CC BY
43
© И.Л. Абрамов, П.Б. Герике, 2008
УДК 681.518.54
И.Ё. Абрамов, П.Б. Герике
ВИБРОДИАГНОСТИКА РОТОРНОГО ОБОРУДОВАНИЯ КАРЬЕРНЫХ ЭКСКАВАТОРОВ
Семинар № 21
Одним из резервов повышения эффективности угледобычи на разрезах Кузбасса является внедрение методов обслуживания горных машин по фактическому состоянию с применением методов технической диагностики, отвечающих современным условиям горного производства (высокие эксплуатационные скорости, большая пропускная способность и растущая удельная производительность технологического оборудования, развитие систем автоматизации производства, рост доли наукоемкого и высокопроизводительного оборудования).
Суть технического обслуживания по фактическому состоянию заключается в определения состояния экскаваторов и сроков их ремонта на основе применения методов технической диагностики и неразрушающего контроля: вибрационного, вихретокового, магнитного, визуально-оптического, проникающими веществами, радиационного, теплового, акустико-эмиссионного, ультразвукового, трибодиагностики, материаловедения. Все вышеперечисленные методы могут применяться для диагностики фактического технического состояния (а некоторые уже успешно используются) при эксплуатации горных машин. Однако, наиболее информативным параметром, несущим максимальную информацию о состоянии узла машины или агрегата, являются механические колебания (вибрации) - упругие волны, распространяющиеся в
сплошных средах. Скорость звука при распространении продольных и поперечных волн в металлах для стали 40Х составляет 5600 и 3300 м/с соответственно. Информацию об изменении состояния объекта можно получать практически мгновенно. Кроме того, информацию о механических колебаниях можно получить только на работающей технике, в процессе ее эксплуатации при рабочих режимах нагружения, когда все дефекты оборудования проявляются наиболее отчетливо. Именно эти особенности предопределили применение, в качестве основного, вибрационного метода диагностики и контроля.
Рамки предмета вибродиагностики и его структура были определены в работах Артоболевского И.И., Биргера И.А., Болотина В.В., Генкина М. Л. [1-3] и ряда других авторов. В них делается акцент на специфических задачах и приемах, характерных для статистической динамики, используются критерии прочности и надежности, выстраиваются математические модели, из которых вытекают диагностические признаки и способы определения опасных состояний простых элементов при простых воздействиях.
Как одно из направлений вибродиагностики за последнее время существенное развитие получила функциональная вибродиагностика, решающая те же задачи, но в более жесткой постановке: определение тех-
нического состояния машин и механизмов в рабочих режимах и условиях при характерных эксплуатационных нагрузках [3, 4]. Многолетний опыт показывает, что внедрение средств диагностирования является одним из важнейших факторов повышения экономической эффективности использования оборудования в промышленности. Назначение диагностики - выявление и предупреждение отказов и неисправностей, прогнозирование состояния оборудования в целях полного использования доре-монтного и межремонтного ресурса.
Измерение виброакустических характеристик на подшипниковых опорах механизмов позволяет распознать следующие дефекты и повреждения: дисбаланс и расцентровку валов; повреждения подшипников скольжения и качения; повреждения зацепления зубчатых передач; незакрепленность агрегатов на опорах; повреждения муфт, рабочих колес, повреждения электромагнитной системы электрических машин.
Лля извлечения полезной информации о дефектах и степени их опасности используются современные математические методы анализа случайных процессов и идентификации систем: исследование максимальных и минимальных величин вибрации (анализ ПИК-фактора, метод ударных импульсов, анализ огибающей), спектральный анализ на основе быстрого преобразования Фурье, кепстральный анализ сигналов, преобразование сигналов с использованием непрерывных и импульсных вейвлетов и т.п. [6]. Современное аппаратурное и программное обеспечение позволяют с высокой степенью надежности и достоверности регистрировать и анализировать вибрационные характеристики эксплуатируемого оборудования.
Однако недостаточно развитая нормативная база для оценки техни-
ческого состояния по параметрам вибрации, а также полное отсутствие наработок в области экспертных оценок типов дефектов и степени их опасности пока не позволяют внедрить прогрессивную форму упреждающего обслуживания машинных агрегатов карьерных экскаваторов.
При анализе данных, полученных при первичных обследованиях главных приводов экскаваторов, выявлено, что основными дефектами электромеханического оборудования являются [7]:
- дисбаланс ротора;
- расцентровка валопроводов агрегатов;
- дефекты подшипниковых узлов (перекосы, ослабления посадок, износы беговых дорожек, тел качения и сепараторов);
- дефекты зубчатых передач (нарушения геометрии зуба, смещение линии вала, нарушение смазки);
- различные дефекты электромагнитного происхождения (магнитная асимметрия якоря, перекос фаз, смещение в магнитном поле, и т.д.).
Наиболее часто встречающиеся группы выявленных дефектов (дисбаланс и расцентровка валопровода) являются следствием нарушения технологии ремонта. Такое состояние вполне возможно объяснить только полным отсутствием контроля производимых ремонтов и слабым техническим оснащением ремонтных подразделений. Следующие две группы - дефекты подшипниковых узлов и зубчатых передач - являются следствием протекания износовых процессов.
Наиболее информативные точки те, в которых регистрируемый сигнал имеет наибольшую величину, должны быть помечены на корпусе обследуемой машины, чтобы быть уверенным,
Рис. 1. Схема расположения контрольных точек на платформе экскаватора ЭКГ-
8И: 1 - поворотный механизм, 2 - лебедка напорного механизма, 3 - привод механизма открывания днища ковша, 4 - буфер, 5- кабина машиниста, 6 - подъемная лебедка, 7 - кузов.
- компрессорная установка;
■ точка измерения
что все измерения проводятся в одном и том же месте. Место измерений на корпусах вдали от ребер жесткости, а также местных концентраторов напряжений и деформаций, где происходит сильное искажение сигналов. Типичная схема расположения контрольных точек на экскаваторе ЭКГ-8И приведена на рис. 1.
Путь распространения механических колебаний от точки возбуждения (вала, шестерни и т.п.) до точки регистрации не имеет идентичного коэффициента затухания, поэтому дефекты одинакового характера могут создавать различные по форме и амплитуде сигналы на измерительном преобразователе и, следовательно, могут быть причиной различных интерпретаций и заключений. Это, в свою очередь, может вызвать ненужные финансовые и трудовые затраты, что может дискредитировать идею техни-
ческого обслуживания по фактическому техническому состоянию.
На рис. 2 представлены спектры наиболее часто встречающихся дефектов подшипников качения на агрегатах карьерных экскаваторов, которые свидетельствуют о недопустимости их дальнейшей эксплуатации.
Подводя итоги сказанному можно сделать следующие выводы:
1. Повышение надежности и долговечности машин и оборудования на основе развития методов оценки и прогноза состояния карьерных экскаваторов по фактическому состоянию при внедрении методов вибрационного контроля и диагностики имеет высокую степень достоверности при корректном использовании методов распознавания дефектов.
2. На основе разработанных критериев оценки технического состояния механических агрегатов
Рис. 2. Разрушение трех подшипников под действием сил дисбаланса на преобра■ зовательном агрегате экскаватора ЭШ 15/90 №118
можно построить систему мониторин- печения упреждающего (профилакти-га карьерных экскаваторов для обес- ческого) их обслуживания.
1. Артоболевский И. И. Введение в акустическую динамику машин./ И. И. Артоболевский, Ю.И Бобровницкий., М. Д. Генкин
- М.: Наука, 1979.
2. Биргер И.А. Техническая диагностика. - М.: Машиностроение, 1978.
3. Болотин В.В. Прогнозирование ресурса машин и конструкций. - М.: Машиностроение, 1984.
4. Герике Б.Л., Смирнов А.Н. Концепция технического диагностирования объектов повышенной опасности. // Вестн. Куз-ГТУ. - 1999. - №6.
5. ГОСТ ИСО 10816-1-97 «Вибрация. Контроль состояния машин по результатам
--------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
измерений вибрации на невращающихся частях. Часть 1: Общее руководство».
6. Герике Б.Л. Мониторинг и диагностика технического состояния машинных агрегатов. - В 2-х ч.: Ч.2. Диагностика технического состояния на основе анализа вибрационных процессов. - Кемерово: Куз-бас.гос.техн.ун-т., 1999.
7. Билибин В.В., Демьянов Б.П., Герике Б.П., Протасов С. И. Мониторинг технического состояния экскаваторного парка разрезов ОАО «УК «Кузбассразрезуголь» // Безопасность труда в промышленности, №4.
- 2005. - С. 22-25. ЕШ
— Коротко об авторах
Абрамов И.Л. - кандидат технических наук,
Герике П.Б. - кандидат технических наук,
Институт угля и углехимии СО РАН, г. Кемерово.
Доклад рекомендован к опубликованию семинаром № 21 симпозиума «Неделя горняка-2007». Рецензент д-р техн. наук, проф. Л.И. Кантович.
