Среда, 07.12.2016, 23:11
Высшее образование
Приветствую Вас Гость | RSS
Поиск по сайту


Главная » Статьи » Техника. Технические науки

МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОГНОЗНЫХ СРОКОВ ЭКСПЛУАТАЦИИ КАРЬЕРНОГО ОБОРУДОВАНИЯ

А.Н.Якубович, И.Г.Ротанов

МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОГНОЗНЫХ СРОКОВ ЭКСПЛУАТАЦИИ КАРЬЕРНОГО ОБОРУДОВАНИЯ

Рассмотрены основные виды отказов горнопромышленного оборудования. Приведены модели, позволяющие количественно оценить надежность горной техники и оборудования.

Ключевые слова: горное оборудование, надежность, моделирование, прогнозирование.

 

Практически все работы по добыче и транспортировке руды на современных горно-обогатительных комбинатах осуществляются механизированным способом, с использованием специализированных машин и механизмов. На горных предприятиях постоянно вводится новое горно-транспортное и обогатительное оборудование, внедряются новые средства автоматизации и механизации производственных процессов, в том числе и вспомогательных работ. При этом, вследствие систематической разработки и перемещения больших объемов горной массы, на горнодобывающее оборудование приходятся значительные нагрузки.

Одной из важнейших проблем, возникающих в процессе эксплуатации горнопромышленного оборудования, является низкая надежность узлов и агрегатов конструкции. Виды возможных отказов техники зависят от режимов, параметров и условий эксплуатации. Можно выделить следующие основные виды отказов узлов и агрегатов:
- двигатели (ДВС, электродвигатели, гидродвигатели, пневмодвигатели);
- трансмиссия (согласующие редуктора; гидромеханические, электромеханические, электрогидравлические коробки передач; распределительные коробки; коробки отбора мощности; трансмиссионные мосты; бортовые и приводные редукторы);
- органы управления (электро- и гидромоторы, блоки клапанов);
- исполнительные механизмы (гидроцилиндры, моторы, перфораторы и т. п.).

Методы своевременного выявления неисправностей, основанные на внешних характеристиках работающих узлов и агрегатов, играют важнейшую роль при планировании и организации ремонта горнопромышленного оборудования. Рассмотрим в качестве типичного примера метод диагностирования редукторов мотор-колес карьерных автосамосвалов [4].

На горных предприятиях техническое состояние редукторов мотор-колес карьерных автосамосвалов в процессе эксплуатации в основном определяется внешним осмотром, на слух (шумность работы) и вибрацию; и по степени нагрева корпуса агрегата. Также внешним осмотром, по протечкам масла, можно выявить износ или повреждение манжет, а также появление пор и трещин в корпусе, крышке или ступице мотор-колеса. При появлении вибрации или повышенного уровня шума при работе могут быть выявлены случайные поломки или ослабление крепления деталей. По степени нагрева можно определить нарушение регулировки подшипников или изменение уровня масла в редукторе.

В редукторах мотор-колес карьерных автосамосвалов в основном используются трансмиссионные масла ТАП-15В (при температуре окружающего воздуха до - 25 °С) и ТСП-15К (до - 30 °С), а также их зарубежные аналоги. В процессе работы масло претерпевает целый ряд изменений; некоторые могут способствовать снижению надежности и долговечности механизма. С целью контроля текущего качества масла на предприятиях установлена следующая периодичность отбора проб:
- во время регулярных проверок при каждом ТО-1;
- перед сменой масла;
- в случаях, когда подозревается сверхнормативный износ.

Анализ качества и текущего состояния масла основан на определении таких параметров, как вязкость, температура вспышки, капельная проба, содержание воды, механические примеси, содержание металлов. Основными металлами, играющими роль маркеров технического состояния редукторов, служат железо, медь, хром, никель и кремний.

Спектральным анализом механических примесей масла определяется концентрация металлических частиц (которые являются результатом изнашивания деталей), содержание щелочных металлов, в первую очередь кальция и бария (как основы моюще-диспергирующих и других присадок к маслам), а также наличие кремния (присутствие которого является признаком самых опасных загрязнителей масла - абразивных).

При значительном увеличении содержания какого-либо металлического элемента выполняется проверка зубчатых колес, шлицевых соединений и подшипников. При значительном изменении содержания в масле кремния производится полная замена масла. Замена масла производится и в случае постепенного накопления в нем металлических частиц при их концентрации, превышающей 5 г/л (0,5 %).

Необходимо отметить, что наличие следов меди в масле - нормальное явление, обусловленное использованием подшипников с латунными сепараторами. При этом концентрация меди в масле до 0,1 г/л (0,001 %) соответствует допустимой степени их изнашивания. Уровни выше указанной величины свидетельствуют об интенсивном изнашивании сепаратора, при этом частички латуни визуально наблюдаются в масле, налитом в стеклянную пробирку, в виде золотистого блеска. В подобных случаях масло необходимо заменить, подшипники осмотреть и при необходимости их также заменить. Такое обслуживание, проведенное своевременно и в полном объеме, позволяет сократить затраты на ремонт, предупредить незапланированные аварийные простои оборудования.

В то же время при вышеописанном режиме обслуживания не применяется индивидуальный подход к каждой единице оборудования. Конечно, завод-изготовитель положением по техническому обслуживанию регламентирует срок службы выпускаемого масла, что, однако же, не страхует от преждевременного снижения качества последнего, поскольку его старение в каждом механизме протекает индивидуально. Например, достаточно часто ранее ухудшение качества работающего масла происходит из-за неконтролируемого перегрева редуктора и нарушения его технического состояния.

Отсюда возникает необходимость применения непрерывного и оперативного слежения за температурным режимом масла в процессе эксплуатации оборудования в целях предупреждения поломки редуктора. Применение температуры как диагностического параметра рабочего масла позволяет проводить мониторинг фактического технического состояния редуктора мотор-колес автосамосвала. Этот параметр дает возможность одновременно оценивать работоспособность машины без ее разборки на узлы и агрегаты и влияние работающего масла на эксплуатационную надежность машины в целом.

Результаты обработки многолетних статистических данных [4] свидетельствуют о том, что для всех сезонов работы карьерных автосамосвалов БелАЗ-75131 зависимости качества масла от времени по всем основным параметрам подчиняются полиномиальному закону (при прочих постоянных условиях). Кроме этого, установлено, что замену масла в редукторах мотор-колес необходимо проводить не через 2500 моточасов, как предусмотрено действующим регламентом, а с учетом фактического состояния агрегата. В частности, выявлено, что на летний и весенний периоды интервал замены масла должен быть 1200 моточасов.

Экспериментальные результаты [4] подтвердили статистическую значимость зависимости между температурой нагрева масла и износом редукторов. Также установлено, что 120 °С является критической температурой для редукторов мотор-колес. При росте температуры масла выше 120 °С увеличивается концентрация механических примесей, следовательно, резко повышается интенсивность износа узла. Таким образом, эксплуатация карьерных автосамосвалов в режимах, приводящих к нагреву масла до критической температуры 120 °С недопустима, так как это закономерно приводит к поломке редуктора мотор-колеса. В таких случаях эксплуатацию машины необходимо прекратить и установить причины повышения температуры трансмиссионного масла.

Существует множество способов описания и моделирования параметров потока отказов технических систем. Например, при построении модели надежности функционирования двухагрегатной системы [1] выделены характерные потоки - переходы из одного состояния в другое (см. рисунок). Объект может находиться в одном из шести состояний: Р1 - работоспособность (готовность к работе); Р2 - периодический контроль при работоспособных агрегатах; Р3 - работоспособность одного из агрегатов; Р4 - периодический контроль при одном работоспособном агрегате; Р5 - скрытый отказ второго агрегата; Р6 - периодический контроль при двух отказавших агрегатах.

Если для периодического контроля машины выводят из состояния готовности, то работоспособными являются только состояния Р1 и Р3, а основным показателем надежности можно считать суммарную вероятность
P1-3 = P1 +P3. Если же контроль осуществляется без отключения, то работоспособными являются состояния Р1, Р2, Р3, Р4, а основным показателем эксплуатационной надежности - суммарная вероятность P1-4 = P1 + P2 + P3 +P4. Переход одного состояния в другое характеризуется следующими показателями:  - интенсивность отказа; Т - периодичность контроля;  - среднее время контроля;  - среднее время устранения отказов.

Для определения вероятностей Pi перехода одного состояния в другое составляют систему дифференциальных уравнений Колмогорова с дополнением ее нормирующим и начальным условиями. Поскольку в целях периодического контроля оборудования, как правило, выводят из состояния готовности отключением, то наиболее распространенным показателем надежности является суммарная вероятность Р1-3, для которой построена модель ситуаций при различных значениях времени контроля технического состояния и периодичности контроля.

Возможные состояния агрегатов

Численными расчетами установлено, что при значении интенсивности отказов  увеличение продолжительности ТО с 5 до 55 ч приводит к увеличению периодичности контроля с 1 до 2 месяцев, при этом вероятность готовности резервной машины снижается на уровень менее 1 %. Изменение периодичности ТО в сторону уменьшения существенно снижает вероятность готовности объекта. При увеличении периодичности, с одной стороны, возрастает вероятность появления (до проведения ТО) скрытого дефекта (отказа), однако с другой - уменьшается доля времени на ТО в общем ресурсе, и тем самым увеличивается вероятность состояния готовности объекта к использованию. При этом совместное влияние таких факторов, как  Т, , обусловливает наличие локальных экстремумов на графиках функции надежности.

Проведенными исследованиями [2] установлено, что при неизменных природно- технологических условиях эксплуатационная производительность на час работы на линии практически не зависит от срока эксплуатации техники. Поэтому объем выполненной работы любой единицей карьерной техники (по экскавации, транспортированию или обуриванию горной массы) зависит только от времени работы на линии. В качестве основы для определения оптимального срока службы техники предлагается метод расчета минимума накопленных удельных затрат на технический сервис и затрат на владение (1):

где: З - затраты на эксплуатацию, технический сервис и владение в t-й год, руб.; Трл - время работы на линии в t-й год, ч; t - расчетный срок эксплуатации, лет; Вэч - часовая эксплуатационная производительность, м3/ч.

Методика моделирования предельных состояний деталей, узлов и агрегатов рассмотрена в [5]. Анализ предлагаемых зависимостей позволяет сделать вывод, что оптимальная величина наработки между заменами уменьшается, а вероятность наступления предельного состояния, соответственно, возрастает:
- с увеличением значения коэффициента влияния (при его увеличении в 2 раза величина оптимального интервала между заменами уменьшается в 1,4 раза);
- с увеличением величины возможного ущерба из-за условного простоя (из этого следует, что возможна ситуация, когда целесообразно использование элемента до полной потери им работоспособности);
- с уменьшением постоянных затрат, необходимых для поддержания функционирования элемента;
- с уменьшением отношения стоимости замены к величине ущерба условного простоя; при увеличении затрат на замену в 2 раза в типичных условиях эксплуатации величина оптимального интервала возрастает в 1,3-1,6 раза, а вероятность наступления предельного состояния уменьшается на 5-15 %.
 
Рассмотренные методы оценки надежности могут использоваться не только при определении сроков списания техники действующих парков горного оборудования, но и для формирования структуры парков карьерной техники при проектировании предприятий и их технической реконструкции. Для этого в предложенные модели необходимо включать прогнозные показатели изменения времени работы на линии по типам рассматриваемых вариантов техники, плановые периоды ТО и ТР (в соответствии с нормативами), а также нормы расходов материально технических ресурсов (с учетом цен на них), после чего использовать получаемые зависимости изменения суммарных затрат во времени при принятии оптимальных решений.
 
Библиографический список

1. Шевчук В.П. Метод оценки надежности горношахтного оборудования с учетом системы периодического контроля его технического состояния // Горн. журнал. - 2010. - № 4. - С. 12-15.
2. Анистралов К.Ю. Методика определения оптимальных сроков службы техники при техническом перевооружении горнодобывающего предприятия / К.Ю. Анистралов, В.Я. Стремилов, РГ. Гасанов // Горн. пром-сть. - 2012. - № 1. - С. 7-10.
3. Анистратов К.Ю. Исследование показателей работы карьерных самосвалов для обоснования структуры парка и норм выработки автотранспорта / К.Ю. Анистратов, Л.В. Борщ-Коипаниец // Горн. пром-сть. - 2011. - № 4. - С. 21-25.
4. Хорешок А.А. Метод комплексного диагностирования редукторов мотор-колес карьерных автосамосвалов в условиях предприятий / А.А. Хорешок, А.В. Кудреватых // Горн. пром-сть. - 2010. - № 5. - С. 3-6.
5. Рахутин М.Г. Методология обоснования предельных состояний и резерва элементов гидропривода горных машин: автореф. дис. ... д-ра техн. наук. - М., 2010. - 48 с.

Вестник Северо-Восточного государственного университета
Магадан 2013. Выпуск 19

Категория: Техника. Технические науки | Добавил: x5443 (18.11.2016)
Просмотров: 14 | Теги: карьерное оборудование | Рейтинг: 0.0/0
Всего комментариев: 0
Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи.
[ Регистрация | Вход ]
...




Copyright MyCorp © 2016