Содержание к диссертации
Введение
1. Повышение надежности экскаваторно - автомобильных комплексов
1.1 Анализ состояния экскаваторно-автомобильных комплексов, эксплуатируеммх на разрезах ОАО УК «Кузбассразрезуголь» 10
1.2 Анализ научно-технической и патентной литературы по вопросам повышения надежности экскаваторно-автомобильных комплексов 20
1.3 Факторы, влияющие на надежность работы экскаваторно-автомобильных комплексов 25
Выводы 29
2. Техническая диагностика, как способ повышения надежности экскаваторно-автомобильных комплексов
2.1 Методы технического обслуживания горного оборудования 30
2.2 Техническая диагностика: задачи, принципы, методы и средства диагностирования 43
2.3 Постановка задачи использования системы диагностирования при эксплуатации экскаваторно-автомобильных комплексов 55
2.4 Характеристика диагностирования экскаваторно-автомобильных комплексов на разрезах ОАО УК «Кузбассразрезуголь» 57
2.5 Анализ причин простоев экскаваторно-автомобильных комплексов 69
2.6 Редуктор, как объект диагностики 78
Выводы 86
3. Трибологическая система «механизм - масло» 87
3.1 Основы исследования работоспособности узлов и агрегатов по параметрам работающего масла 87
3.2 Подготовка к проведению и регистрация результатов контроля 99
3.3 Теоретическое обоснование учета доливов масла при эксплуатацим редукторов экскаваторно-автомобильных комплексов
3.4 Влияние температуры в системе «механизм - масло» на работоспособность редукторов ЭАК 106
3.5 Технология определения технического состояния редуктора по степени нагрева 110
Выводы 114
4. Оценка износа редукторов экскаваторно - автомобильных комплексов по параметрам работающего масла
4.1 Прогнозирование ресурса работы редукторов ЭАК с использованием комплексной системы диагностики по параметрам работающего масла на основе динамики температуры 115
4.2 Корректирование периодичности отбора проб масла на основе динамики температуры 142
4.3 Разработка алгоритмов обеспечения работоспособности ЭАК по параметрам работающего масла на основе температур ных режимов
Выводы 149
Список литературы 153
Приложения 168
- Анализ научно-технической и патентной литературы по вопросам повышения надежности экскаваторно-автомобильных комплексов
- Характеристика диагностирования экскаваторно-автомобильных комплексов на разрезах ОАО УК «Кузбассразрезуголь»
- Теоретическое обоснование учета доливов масла при эксплуатацим редукторов экскаваторно-автомобильных комплексов
- Корректирование периодичности отбора проб масла на основе динамики температуры
Введение к работе
Актуальность исследований. Ведущее место в горнодобывающей промышленности занимает открытый способ добычи полезных ископаемых как наиболее производительный, экономичный и безопасный, причем в ближайшей перспективе он сохранит свое доминирующее положение.
Резервы снижения себестоимости добычи, повышения производительности работы экскаваторно-автомобильных комплексов заключаются в сокращении простоев горных машин и оборудования.
Из-за недостаточной надежности оборудования на его ремонт ежегодно расходуются значительные средства, а затраты на ремонт за весь срок службы в несколько раз превышают первоначальную стоимость. Следовательно, возникает необходимость повышения качества горных машин, одним из важнейших элементов которого является их надежность.
Наиболее полное использование индивидуальных возможностей горных машин и оборудования и обеспечение на этой основе повышения их надежности может быть осуществлено за счет внедрения в технологический процесс технического обслуживания и ремонта (ТО и Р) дополнительной технологической операции - диагностирования технического состояния редукторов экскаваторно-автомобильных комплексов по фактическому состоянию.
Диагностирование фактического состояния редуктора может быть осуществлено с помощью различных методов, в том числе: тепловых, проверки плотности рабочих объемов, виброакустических, физико-химический анализ отработавших эксплуатационных материалов и др.
Выбор того или иного метода диагностирования технического состояния агрегата обусловлен следующими условиями: контролепригодностью оборудования; наличием необходимой приборной базы; наличием методики определения технического состояния по тем или иным диагностическим параметрам и прогнозирования его изменения; наличием обученного и аттестованного персонала; экономической целесообразностью.
Надежность и долговечность редукторов горного оборудования закладывается при проектировании, обеспечивается в процессе производства и поддерживается в процессе эксплуатации. В условиях эксплуатации, по причине отказа работы редуктора мотор-колеса разрезами ОАО «УК Кузбассразрезуголь», в 2008 г. потеряно около 80700 моточасов или 23,0% общего времени простоев; по причине отказа работы редукторов экскаваторов - 2870 моточасов или 15,3% общего времени простоев.
Трение и износ в машинах и механизмах - это сложный процесс механического и физико-химического взаимодействия контактирующих поверхностей твердых тел и среды. Взаимодействие масла с трущимися поверхностями влечет за собой изменение свойств и состояния работающего масла.
Исследования показывают, что снижение надежности агрегатов горного оборудования с замкнутой системой смазки происходит из-за ухудшения технического состояния самих агрегатов в результате износа, изменения свойств работающего масла, а также несвоевременности взятия проб на анализ, что приводит к внезапным отказам. Таким образом, наиболее эффективно задача создания систем комплексного контроля, позволяющего диагностировать и прогнозировать техническое состоя-
ниє машин и механизмов, а также управлять их надежностью, может быть решена на базе физико-химического анализа отработанного масла. Работающее масло несет комплексную информацию, позволяющую не только диагностировать и прогнозировать техническое состояние объекта, но и описывать различные процессы, протекающие в нем, что дает возможность выявлять причины снижения надежности и оценивать их количественно.
Однако другим, не менее важным параметром, характеризующим состояние смазываемого материала, является его температура, превышение критических величин которой свидетельствует о начале необратимых изменений в системе «трущаяся пара - смазочный материал».
В связи с этим целесообразным является использование температуры в качестве индикатора состояния системы.
Цель работы - повышение эксплуатационной надежности редукторов экска-ваторно-автомобильных комплексов за счет введения в систему технического обслуживания и ремонта дополнительной технологической операции - диагностики их фактического технического состояния.
Идея работы заключается в использовании комплексного подхода к диагностике состояния редукторов на основе непрерывного контроля температуры и углубленной диагностики на основе эмиссионного спектрального анализа масла. Задачи исследования:
Анализ состояния надежности и эффективности эксплуатации экскава-торно-автомобильных комплексов (ЭАК) эксплуатируемых в условиях ОАО УК «Кузбассразрезуголь».
Анализ современных методов и средств функциональной диагностики, пригодных для оценки технического состояния ЭАК.
Обоснование целесообразности учета температуры масла при отборе проб для эмиссионного спектрального анализа.
Выявление зависимостей между температурой масла и накоплением механических примесей.
Промышленная апробация выводов и рекомендаций по совершенствованию системы технического обслуживания и ремонта.
Методы исследования. В работе использован комплекс методов исследования, включающий: анализ и обобщение данных научно-технической литературы по рассматриваемым вопросам; статистический анализ отказов экскаваторно-автомобильных комплексов; математический анализ; экспериментальные исследования на реальных действующих механизмах.
На защиту выносятся следующие научные положения:
Фактическое техническое состояние редукторов ЭАК объективно оценивается по температуре работающего масла и его спектральному составу.
Использование установленных закономерностей изменения суммарного содержания механических примесей в работающем масле обеспечивает создание системы мониторинга технического состояния редукторов ЭАК.
Обоснованность и достоверность результатов и выводов, сформулированных в работе, подтверждается:
корректной постановкой задач исследования;
использованием измерительно-регистрирующей аппаратуры, позволяющей измерять температуру от -70 до 1370С, прошедшей поверку;
сходимостью до 95% результатов исследования, полученных на основе математического моделирования, с экспериментальными данными;
- правомерностью принятых критериев эффективности и допущений.
Личный вклад автора заключается в следующем:
Выявлены зависимости температуры масла и наработки, механических примесей и наработки и температуры и механических примесей.
Установлена необходимость корректировки периодичности замены масла в редукторах ЭАК по фактическому состоянию.
Обоснована необходимость применения системы комплексного диагностирования редукторов ЭАК по фактическому состоянию.
Научная новизна. Предложен комплексный способ диагностирования поворотных и подъемных редукторов экскаваторов, редукторов мотор-колес автосамосвалов по изменению свойств работающего масла с учетом его температуры.
Предметом исследований являются отказы подъемного и поворотного редукторов экскаватора, редуктор мотор-колеса автосамосвала.
Практическое значение работы. Разработан метод комплексного диагностирования поворотных и подъемных редукторов экскаваторов, редукторов мотор-колес автосамосвалов по параметрам работающего масла на основе изменения температуры, позволяющий диагностировать фактическое техническое состояние агрегатов, осуществлять контроль за состоянием масла, что позволит своевременно предупреждать отказы.
Реализация результатов исследований. Основные положения диссертационной работы, результаты проведенных исследований, предложенная методика эксперимента могут быть использованы в различных научно-исследовательских и учебных учреждениях и предприятиях, занимающихся вопросами эксплуатации горного оборудования.
Апробация работы. Результаты исследования доложены, обсуждены и одобрены на: X Международной научно-практической конференции «Проблемы карьерного транспорта» (Екатеринбург, 2009); VIII Международной научно-технической конференции Чтения памяти В.Р. Кубачека, посвященной 80-тилетию со дня рождения Скобелева Льва Сергеевича «Технологическое оборудование для горной и нефтегазовой промышленности» (Екатеринбург, 2010); VI Международной научно-технической конференции «Проблемы качества и эксплуатации транспортных средств» (Пенза, 2010); XI Международной научно-практической конференции «Энергетическая безопасность России: новые подходы к развитию угольной промышленности» (г. Кемерово, 2009); II Международной научно-практической конференции «Инновации - основа комплексного развития угольной отрасли в регионах России и странах СНГ» (г. Прокопьевск, 2009); IV Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Развитие дорожно-транспортного комплекса и строительной инфраструктуры на основе рационального природопользования» (Омск, 2009); I Всероссийской 54 научно-
практической конференции «Россия молодая» (г. Кемерово, 2009); I Всероссийской научно-технической конференции «Современные пути развития машиностроения и автотранспорта Кузбасса» (г. Кемерово, 2007); Всероссийской научно-практической конференции «Образование, наука, инновации» (г. Новокузнецк, 2010); региональной научно-практической конференции «Новые технологии в угольной отрасли и экономике Кузбасса» (г. Белово, 2010); I региональной научно-практической конференции «Образование, наука, инновации» (г. Междуреченск, 2010); III межвузовской научно-практической конференции студентов и молодых ученых «Перспективные направления в науке, обществе, образовании, экономике и праве» (г. Новокузнецк, 2009); ежегодной апрельской научно-практической конференции «Промышленность и экологическая безопасность - основа развития Кузбасса» (г. Прокопьевск, 2007); 53-й научно-практической конференции студентов и аспирантов КузГТУ (г. Кемерово, 2008); на заседаниях кафедры горных машин и комплексов ГУ КузГТУ (Кемерово, 2010).
Публикации. Основные положения работы опубликованы в 17 научных трудах, в том числе в изданиях, рекомендованных ВАК - 1.
Структура и объем работы. Диссертация изложена на 168 страницах машинописного текста, включает в себя введение, 4 главы, заключение, список использованной литературы из 145 наименований, 3 приложения. Диссертация содержит 64 рисунка и 57 таблиц.
Анализ научно-технической и патентной литературы по вопросам повышения надежности экскаваторно-автомобильных комплексов
Большие объемы угледобычи, высокая трудоемкость и стоимость транспортирования горной массы на предприятиях с открытым способом добычи полезных ископаемых обуславливают регулярное проведение работ по повышению надежности горного оборудования.
Обзор опубликованных работ, посвященных повышению долговечности и надежности экскаваторно-автомобильных комплексов, показал наличие достаточно широкого круга исследований в данном направлении.
Теоретические аспекты надежности и долговечности техники рассмотрены в работах Б. И. Костецкого, И. Г. Носовского, Л. И. Бершадского и А. К. Ка-раулова [68], В. Ы. Гетопанова и В. М. Ранок [31], Т. А. Киселевой и Т. И. Фроловой [63], В. В. Курчаткина, Н. Ф. Тельнова и К. А. Ачкасова [99] и др. Первоначально теория надежности применительно к продукции машиностроения развивалась в двух направлениях: вероятно-статистическом и дстер-менированном. В рамках вероятно-статистического направления развиты методы оценки надежности, статистических результатов испытаний и эксплуатации, контроля, прогнозирования надежности, совершенствования систем эксплуатации. В рамках детерменированного подхода изучаются механизмы износа, усталостной прочности, коррозии, разрабатываются новые технологические процессы, повышающие надежность материалов, элементов и машин в целом. Комплексно надежностью горных машин и оборудования занимаются такие ученые как Б. Л. Герике [30J, М. Г. Крапивин и Н. И. Сысоев [70], А. А. Хо-решок, Г. Д. Буялич, Е. В. Прейс и М. 10. Блащук [132], В. й. Солод, В. Н. Ге-топанов и И. Л. Шпильберг [124], В. Р. Кубачек и Л, Г. Куклин [72] и др. Вопросами надежности и долговечности основы экскаваторно-автомобильного комплекса - экскаватора занимались такие ученые как П. И. Кох [69], А. В. Докукин [47] и др. Исследование причинно-следственных связей формирования отказов автомобилей, их анализ, а так же показатели надежности и долговечности даны в работах Ф. Н. Авдонькина [2,3], В. А. Сафонова, В. П. Боголюбова, А. М. Ка-значеева [1], Н. С. Захарова [55], М. В. Корогодского [66] Р. В. Кугеля [73], Б. С. Кузнецова [90-93], В. С. Лукинского, Е. И. Зайцева [100], Д. Н. Решетова, А. С. Иванова, В. 3. Фадеева [115], Г. В. Крамаренко [331] и др. Авторы данных исследований отмечают достаточно низкий уровень использования автосамосвалов на открытых горных работах и говорят о наличии значительных резервов в повышении эффективности их эксплуатации. Однако в большинстве работ рассматриваются только отдельные стороны процесса эксплуатации карьерных автосамосвалов, тогда как простой одного автосамосвала не останавливает работу экскаваторно-автомобильного комплекса, а, следовательно, не столь значительно влияет на ііроизводительность работ. Это обусловлено тем, что существует возможность заменить автомобиль другим со сравнительно небольшими затратами времени. Тогда как остановка экскаватора приводит к простою всего комплекса, а, следовательно, и к вынужденной остановке работоспособных автосамосвалов. Поэтому необходим системный комплексный подход в изыскании резервов повышения надежности экскаваторно-автомобильного комплекса. Поиски путей совершенствования отдельных сторон эксплуатации экскаваторно-автомобильных комплексов не должны рассматриваться изолированно друг от друга и от смежных им яроцес сов, поскольку получаемый в результате этого эффект распространяется на всю их совокупность. В связи с тем, что любое изменение существующей ситуации системно, мероприятия по совершенствованию одного направления функционирования транспорта могут привести к отрицательному воздействию на другое, в результате чего общая ситуация может не только не улучшиться, но даже стать еще хуже. Поэтому именно комплексная оценка качества эксплуатации экскаваторно-автомобильного комплекса на каждом конкретном предприятии, и в производственном объединении в целом, позволило бы существенно приблизить эту задачу к разрешению. Это определяет необходимость системного подхода при оценке эффективности функционирования всех процессов производства, в том числе и горного оборудования. Закономерности изнашивания и разрушения деталей исследовались Ф. Н. Авдонькиным [1 - 3]. Большинство исследователей изнашивания и надежности деталей и механизмов работают в области автомобильных двигателей. Над этой проблемой работали М. А. Григорьев и Н. Н. Пономарев [41], Н. С. Ждановский и A. В. Николаенко [54], И. А. Мишин [105], Гурвич И. Б. [43, 44], Д. М. Вохмин [29], М. Ю. Акимов [7] и др. Значительная часть ученых сходятся во мнении о влиянии внешней среды на техническое состояние автомобилей. Например, в работах Г. В. Крамаренко [131], Л. Г. Резника, Г. М. Ромалиса и С. Т. Чаркова [114] и др. исследовалось влияние внешних условий эксплуатации на техническое состояние автомобилей. Влияние нагрузок на элементы конструкции подробно рассмотрено B. С. Лукинским и Е. И. Зайцевым [100]. Система ТО и ремонта, а так же ее воздействие на работоспособность автомобиля достаточно подробно изучена Е. С. Кузнецовым [90-93]. Результатом этих работ являются предложения по обеспечению надежности на этапе эксплуатации, включающие совершенствование системы технического обслуживания и ремонта, повышение качества ТО и ремонта, применение диагностики. На этапе проектирования в автомобиль закладывается определенный уровень надежности, на этапе производства он формируется, а на этапе эксплуатации реализуется [114]. Исходя из данного положения, решение проблемы повышения и обеспечения надежности автомобилей должно основываться на системном подходе. В работах А. И. Кубарева [71], Е. В. Сугака и Н. В. Василенко [108], А. С. Проникова [113], Б. Ф. Хазова [134] сформулированы подходы к решению проблемы надежности машин на основе системного подхода. А. С. Проников предложил общий подход к оценке изменений работоспособности машины, происходящих в результате различных деградационных процессов. Обзор публикаций и литературы показал, что в отечественной и мировой практике используются системные методы обеспечения надежности — метод «дерева отказов» и метод анализа видов, последствий и критичности отказов [9,71]. Для обеспечения эффективной реализации методов повышения и обеспечения надежности необходимо уметь предвидеть результаты проводимых мероприятий в будущем. По этой причине актуальной становится проблема прогнозирования показателей надежности [19, 46, 59, 100 и др.]- Основные трудности при прогнозировании показателей надежности возникают из-за недостатка информации. В этой связи достаточно актуальной становится задача разработки методов прогнозирования, позволяющих получать достаточно надежные результаты при той исходной информации, которая может быть реально получена при эксплуатации.
Кроме этого трудности, с которыми сталкиваются исследователи при решении проблемы эксплуатационной надежности и долговечности машин и механизмов, связаны с относительно низкой эффективностью использования без-разбориых методов диагностики технического состояния агрегатов.
Характеристика диагностирования экскаваторно-автомобильных комплексов на разрезах ОАО УК «Кузбассразрезуголь»
Техническое диагностирование является составной частью технологических процессов приема, текущего обслуживания и ремонта экскаваторно-автомобильных комплексов и представляет собой процесс определения технического состояния объекта диагностирования с определенной точностью и без его разборки и демонтажа.
При планово-предупредительной системе технического обслуживания и ремонта экскаваторио-автомобильный комплекс через определенное время в принудительном порядке подвергается профилактическим воздействиям в установленном объеме. При этом, несмотря на корректирование режимов ТО и ремонта в зависимости от ряда факторов, индивидуальный подход к каждой единице отсутствует.
Однако необходимость в таком подходе есть, так как даже при работе карьерных автосамосвалов (или экскаваторов) в одинаковых условиях техническое состояние каждого из них при одной и той же наработке вследствие целого ряда причин (индивидуальные особенности горного оборудования, качество вождения (управления), ТО и т.д.) может существенно отличаться- Далеко не для каждого автосамосвала (или экскаватора) необходимы все операции, предусмотренные «жестким» объемом того или иного вида ТО. Выполнение этих «ненужных» операций ведет, с одной стороны, к неполной реализации индивидуальных свойств автосамосвала (или экскаватора), повышению затрат на ТО, с другой, отнюдь не способствует улучшению его технического состояния. Наоборот, частые вмешательства в работу сопряжений способствуют повышенному изнашиванию сопряженных поверхностей, появлению повреждений крепежных соединений, нарушению герметичности соединений. Значительные потери трудовых и материальных ресурсов связаны также с большим объемом ремонтных воздействий, обусловленным несвоевременным выявлением отказов.
Наиболее полное использование индивидуальных возможностей экскава-торно-автомобильных комплексов и обеспечение на этой основе высокой эффективности в процессе эксплуатации может быть осуществлено за счет широкого внедрения в технологический процесс ТО и ремонта диагностирования технического состояния комплекса.
Техническое диагностирование — процесс определения технического состояния объекта диагностирования с определенной точностью. Оно способствует: повышению надежности экскаваторио-автомобильных комплексов за счет своевременного назначения воздействий ТО или ремонта и предупреждения возникновения отказов и неисправностей; повышению долговечности агрегатов, узлов за счет сокращения количества частичных разборок; уменьшению расхода запасных частей, эксплуатационных материалов и трудовых затрат на ТО и ремонт за счет проведения последних по потребности на основании данных диагностирования, проводимого, как правило, планово.
Практика показывает, что одним из факторов, препятствующих эффективному использованию дорогостоящей техники, является низкий коэффициент использования се во времени, а организация производительной и безаварийной работы — сложный комплекс работ, в реализации которого задействовано значительное количество технических служб. Техническое диагностирование позволяет примерно на 50% снизить простои техники из-за отказов двигателей, на 40% увеличить фактическую межремонтную наработку, на 10% снизить затраты на текущий ремонт, на 11% сократить расход запасных частей и на 6,5% уменьшить расход топлива [77].
Составной частью процесса технического обслуживания экскаваторио-автомобильных комплексов является техническая диагностика. Основными задачами технической диагностики являются: - проверка работоспособности экскаваторио-автомобильных комплексов в целом, а так же отдельных его элементов (экскаваторов, автосамосвалов, бульдозеров) и уточнение выявленных в процессе эксплуатации скрытых неисправностей для их своевременного устранения; - обнаружение экскаваторов, автосамосвалов, бульдозеров, техническое состояние которых не соответствует требованиям безопасности движения и охраны окружающей среды; - выявление до технического обслуживания неисправностей, устранение которых потребует трудоемких ремонтных и регулировочных работ в зоне текущего ремонта; - заключительный и выборочный контроль качества выполненных при техническом обслуживании и ремонте работ; - изменение диагностических параметров при сопутствующих регулиро вочных работах; - уточнение причин, выявленных в процессе проведения технического обслуживания, ремонта отказов или неисправностей; - прогнозирование безотказной работы составных элементов экскаватор-но-автомобильных комплексов в межконтрольный период (до следующего планового диагностировании); - выдача информации о техническом состоянии экскаваторно автомобильных комплексов в целом и отдельных его элементов. Развитие и совершенствование системы технического обслуживания и ремонта экскаваторно-автомобильных комплексов ставят перед диагностикой ряд сложных задач. Диагностика должна обеспечить не только технико-экономический эффект за счет своевременного выявления и устранения неисправностей, но и улучшать качество работ ко техническому обслуживанию и ремонту, что позволит сократить простои, следствием чего станет снижение себестоимости добыли. Условием эффективного применения диагностики с высоким качеством контроля технического состояния узлов и агрегатов элементов экскаваторно-автомобильных комплексов является разработка технически и экономически-обоснованной технологии, включающей содержание и последовательность выполнения работ и операций диагностирования применительно к выбранному горному оборудованию. При обосновании технологии диагностических работ должны применяться следующие принципы: - технология должна разрабатываться отдельно для каждого вида ди агностирования; - содержание диагностирования должно обеспечивать получение дос таточной информации о техническом состоянии экскаваторно-автомобильных комплексов и не вызывать больших затрат на его применение; - технология должна соответствовать применяемому горному обору дованию и содержать технологические указания и требования к состоянию проверяемого узла, агрегата, механизма; - последовательность выполняемых операций должна быть рациональной; - технология диагностирования может включать выполнение регули ровочных работ, в том числе и сложных регулировок; - периодичность диагностических воздействий по видам обслужива ния узла, агрегата, системы должна оптимально сочетаться с условиями функционирования экскаваторно-автомобильных комплексов на конкретных разрезах.
Теоретическое обоснование учета доливов масла при эксплуатацим редукторов экскаваторно-автомобильных комплексов
При работе экекаваторно-автомобильных комплексов значительная роль отводится вопросам повышения надежности, которая обеспечивается, в основном, рациональной организацией технической эксплуатации.
Трение и износ в машинах и механизмах — это сложный процесс механического и физико-химического взаимодействия контактирующих поверхностей твердых тел и среды, основой которого является взаимосвязь между процессами трения, износа и смазки. Взаимодействие масла с трущимися поверхностями влечет за собой изменение свойств и состояния работающего масла. Эти изменения являются богатейшей информацией о процессах, протекающих в машине и в работающем масле. Она дает возможность по результатам анализа .масла одновременно оценивать работоспособность машины без разборки и влияние работающего масла на ее надежность.
Таким образом, наиболее эффективно задача создания систем комплексного контроля, позволяющего диагностировать и прогнозировать техническое состояние машин и механизмов, управлять их надежностью и экономичностью, может быть решена на базе безразборных методов оценки их технического состояния. Для механизмов с замкнутой системой смазки применение традиционных методов контроля (внешний осмотр, по шумности работы и вибрации, по степени нагрева) зачастую не дает полного представления об их состоянии.
Поэтому целесообразно применение комплексной диагностики, включающей следующие этапы: 1. Экспресс-диагностика по температуре масла. 2. Уточняющая диагностика по параметрам работающего масла. 3. Прогнозирование ресурса остаточной работоспособности. Между механизмом и работающим маслом существует тесная взаимо связь, вытекающая из взаимодействия контактирующих поверхностей твердых тел со смазкой. Отсюда сле;.сует, что в основу безразборной оценки работоспо собности механизма нужно положить информацию, носителем которой является работающее масло, а механизм при этом рассматривать как сложную техническую систему «механизм — масло». Работающее масло отличается от таких носителей информации, как электрические, механические, акустические и т. д., главным образом тем, что несет комплексную информацию, позволяющую не только диагностировать и прогнозировать техническое состояние объекта, но и описывать различные процессы, протекающие в нем, а это дает возможность выявлять причины снижения надежности и экономичности, и оценивать их количественно. Для реализации такой возможности машину или механизм следует представлять в виде структурно-вероятностной системы «механизм - масло» (Рис. 3.1), где X— набор входных параметров, которыми характеризуются работа механизма и условия ее эксплуатации, Хм - набор исходных показателей, характеризующих текущие свойства и состояние масла. Выходными параметрами являются У (оценка технического состояния механизма) и Ум (оценка состояния работающего масла). При этом основным источником информации является работающее масло, а получение информации от других источников ставится в прямую зависимость от основного. Информация, содержащаяся в работающем масле, характеризуется качественными показателями, количественные характеристики которых получают в результате физико-химических, спектральных и других методов непосредственного анализа масла. Так как эти показатели характеризуют функциональные свойства элементов системы, то в дальнейшем мы будем именовать их параметрами работающего масла (ПРМ). Под этим термином также будем подразумевать и ту часть информации, которая заключена в осадках и отложениях системы смазки машины. В основу методологического подхода к исследованию системы «механизм - масло» по ПРМ положен принцип описания се комплексом показателей, характеризующих функциональные свойства системы в каждый заданный момент времени по анализу единичной пробы масла. Это дает возможность решать широкий круг задач с целью повышения работоспособности системы «механизм — масло». К их числу относятся: - оценка степени влияния конструктивных, технологических и эксплуатационных факторов на эксплуатационную надежность и долговечность машин и механизмов; - оценка эффективности новых сортов масел; - разработка вопросов диагностики и прогнозирования ресурса машин и механизмов по параметрам работающего масла; - создание универсальных высокоэффективных систем контроля надежности и долговечности машин и механизмов с замкнутой системой смазки. Как показали результаты исследований и опыт эксплуатации, при таком подходе соблюдается главный принцип неразрушающего контроля - оценка состояния систем по результатам испытания небольшого количества масла, слитого из эксплуатируемой техники, не прерывая ее функционирование [123]. Однако для этой цели масло, должно быть принято в качестве элемента конструкции соответствующих систем техники и включено в эти системы с соблюдением всех требований стандартов и условий для технических объектов на всех этапах — от разработки технических требований, создания опытных образцов, испытаний, серийного производства и эксплуатации до полной выработки установленного ресурса техники и ее списания. Изложенные предпосылки обосновываются тем, что масло является наиболее эффективным, гибким, изменяемым и контролируемым элементом и накопителем информационных признаков состояния техники и ее систем. Опыт показывает, что при условии контроля параметров масла и систем в эксплуатации можно обеспечить надежную работу техники в целом в пределах установленного ресурса.
Корректирование периодичности отбора проб масла на основе динамики температуры
Прогнозирование работоспособности системы «механизм — масло» позволяет планировать сроки постановки машин на техническое обслуживание и ремонт и сроки смены в них масла; оценивать долговечность машин, не достигнувших своего предельного состояния.
В первом случае это даст возможность поставить планово-предупредительную систему технического обслуживания и ремонта, а также планирование эксплуатационных расходов на научную основу, а во втором -осуществить научно обоснованный выбор перспективных машин и механизмов с точки зрения их надежности. В отношении горных машин прогнозирование долговечности позволяет вносить необходимые изменения конструкторских, технологических и эксплуатационных факторов, не дожидаясь наработки до заданного ресурса. Эти изменения позволят повысить ресурс работы машин и механизмов.
Прогнозирование остаточного ресурса деталей «критических по надежности» методом эмиссионного спектрального анализа масла основано на закономерностях их изнашивания. Объектами прогнозирования остаточного ресурса могут быть такие детали, закономерности изменения геометрических или кинематических размеров которых на участке установившегося износа сопровождаются определенными закономерностями поступления какого-либо элемента-индикатора износа в масляную систему.
Сущность метода эмиссионного спектрального анализа масла заключается в определении в работавшем масле содержания продуктов износа деталей редуктора и механических примесей. Концентрация примесей возрастает с увеличением интенсивности поступления примесей в масло, т. е. с увеличением скорости изнашивания механизмов редуктора, При продолжительной работе редуктора концентрация примесей возрастает с увеличением исходной концентрации.
При обновлении масла в редукторе уровень концентрации примесей в нем изменяется, в зависимости от исходной концентрации, от количества масла в системе и от продолжительности работы редуктора, и зависит только от интенсивности поступления примесей. Из изложенного следует очень важный практический вывод. При длительной работе масла в редукторе концентрация механических примесей увеличивается, а масло теряет свои смазывающие свойстиа. Из-за повышенного содержания металла и механических примесей, кинетическая вязкость масла уменьшается. Масло становится не работоспособным для редуктора. На этом выводе основано применение спектрального метода определения технического состояния редуктора.
Ыа основе спектрального анализа определяют концентрацию примесей в пробах масла, взятых из большого количества однотипных редукторов, которые работают в течение длительного времени в различных условиях эксплуатации. Все редуктора при этом находятся под тщательным наблюдением. На основании полученных данных устанавливают предельную концентрацию каждого элемента в работавшем масле. Значительное повышение концентрации того или иного элемента в масле свидетельствует об интенсивном износе деталей, для которых этот элемент является характерным. По изменению концентрации примесей в масле можно точно указать, какие именно детали или узлы повреждены. Метод обладает высокой чувствительностью и позволяет определять п масле наличие всех металлов, применяемых в машиностроении. Зная характерный для данной детали легирующий элемент и определив содержание этого элемента в работавшем масле, можно проследить износ интересующей детали. Таким образом, спектральный анализ позволяет раздельно оценивать суммарный износ нескольких групп деталей.
При этом не нужно специально готовить редуктор или разбирать его, достаточно знать химический состав изнашиваемых деталей. При помощи спектрального анализа масла можно определить техническое состояние редуктора и необходимость проведения того или иного вида ремонта.
Несмотря на очевидные достоинства данный метод не позволяет оценивать техническое состояние редукторов ЭЛК по фактическому состоянию. Поэтому целесообразно применение комплексной системы диагностики состояния редукторов: непрерывный контроль температуры масла, как индикатора состояния системы «трущаяся пара - смазочный материал», и углубленная спектрально-эмиссионная диагностика работающего масла после достижения индикатором состояния критической величины.
Это подтверждается результатами проведенных экспериментов. Проведенные исследования свидетельствуют о том, что изменение температуры работающего масла является одним из диагностических параметров, характеризующих состояние работающего редуктора. Эти изменения являются информацией о процессах, протекающих в машине и в работающем масле.
Как было установлено в эксперименте (параграф 3.2) металлы в процессе работы редукторов накапливаются практически равномерно. Поэтому для проведения следующего эксперимента были взяты средние значения изношенных металлов (механические примеси).
По проведенному опыту и полученным результатам (Приложение 2) были построены графики, отражающие характер изменения содержания механических примесей и температуры работающего масла в зависимости от наработки и природно-климатических условий эксплуатации (времени года). Данные проведенных экспериментов позволили выявить зависимости температуры масла от наработки, механических примесей от наработки, температуры масла от механических примесей (Рис.4.1- 4.24). Условные обозначения: tk-p - критическая температура масла; t - температура масла; Me - концентрация механических примесей; Мекр — критическая концентрация механических примесей; L — периодичность смены масла; Ьэ — экспериментальная периодичность смены масла.
