«ТЕХНИЧЕСКОЕ ДИАГНОСТИРОВАНИЕ ОСНОВНЫХ МЕХАНИЗМОВ РОТОРНОГО ЭКСКАВАТОРА В УСЛОВИЯХ ЭКСПЛУАТАЦИИ ...»

- нестабильность качества основных механизмов;

- рост тарифов на электроэнергию.

Ослаблено внимание к правильному выбору режимов эксплуатации, на долю которых приходится до 75% эксплуатационных расходов.

экскаваторов, выполненный совместно со службой главного механика Березовского разреза ОАО «Сибирская угольная энергетическая компания»

за период с 2011 г. по 2013 г. показал, что парк роторных экскаваторов эксплуатируется недостаточно удовлетворительно. Коэффициент использования парка роторных экскаваторов составляет за этот период 0,57 Около трети общего времени простоев роторных экскаваторов связано с восстановлением их работоспособного состояния, причем на долю плановых ремонтов приходится около 82% затрат времени (или примерно 10% календарного фонда времени), а на долю аварийных простоев - около 18% (или примерно 2% календарного фонда времени), рисунок 1.1.

Анализ неплановых простоев роторных экскаваторов в 2011 году показал, что на аварийные отказы по причине выхода из строя гидравлического оборудования приходится до 12% продолжительности простоев, что, в пересчете на простои, связанные с отказом собственно роторных экскаваторов, составляет около 25% (рисунок 1.2).

Рисунок 1.1 - Структура затрат времени на восстановление работоспособности роторных экскаваторов 2 - аварийные простои из-за отказов механической части;

3 - аварийные простои из-за отказов электрической части;

4 - аварийные простои из-за отказов систем управления.

Рисунок 1.2 - Неплановые простои роторных экскаваторов:

1 - организационные простои; 2 - общетехнические простои;

3 - горно-эксплуатационные; 4 - аварии механических систем;

5 - аварии электрических систем; 6 - аварии гидросистем.

Анализ наджности основных элементов роторных экскаваторов показал, что наряду с выходом из строя быстроизнашивающихся деталей, таких как резиновые уплотнения штоков и валов, постоянно находящихся в движении, имеет место выход из строя самих гидравлических узлов и механизмов [78].

Аварийные отказы снижают коэффициент готовности роторного экскаватора, особенно зимой, за счет увеличения в 3 - 4 раза количества ремонтов. С увеличением срока эксплуатации роторных экскаваторов продолжительность ремонтов ежегодно увеличивается на 10 - 12%.

Длительные простои машин в ремонтах объясняются несовершенством системы ППР, слабой ремонтной базой, нестабильностью материально технического снабжения, недостаточной эксплуатационной и ремонтной технологичностью. На продолжительность простоев роторных экскаваторов в ремонте влияют также несоблюдение сроков вывода оборудования в ремонт, нарушение режима смазки, низкая квалификация обслуживающего персонала, несвоевременность наладки.

В соответствии с требованиями единой системы технического обслуживания и ремонта техники [5, 6, 7] показатели отремонтированного гидравлического оборудования оцениваются по результатам примочных (контрольных) испытаний [8, 9]. Однако объмы проектно – изыскательских работ, как правило, регулярно не выполняются, что и приводит к аварийным отказам.

Причины снижения эффективности использования роторных экскаваторов на Березовском разрезе по климатическим условиям можно разделить на три группы [10]:

- климатического характера, вызывающие актированные простои во время воздействия критических отрицательных температур;

- технического характера, простой на аварийных ремонтах, вызванных недостаточной хладостойкостью уплотнений, повышением хрупкости металла узлов ведущих механизмов;

- организационного характера, нарушение ритмичности работы под влиянием неблагоприятного воздействия климатических факторов на обслуживающий персонал.

Причины климатического характера вызывают простои роторных экскаваторов в периоды низких отрицательных температур, оговариваемых инструкциями заводов - изготовителей, разработанными применительно к конкретным условиям и актирующими вынужденные простои оборудования.

По некоторым инструкциям заводов - изготовителей предельные значения отрицательных температур, при которых допускается эксплуатация механизмов роторных экскаваторов, составляют до - 50 °С.

Этот предел температур связан с ограниченной хладостойкостью резинотехнических уплотнений. Актированные простои машин по причине критических отрицательных температур не всегда выдерживаются, а при значительном снижении температур далеко не всегда выдерживается критический режим работы, заложенный в паспортных данных. На ряде предприятий отсутствуют какие-либо ограничения режима работы машин по уровню отрицательных температур, что связано с непосредственными потребностями производства и своевременным выполнением плановых заданий. Это приводит к несоизмеримым потерям трудовых, материальных и финансовых затрат на восстановление хрупких разрушений металлических конструкций машин или замену механизмов, вышедших из строя из-за нарушения температурного режима работы [12].

Поэтому в ряде случаев выгоднее планировать простои в периоды воздействия низких температур, опасных для конструкционного материала основных механизмов роторных экскаваторов, что уменьшает вероятность хрупких разрушений и последующий рост эксплуатационных затрат.

Вс вышесказанное позволяет утверждать, что существующая система эксплуатации роторных экскаваторов не обеспечивает требуемых показателей наджности, что свидетельствует о необходимости изменения системы технического обслуживания, которая не обеспечивает постоянного содержание парка в исправном состоянии.

1.3 Технологии обследования и освидетельствования роторных экскаваторов Продолжительная и надежная работа горных машин возможна только при условии систематического и качественного приведения мероприятий по техническому обслуживанию и ремонту механизмов. Под техническим обслуживанием понимают комплекс работ для поддержания исправного или только работоспособного состояния при подготовке и использовании по назначению, а также при хранении и транспортировании. Ремонт - комплекс работоспособности машин. Система технического обслуживания и ремонта комплекс взаимосвязанных положений и норм, определяющих организацию и порядок проведения работ по техническому обслуживанию и ремонту машин в заданных условиях эксплуатации для обеспечения показателей качества, предусмотренных нормативной документацией [11].

являются:

технического обслуживания и ремонта;

современных ремонтных технологических процессов;

восстановления работоспособности машин;

- наличие высококвалифицированных кадров и системы обучения и повышения квалификации.

Опыт показывает, что там, где объединены усилия инженерных служб, а также создана надлежащая база обслуживания и ремонта, и проводятся установленному графику, показатели использования парка машин значительно улучшаются [12].

Ремонт механизмов - одна из наиболее трудомких операций на горных предприятиях, от которой зависит эффективность работы всего парка горной техники. Поэтому в практике серьзное внимание уделяется научной организации системы технического обслуживания и ремонта машин.

обслуживания и ремонта горного оборудования [13]:

- послеосмотровая;

- комбинированная;

- по фактическому техническому состоянию машины.

Система послеосмотровых ремонтов основывается на осмотрах механизмов, проводимых регулярно в удобное для этого время. По результатам осмотров наиболее изношенных узлов, требующих первоочередной замены или восстановления, составляется дефектная ведомость, и проводятся плановые ремонты. Объемы ремонтов зависят от фактического состояния механизмов. Механизмы поддерживаются в работоспособном состоянии за счет проведения текущих ремонтов различного объема и продолжительности. Преимущество такой системы наилучшее использование ресурса деталей и наименьшие трудозатраты на ремонт. Недостаток системы состоит в затруднении планирования ремонтов, своевременной оценки потребности в запасных частях, а в связи с этим осложняется и организация работы ремонтных служб [93]. При такой системе ремонта нельзя заранее определить время остановки оборудования на ремонт и его продолжительность. Кроме того, объм, вид и качество ремонта зависят от уровня квалификации лиц, проводящих осмотр.

Система периодических ремонтов основана на планировании и проведении осмотров и ремонтов оборудования в строго установленные сроки в зависимости от режима работы оборудования и сложности его конструкции. При этом заранее не планируется замена деталей и сборочных единиц. Их замена производится по мере необходимости, устанавливаемой при осмотрах и ремонтах [94]. При такой организации, как и при послеосмотровых ремонтах, невозможно планировать объемы ремонтных работ и своевременно выявлять потребность в запасных частях, что затрудняет распределение рабочей силы и ремонтного оборудования во времени и осложняет в целом организацию работы ремонтной службы.

Достоинство системы - выполнение ремонта по фактическому состоянию оборудования, наибольшее использование ресурса деталей и, в связи с этим, меньший расход запчастей.

Приведенные выше системы организации ремонтов отличаются гибкостью. Их применяют для механизмов, работающих при переменных нагрузках.

Система стандартных ремонтов основана на обязательной замене определенной части деталей и сборочных единиц в строго установленные сроки. При этом планируют ремонты заранее с известным перечнем работ. В таком случае принудительно заменяются все детали и сборочные единицы, несмотря на то, выработали ли они свой ресурс. Как исключение, могут не заменяться детали, которые гарантируют нормальную работу механизмов до следующего ремонта. Достоинство системы - высокая наджность работы оборудования, возможность планирования ремонтов по срокам и объмам, обеспечение стабильности работы ремонтной службы. Недостаток - высокая стоимость ремонта из-за повышенного расхода запасных частей и завышенного объма ремонтных работ. Систему стандартных ремонтов рационально применять для механизмов, имеющих резервирование, отказ которых влечт за собой тяжелые последствия.

Система планово-предупредительных ремонтов (ППР) - комплекс взаимообусловленных положений и норм, определяющих организацию и порядок проведения технического обслуживания и ремонта механизмов.

Система ППР устанавливает виды, организацию и порядок проведения технического обслуживания, плановых ремонтов, основные нормативно технические документы, ремонтные нормативы, организацию смазочного хозяйства, учт и движение, контроль соблюдения действующих правил и норм технического обслуживания, ремонта и эксплуатации [109].

Система ППР предусматривает в общем случае проведение следующих мероприятий:

- техническое обслуживание - ежесменное, ежесуточное, месячное, сезонное;

- плановые ремонты - текущие, средние и капитальные;

- наладки и ревизии оборудования - полугодовые и годовые.

проводимых мероприятий системы ППР, устанавливаемый специальным положением о ППР по каждой отрасли и предусматривающий выполнение определенного перечня указанных выше мероприятий. Техническое обслуживание заключается, прежде всего, в поддержании работоспособного состояния оборудования путем проведения различного рода малотрудоемких операций:

- проверка смазки и регулировка;

- проверка крепежа;

- чистка и замена быстроизнашивающихся деталей (щеток, колодок, упругих элементов муфт и др.);

- сварка и наплавка.

Другая основная задача технического обслуживания - контроль износа отдельных деталей и сборочных единиц с целью составления дефектной ведомости на ближайший плановый ремонт. От качества выполнения этого вида работы зависит качество ремонтных работ и, в конечном итоге, надежность эксплуатации машин. Плановые ремонты производятся в установленные нормативами системы планово – предупредительных ремонтов сроки и имеют дифференцированный объем (Tl, Т2, ТЗ,..., К) в соответствии со структурой ремонтного цикла, разработанной для определенного вида механизмов. Перечень ремонтных работ для каждого вида планового ремонта не известен. Он устанавливается по результатам осмотров механизмов во время технического обслуживания.

Достоинствами системы планово – предупредительных ремонтов являются:

- возможность планирования ремонтных работ;

трудоемкости ремонта оборудования);

- обеспечение стабильной и устойчивой работы ремонтных служб;

- уменьшение расхода запасных частей и стоимости ремонта по сравнению со стандартной системой.

обуславливаются значительным разнообразием условий работы горного эксплуатации. Среди них следует отметить, прежде всего, недостаточное качество, высокую стоимость и продолжительность ремонтных работ, как результат низкого уровня технологической подготовки ремонта.

Совершенствование системы ППР велось и ведется по следующим направлениям:

- переход планирования межремонтных сроков в единицах наработки, максимально отражающих фактический износ оборудования;

- централизация всех видов технического обслуживания и ремонтов и специализация ремонтников на выполнение узкого круга операций;

- внедрение агрегатно-узлового метода ремонта;

современным требованиям;

- комплексная механизация наиболее трудоемких ремонтных и других связанных с ними вспомогательных работ;

- внедрение методов и средств технической диагностики состояния машин;

- разработка и внедрение АСУ техническим состоянием оборудования.

В последние годы при ремонте горного оборудования, как результат совершенствования системы ППР, применяется поэтапная система ремонтов [14].

единовременное восстановление работоспособности механизмов путм проведения капитального ремонта, а поэтапное, в течение установленного ремонтного цикла, по мере отработки ресурса каждой сборочной единицей распределяются равномерно по этапам эксплуатации машины, устраняя тем самым резкое снижение эффективности эксплуатации механизмов. Ремонт по этой системе заключается в следующем. В процессе проведения текущих ремонтов, наряду с обязательным объемом работ, выявленным в результате осмотров оборудования, производятся ремонты наиболее изношенных сборочных единиц и механизмов [15]. При этом за счт совмещения ремонтных работ удается исключить многие трудомкие ремонты, в том числе и капитальный.

В настоящее время назрела необходимость разработки системы ремонтов и технического обслуживания горного оборудования, имеющей предупредительный характер.

Основная идея профилактического (упреждающего) обслуживания по фактическому техническому состоянию состоит в устранении отказов на основе методов распознавания технического состояния механизмов по совокупности контролируемых параметров его работы, выявлении имеющихся или развивающихся дефектов, определении степени их опасности и прогнозировании оптимальных сроков проведения ремонтных работ.

Техническая база профилактического обслуживания основана на том, что существует взаимосвязь между возможными техническими неисправностями агрегата и диагностическими параметрами, которые можно контролировать. Другими словами, большинство распознаваемых дефектов, которые могут возникать в агрегате, имеют определенные диагностические признаки и параметры, предупреждающие о том, что дефекты присутствуют, развиваются и могут привести к отказу. Диагностические признаки дефектов могут включать параметры вибрации, технологические и режимные параметры (температуру, нагрузку, давление, влажность и др.), частицы износа в смазке и т. п. В частности, при износе деталей наблюдается изменение уровня вибрации. Следовательно, проводя мониторинг различных параметров, характеризующих работу оборудования, можно вовремя обнаружить изменение его технического состояния и провести техническое обслуживание только тогда, когда возникает реальная возможность выхода параметров за допустимые пределы, т.е. когда дальнейшая эксплуатация невозможна [16].

Высокая эффективность замены системы планово-предупредительных ремонтов на систему обслуживания технологического оборудования по фактическому состоянию [16] базируется не только на сокращении сроков и затрат на техническое обслуживание, но и на исключении необоснованных ремонтов, что приводит, в конечном счете, к повышению надежности машинных агрегатов. Оценка же фактического технического состояния узлов и механизмов горных машин может базироваться только на результатах функциональной диагностики, проводимой в рабочих условиях на различных эксплуатационных режимах. Для этого могут быть использованы различные методы технической диагностики и неразрушающего контроля: визуальнооптический, капиллярный, вихретоковый, магнитный, радиационный, тепловой, акустико - эмиссионный, ультразвуковой, трибодиагностический, вибрационный и т. п. Все вышеперечисленные методы могут применяться для диагностики фактического технического состояния при эксплуатации роторных экскаваторов.

представляют собой информационно-измерительный базис системы мониторинга, оценки и прогноза технического состояния машин и механизмов. При этом в зависимости от характера измеряемого сигнала, различают функциональную и тестовую диагностику. В первом случае датчики регистрируют сигналы, генерируемые самой машиной, а во втором регистрируется отклик машины на тестовое воздействие.

В последние годы стало возможным выстроить базу оценки дефектоскопического контроля, наджного определения напряженнодеформированного состояния и, наконец, объективной диагностики состояния материалов - вот «три кита», обеспечивающие наджную и достоверную оценку технического состояния конструкции.

Материалы и конструкции работают в столь сложных температурносиловых режимах эксплуатации и подвергаются воздействию столь разных сред, что объективно трудно установить основной и сопутствующие факторы его повреждения и деградации. Только на базе достоверно установленного механизма развития повреждаемости можно разработать надежные инженерные решения по ремонту и восстановлению эксплуатационных свойств конструкций, а также рассчитать остаточный ресурс их безопасной эксплуатации [17].

Экскаваторы угольных разрезов являются оборудованием открытых горных работ, то есть опасного производства, подпадающего под действие закона «О лицензировании отдельных видов деятельности» [18], поэтому экспертиза технического состояния экскаваторов - важная часть в экспертизе промышленной безопасности в соответствии с законом «О промышленной безопасности».

(освидетельствование), включающей в себя: организационные, инспекционные и испытательные (обследование) этапы, собственно экспертизу промышленной безопасности, а также ремонтно-технологические этапы [19].

Определение технического состояния роторного экскаватора в процессе обследования состоит в разграничении (распознавании) следующих классов технического состояния:

класс – роторный экскаватор работоспособен в настоящее время;

класс – роторный экскаватор неработоспособен в настоящее время;

класс – роторный экскаватор будет работоспособен в будущий момент времени, до которого продлевается срок эксплуатации.

комплексом браковочных признаков роторного экскаватора [110].

использоваться приборы, измерительные и другие технические средства для проведения обследования. Контроль предусматривает определение соответствия значений указанных параметров заданным на эти параметры нормам в виде количественных характеристик или экспертных оценок.

При несоответствии требованиям представленных экспертизе эксплуатирующим роторные экскаваторы предприятием материалов и документации экспертная организация – центр технической диагностики (ЦТД) уведомляет заказчика о новых сроках предоставления материалов и документации в полном объме [20].

1.4 Анализ современных методов технического диагностирования На сегодняшний день на Березовском разрезе за основу принята система планово-предупредительных ремонтов оборудования [21], основной задачей которой является обеспечение работоспособности механизмов в течение заданного времени при минимальных затратах труда и материальных ценностей. Основой данной системы является плановая замена изношенных деталей. Время замены деталей вычисляется исходя из прогнозируемой скорости изнашивания детали. Наиболее характерными отказами для динамического оборудования являются постепенные (износовые) отказы. В реальных условиях имеет место существование также усталостного и коррозионного износа.

Периодичность проведения ремонтов устанавливается в зависимости от сроков служб группы деталей. При этом срок службы каждой детали близок к среднему сроку службы и по нему может быть установлена периодичность ремонта механизма или машины. Возможность группирования сроков службы деталей около средних значений для каждой группы является основным требованием ремонтно-эксплуатационной технологичности механизма или машины. Во всех случаях важно, чтобы периодичность ремонтов, то есть сроки службы деталей, были кратны друг другу.

Периодичность ремонтов роторных экскаваторов строят таким образом, чтобы в механизмах не работали детали с аварийной стадией износа (при периодичности, большей срока службы группы деталей) и чтобы при ремонте не заменяли детали с не полностью использованным ресурсом работоспособности (при периодичности, меньшей среднего срока службы группы деталей) [114].

В системе технического обслуживания и ремонта горных машин пока нет теоретически обоснованного решения данных вопросов. Это приводит к слишком большому выбору рекомендаций по формированию структуры ремонтного цикла, назначению различных межремонтных периодов для одной и той же машины.

регламентированные объемы работ при ремонтах горных машин независимо от его технического состояния; объемы ремонтных работ возрастают по мере сложности ремонта. Например, при среднем ремонте необходимо дополнительно выполнять работы годового и месячного ремонтов.

Независимо от условий работы деталей и сборочных единиц ремонты планируются по одному из критериев - календарному (или машинному) времени работы или фактическому объему работ.

Вс это приводит [22]:

- к недоиспользованию ресурса отдельных деталей, агрегатов и сборочных единиц;

- к выполнению увеличенного объема разборочно-сборочных работ, не соответствующих техническому состоянию механизмов и устройств, и в то же время, увеличению вероятности быстрого изнашивания деталей, вызываемой приработкой из-за частой разборки и сборки;

- к значительному времени нахождения роторных экскаваторов в ремонте (20 - 25% от календарного фонда времени).

Система планово - предупредительных ремонтов во многих случаях может быть принята за основу при обслуживании несложных машин и механизмов, но для основного безрезервного оборудования е применение нецелесообразно. Поэтому дальнейшее развитие системы ремонтов должно предусматривать: установление дифференцированных критериев оценки ресурса деталей, сборочных единиц и механизмов горно-транспортного оборудования, учитывающих конкретные условия их работы; назначение конкретных сроков и объемов работ при ремонтах роторных экскаваторов в зависимости от фактического технического состояния его деталей, сборочных единиц и механизмов.

Основная идея системы обслуживания и ремонта механизмов по фактическому техническому состоянию заключается в устранении отказов оборудования на этапе их зарождения [23]. Это становится возможным при применении методов распознавания технического состояния оборудования по совокупности его эксплуатационных характеристик, позволяющих выявить имеющиеся или развивающиеся дефекта для рационального планирования оптимальных сроков проведения ремонтных работ.

фактическому техническому состоянию основана на том, что существует взаимосвязь между возможными техническими неисправностями агрегата и диагностическими параметрами, которые возможно контролировать.

Другими словами, большинство распознаваемых дефектов, которые могут возникать в машине или механизме, имеют определенные диагностические признаки и параметры, предупреждающие о том, что дефекты присутствуют, развиваются и могут привести к отказу. Диагностические признаки дефектов могут включать в себя параметры вибрации, технологические и режимные параметры (нагрузку, температуру, силу тока и др.), примеси в смазке и т.д.

[111].

характеризующих работу оборудования, можно вовремя обнаружить обслуживание только тогда, когда возникает реальная возможность выхода диагностирования.

Обслуживание по фактическому техническому состоянию имеет ряд преимуществ по сравнению с системой планово - предупредительных ремонтов:

- наличие постоянной информации о состоянии оборудования, охваченного мониторингом (возможность определения «проблемных» и «нормальных» узлов), позволяет планировать и выполнять обслуживание и ремонт без длительной и, зачастую, ненужной остановки, практически исключить аварийные отказы оборудования. Посредством внедрения системы обслуживания по фактическому техническому состоянию возникает возможность увеличения эффективности производства;

прогнозирование и планирование объмов технического обслуживания и ремонта «проблемного» оборудования, снижение расходов по техническому обслуживанию за счт минимизации ненужного ремонта (увеличение межремонтного интервала) «нормального» оборудования. В результате проведения мониторинга технического состояния агрегатов и их обслуживания по фактическому техническому состоянию внеплановый объм работ, вызванный чрезвычайными ситуациями, обычно составляет менее 5% от общего объма работ, а время простоя оборудования составляет не более 3% от времени, затраченного на техническое обслуживание.

Установлено, что типичные расходы на ремонт при аварийных отказах оборудования в среднем в 10 раз превышают стоимость ремонта при вовремя обнаруженном дефекте [24];

- обеспечение эффективности ремонта за счет послеремонтного обследования. Опыт показывает, что примерно от 2 до 10% новых деталей имеют дефекты изготовления, которые могут привести к быстрому выходу из строя замененной детали и отказу оборудования, а также вызвать повреждение других сопряженных нормально функционирующих деталей.

Дефектная деталь или нарушенная технология сборки в ряде случаев могут быть обнаружены в процессе испытаний после ремонта [25];

эффективное планирование распределения обслуживающего персонала, запасных частей, инструмента и др.;

- возможность сокращения резервного оборудования;

- улучшение охраны труда и устранение нарушений экологических требований. Проведение ремонтных работ в чрезвычайной обстановке внезапного отказа и опасности внеплановой остановки производства приводит к повышению травматизма [26];

восстановления или замены. Регистрируемые диагностические параметры являются объективными данными при решении спорных вопросов о причинах входа механизма из работоспособного состояния.

Идея обслуживания оборудования по фактическому техническому состоянию заключается в обеспечении максимально возможного межремонтного периода эксплуатации оборудования за счет применения современных технологий обнаружения и подавления источников отказов [27].

Основой этой системы являются:

- идентификация и устранение источников повторяющихся проблем, приводящих к сокращению межремонтного интервала обслуживания оборудования;

- устранение или значительное снижение факторов, отрицательно влияющих на межремонтный интервал или срок эксплуатации оборудования;

- распознавание состояния нового или восстановленного оборудования с целью проверки отсутствия признаков дефектов, уменьшающих межремонтный интервал;

- увеличение межремонтного интервала и срока эксплуатации оборудования за счт проведения монтажных, наладочных и ремонтных работ в точном соответствии с техническими условиями и регламентом.

Неразрушающие методы контроля, которые можно применить при техническом диагностировании роторных экскаваторов, подразделяются на две основные группы.

1. Дефектоскопические методы НК [69]:

- визуально-измерительный контроль (ВИК) [79];

- капиллярный контроль (ПВК);

- ультразвуковой контроль (УЗК);

- магнитный контроль (МК).

2. Диагностические (функциональные) методы НК:

- тепловой контроль (ТК) [80, 81];

- вибродиагностический контроль (ВД) [82, 83, 84];

- акустико-эмиссионный контроль (АЭ) [85].

использованием стандартных средств измерений, отвечающих требованиям Государственной системы обеспечения единства измерений [73], а также с использованием правил статистической обработки данных. Для исключения возможности попадания в эксплуатацию деталей и узлов с недопустимыми дефектами подозрительные места проверяются не менее трех раз.

Рассмотрим более подробно методы, которые могут применяться при контроле технического состояния роторных экскаваторов.

При распознавании технического состояния широко применяется метод визуально-инструментального контроля (ВИК), целью которого является выявление конструктивных изменений рабочего оборудования (формы, поверхностных дефектов в материале и соединениях деталей, образовавшихся трещин, коррозионных и эрозионных повреждений, деформаций, ослаблений соединений и т.п.), которые влияют или могут повлиять на безопасность эксплуатации [28].

Одним из опасных дефектов, обнаруживаемых ВПК являются непровары в корне сварного шва, неполное заполнение разделки кромок.

Основная опасность данного дефекта заключается в снижении прочности самого сварного соединения, создание дополнительных концентраторов напряжений, которые при неблагоприятных условиях развиваются в магистральные трещины. Скорость роста магистральной трещины тем выше, чем более глубоким является непровар [87].

Параллельно с визуально-измерительным контролем может выполняться диагностический контроль оборудования роторного экскаватора.

При обнаружении признаков трещин в несущих металлоконструкциях или сварных швах в этих местах проводится дополнительная проверка с помощью одного из дефектоскопических методов НК:

- ультразвукового контроля (УЗК) [92];

- контроля проникающими веществами (капиллярного контроля) [88].

Ультразвуковой контроль, основанный на способности ультразвуковых колебаний распространяться в твердых веществах на большую глубину без заметного ослабления и отражаться от границы раздела двух веществ, является наиболее надежным и простым методом дефектоскопии ответственных деталей и сварных соединений горно-транспортного оборудования. Различают 5 методов ультразвукового контроля: теневой, резонансный, импедансный, свободных колебаний и эхо-метод. Самым передовым словом техники можно считать применение ультразвуковых фазированных решеток [90].

Главным достоинством ультразвука фазированных решеток можно считать возможность программного формирования диаграммы направленности ультразвукового блока, включая фокусировку, точку и угол ввода. Это позволяет реализовать все схемы контроля, применяемые в многоэлементных системах с линейным сканированием [91]. Так, например, дефектоскоп Х-32 [29] имеет наглядный интерфейс и удобен в работе, а многочисленные функции, реализованные в нем, облегчают и оптимизируют процесс контроля.

Контроль проникающими веществами предназначен для определения мест расположения поверхностных дефектов с открытой полостью, их направления, протяженности, характера развития, как в основном, так и в наплавленном металле сварных соединений [30].

Тепловой контроль предназначен для оценки теплового состояния электрооборудования и токоведущих частей в зависимости от условий их работы и конструкции. Может осуществляться по нормированным температурам нагрева (превышениям температуры), избыточной температуре, коэффициенту дефектности, динамике изменения температуры во времени, с изменением нагрузки и т.п.

измерений температуры в пределах фазы, между фазами, с заведомо исправными участками и т.п. Информативным параметром, несущим максимальную информацию о состоянии узла работающей машины или агрегата, являются механические колебания (вибрации) - упругие волны, распространяющиеся в сплошных средах.

Измерение виброакустических характеристик на подшипниковых опорах механизмов позволяет распознать такие дефекты и повреждения как дисбаланс и расцентровку валов, повреждения подшипников скольжения и качения, повреждения зацеплений в передачах, повреждения муфт [31].

При анализе данных, полученных при первичных обследованиях главных механизмов экскаваторов, выявлено, что основными дефектами механического оборудования являются:

- дисбаланс ротора;

- расцентровка валопроводов агрегатов;

- дефекты подшипниковых узлов (перекосы, ослабления посадок, износы беговых дорожек, тел качения и сепараторов) и т.п.

Сокращение удельных эксплуатационных расходов на техническое обслуживание при эксплуатации карьерного оборудования является, в настоящее время, одним из основных резервов повышения эффективности производства. Рассмотренные современные методы технического диагностирования позволяют получить с очень высокой степенью надежности заключение о фактическом техническом состоянии [103].

1.5 Внешние факторы, влияющие на работоспособность роторных экскаваторов Процессы, протекающие в машине при е работе, обуславливаются как воздействием внешней среды, так и факторами эксплуатационного характера [116]. В результате этого ресурс е работоспособности снижается и может быть восстановлен только во время ремонтов. Поэтому одной из задач повышения наджности и долговечности роторных экскаваторов является определение и исследование факторов, неблагоприятно влияющих на ремонтную технологичность оборудования.

роторных экскаваторов. Воздействие окружающей среды на состояние роторных экскаваторов, их деталей и узлов проявляется постоянно, независимо от того, работает она или нет. Влияние таких факторов, как низкие температуры воздуха, их резкий перепад, пыль, ветер, влажность и др., наиболее активно и неблагоприятно проявляется, прежде всего, в изменении эксплуатационных свойств конструкционных материалов, вызванном обратимыми и необратимыми процессами, а также в усложнении условий проведения ремонтных работ.

Пыль, осаждаясь на сухих, не смазываемых поверхностях, приводит к абразивному изнашиванию, ухудшению теплоотдачи рабочей жидкости (содержание пыли в работающих густых смазках доходит до 55%, а в маслах до 0,22%), вызывает е перегрев и снижение сроков службы механизмов [31].

Работа горного оборудования сопровождается значительным пылеобразованием. В отдельных случаях запыленность воздуха может достигать величин порядка 400 мг/м3. Пыль во взвешенном состоянии содержит, в основном, мелкие фракции размером до 30 - 40 мкм, которые перемещаются на значительные расстояния, оседая в местах, где скорость перемещения воздушных потоков очень мала (панели управления, кабина водителя, плохо защищенные подшипниковые узлы и т. д.). Более крупные частицы оседают на кузовах, кабинах, рамах и других узлах, создавая в смеси со смазочными материалами и влагой абразивные пасты. Последние затвердевают на поверхностях разъемных соединений, значительно усложняя их техническое обслуживание и ремонт. Адсорбированная влажной поверхностью мелкая фракция пыли всегда содержит углекислые, сернокислые, хлористые и другие хорошо растворимые соли, которые во взаимодействии с температурой создают химически агрессивные среды, интенсифицирующие процессы атмосферной коррозии, ухудшающие качество изоляции электрооборудования, а также ускоряющие процесс старения резинотехнических изделий и пластмасс.

На рисунке 1.3 приведена в общем виде зависимость [10] скорости атмосферной коррозии от толщины пленки влаги, позволяющая определить вид коррозии. При влажной коррозии (участок II), наиболее характерной для весеннего периода погодно - климатических условий Березовского угольного разреза, скорость коррозии резко повышается с увеличением толщины пленки влаги, образующейся на поверхности вследствие капиллярной, адсорбционной или ионной конденсации.

Низкие температуры воздуха вызывают резкое уменьшение ударной вязкости сталей и других конструкционных материалов гидравлических систем, замерзание смазочных материалов и рабочих жидкостей, конденсацию влаги в пневматических системах управления.

Рисунок 1.3 - Зависимость скорости атмосферной коррозии от толщины пленки влаги на поверхности металла Температурные уровни холодостойкости - значения температуры наружного воздуха, на действие которых рассчитана машина [32].

В зимний период времени резко увеличивается аварийность горной техники. Опыт работы роторных экскаваторов показывает, что в зимние месяцы, по сравнению с летними месяцами, значительно увеличивается доля аварийных простоев по причине разрушения узлов металлоконструкций и отказов пневматических и гидравлических систем. Параметр потока отказов роторных экскаваторов в зимние месяцы по сравнению с летними месяцами возрастает в 1,3 - 1,5 раза, что приводит к возрастанию длительности простоев и снижение технической производительности.

Рост числа и продолжительности простоев определяется повышением воздействие таких климатических факторов, как низкая температура наружного воздуха, суточные колебания температуры, высокая влажность определяется как разность между верхним порогом критической температуры хрупкости металла ( Т К кр ) и минимальной температурой детали во время работы ( Т м. min ) Для не обогреваемых деталей машин Т м. min = Т в. min, где Т в. min минимальная температура воздуха.

конструкционного материала, из которого он сделан, к минимальной эксплуатационной температуре воздуха В основных механизмах большинство контактирующих поверхностей выполнены из материалов различного состава (сталь-латунь, сталь-резина, сталь-керамика и пр.), имеющих различные запасы холодостойкости.

Поэтому соблюдение температурных режимов эксплуатации для машин, оснащнных гидроприводом, является серьзным условием для уменьшения количества отказов и увеличения уровня ремонтной технологичности.

Причины климатического характера вызывают простои роторных экскаваторов в периоды воздействия наиболее низких отрицательных температур, которые оговариваются инструкциями заводов-изготовителей, а также инструкциями по эксплуатации машин, разработанными применительно к конкретным условиям, актирующими вынужденные простои оборудования.

Параметр потока отказов роторных экскаваторов в зимние месяцы по сравнению с летними месяцами возрастает, как уже отмечалось выше, в 1,3 раза. На основе результатов проведнных исследований была установлена зависимость параметра потока отказов от окружающей температуры, которые приведены на рисунке 1.4.

Рисунок 1.4 - Изменение параметра потока отказов отрицательных температур составляет:

для электрооборудования - (-35; - 40)°С;

для резинотехнических изделий - (-35)°С;

для канатов - (~15)°С.

температурой окружающей среды, влияют величина и характер нагрузок, определяющих напряженно-деформированное состояние основных узлов машины. Выбор щадящего режима работы роторных экскаваторов в периоды воздействия наиболее опасных отрицательных температур (ниже (-30)°С) является наиболее эффективным путем снижения аварийных простоев оборудования.

формирующихся в основных узлах металлоконструкций роторных экскаваторов и, тем самым, снижению вероятности хрупких разрушений элементов.

Влияние возраста оборудования на коэффициент технического использования роторных экскаваторов. Большие сроки службы оборудования, связанные с необходимостью проведения двух-трехкратных капитальных ремонтов с продолжительностью ремонтных циклов в шесть и более лет, ставят вопрос об объективной оценке уровня надежности роторных экскаваторов на любом этапе эксплуатации машин.

Поскольку срок эксплуатации роторных экскаваторов велик, то для анализа влияния срока службы на показатели надежности их работы можно воспользоваться результатами, полученными в условиях Нерюнгринского разреза [32, 33], сходного по климатическим условиям с Березовским, на котором роторные экскаваторы большой размерной группы эксплуатируются с 1987 г.

Приведенные результаты свидетельствуют, что с увеличением срока службы роторных экскаваторов снижается их годовая производительность (рисунок 1.5). Причем для роторных экскаваторов большой размерной группы на начальном этапе эксплуатации отмечается некоторый рост производительности, что связано, скорее всего, с освоением новых узлов и агрегатов. Снижение годовой производительности при увеличении срока эксплуатации (в среднем на 5% за 5 лет) связано со снижением их наджности, возрастанием аварийных простоев и, как следствие, ростом эксплуатационных затрат на ремонт и обслуживание оборудования.

Рисунок 1.5 - Влияние срока эксплуатации на производительность и техническое использование роторных экскаваторов При выявлении корреляционных связей между рассматриваемым параметром и сроком службы оборудования, под которым следует понимать календарную продолжительность эксплуатации машин от ее начала до наступления предельного состояния (возраст оборудования), было установлено, что корреляционные отношения составили для отечественных роторных экскаваторов 0,71. Полученные значения корреляционных отношений подтверждают достаточно устойчивую связь между рассматриваемыми параметрами.

Полученные зависимости показывают, что по мере старения, то есть увеличения срока службы оборудования, величина удельных затрат времени на ремонт, отнесенная к одному часу работы существенно возрастает, а коэффициент технического использования оборудования – уменьшается.

Анализ был произведен по укрупненному показателю надежности коэффициенту технического использования машин, учитывающему затраты времени как на плановые, так и неплановые ремонты, и рассчитываемому по среднегодовым показателям. Коэффициент технического использования можно назвать комплексным показателем надежности, учитывающим все виды простоев, связанных как с техническим обслуживанием, так и с ремонтом в процессе их эксплуатации.

При этом отмечается, что для роторных экскаваторов большой размерной группы коэффициент технического использования на протяжении рассматриваемого периода практически не зависит от возраста оборудования, что объясняется фирменным сервисным обслуживанием на протяжении всего срока эксплуатации. В то же время для отечественных роторных экскаваторов большой размерной группы характерна тенденция к общему снижению коэффициента технического использования К ГА к концу ремонтного цикла, но при условии его обязательного последующего восстановления. Капитальный ремонт повышает уровень надежности оборудования, но не обеспечивает полного восстановления его первоначальных значений, при этом отмечается более стабильное значение К ТИ в первый межремонтный период и разброс его величины к концу ремонтного цикла.

В целом рассмотренные результаты подтверждают ожидаемые результаты от приобретения и внедрения нового оборудования на Березовском угольном разрезе, как за счет увеличения эксплуатационной производительности, так и за счет снижения издержек производства на их техническое обслуживание и ремонт.

Влияние качества рабочей жидкости на параметр потока отказов оборудования роторных экскаваторов. Опыт эксплуатации гидравлических систем показал, что качественная работа гидравлического оборудования во многом зависит от типа гидравлического масла, его рабочего состояния и правильной фильтрации. Параллельно своему основному предназначению масло выполняет ещ ряд важных функций: оно смазывает трущиеся поверхности, охлаждает нагретые части насосов и двигателей, уносит в масляный бак продукты разрушения, «борется» с химическими процессами, происходящими в сопряжении деталей, выполненных из различных конструкционных материалов. Таким образом, гидравлическое масло само может быть отнесено к конструкционному материалу, свойства которого влияют на долговечность, наджность и ресурс гидравлических систем в межремонтный период.

Основной фактор, снижающий рабочие функции масла - это загрязнение. Загрязняющие частицы могут попадать в рабочую жидкость различными путями. Часть из них с пылью, находящейся в воздухе, часть при доливке масла в систему. Некоторое количество загрязнений остатся в системе после проведения монтажных или ремонтных работ. Большую часть загрязнений составляют продукты износа деталей агрегатов гидравлической системы. Размер частиц, находящихся в рабочей жидкости, обычно не превышает 15...25 мкм, хотя бывают частицы размером до 100 мкм и даже более (рисунок 1.6).

При движении жидкости эти частицы движутся практически вдоль линии потока и оседают лишь в тех участках системы, где скорость движения мала (при расширении сечения трубопровода, на входе в агрегаты, баки и т.д.), а также там, где движение жидкости имеет эпизодический характер обычно это распределительные устройства [34].

По некоторым данным, скорость оседания частиц размером 3 - 5 мкм очень мала и составляет, при вязкости масла = 10 мм /с, примерно 0,005 мм/с.

Рисунок 1.6 - Изменение вязкости масла при 100°С в зависимости В результате частицы, циркулируя вместе с жидкостью, будут попадать в зазоры плунжерных пар и могут вызывать их интенсивный износ, и даже заклинивание. Кроме того, скопление частиц в зазоре способствует появлению неуравновешенных радиальных сил давления жидкости, что увеличивает усилие перемещения плунжера [34].

Анализ изменения качественных показателей масел в гидравлической системе роторного экскаватора показал, что существуют отклонения от предъявляемых норм:

- обнаруженные частицы механических примесей (в основном это частицы угля и песка) продолжают находиться в системе в течение всего периода эксплуатации примерно в одинаковой пропорции, что указывает на недостаточно эффективную фильтрацию масла;

- кинематическая вязкость и температура вспышки масла оказываются существенно ниже нормы, заявленной изготовителями, уже через 400 - моточасов работы.

Снижение термохимических характеристик можно объяснить относительно высокой рабочей температурой масла. При продолжительном действии высокой температуры ускоряется процесс окисления (процесс присоединения кислорода к наименее стабильным углеводородам). В результате окисления в жидкости образуются растворимые кислые продукты, а также продукты высокого молекулярного веса, которые выпадают в виде лакообразных отложений и тяжлых липких осадков [35]. Положение не спасает наличие в масле ингибитора, способного удлинить индукционный период окисления.

1.6 Необходимые решения для продления срока службы роторных экскаваторов Как известно, роторные экскаваторы – сложные машины непрерывного действия, в которых насчитывается большое количество (многие сотни) больших и малых элементов, каждый из которых имеет свой комплекс различных процессов, приводящих к отказам.

При этом разрушение и выход из строя одних элементов оказывает значительное влияние на работоспособность других функциональных узлов.

Отсюда следует необходимость комплексности различных диагностических методов и средств, для определения технического состояния машины и формирования комплексов технологий по восстановлению работоспособности [100].

При этом совершенно выпадает из поля анализа электрооборудование, в том числе приводы, изоляция и контакты, смазка, канаты и крепж.

С целью дальнейшего совершенствования контроля технического состояния (КТС) и существующих диагностических технологий, повышения достоверности результатов для более точного определения ремонтных работ планируется комплектация центров технической диагностики (ЦТД) современными приборами по диагностике (оценке технического состояния) электродвигателей и генераторов, контролю состояния изоляции, экспресс – анализу смазочных масел и другими. Для реализации возможности без образцового метода проведения металлографии в полевых условиях центр технической диагностики оснащается соответствующими переносными приборами. В ходе контроля технического состояния (КТС) экскаваторов решаются важные вопросы контроля оборудования в целом [102].

электрооборудования учитываются следующие факторы: температурное поле, токовая нагрузка и тепловая энергия, излучательная способность поверхности.

экскаваторов, результатов измерений основных параметров оборудования, задаваемый нормативной и технической документацией, показывает, что их явно недостаточно для обнаружения многих дефектов, выявленных в процессе эксплуатации, особенно на начальной стадии развития [107].

Для их обнаружения необходимо больше фактического материала – создание базы данных.

Для досрочного прогноза состояния оборудования (что крайне необходимо в современных условиях эксплуатации) необходимо не только обнаружить дефект, но и идентифицировать его (определить вид и величину), так как разные дефекты имеют разные скорости развития [101].

В связи с нахождением производителей роторных экскаваторов за пределами РФ, а также в силу экономических причин, участие их в определении и отслеживании технического состояния поставляемой в сво время техники носит нерегулярный, эпизодический характер либо отсутствует вообще.

методологическое сотрудничество с данными предприятиями либо ставить соответствующие задачи перед ответственными изготовителями аналогичной или близкой по классу техники.

На повестку дня выходит проблема широкого привлечения таких предприятий к технической поддержке, модернизации производственного оборудования, а также к совместному формированию методической и нормативной базы для определения и контроля фактического состояния роторных экскаваторов.

современных условиях является реализация рациональных режимов ее нагружения. С одной стороны, техника должна обеспечивать высокую производительность, а с другой стороны - проявление пиковых нагрузок, режимов холостого хода и тому подобных явлений, неблагоприятных с точки зрения надежности и ресурсосбережения, должно быть минимизировано.

Кроме того, для поддержания высокой технической готовности, с учетом удаленности горных предприятий от заводов - изготовителей оборудования, желательно обеспечить достаточно точное прогнозирование остаточного ресурса рабочих агрегатов и узлов машин [36].

Для продления срока службы имеющихся в парке Сибирской угольной энергетической компании (СУЭК) роторных экскаваторов необходимы новые методические разработки, которые необходимо принять к рассмотрению и внедрению в «Программу и методику испытаний для роторных экскаваторов с истекшим сроком службы с целью определения возможной их дальнейшей эксплуатации».

Необходимы исследования по моделированию и оценке технического состояния основных механизмов и систем роторного экскаватора, с помощью которых существует возможность определения критических нагрузок при текущем техническом состоянии роторного экскаватора. Для этого необходимо внедрение:

- математических моделей для определения величины линейных и угловых скоростей работы основных узлов экскаватора, производительности экскаватора, количества горной массы, транспортируемой конвейерами, статических моментов от нагрузок при резании, усилий для подъма и опускания разгрузочной консоли, ветровой нагрузки, силы трения качения, пространственного положения рабочих органов экскаватора в забое, количества срезаемой горной массы;

- математической модели ходового движителя роторного экскаватора, опорных реакций на гусенечных тележках, сопротивлений прямолинейному передвижению, величин тяговых усилий, сопротивлений динамических нагрузок при движении роторного экскаватора.

2 ОСНОВНЫЕ КОНСТРУКТИВНЫЕ СХЕМЫ И СИСТЕМЫ

РОТОРНЫХ ЭКСКАВАТОРОВ

В настоящее время их успешно применяют для экскавации не только мягких, но и средней крепости, а также крепких пород и углей;

эксплуатируются они в районах с резко-континентальным климатом. Область их применения продолжает расширяться как по виду работ, так и по горногеологическим и климатическим условиям.

горнодобывающей промышленности (на вскрышных и добычных работах) и в строительстве (на сооружении плотин, каналов, дорог). Выпускаемые в производительность от 100 до 20 000 м /ч. Роторные экскаваторы большой значительные нагрузки на приводах при взаимодействии с забоем, что в последствии, продолжительной работы может привести к возникновению оборудования на ЭРШРД-5250 дат запас в работе, но нельзя произвести замену роторного экскаватора в целом, в отличие от роторных экскаваторов малой единичной мощности [38].

Карьерные роторные экскаваторы более приспособлены к селективной выемке, непрерывности рабочего процесса, имеют более высокие значения КПД (в 1,5—1,7 раза) и скорости процесса экскавации (в 1,7—2,2 раза), сравнительно экономично реализуемые возможности создания рабочих органов для разработки пород повышенной крепости, возможности ограничения кусковатости горной массы. По сравнению с цепными роторные экскаваторы более эффективны при блочной выемке, в их рабочем процессе разделены функции отделения и транспортирования разрабатываемой породы, вдвое меньшими являются затраты энергии на подъем горной массы при верхнем копании, в их конструкции металлоемкость и удельный износ одновременно движущихся в породе элементов меньше в 1,5—1,8 раза.

Особенности применения роторных экскаваторов в каждом конкретном случае определяются свойствами разрабатываемой среды, качеством извлекаемой горной массы, климатическими и гидрологическими условиями, технологией работы и параметрами забоя, видом и параметрами транспортных средств, организацией работ на предприятии.

Во времена развитого социализма производство карьерных роторных экскаваторов в основном осуществлялось в СССР, ЧССР, ГДР и ФРГ. Они изготавливались в производственных объединениях «Донецкгормаш», «Ново-Краматорский машиностроительный завод» и «Ждановтяжмаш».

Экскаваторы выпускались в соответствии с типажом горнотранспортного оборудования непрерывного действия, предусматривающим пять типоразмеров производительностью 630, 1250, 2500, 5000 и 10 000 м /ч.

Широкая область применения, многообразие горно-геологических и климатических условий, большой диапазон производительности влекут за собой значительную вариацию основных параметров.

экскаваторы отечественного и зарубежного производства. Основные технические данные отечественных и зарубежных роторных экскаваторов, применяемых на карьерах Российской Федерации, достаточно подробно приведены в перечне библиографического списка [39].

Наиболее актуальным для рассмотрения и проведения научноисследовательской работы является роторный экскаватор ЭРШРД 5250 [115], конструктивная схема которого приведена на рисунке 2.1.

Карьерный роторный экскаватор состоит из экскавирующего, транспортирующего, ходового, силового и управляющего оборудования, поворотной платформы с верхним строением и уравновешивающими консолями.

Рабочее оборудование включает экскавирующий орган (ротор), стрелу ротора и приводные механизмы, осуществляющие рабочие движения ротора:

вращение и подачу.

Транспортирующее оборудование состоит из ленточных конвейеров с приемно-питающими и перегрузочными узлами и разгрузочного устройства.

Ходовое оборудование включает в себя нижнюю раму и движитель с приводными механизмами.

В состав силового оборудования входят системы привода и электропитания [112]. Управляющее оборудование — система управления с управляющими механизмами и приводами [106]. В зависимости от модификации роторного экскаватора некоторые управляющие механизмы могут выполнять функции основных приводных механизмов в рабочем процессе, например приводы вертикальной и продольной подачи ротора [40].

К вспомогательному оборудованию относят смазочные устройства;

обогревательные и осветительные устройства; системы пылеподавления, аспирации и вентиляции; подборщики просыпей; оборудование и системы, предназначенные для выполнения работ по техническому обслуживанию и ремонту, а также обеспечивающие контроль и безопасность ведения работы.

Рисунок 2.1 - Конструктивная схема экскаватора ЭРШРД-5250, ЭРП-5250ВС, ЭР- 2.2 Характеристики основных механизмов роторных экскаваторов Для роторного экскаватора рабочие механизмы классифицируют по типу выполняемых движений: вращение роторного колеса, поворот и подъм стрелы, поворот разгрузочной консоли, разворот экскаватора, подъм стрелы, ход гусеничный или рельсово-шагающий, движение конвейеров стрелы и разгрузочной консоли.

характеристикам электроприводов главных механизмов, обусловлены спецификой технологического процесса, особенностями конструкции механизма, способом управления механизма, а также условиями эксплуатации и электроснабжения (Приложение 1). Специфика заключается в следующем.

Для лебедочных механизмов роторных экскаваторов:

1. Механизмы не являются копающими и не требуют высокой динамики при изменении скорости;

2. Механизмы подъема стрелы и шагающе-рельсового хода роторного экскаватора являются установочными; погрешность позиционирования не более ±30 мм; диапазон регулирования скорости не менее (10...12):1;

3. Для механизма стрелы ротора момент нагрузки активный; в процессе резания на механизм накладываются тормоза; длительных удержаний груза нет;

4. Для механизма шагающе-рельсового хода момент нагрузки изменяется в широких пределах от реактивного до активного в зависимости от уклона установки экскаватора и ветровой нагрузки;

5. Режим работы шагающе-рельсового хода при протяженных перемещениях машины повторно-кратковременный с ПВ = 25 - 40 %, а для механизма подъема стрелы - кратковременный;

6. Механизмы подъма и шагающе-рельсового хода управляют значительными массами с упругими кинематическими связями [98];

7. Особенность кинематических схем подъемных и ходовых лебедок состоит в параллельной работе двух лебедок на общую нагрузку; при этом должно обеспечиваться как совместное, так и раздельное управление лебедками (последнее необходимо для выравнивания механизмов или смены канатов);

8. При работе подъемных и ходовых механизмов возможен упор неподвижного ротора на забой.

Для опорно-поворотных механизмов роторных экскаваторов:

1. Механизмы разворота экскаватора и поворота разгрузочной консоли являются установочными, не требуют высокой динамики при изменении скорости, предназначены для работы в кратковременных режимах;

2. Механизм поворота стрелы выполняет главное рабочее движение, обеспечивающее резание породы, продольную подачу; момент нагрузки привода в процессе резания обусловлен разрушением породы, и его колебания могут вызвать технологические перегрузки и стопорения; от точности отработки электроприводом заданной скорости при изменениях нагрузки зависит производительность экскаватора; имеется взаимосвязь нагрузок привода с нагрузками электропривода роторного колеса; режим работы привода продолжительный.

Для механизмов роторного колеса:

обеспечивающее резание породы; электропривод должен работать в продолжительном режиме; реверс вращения колеса не требуется;

2. Для оптимального режима резания различных по крепости пород требуется снижение угловой скорости роторного колеса на 30-60 % по отношению к номинальной (практически регулирование скорости необходимо только в процессе резания, т.е. под нагрузкой);

3. Момент сопротивления механизма реактивный, пульсирующий;

постоянная составляющая силы резания и, следовательно, момента сопротивления прямо пропорциональна скорости продольной подачи, которую обеспечивает привод поворота стрелы;

4. Существенные колебания частоты вращения роторного колеса под воздействием нагрузки недопустимы, так как возникает положительная обратная связь по моменту нагрузки: снижение частоты вращения роторного колеса при неизменной скорости подачи приводит к увеличению момента сопротивления приводов роторного колеса и поворота стрелы; при этом могут возникнуть перегрузки и колебания роторной стрелы и металлоконструкций экскаватора;

5. Возможность технологических перегрузок и режимов стопорения при встрече ковшей с непреодолимым препятствием обусловливает необходимость ограничения момента привода.

Для механизмов ленточных конвейеров:

1. Конвейеры предназначены для непрерывного транспортирования горной массы в одном направлении при диапазоне регулирования скорости 1,25:1;

2. В процессе пуска конвейеров необходимо сохранять сцепление ленты с приводными барабанами, исключающее пробуксовку, а также продольные колебания ленты как при полностью загруженной, так и при недогруженной ленте;

3. Для ограничения натяжения ленты в конвейерах используются два приводных барабана с индивидуальными приводами; целесообразным считают соотношение моментов между первым и вторым барабаном 2:1.

Все перечисленные механизмы находятся под действием переменных нагрузок, требуют регулирования скорости, управляются оператором.

В настоящее время для электроприводов главных механизмов горных машин применяют двигатели постоянного тока и асинхронные двигатели с управляемыми преобразователями электромашинными и статическими.

Каждому из механизмов горных машин соответствует определенное сочетание режима работы, диапазона нагрузок, установленной мощности двигателей, системы электропривода, диапазона регулирования скорости и вида статических характеристик. Суммарная установленная мощность двигателей роторных экскаваторов - для производительностей от 4500 до 5250 м3/ч.

Для механизмов подъма и тяги, хода подачи дополнительно применяют режим ослабления поля двигателя с целью получения скорости выше номинальной в режимах опускания рабочего [41].

Механизмы в роторных экскаваторах не работают в интенсивном повторно-кратковременном режиме. Для них характерны: экскаваторная механическая характеристика, плавное регулирование с ограничением ускорений и рывков; может требоваться высокая жесткость рабочего участка механических характеристик и достаточно широкий диапазон регулирования.

В этой связи применяют:

1. Отрицательную обратную связь по скорости n (о.с.) вала двигателя при высокой жесткости механических характеристик:

где M п - момент сил резанья породы, характеризует механические характеристики породы, от которых в свою очередь зависит мощность двигателя P, необходимая для обеспечения определенного значения вращения роторного колеса.

2. Связь по напряжению при меньшей жесткости ( M п ):

где мощность двигателя будем считать по напряжению P=U2/R.

3. Связь с отсечкой по току:

где ctg - является индивидуальной характеристикой двигателя, определяет максимально возможные нагрузки при работе двигателя.

2.3 Принципы взаимодействия основных механизмов роторного экскаватора Кинематический и структурный анализы [70] роторного экскаватора ЭРШРД-5250 показали, что технология регулирования работы роторного экскаватора осуществляется:

- приводами движения ротора;

- приводами поворота стрелы ротора;

- приводами подъма стрелы ротора;

- приводами конвейерной линии;

- приводами разгрузочной консоли;

- приводами хода экскаватора.

На основании вышеизложенного, структурная схема приводов движения ротора состоит из модуля движения роторного колеса, модуля поворота стрелы ротора, модуля подъма стрелы ротора, модуля ленточного конвейера ротора.

При создании системы управления приводами движения ротора учитывали: ветровые нагрузки, температуру окружающей среды, давление воздуха, влажность, физико-механические свойства грунта и интенсивность осадков, положение органов управления и скорости вращения валов электродвигателей приводов движения ротора, рабочее состояние агрегатов, цепей и систем экскаватора, координаты точек поверхности забоя относительно экскаватора из базы данных поверхности разреза.

Выходные сигналы системы управления работой приводов движения ротора пропорциональны моментам статических сопротивлений резанию, повороту и подъму стрелы ротора, подъму стрелы кабины машиниста ротора и движению конвейерной линии, приведенные к валам двигателей соответствующих электроприводов, выдаются на управление электроприводами. Сигналы с датчиков, информирующие машиниста ротора о движении и положении рабочих органов, скорости перемещения рабочих органов, скорости врезания ковшей ротора в угольный пласт и начале движения рабочих механизмов, выдаются через систему автоматического контроля и управления (АСКиУ) на приборное оборудование кабины машиниста ротора. В модуль АСКиУ выдаются сигналы, пропорциональные параметрам движения рабочих органов и координаты кромок ковшей ротора, а также сигналы, несущие информацию о статических нагрузках элементов приводов движения ротора и параметров движения рабочих органов.

Сигналы о рабочем состоянии агрегатов, цепей и систем экскаватора (то есть те сигналы, в управление и функционирование которых машинисты вмешаться не могут), а также сигналы о крепости породы, однородных включениях пласта; координаты забоя относительно экскаватора поступают из базы геолого-технических нарядов (ГТН) разреза. Положение опорных лыж экскаватора и штоков гидравлических домкратов с датчиков, измеряющих уровень крена и тангажа, поступают в модуль гидравлических систем, и модуль хода и выравнивания экскаватора, следом поступают на рабочее место машиниста роторного экскаватора [99].

Мощность приводов хода экскаватора приведенная к валам двигателей соответствующих электроприводов, пропорциональна моментам статических сопротивлений повороту разгрузочной консоли, движению конвейерной линии разгрузочной консоли, перемещению экскаватора по забою на тележках, усилиям на опорных лыжах и штоках гидравлических домкратов. Все эти данные поступают на рабочее место машиниста роторного экскаватора. Сигналы, информирующие машиниста хода экскаватора о движении и положении рабочих органов, скорости их перемещения, выдаются на приборное оборудование кабины машиниста хода экскаватора [42].

При моделировании движения приводов роторного экскаватора необходимо связать между собой:

- линейные и угловые скорости рабочих органов и экскаватора;

- толщину срезаемой стружки;

- производительность экскаватора;

- количество горной массы, транспортируемой конвейерами экскаватора;

- статические моменты нагрузок резания, подъм и транспортировку горной массы, весовые и ветровые нагрузки, силы трения качения и т. д.;

- пространственное положение рабочих органов экскаватора и самого экскаватора относительно забоя.

электрогидрооборудования, включающую в себя [112]:

- электроснабжение экскаватора;

- электроприводы механизма роторного колеса;

- электроприводы механизма поворота;

- электроприводы механизма подъма стрелы ротора;

- электроприводы механизма хода экскаватора;

- электроприводы механизма разворота экскаватора;

- электроприводы механизма поворота разгрузочной консоли;

- электроприводы механизма подъма разгрузочной консоли;

- электроприводы механизма подъма кабины машиниста ротора;

- гидравлическую систему хода и выравнивания;

- электроприводы конвейерной линии;

- систему освещения и пожаротушения экскаватора.

В случаях экстремальных ситуаций возможны отказы:

электропривода роторного колеса, когда разгон двигателей электропривода роторного колеса произошел не до заданной скорости вращения, а до максимально возможной (аварийная остановка двигателя предусматривается от срабатывания защиты по максимальному току);

- электропривода подъма и остановки стрелы (проявление аналогично описываемому выше);

поворотом стрелы;

электроприводом механизма хода только в ручном режиме.

Для всех электроприводов выходными параметрами являются скорость вращения вала электродвигателя (n) и ток электродвигателя, выдаваемый на приборы контроля, а затем в систему автоматического контроля и управления.

Скорость вращения вала электродвигателя (n) зависит от:

М - момент сопротивления механизма на валу электродвигателя;

некоторой функцией:

Система электроснабжения экскаватора решает большой объм задач многофункциональной. Структурная схема системы электроснабжения экскаватора, связанная со всеми приводами и системами, приведена на рисунке 2.2.

В модуль системы электроснабжения через автоматическую систему контроля и управления (АСКиУ) поступают сигналы от органов управления в кабинах машинистов ротора, хода, разгрузочной консоли, а также сигналы от модулей электроприводов. В АСКиУ вычисляются необходимые значения электроснабжения с учтом нагрузок, как статических, так и динамических [72].

Рисунок 2.2 - Структурная схема системы электроснабжения экскаватора Автоматизированная система контроля и управления (АСКиУ).

Автоматизированная система контроля и управления (АСКиУ) предназначена для получения информации и решения задач автоматического и полуавтоматического управления работой экскаватора в режиме экскавации, а также в режиме технологических перемещений.

АСКиУ обеспечивает работу следующих устройств:

измерителя интенсивности потока угля и учта выработки;

устройства контроля объмной производительности;

автоматического регулятора скорости поворота экскаватора;

системы автоматического выравнивания;

автоматической системы дозированной подачи;

измерителя скорости ветра М-95-02;

устройства защиты металлоконструкций от опасных колебаний На всех режимах работы АСКиУ:

- формирует сигналы автоматического управления, воздействующие на систему электрооборудования и привода соответствующих исполнительных механизмов;

- обеспечивает наглядную индикацию основных параметров, световую и звуковую сигнализацию превышения предельно допустимых значений скорости ветра и опасных колебаний;

- обеспечивает безопасную эксплуатацию комплекса системы в случае возникновения аварийных ситуаций (отказов электрооборудования и элементов механической системы, пожаров и т.д.).

В состав АСКиУ входят следующие устройства:

- измеритель интенсивности потока и учта производительности, предназначенный для измерения текущей производительности;