CC BY
50
© П.Б. Герике, 2013
УЛК 53.083(430.1) П.Б. Герике
ВИБРОДИАГНОСТИКА ОБОРУДОВАНИЯ УГОЛЬНОЙ И ГОРНОРУДНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
Дана оценка эффективности применения современных методов вибрационной диагностики и показаны особенности анализа виброакустического сигнала. Обоснована необходимость внедрения на предприятиях угольной и горнорудной промышленности Кузбасса новых схем технического обслуживания.
Ключевые слова: вибродиагностика, экспертиза промышленной безопасности, угольная и горнорудная промышленность, карьерный экскаватор.
С принятием федерального закона «О промышленной безопасности опасных производственных объектов» от 21.07.97 №116-ФЗ широкое распространение получил метод вибродиагностического контроля, применение которого на ряде технических устройств промышленных объектов стало обязательным. Это связано с тем, что из всех существующих методов неразрушающего контроля наиболее подходящим для определения фактического технического состояния работающего агрегата является вибродиагностика. Информацию об изменении состояния объекта можно получать практически мгновенно [1]. Кроме процедуры экспертизы промышленной безопасности (ЭПБ) метод может быть применен для оценки качества проведенного монтажа/ремонта, сертификационных испытаний образцов новой техники, входного контроля узлов и т.д.
За последние 15 лет учеными и специалистами ИУ СО РАН и ФГБОУ ВПО КузГТУ (г. Кемерово) накоплен представительный объем статистической информации по параметрам виброакустического сигнала при проведении процедуры ЭПБ и диагностических исследований, что, в свою очередь, позволило сформулировать четкие и ясные критерии предельного технического состояния горной техники.
На предприятиях угольной и горнорудной промышленности Кузбасса по сегодняшний день действуют системы планово-
предупредительных ремонтов. По факту сроки ППР часто срываются, имеет место нарушение технологии ремонтов, при проведении работ используются контрафактные (либо восстановленные) детали, завышены логистические издержки. Такой подход к организации ТО и Р имеет все признаки так называемого «аварийного обслуживания».
Исторически сложилось, что угольная промышленность являлась и является объектом повышенной опасности [2]. Поэтому вопрос перехода на современные, эффективные и безопасные системы обслуживания горной техники в современных условия становится крайне актуальным. Платформой для внедрения новых схем обслуживания, в частности, по фактическому техническому состоянию, могут послужить накопленные базы данных, которые включают в себя замеры параметров механических колебаний по карьерным экскаваторам, буровым станкам, дробильно-сортировочному и обогатительному оборудованию, очистным комплексам, шахтным подъемным машинам, винтовым и поршневым компрессорам, вентиляторам и т.д. На часть оборудования имеются не только однократные замеры, но и данные мониторинга технического состояния за период в 3-10 и более лет. Разработанные критерии предельного состояния служат основой при построении прогностических моделей развития дефектов, разработанных для широкого спектра горно-шахтного оборудования.
Одним из объектов, интересных с точки зрения анализа параметров виброакустической волны, являются планетарные зубчатые передачи, получившие широкое распространение в конструкциях современных горных машин благодаря ряду преимуществ - компактности, высокой эффективности и долговечности. Такие редуктора активно используются как в отечественном, так и зарубежном машиностроении, в частности, в лебедках подъёма и механизмах поворота одноковшовых карьерных экскаваторов (машины класса ЭКГ 10, ЭКГ 12,5 (6,3у), ЭКГ 15 и др.).
В 2012 году в рамках проведения приемочных и сертификационных испытаний метод контроля по параметрам механических колебаний был опробован на уникальном объекте - 35 кубовом электрическом гусеничном экскаваторе модели WK-35 (гос. корпорация AVIC Int., Китай), оснащенном двумя поворотными планетарными редукторами.
Рис. 1. Общий вид экскаватора НК-ЗБ
Техническое состояние экскаватора после монтажа по результатам контроля по параметрам вибрации было признано допустимым. Было выявлено несколько незначительных дефектов, связанных с нарушением центровки узлов некоторых агрегатов.
Вместе с тем, анализ показал некоторые особенности состояния поворотных редукторов планетарного типа, связанные с некритичным нарушением технологии сборки и локальным абразивным износом зубчатых зацеплений. Требовалось детально обосновать оценку технического состояния объекта диагностирования, выполнить комплекс научных исследований и определить требования к оборудованию и методам для проведения неразрушающего контроля.
Измерение виброакустических характеристик на планетарных редукторах позволяет распознать следующие типы неисправностей и повреждений: нарушение соосности и перекос валов; ослабление посадки, увеличение зазоров подшипников
качения и их дефекты: износ и повреждения внешней и внутренней обоймы, износ сепаратора и тел качения, повреждения на телах качения; нарушение режима смазки; повреждения зацеплений в зубчатых передачах; нарушение жесткости системы.
Сам по себе анализ сигнала вибрации, полученного на планетарном редукторе значительно более сложен, чем анализ характеристик редуктора переборного типа. Это напрямую связано с кинематикой работы механизма, используемые зависимости заметно затрудняют интерпретацию полученных результатов [3].
Кроме того, усложняет анализ низкая частота вращения, знакопеременные ударные нагрузки, источники случайной высокочастотной вибрации, в связи с чем многие методы имеют ограничения на область применения.
Таким образом, наиболее эффективным способом оценки текущего состояния редукторов планетарного типа является применение комплексного диагностического подхода (включающего в себя группу методов математической обработки исходного сигнала), что позволяет выявлять следующие типы неисправностей:
- неуравновешенность деталей 1-ой ступени редуктора;
- погрешности изготовления эпицикла, солнца и сателлитов;
- кинематические погрешности пересопряжения зубчатых шестерен;
- износ и изменение геометрии зубчатой пары.
На рис. 2 приведен спектр сигнала вибрации, полученный на планетарном редукторе механизма поворота экскаватора ШК-35. Для анализа данных был применен комплекс диагностических методов - прямой спектральный анализ, анализ огибающей и кепстр, причем характеристики сигнала записывались как в стандартном, так и расширенном частотном диапазоне. Результаты проведенного анализа позволили выявить незначительную несоосность валов первой и второй ступени, а также некритичный локальный абразивный износ зубчатых зацеплений первой ступени редуктора, незначительное нарушение жесткости системы.
01Мф, «ту 1; > : Ч 1»:и*
Ш трЯМ* йМЬИ - ]
Рис. 2. Спектр сигнала вибрации планетарного редуктора еханизма поворота экскаватора НК-ЗБ
Тем не менее, нельзя считать этот факт заводским браком, поскольку техническое состояние редуктора оценивается как «удовлетворительное» [4], общий уровень виброактивности минимален. Следует учесть, что незначительные дефекты, выявленные в ходе проведения испытаний ШК-ЭБ - минимальны по сравнению с развитыми повреждениями приводов карьерных экскаваторов, отработавших 1Б и более лет и находящихся в недопустимом техническом состоянии. Доля таких машин в экскаваторном парке угольной и горнорудной промышленности Кузбасса очень велика, их техническое состояние напрямую влияет не только на эффективность проведения горных работ, но и на безопасность бригады и обслуживающего персонала.
На рис. Э приведена характеристика виброакустического сигнала, полученная на сетевом двигателе экскаватора ЭКГ 5А. Общий уровень по параметру виброскорости составляет Уе СКз = 38,3 мм/с, что примерно в 3,5 раза превышает предельно допустимое значение [Б]. Проведенный анализ позволил выявить развитый дисбаланс ротора двигателя, расцентровку ва-лопровода агрегата и ярко выраженное нарушение
\/е, мы/сек
1
1
1 1.. 1.1^ . ^ 1 А.. Гц
О ™ /II 300 «О 500 и 700 800 -III ' III
Рис. 3. Спектр сигнала вибрации, полученный на сетевом двигателе экскаватора ЭКГ 5А.
жесткости системы. Уровни выше 30...40 мм/с на генераторных группах карьерных экскаваторов представляют реальную опасность для жизни человека, находящегося в непосредственной близости от работающей системы. В этом случае вероятно нарушение целосности валопровода, отрыв агрегата от собственных опор.
Силами ремонтной службы разреза в короткие сроки выявленные дефекты были устранены. Генераторная группа была демонтирована и заменена резервной, проведены работы по центровке. После выполнения выданных предписаний техническое состояние преобразовательного агрегата признано допустимым.
Не допустить подобных ситуаций, когда техническое состояние машин выходит из под контроля, эффективно планировать ремонтные мероприятия, оптимизировать логистику, предупредить возникновение аварийных отказов, повысить безопасность работ можно только осуществив переход на обслуживание по фактическому техническому состоянию. На сегодняшний день в Кузбассе созданы все предпосылки для перехода к качественно новой системе управления техническим обслуживанием и ремонтом горной техники.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Герике Б. Л. Диагностика горных машин и оборудования. Учебное пособие. /Б.Л. Герике, Г.И. Козовой, B.C. Квагинидзе, A.A. Хорешок, П.Б. Герике/ Москва, 2012. - 400 с.
2. Клишин В.И. Проблемы безопасности и новые технологии подземной разработки угольных месторождений. /В.И. Клишин, Л.В. Зворыгин, A.B. Лебедев, A.B. Савченко.// Новосибирск, 2011. - 524 с.
3. Неразрушающий контроль. Справочник под редакцией чл.-корр. РАН Клюева В.В. Том 7, книга 2, Москва, «Наука», 2005
4. ГОСТ ИСО 10816-(1-3). Контроль состояния машин по результатам измерения вибрации на невращающихся частях.
5. РД 15-14-2008. Методические рекомендации о порядке проведения экспертизы промышленной безопасности карьерных одноковшовых экскаваторов. Ii '.из
КОРОТКО ОБ АВТОРЕ -
Герике Павел Борисович - кандидат технических наук, старший научный сотрудник лаборатории средств механизации отработки угольных пластов Института угля СО РАН, доцент кафедры горных машин и комплексов Кузбасского государственного технического университета им. Т. Ф. Горбачева, ат besten@mail.ru
