CC BY
81
Механизация, автоматизация и роботизация
© Д.А. Шибанов, П.В. Иванова, С.Л. Иванов, 2015
УДК 622.271.022
Д.А. Шибанов, П.В. Иванова, С.Л. Иванов
ТАРИФИКАЦИЯ ВЛИЯЮЩИХ ФАКТОРОВ НА РАБОТУ СОВРЕМЕННЫХ КАРЬЕРНЫХ ЭКСКАВАТОРОВ ПО СЕБЕСТОИМОСТИ ЭКСКАВАЦИИ ГОРНОЙ МАССЫ
Приведено теоретическое обоснование комплекса факторов, влияющих на величину наработки карьерных одноковшовых экскаваторов, определена классификация этих факторов, предложен алгоритм получения рейтинговой оценки этих факторов на величину наработки карьерных экскаваторов. Предложены комплексные показатели сохранения эффективности эксплуатации экскаваторов: коэффициент использования потенциала и коэффициент эффективности функционирования. Установлены значения себестоимости экскавации горной массы экскаваторов ЭКГ-18Р/20К при единичном влиянии факторов эксплуатации.
Проведена тарификация выявленных влияющих факторов на эффективность эксплуатации экскаваторов ЭКГ-18Р/20К по критерию себестоимости экскавации горной массы.
Ключевые слова: карьерный экскаватор; ресурс; наработка; коэффициент использования потенциала; коэффициент эффективности функционирования; надежность; влияющие факторы.
Интенсификация открытого способа разработки твердых полезных ископаемых в значительной степени определяется применением современных комплексов оборудования большой единичной мощности, в которых головным является экскаватор. Однако несоответствие условий эксплуатации единым нормам выработки (ЕНВ) обусловливает существенное отклонение наработки экскаваторов от ее номинальной величины, способствует интенсификации деградационных процессов, ведущих к ускоренному снижению их остаточного ресурса, что способствует росту количества отказов, повышению слож-
24
ности и трудоемкости ремонтных работ и росту себестоимости экскавации горной массы. При этом собственно эксплуатация экскаватора не лишена недостатков, как с точки зрения организации работ, так и функционирования самого экскаватора. Так для оценки надежности карьерных экскаваторов и эффективности их работы часто используют нестандартизованные показатели, например, коэффициент технической готовности Ктг и коэффициент использования оборудования Кио, которые носят субъективный характер и не входят в номенклатуру показателей по ГОСТ 27.002-89. А методика их определения существенно отличается на разных предприятиях. И учитывая тот факт, что добычные работы составляют около половины объема от суммарных энергетических затрат горного предприятия, задача комплексной оценки факторов, определяющих наработку и эффективность эксплуатации карьерных экскаваторов, является актуальной, особенно в условиях создания новой линейки отечественных экскаваторов типа ЭКГ, успешно конкурирующих с моделями экскаваторов зарубежного производства [1, 2, 3, 4].
На основе анализа научно-методической базы оценки и обеспечения эффективности функционирования и технического состояния карьерных экскаваторов в зависимости от условий и режимов их эксплуатации установлены и классифицированы факторы, влияющие на работоспособность карьерных экскаваторов цикличного действия [5, 6]. Согласно предложенной классификации влияющие факторы разделены на шесть основных групп: 1 — горно-геологические и горнотехнические факторы; 2 — климатические факторы; 3 — качество подготовки забоя и горной массы; 4 — управление экскаватором; 5 — техническое состояние экскаватора; 6 — организация ведения горных работ.
Указанные факторы в полной мере оказывают влияние на работоспособность карьерного экскаватора, изменение его технического состояния и эффективность эксплуатации. Они не равнозначны и в разной степени оказывают влияние на долговечность карьерного экскаватора и требуют как рейтинговой оценки, так и тарификации по эффекту своего влияния.
Для осуществления единообразного подхода при оценке влияющих факторов на карьерный экскаватор в процессе его эксплуатации, авторами предложено отказаться от применяемых
25
на горных предприятиях не стандартизованных показателей оценки работы экскаваторов и заменить их коэффициентом использования потенциала К^ и коэффициентом эффективности функционирования Кэфф, которые соответствуют стандартизованному комплексному показателю надежности — коэффициенту сохранения эффективности, и позволяют оценить безотказность, ремонтопригодность и долговечность рассматриваемого объекта [6]. Сравнение проводится в относительном виде, что позволяет соотносить различные типы экскаваторов в реальных условиях эксплуатации. Оценка проводится в сравнении с нормальными (базовыми или нормальными) условиями и режимами эксплуатации, применительно к которым экскаватор и проектируется. На основе полученной оценки, проводится прогноз изменения технического состояния объекта, его наработки и/или остаточного ресурса экскаватора с учетом возможного негативного влияния факторов, ведущих к снижению его эксплуатационных возможностей и оптимизации системы технического обслуживания.
Теоретические базовые значения коэффициентов Кэфф и К^ для экскаватора ЭКГ-18Р/20К при использовании в нормальных условиях эксплуатации установлены равными 4,61 т/кВт-ч и 1 соответственно. При оценке сохранения эффективности функционирования гидравлических экскаваторов расчет ведется по расходу дизельного топлива.
Наработка карьерного экскаватора оценивается ее изменением от приведенных выше групп влияющих факторов в процессе эксплуатации экскаватора. Такой подход позволяет оценить интенсивность выработки ресурса как конкретного экскаватора в процессе его эксплуатации, так и при анализе работы отдельных элементов и систем горной машины.
Исходными данными при рейтинговой оценке влияющих факторов являются: полезная нагрузка в ковше экскаватора — РауЬаФ т; доремонтный/послеремонтный срок службы, лет; стаж машиниста, лет; фактический коэффициент использования календарного фонда времени.
Теоретическое базовое значение наработки экскаватора в нормальных условиях эксплуатации [бгод] определяется как эксплуатационная годовая производительность.
26
Номинальный срок эксплуатации до капитального ремонта Ткр, полученный с учетом формулы Русихина В.И., предлагается оценивать по выражению:
1,75(1,7Рау1оай -18)
Т =
* кр
а
(1)
гoдJ
Годовая наработка экскаватора в фактических условиях эксплуатации бгод определяется как произведение базовой величины этой наработки и комплекса условий эксплуатации, состоящим из показателей К5Л....К5.6. и ТОиР (рис. 1), характеризующих изменение величины наработки от степени проявления влияющих факторов.
Алгоритм оценки работоспособности экскаватора позволяет осуществлять рейтинговую оценку влияющих факторов на наработку экскаватора при его эксплуатации и проводить их тарификацию в реальных условиях функционирования машины [7].
При этом задаются ограничивающие К5х. и допустимая величина неэффективности применительно к реальным условиям эксплуатации. По результатам сравнения реальных соответствующих значений допустимым принимаются организацион-
Рис. 1. Алгоритм оценки работоспособности экскаватора
27
но-технические решения путем направленной корректировки условий и режимов эксплуатации экскаватора.
Таким образом, обеспечиваются условия рациональной эксплуатации экскаватора, после чего планируется перечень мероприятий по техническому обслуживанию и ремонту в скорректированных условиях его функционирования. Через заданный промежуток времени мероприятия по оценке и корректировки условий и режимов эксплуатации повторяются. При достижении экскаватором предельного состояния принимается решение о проведении КР, модернизации, реновации или утилизации.
Так К5.1. фиксирует изменения условий эксплуатации и характеризует влияние горно-геологических и горнотехнических условий, в частности, категории горных пород по трудности экскавации, при этом нормальными (базовыми) условиями являются породы III категории. При оценке климатических факторов (К5.2.) необходимо учитывать соответствие климатического исполнения карьерного экскаватора и его оснащение применительно к климатическим условиям, в которых он эксплуатируется. При этом необходимо учитывать их влияние не только на машину, но, в первую очередь, на машиниста (оператора) экскаватора. При соответствии климатического исполнения карьерного экскаватора условиям его работы, а также дополнительным оснащением для создания комфортных условий работы машиниста, К52. = 1. При некомфортной работе машиниста любые отклонения от нормальных условий автоматически переводят его квалификацию на уровень ниже.
Показатель К5.3., характеризующий качество подготовки забоя и горной массы, определяется отношением наработки экскаваторов к базовой (нормальные условия) и равен: для оценки «Хорошее» — 1,0; «Удовлетворительное» — 0,5; «Неудовлетворительное» — 0,15.
Группа факторов «Управление экскаватором» оценивается показателем К54. За единицу принято приведенное число циклов нагружения для стажевых групп машинистов экскаваторов с опытом работы более 10 лет. Учтен тот факт, что с течением времени квалификация машиниста повышается. При управлении экскаватором машинистами с опытом работы менее одного года на протяжении всего периода эксплуатации (учебный экскаватор) срок службы машины сократится до 6 лет.
28
Оценка показателя К5.5. «Техническое состояние экскаватора» осуществляется по влиянию качества оригинальных и неоригинальных запасных частей, используемых при ремонте экскаваторов. При этом оценка К5.5. осуществляется только по основным узлам экскаватора, влияющим на его работоспособность, и принимается равным: 0,2 — для неоригинального ЗИП; 0,7 — оригинальный и неоригинальный ЗИП; 1 — оригинальный ЗИП.
Влияние фактора «Организация ведения горных работ» и, как следствие, значение показателя К56. определяется по величине отклонения отношения коэффициента использования календарного фонда времени фактического к базовому — равного 0,6.
Показатель, характеризующий систему ТОиР, определяется, как отношение годовой наработки карьерного экскаватора при системе ТОиР, отличной от базовой, к значению наработки при базовом подходе к техническому обслуживанию и ремонтам карьерных экскаваторов (ППР по регламенту).
Проведена оценка изменения наработки экскаватора ЭКГ-18Р/20К до капитального ремонта при детерминированном изменении каждого из влияющих факторов в отдельности, с целью выявления степени этого влияния на изменение наработки.
По результатам моделирования степень влияния отдельных факторов эксплуатации карьерных экскаваторов распределилась в порядке снижения следующим образом: качество подготовки забоя и горной массы (32%), управление экскаватором (29%), техническое состояние экскаватора (27%) и горно-геологические и горнотехнические факторы (12%). Результаты моделирования согласуются с экспертной оценкой влияния факторов эксплуатации на величину наработки экскаваторов. Величина наработки в нормальных условиях равняется 90-106 т.
Тарификация рейтинговой оценки влияющих факторов удобно вести по величине себестоимости экскавации горной массы. Результаты таких расчетов для экскаваторов ЭКГ-18Р/20К при единичном изменении влияющих факторов представлена на рис. 2. Максимальное увеличение себестоимости экскавации при отклонении от нормальных (базовых) условий только фактора «Качество подготовки забоя и горной массы» приводит к увеличению себестоимости экскавации до 12,4 раза.
29
Рис. 2. Себестоимость экскавации горной массы экскаватором ЭКГ-18Р/20К при единичном влиянии факторов эксплуатации
Установив связь между внешними условиями и внутренними процессами эксплуатации экскаватора на величину его наработки до капитального ремонта, была разработана методика определения необходимого обоснованного количества запасных частей и материалов карьерного экскаватора на период его эксплуатации и алгоритм корректировки графика сервисного обслуживания карьерных экскаваторов при проведении ТО и ремонтов по фактическому состоянию.
Выводы
Для повышения достоверности оценки эффективности эксплуатации карьерного экскаватора предложено отказаться от не стандартизованных показателей, а использовать коэффициенты
30
сохранения эффективности Кип и Кэфф, определяющие неэффективность эксплуатации карьерных экскаваторов по критерию полноты использования потенциала экскаватора. Предложенные комплексные показатели оценивают безотказность, ремонтопригодность и долговечность экскаватора как системы.
На основе комплексной оценки факторов установлено, что на наработку карьерных экскаваторов ЭКГ-18Р/20К наибольшее влияние оказывают следующие факторы: качество подготовки забоя и горной массы, управление экскаватором, техническое состояние экскаватора и горно-геологические и горно-технические факторы. Полученные результаты коррелируют с экспертными оценками, а для экскаватора ЭКГ-18Р/20К влияние единичного фактора снижает наработку экскаватора до 85% и повышает себестоимость экскавации горной массы до 12,4 раза.
- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Ганин А.Р. Практические результаты внедрения экскаваторов новой продуктовой линейки ООО «ИЗ КАРТЭКС имени П.Г. Коробкова» на горных предприятиях России / А.Р. Ганин, Т.В. Донченко, Д.А. Шибанов // Горная промышленность. — 2013. — № 2. — C. 6-9.
2. Ганин А.Р. Современные инженерные решения и практический опыт эксплуатации карьерных экскаваторов ЭКГ-18Р/20К производства «ИЗ-КАРТЭКС»/ А.Р. Ганин, Т.В. Донченко, Д.А. Шибанов // Горное дело — 2014. — № 1(2). — С. 40-47.
3. Самолазов А.В. Практические результаты внедрения экскаваторов ЭКГ-18Р и ЭКГ-32Р производства ООО «ИЗ-КАРТЭКС имени П.Г. Коробкова» на угледобывающих предприятиях России / А.В. Самолазов, Т.В. Донченко, Д.А. Шибанов // Уголь. — 2013. — № 4. — C. 36-38.
4. Стефанов В.К. Удельный расход электроэнергии карьерных экскаваторов работающих в условиях крайнего севера / Стефанов В.К., Игумнова С.А., Антоненков Д.В. // ГИАБ. — 2011. — № 12 — Т. 4. — С. 32-38.
5. Шибанов Д.А. Влияние факторов эксплуатации карьерных экскаваторов на их техническое состояние / Д.А. Шибанов, С.Л. Иванов, И.Е. Зво-нарев // Социально-экономические и экологические проблемы горной промышленности, строительства и энергетики: сборник научных трудов 9-й Международной конференции по проблемам горной промышленности, строительства и энергетики. В 2 т. Т. 1 / Под общ. ред. А.Б. Копылов, И.А. Басалай. — Минск: БНТУ, 2013. — С. 430-433.
6. Шибанов Д.А. Оценка эффективности эксплуатации карьерных экскаваторов / Д.А. Шибанов, С.Л. Иванов, П.В. Иванова // Наука и образование в жизни современного общества: сборник научных трудов по
31
материалам Международной научно-практической конференции 30 декабря 2014 г.: в 12 частях. Ч. 3. — Тамбов: ООО «Консалтинговая компания Юком», 2015. — С. 158-160.
7. Совершенствование стратегии технического сервиса карьерных экскаваторов введением в систему ТОИР элементов Total Productivity Maintenance (TPM) / Д.А. Шибанов [и др.] // Записки Горного института. — 2014. — № 209. — С. 109-115.
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -
Шибанов Даниил Александрович — ученый секретарь НТС, ООО «ИЗ-КАРТЕКС имени П.Г. Коробкова», Санкт-Петербург, Колпино, Ижорский завод, e-mail: dan11l88@yandex.ru
Иванова Полина Викторовна — аспирант кафедры «Машиностроение», Национальный минерально-сырьевой университет «Горный», Санкт-Петербург, e-mail: polinapuh@yandex.ru
Иванов Сергей Леонидович — д-р техн. наук, проф., профессор кафедры «Машиностроение», Национальный минерально-сырьевой университет «Горный», Санкт-Петербург, e-mail: lisa_lisa74@mail.ru
UDC 622.271.022
TARIFFING OF THE INFLUENCING FACTORS ON THE WORK OF THE MODERN MINE EXCAVATORS AT ACTUAL COST OF ROCK MASS
Shibanov Daniil A., Scientific Secretary of the NTS, «IZ-KARTEX named after P.G. Korobkov Ltd», St. Petersburg, Kolpino, Izhora plant, e-mail: dan11l88@yandex.ru
Ivanova Polina V., Graduate Student of «Mechanical Engineering», National Mineral Resources University (University of Main), St. Petersburg, e-mail: polinapuh@yandex.ru
Ivanov Sergey L., Doctor of Engineering Sciences, Professor, Professor of «Me-chanical Engineering», National Mineral Resources University (University of Main), St. Petersburg, e-mail: lisa_lisa74@mail.ru
The theoretical study of a complex of the factors influencing the size of an operating time of mine excavators, determined the classification of this factors, an algorithm for obtaining the rating of these factors on the achievements of career dredges. It offers comprehensive indicators of preservation efficiency of operation of mine excavators. The proposed integrated indicators to ensure the effectiveness of operation of excava-
32
tors: the utilization rate of capacity and the coefficient of efficiency of functioning. Set the cost of excavation of rock mass excavators EKG-18R/20K at the single influence factors of operation.
Spend tariffing identified the factors influencing the efficiency of operation of EKG-18R/20K on the criterion of the cost of rock mass.
Key words: mine excavator; resource; operating time; coefficient of use of potential; functioning effectiveness ratio; reliability; influencing factors.
References
1. Ganin A.R. Mining, 2013, no. 2, pp. 6-9.
2. Ganin A.R. Mining, 2014, no. 1 (2), pp. 40-47.
3. Samolazov A.V. Coal, 2013, no. 4, pp. 36-38.
4. Stefanov V.K. Mountain information-analytical bulletin, 2011, issue 12, vol. 4, pp. 32-38.
5. Shibanov D.A. Proceedings of the 9th International Conference on the mining, construction and energy, Minsk, Belarusian National Technical University, 2013, issue 1, pp. 430-433.
6. Shibanov D.A. A collection of scientific papers on the materials of the International scientific and practical conference 30 December 2014 y., Tambov, LLC «Consulting company Ucom», 2015, issue 3, pp. 158-160.
7. Shibanov D.A. et al. Notes of the Mining Institute, 2014, no. 209, pp. 109-115.
33
