительно невелики и окупаются, как правило, в течение 6-7 месяцев.
Условием достижения указанных выше преимуществ является правильная организация системы технического обслуживания и ремонта предприятия, основанная на активном контроле и прогнозировании технического состояния оборудования. При этом очень важно иметь подготовленный персонал, обученный технологии виброконтроля состояния машин и хорошо понимающий цели и задачи своей деятельности.
Жесткие условия эксплуатации горного оборудования вызывают интенсивное изнашивание рабочих поверхностей деталей его основных узлов и механизмов. Крупные габариты, значительная металлоемкость и сложность конструкций горных машин, высокая их стоимость, в том числе и за счет применения специальных износостойких сталей, приводят к необходимости максимального использования ресурса работы каждой детали. В связи с этим вопросы разработки и совершенствования технологических процессов ремонта машин на основе применения современных эффективных технологических методов восстановления и упрочнения рабочих поверхностей деталей для горнодобывающей отрасли являются чрезвычайно актуальными, а затраты на разработку и внедрение новых технологий — оправданными как с технической точки зрения, так и с экономической.
Специфика работы горных машин, характер эксплуатационных нагрузок и величина износа поверхностей указывают на то, что в большинстве случаев для восстановления и упрочнения деталей более предпочтительным и целесообразным является применение методов газотермического напыления (ГТН) функциональных покрытий [9, 10]. Газотермическое напыление по сравнению с наплавкой и сваркой обладает рядом существенных достоинств, в числе которых: отсутствие теплового влияния на обрабатываемую поверхность в процессе напыления, что исключает деформацию восстанавливаемых и упрочняемых деталей; широкий спектр напыляемых материалов (чистые металлы, металлические сплавы, минерало- и металлокерамика, полимерные материалы); возможность формирования покрытий
432
толщиной от 0,2 до нескольких миллиметров; возможность многократного восстановления и упрочнения одной и той же детали после полной выработки покрытия.
Одной из последних разработкой в области ГТН является создание оборудования для высокоскоростного газопламенного напыления кислородно-топливного HVOF-spraying (High Velocity Oxygen Fuel), и высокоскоростное воздушно-топливное напыление HVAF-spraying (High Velocity Air Fuel), цель создания которого заключается в достижении сравнимого с детонационным напылением качества покрытия в непрерывном процессе. Данный метод основан на использовании сверхзвуковых скоростей полета напыляемых частиц (в пределах 500-900 м/с), что позволяет формировать достаточно плотные покрытия с пористостью до 0,1% и прочностью сцепления с основой не менее 80 МПа. Кроме того, из-за незначительной шероховатости напыленной поверхности механическая обработка после нанесения покрытия практически не требуется или имеет небольшой объем. Полная роботизация процесса напыления позволяет восстанавливать и упрочнять детали любой конфигурации и габаритов, что особенно актуально при восстановлении крупногабаритных деталей горного оборудования.
Создание высокоскоростного напыления сделало возможным качественное восстановление и упрочнение деталей гидравлических систем, применяемых в горном деле — роторов винтовых и центробежных насосов, штоков компрессоров, штоков цилиндров подъема мачты (рис. 4), корпусов, валов и плунжеров насосов и др. При этом прочность сцепления покрытия из твердого сплава системы WC-Co-Cr со стальной основой превышает 80 МПа. Восстановление и упрочнение деталей гидроаппаратуры методом ГТН позволяет получать более твердое покрытие (микротвердость 900-1200 HV) с высокой коррозионной стойкостью и адгезией в 2 раза выше, чем при гальваническом покрытии.
Экономический эффект от внедрения технологий на основе газотермического напыления очевиден. К примеру, упрочнение шарошки путем высокоскоростного напыления порошков на основе твердых сплавов (рис. 5, 6) позволяет повысить сопротивляемость износу стальной матрицы, предотвратить выпадение твердосплавных зубков из шарошки, что обеспечивает надежную работу бурового инструмента в течение требуемого срока службы. При стоимости
433
Рис. 4. Шток гидроцилиндра с защитным твердосплавным покрытием, выполненным высокоскоростным газопламенным напылением
Рис. 5. Процесс нанесения защитного покрытия с помощью манипулятора на матрицу шарошки путем высокоскоростного напыления
Рис. 6. Упрочненные матрицы шарошки путем высокоскоростного напыления порошков твердых сплавов
напыления менее 10% от стоимости готового изделия средняя продолжительность работы шарошек увеличивается на 20-30% [10].
Внедрение газотермического напыления при производстве и ремонте элементов горного оборудования способствует значительной экономии дорогостоящих конструкционных материалов, в частности, легированных сталей, так как все необходимые эксплуатационные
434
характеристики поверхностного слоя обеспечивает покрытие, нанесенное тонким слоем на рабочую поверхность детали.
Большой интерес для практики ТОР горных машин представляет применение нетрадиционной триботехники для безремонтного восстановления сопряжений узлов и агрегатов машин и оборудования в режиме штатной эксплуатации за счет применения прогрессивных смазочных материалов или так называемых ремонтно-восстанови-тельных составов (РВС) [11]. К настоящему времени за счет присадок, образующих мультимолекулярный ворс, а при повышенных температурах — непрочные соединения железа, минеральные и синтетические масла достигли высочайшего качества. Из современных ремонтно-восстановительных трибопрепаратов хорошо себя проявили в эксплуатации геомодификаторы из смесей минералов группы серпентина, наноалмазные суспензии, АРВК-трибопрепарат ИМАШ РАН.
Производственный опыт показывает, что РВС-обработка наиболее эффективна для, транспортных и автотракторных дизелей, агрегатов силовых передач. Имеется ряд положительных результатов ремонта стационарных гидроагрегатов. РВС-трибопрепарат вводят в масло агрегатов, частично в цилиндры ЛВС, еще реже во впускной воздушный тракт, когда ведутся работы по «ремонту» топливной аппаратуры.
Применение «безразборного ремонта» позволяет в 1,5-3 раза повысить ресурс узлов трения машин и оборудования, на 5-15% увеличить эффективная мощность ЛВС, на 3-15% уменьшить расход энергии на привод машин и оборудования, в 1,5 и более раз увеличить срок службы масел, до 40% уменьшить выбросы вредных газов бензомоторами, на 10-25% — дымность отработавших газов дизелей. Обеспечивается замена в парах трения цветных металлов на черные, затраты на ремонт, обслуживание и эксплуатацию машин уменьшаются в 1,5-2 раза, сокращаются простои, повышается производительность машин [11].
Поиск наиболее перспективных трибопрепаратов продолжается в направлении создания алмазоподобной углеродной пленки, что исследуется во многих странах в т.ч. в ИМАШ РАН и МГУ, в ТК «Неосфера» и ООО «TriboTechnology».
Одним из перспективных направлений в ремонтном восстановлении изношенных поверхностей деталей горного оборудования
435
является применение композиционных материалов на неметаллической основе. Технологии ремонта с использованием полимерных композиций не требуют дорогостоящей оснастки и оборудования, и во многих случаях являются альтернативой сварке, пайке и наплавке. Рациональное использование физико-химических свойств полимерных композиционных материалов позволяет значительно снижать трудоемкость и себестоимость ремонта и сокращать расход материалов на их проведение. Особенно эффективно использование новых ремонтных технологий при ремонте трубопроводов, насосов и другого оборудования используемого в горнодобывающих отраслях [12].
Как показывает отечественная и зарубежная практика, устранение примерно 15-20% дефектов трубопроводов в системах вентиляции, теплоснабжения и водоотведения может быть осуществлено за счет технологии применения для их ремонта металлополимерных композитных материалов, работающих по методу «холодной сварки». Их применение открывает новые возможности в технологии ремонта.
Рациональное использование физико-химических свойств ремонтных композиционных материалов позволяет снизить трудоемкость ремонта на 20-60%, себестоимость работ — на 45-60%, сократить расход металлов на 40-50%. Это обусловлено тем, что такая технология не требует сложного оборудования и высокой квалификации работающих. При этом сроки ремонта сокращаются в 5-10 раз, срок службы отремонтированных объектов увеличивается в 2-10 раз.
В табл. 1 представлены зарубежные и отечественные композиционные материалы промышленного назначения и их характеристики.
На рис. 7-10 представлены примеры применения композиционных материалов при восстановлении деталей горного оборудования.
При ремонте конусных дробилок на горно-обогатительных комбинатах замена заливки цинка на заливку полимерным компаундом позволяет достичь значительного экономического эффекта при заполнении полости между корпусом конуса дробилки и неподвижной броней. Наряду с экономией цинка, восстановление и модернизация конусных дробилок заливкой компаундом повышает стойкость броней к ударным нагрузкам, благодаря высокой стойкости композиционного полимерного материала к вибрациям.
Исследования показывают, что значительное увеличение надежности и долговечности рабочих органов спиральных классифика-
436
Таблица 1
Композиционные материалы промышленного назначения
Характеристика «MM-metall-SS» («MultiMetall», Германия) Belzona 1111 (суперметалл) «Belzona», США «Оигте1а11» (стандарт) («Оигте1аН», Швейцария) «Chester Molecular» (Польша)1 «Лео-сталь» (Россия) «Лео-керамика» (Россия) «Поликом» (Россия) Полимет-Т (Россия) РЕКОМ-Б (Россия)
Предел прочности, МПа:
при сжатии 200 110 121 120-150 200 180 20 120 135
при нормальном отрыве:
от стали 42 39 35 35-40 50 45 10 40 25
от алюминия 40 39 34 35^10 49 43 10 40
Твердость, МПа:
по методу Бринелля 170 - 85 85-115 170 165 12 98 100
по методу Роквелла - 107 - - - -
Время отверждения при 20 °С, ч:
до возможности механической 2,5-3 2 3-4 3 3-3,5 3-3,5 5-10 мин. 3-4 3-4
обработки
до полной прочности 24 24 24 24 24 24 0,5 24 24
Плотность, г/см1 2,6 2,5 2,7 1,5-2,0 2,8 2,7 1,0 2,8 2,1
Рабочая температура °С не более 200 100 120 175 200 200 150 250 200
Фасовка, кг 1 1-5 2,5-20 1-5 1 1 2 1 1
* Указаны граничные значения характеристик группы материалов. ** Материал ускоренного отверждения.
Рис. 7. Восстановленное посадочное место подшипника
Рис. 8. Восстановление защитной втулки на валу центробежного насоса: ДО и ПОСЛЕ
Рис. 9. Восстановленное посадочное место вала под рабочее колесо
Рис. 10. Гидроцилиндр с восстановленной внутренней поверхностью
торов может быть достигнуто разработкой более износостойкого футеровочного материала на основе эластомерной композиции. По результатам опытно-промышленных испытаний такая футеровка показала износостойкость на 30% выше, чем аналогичная футеровка, выполненная из эталонной резины ИРП-10214. Это позволило рекомендовать новую эластомерную композицию к использованию в серийном производстве при изготовлении и ремонте крупногабаритных резинотехнических изделий, эксплуатируемых в водно-абразивных средах в различных отраслях промышленности [13].
Полимерные материалы в основном эффективны в тех случаях, где исключается сухое трение. Поликарбомидные покрытия возможно наносить на внешнюю поверхность агрегатов без остановки производства. Технология напыляемых эластомеров позволяет защищать подвергающиеся износу поверхности различных конфигураций, создавая бесшовный однородный слой высокопрочного покрытия. Для предотвращения износа металла от истирания в горнодобывающей отрасли, подбираются поликарбомидные покрытия с конкретными свойствами: повышенная твердость, износостойкость, сочетающаяся с высокой ударостойкостью. Эти качества позволяют использовать полимочевину в качестве материала для защиты от воздействия абразивных материалов: руды, угля, гравия, песка и др. [14].
439
Для снижения себестоимости, повышения производительности, обеспечения стабильного качества и технологической надёжности единичного и мелкосерийного производства запасных частей в условиях дефицита квалифицированных специалистов и низкой надёжности универсального станочного оборудования из-за его морального и физического износа (характерная особенность ремонтных предприятий) необходимо внедрение инновационных решений связанных с повышением эффективности их работы. Одно из таких инновационных решений предложила российская компания ООО «Техстанко-21», разработавшая интерактивную компьютерную систему управления (ИКСУ) универсальными станками «ПроЭмулятор». ПроЭмулятор — это информационно-технологический комплекс, построенный на базе компьютера для визуального контроля на экране монитора и управления универсальными токарными, фрезерными, расточными, шлифовальными и другими станками. ИКСУ представляет собой совокупность аппаратно-программных средств, которыми оснащается модернизируемый универсальный станок, образуя при этом автоматизированную систему активного контроля процесса обработки деталей. Процесс автоматизированного активного контроля при обработке деталей с применением ИКСУ представляет собой получение измерительной информации и формирование на её основе корректирующих команд оператору для управления технологическим оборудованием.
При оснащении универсального станка ИКСУ, образуется совершенно новая автоматизированная (компьютеризированная) «человеко-машинная» система, состоящая из оператора (рабочего), системы управления — ИКСУ и объекта управления — станка. Характерной особенностью такой системы является то, что оператор сопряжён с технологическими устройствами. При таком взаимодействии окончательное решение по управлению станком принимает сам оператор, а средство автоматизации лишь помогает ему в обосновании правильности его решения.
Схема алгоритма управления универсальным станком с ИКСУ. представлена на рис. 11. В данной системе управляющая информация формируется не мыслительной деятельностью оператора, а путём считывания из оперативной памяти системы исходной информации (в соответствии с выбранным заданием для обработки), дальнейшей её интерпретацией процессором на основании априорной инфор-
440
Ввод исходной информаци
Наладка и подналадка станка
Внешняя информация (априорная и исходная)
Интерактивная компьютерная мстема ЩШШШ (ИКСУI
Управляющая информация
Блок внесения информации (память)
Процессор, логика и вычисления
Пользовательский интерфейс (дисплей системы)
^Блок считывания^
информации ^ обратной связи
Датчики, устройства обратной связи
Управляющее воздействие
Возмущение 1 Заготовка
Органы управления целевыми механизмами
Оператор стднкд
Целевые механизмы
ч Объект управления - станок у
Текущая информация (оперативная информация)
Информация по управлению технологическими механизмами дискретного действия
Рис. 11. Схема алгоритма управления универсальным станком с ИКСУ
мации, хранящейся на жёстком диске персонального компьютера (ПК), входящего в состав ИКСУ. Процессор ПК ИКСУ на основании поступившей в него текущей информации (с датчиков и устройств, образующих обратную связь со станком) и её сравнения с исходной информацией, принимает решения и формирует указания оператору, обслуживающему станок с ИКСУ в понятной для него форме (визуализируя исходные данные и координируя выполняемые им действия).
Применение ИКСУ для активного контроля позволяет выполнять управление точностью процесса обработки детали на универсальных станках в автоматизированном режиме, снизить требования к квалификации оператора, повысить производительность обработки деталей (за счёт исключения из процесса периодических измерений), и как следствие снизить себестоимость изготовления деталей [15].
Важная задача восстановления рабочих поверхностей крупногабаритных элементов горного оборудования может быть решена путем внедрения на горно-обогатительных комбинатах специализированных роботизированных технологических комплексов. Такие комплексы позволяют, к примеру, восстанавливать точность базовых поверхностей массивных деталей конусных дробилок путем проведения целого ряда технологических операций:
• токарной обработки наружных и внутренних цилиндрических, конических, торцевых, фасонных и сферических поверхностей перед наплавкой;
• наплавки металла на изношенные базовые поверхности вала;
• чистовой обработки по контуру наплавленных поверхностей;
• отделки шлифованием восстанавливаемых базовых поверхностей различного профиля.
При этом достигаемая точность размеров восстановленных поверхностей составляет 1Т8... 1Т7, а шероховатость Иа = 6,3.. .3,2 мкм [16, 17].
В целях механизации работ по восстановлению рабочих поверхностей подшипников скольжения (эксцентрики, подпятники конусных дробилок) на современных ГОК применяются механизированные стенды (рис. 12), которые обеспечивают вращение крупногабаритных ремонтируемых изделий при проведении процесса напыления и последующей механической обработки [17].
442
Рис. 12. Специальный стенд для напыления подшипников скольжения конусной дробилки баббитом
Совершенствование системы технического обслуживания и ремонта оборудования Стойленского ГОК на базе внедрения современных методов мониторинга и диагностики состояния оборудования, эффективных технологий ремонта, приставных обрабатывающих модулей и мобильных комплексов позволило:
• увеличить межремонтные периоды оборудования;
• сократить количество ремонтов в год дробилок ККД 1500/180 на 24,0%, дробилок КСМД на 25,0%, мельниц — на 9,0%.
При этом снижены неплановые простои основного технологического оборудования и увеличены коэффициенты технической готовности оборудования дробильно-сортировочного участка с 0,76 до 0,83, ККД с 0,85 до 0,88, оборудования технологических секций обогатительной фабрики с 0,95 до 0,952. Диаграммы неплановых простоев и коэффициентов технической готовности (КТГ) дробильного оборудования и оборудования участка обогащения представлены на рис. 13, 14.
Выгоды, получаемые предприятием от перехода к системе ТРМ, ставящей своей главной целью добиться минимума потерь времени и расходования трудовых ресурсов из-за неполадок оборудования и создать, таким образом, экономическую, гибкую и ориентирован-
443
80
70
60
50
8 40 т
30 20 10 0
♦ 76
\ 38 37
26
15
-неплановые простои оборудования ККД,час
2004 2005 2006 2007 2008 2009
б
0,885 0,88 0,875 0,87 0,865 £ 0.86 0,855 0,85 0,845 0,84 0,835
0,88
0,87____
0,86 ж0,86 0,86____
♦
""5,85
-коэффициент технической готовности оборудования ККД
2004 2005 2006 2007 2008 2009
а
Рис. 13. Диаграммы неплановых простоев и КТТГ оборудования ККД за 2004-2009 гг.
ную на прибыль производственную систему, позволяет по данным, приведенным в www.nbu.de/produkte/tpm.htm:
• сократить время простоя оборудования на 50%;
• снизить затраты на поддержание оборудования на 30%;
• сократить сроки пуско-наладочных работ на 40%;
• повысить производительность на 50%.
Там же утверждается, что затраты на развертывание ТРМ уже в первый год окупают себя. Из обшей сложности возврат инвестиций может составить до 400%.
Как сказано выше от уровня развития системы технического обслуживания и ремонта активных основных фондов — технологи-
444
56
54
52
50
8 48 г
46 44 42 40
55 И4
524
49
47 46
-неплановые простои оборудования участка обогащения час
2004 2005 2006 2007 2008 2009
б
0,955 0,95 0,945 j= 0,94 0,935 0,93 0,925
0,95 0,95 0Л952 0ф952
^0946
0,936
-коэффициент технической готовности оборудования участка обогащения
2004 2005 2006 2007 2008 2009
Рис. 14. Диаграммы неплановых простоев и КТГ оборудования участка обогащения за 2004-2009 гг.
ческого оборудования, зависят не только экономические показатели предприятий ТЭК, это в целом влияет на безопасную эксплуатацию сложных технических систем, а значит на риски техногенных аварий и катастроф. Причем, следует ожидать, что в ближайшей перспективе 10-15 лет, с каждым годом будет только обостряться.
Для совершенствования системы ТОР требуются квалифицированные кадры со специальной подготовкой. Поэтому чрезвычайно важным и актуальным для горнодобывающей отрасли в настоящий период времени является вопрос подготовки кадров, обладающих необходимыми знаниями и умениями для того чтобы обеспечить эффективную и безопасную эксплуатацию сложной горнодобывающей
445
техники. Кафедра TMP осуществляет качественную непрерывную подготовку специалистов всех уровней — бакалавров, инженеров, магистров и аспирантов. В учебные планы бакалавров и инженеров, обучающихся в рамках направления 151900 «Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств» включены и преподаются дисциплины «Технология ремонта горных машин», «Мониторинг технического состояния технологического оборудования», «Триботехника и эксплуатационная надежность горных машин». Для студентов различных специальностей направления 651600 «Технологические машины и оборудование» преподаются дисциплины «Технология машиностроения и ремонт горных машин», «Технологические основы ремонта горных машин». Для магистров, обучающихся по направлению подготовки 651600 «Технологические машины и оборудование», предусмотрен и реализуется курс «Прогрессивные методы восстановления деталей горных машин», «Современные методы эксплуатации горных машин», «Неразрушающий контроль при ремонте» и др.
Тематика диссертационных работ аспирантов кафедры ТМР тесно связана с вопросами ремонта горного оборудования. Научные исследования молодых ученых направлены на решение таких актуальных научно-практических задач, как создание современных станочных модулей для ремонтного производства, разработка и применение комбинированных методов упрочнения режущих элементов долот и шарошек бурильного оборудования, повышение ресурса работы дробильно-измельчительного оборудования ГОК на основе применения эффективных упрочняющих технологий и других ремонтных технологий.
С целью расширения спектра предоставляемых образовательных услуг, по запросам действующих горных предприятий, кафедра ТМР в рамках Института усовершенствования горных инженеров при МГГУ реализует программу дополнительного профессионального образования для инженерно-технического персонала предприятий горнодобывающей отрасли.
Преподаватели кафедры принимают также участие в работе Факультета по переподготовке и повышению квалификации специалистов МГГУ.
По окончании курсов повышения квалификации слушателям и участникам семинаров выдаются сертификаты государственного об-
446
разца и комплексы методических материалов, включающие конспекты лекций, учебные пособия, руководства по реализации полученных знаний, которые дают возможность инженерным службам горных предприятий организовать на местах современную эффективную систему ремонта горного оборудования.
Для реализации данного проекта кафедра ТМР располагает всеми необходимыми средствами и инструментарием. Это, в первую очередь, высококвалифицированный состав, авторитетная научная школа и научный потенциал, многолетний опыт, учебно-методическое обеспечение спецдисциплин, оборудованный дисплейный класс, мультимедийные аудитории, солидная материально-техническая база, связь с производством (ОАО «Суэк», ОАО «Алроса», ОАО «Апатиты», ОАО «Уралкалий», НТЦ «Технополис», ОАО «Метромаш», ООО «Диамех 2000», ООО «С-Инструменте», ООО «Техностанко», Апре-левский завод бурового оборудования, ОАО «Стойленский ГОК» и др.), пакеты современных прикладных программ для автоматизированного проектирования технологических процессов, современная контрольно-измерительная и диагностическая аппаратура, а также программа обеспечения «Прогнозируемое техническое обслуживание по состоянию — Диамант 2». Курс повышения квалификации и переподготовки специалистов на кафедре ТМР возглавляет профессор, д.т.н. М.С. Островский М.С.
Заключение
Разработки кафедры ТМР интегрированы в выполненном концептуальном проекте по ремонту и обслуживанию горной техники, включая программы подготовки, повышения квалификации и профессиональной переподготовки инженерно-технических кадров, способных на современном уровне решать вопросы эффективного и безопасного использования сложных технических систем горных машин и оборудования.
Коллектив кафедры ТМР готов внести серьёзный вклад в научные разработки и исследования, направленные на изучение эффективного функционирования машин и оборудования горнопромышленного комплекса, включая участие в научно-образовательном центре, создание которого предусмотрено Долгосрочной программой развития угольной промышленности России на период до 2030 года на базе МГГУ.
447
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Заседание комиссии по вопросам стратегии развития ТЭК и экобезопас-ности 26 августа 2013 года. www.kremlin.ru/news/19083.
2. Ржевский В.В. Открытые горные работы. Производственные процессы. — М.: Недра, 1985.
3. Щадов М.И., Ефимов В.Н. Оценка технического состояния гоно-транспортного оборудования и его техническое перевооружение как основа эффективности развития открытой угледобычи Кузбасса // Горные машины и электромеханика. — 2008. — № 7.
4. Подэрни Р.Ю. Механическое оборудование карьеров издание 8-е, переработанное и дополненное. — М.: МГГУ, 2013.
5. Total Productive Maintenance: New Implemantation Program in Fabrication and Assembly Industries / Ed. By Kunio Shirose. — Tokyo-Atlanta: IIPM, 2000.
6. Вержанский А.П. Прогрессивные технологии в производстве, техническом обслуживании и ремонте горного оборудования // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2011. —Отд. вып. 1. — С. 519-524.
7. Островский М.С., Вержанский А.П., Талтыкин B.C. Интеллектуальная система мониторинга состояния горного оборудования. Перспективы развития горно-транспортного оборудования: Материалы научно-практической конференции. — М.: ИПО «У Никитских ворот», 2013. — С. 126-137.
8. Островский М.С. Вибрация как признак качества и изменения состояния горных машин. Сб. научных трудов семинара «Современные технологии в горном машиностроении», «Неделя горняка-2012» 23-27 января 2012. — М.: МГГУ, 2012. — С. 90-99.
9. Мнацаканян В.У., Бойко П.Ф. Технология восстановления работоспособности эксцентриковых стаканов дробильных агрегатов // Технология машиностроения. — 2011. — № 2. — С. 38-39.
10. Балдаев Л.Х., Балдаев C.Ë., Маньковский С.А. Повышение эксплуатационных характеристик горного оборудования путем нанесения защитных покрытий газотермическими методами. Сб. научных трудов семинара «Современные технологии в горном машиностроении», «Неделя горняка-2012» 23-27 января 2012. — М.: МГГУ, 2012. — С. 99-107.
11. Дунаев А.В. Состояние применения нетрадиционной триботехники для безремонтного восстановления сопряжений трения узлов и агрегатов машин и оборудования. Сб. научных трудов семинара «Современные технологии в горном машиностроении», «Неделя горняка-2012» 23-27 января 2012. — М.: МГГУ, 2012. — С. 154-164.
12. Тулинов А.Б., Гончаров А.Б., Иванов В.А. Прогрессивные технологии и материалы для восстановления горного оборудования. Сб. научных трудов семинара «Современные технологии в горном машиностроении», «Неделя гор-няка-2012» 23-27 января 2012. — М.: МГГУ, 2012. — С. 131-145.
13. Сербин В.М. Разработка износостойкой эластомерной композиции для футеровки спиральных классификаторов. Сб. научных трудов семинара № 23 «Современные технологии в горном машиностроении», «Неделя горняка» 28 января — 1 февраля 2013. — М.: МГГУ, 2013. — С. 249-259.
448
14. Применение технологии напыления полимочевины [Электронный ресурс] ООО «ППУ XXI век» Электрон. дан. — Москва [2005] Режим доступа: www.ppu21.ru — загл. с экрана.
15. Масляков Н.С. Механизация и автоматизация механической обработки в ремонтном производстве. Сборник научных трудов семинара № 23 «Современные технологии в горном машиностроении», «Неделя горняка» 28 января — 1 февраля 2013. — М.: МГГУ, 2013. — С. 265-278.
16. Мнаиаканян В.У., Бойко П.Ф., Зиновьева И.И. Выявление и анализ причин потери работоспособности дробильно-измельчительного оборудования. Сб. научных трудов семинара № 23 «Современные технологии в горном машиностроении», «Неделя горняка» 28 января — 1 февраля 2013. — М.: МГГУ, 2013. — С. 217-223.
17. Бойко П.Ф. Оптимизация технического обслуживания и ремонта механического оборудования // Горный журнал. — 2011. — № 6. —С. 52-54. ЕШ
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -
Вержанский Александр Петрович — доктор технических наук, профессор, зав. кафедрой ТМР, Московский государственный горный университет, [email protected]
Островский Михаил Сергеевич — доктор технических наук, профессор кафедры ТМР, Московский государственный горный университет, [email protected]
Мнаиаканян Виктория Умедовна — доктор технических наук, профессор кафедры ТМР, Московский государственный горный университет, [email protected]
449
