Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ состояния проблемы 6
1.1. Анализ условий эксплуатации самоходного оборудования 6
1.2 Анализ применяемых систем технического обслуживания и ремонта самоходного оборудования 15
1.3 Анализ адаптивной системы технического обслуживания и ремонта самоходного оборудования 19
1.4 Выбор направления и методов оптимизации структуры технического обслуживания и ремонта самоходного оборудования 25
1.5 Цель, задачи и методика исследований 26
2. Разработка математической модели динамики изменения показателей надёжности погрузочно-доставочных машин в зависимости от горнотехнических условий 29
2.1 Методика сбора данных по надёжности и условиям эксплуатации погрузочно-доставочных машин 29
2.2. Анализ интенсивности расходования ресурса элементов машины в различных режимах работы 34
2.3. Математическая модель динамики изменения интенсивности расходования ресурса элементами машины от эксплуатационной нагруженности 44
2.4 Анализ математической модели 47
2.5 Выводы по главе 49
3. Моделирование процесса расходования ресурса элементов погрузочно-доставочных машин 50
3.1 Формирование исходного массива данных по надёжности и условиям эксплуатации машин 50
3.2 Разработка программы моделирования расходования ресурса элементов машины 55
3.3 Моделирование процесса расходования ресурса элементами погрузочно-доставочной машины 58
3.4 Анализ результатов моделирования 65
3.5 Выводы по главе 67
4. Рекомендации по оптимизации параметров и структуры адаптивной системы ТО и Р ПДМ 69
4.1 Определение параметров адаптивной системы ТО и Р ПДМ 69
4.2 Определение оптимальной структуры адаптивной системы ТО и Р ПДМ 73
4.3 Рекомендации по диагностированию погрузочно-доставочных машин 77
4.4- Выводы по главе 79
Заключение 80
Литература
- Анализ адаптивной системы технического обслуживания и ремонта самоходного оборудования
- Анализ интенсивности расходования ресурса элементов машины в различных режимах работы
- Разработка программы моделирования расходования ресурса элементов машины
- Определение оптимальной структуры адаптивной системы ТО и Р ПДМ
Введение к работе
Одним из направлений технического перевооружения подземных рудников в последние 25-30 лет является применение самоходного оборудования. Сложность конструкций, высокая стоимость и жёсткие требования к надёжности самоходных машин создают ситуацию, когда задача повышения эффективности их использования является весьма актуальной.
В первоначальный период применения самоходного оборудования (Джезказганский ГМК, Казахстан) решался комплекс вопросов по созданию новой системы его технической эксплуатации - обслуживания и ремонта. Была разработана новая структура ремонтной службы, созданы или приспособлены для подземных условий стационарные ремонтные площадки и пункты, мобильные ремонтные средства, происходила специализация ремонтного персонала, решались вопросы внедрения агрегатно-узлового метода ремонта и снабжения запасными частями, разрабатывалась ремонтная документация. Впоследствии основные положения этой системы были реализованы при внедрении самоходного оборудования на рудниках чёрной металлургии, горно-химического сырья, урановой промышленности и др.
В настоящее время на горных предприятиях сложились схожие по структуре, применяемым ремонтным средствам и функциональным связям системы ремонта самоходного оборудования.
Опыт эксплуатации самоходного оборудования на рудниках бывшего СССР показывает, что простои машин и значительная величина параметра потока отказов их элементов являются, в основном, следствием несовершенства ремонтных служб. Кроме того, малая эффективность функционирования ремонтных служб приводит к большим трудовым и материальным затратам на поддержание оборудования в работоспособном состоянии.
Техническое состояние машины зависит от всего комплекса влияющих факторов со стороны человека и среды, которые носят вероятностный характер. Таким образом, система технического обслуживания и ремонта, которая направлена на предупреждение преждевременного износа деталей и узлов и повышение надёжности оборудования, должна быть адаптирована к имеющимся условиям эксплуатации.
В связи с этим назрела потребность в разработке системы обслуживания и ремонта, которая соответствовала бы развивающимся во времени средствам механизации горных работ и учитывала особенности эксплуатации самоходного оборудования в подземных условиях. Такая система была создана в бывшем Казахском политехническом институте, ныне Национальном техническом университете Казахстана (КазНТУ), и получила название адаптивной, способной приспосабливаться к изменяющимся условиям эксплуатации. Планирование технических обслуживании и ремонтов в этой системе основано на обработанной ЭВМ информации по действительному ресурсу элементов машин, установленных с помощью ЭВМ групп стойкости сборочных единиц и агрегатов, оптимизации объёмов и сроков проведения ремонтов с оценкой фактического состояния У средствами технической диагностики.
Однако разработанная КазНТУ адаптивная система технического обслуживания и ремонта имеет ряд недостатков. Во-первых, ей присущи структурная сложность, необходимость привлечения значительного числа высококвалифицированных специалистов, она требует больших материальных затрат и организационных преобразований при внедрении её на горном предприятии. Во-вторых, необходимость учета влияния ряда горнотехнических условий эксплуатации на долговечность и безотказность самоходного оборудования требует выбора соответствующего критерия, который позволит определять потребную периодичность проведения технического обслуживания и ремонта (ТО и Р). Особенно актуально это требование для системы ТО и Р погрузочно-доставочных машин, так как совмещение операций погрузки и доставки горной массы определяет увеличение числа горнотехнических факторов, влияющих на их надёжность. В 5 третьих, значительное развитие в области компьютерных технологий даёт новые возможности при решении задач организации, планирования и управления системами ТО и Р.
В результате возникла необходимость в оптимизации структуры и параметров адаптивной системы технического обслуживания и ремонта самоходного оборудования с применением современных компьютерных технологий.
Анализ адаптивной системы технического обслуживания и ремонта самоходного оборудования
Адаптивная система ТО и Р была создана.в 80-х годах в Казахском политехническом институте в связи с необходимостью учёта особенностей эксплуатации самоходного оборудования под землёй и применения вероятностно-оптимизационных методов для установления параметров системы. Адаптивная система ремонта обеспечивает организацию, оперативное планирование, управление и технологию ремонта самоходных машин по их техническому состоянию с наименьшими затратами [76,77].
Формирование оптимальной структуры ремонтного цикла и установление других ремонтных нормативов производят по минимуму удельных затрат (Суд). уд P(R)R + RQ(R) где P(R) - вероятность безотказной работы агрегата, сборочной единицы за ресурс R; Q(R) - вероятность отказа этих изделий за тот же период; R -математическое ожидание использованного ресурса за период от Rmin до Rmax; Сщ,- затраты на плановую замену сборочной единицы или агрегата, руб.; Сав.-затраты на аварийную замену этих же изделий, руб.
Целью оптимизации ремонтного цикла является получение минимальной суммы удельных затрат до капитального ремонта или между капитальными ремонтами.
Планирование ТО и ремонтов осуществляется на основе обработанной ЭВМ информации по действительному ресурсу элементов машин, установленных посредством ЭВМ групп стойкости сборочных единиц и агрегатов, оптимизации объёмов и сроков проведения ремонтов с оценкой фактического состояния средствами диагностики.
Представим структуру адаптивной системы ремонта самоходного оборудования и проведём краткий анализ её элементов. Подсистема сбора и обработки первичной информации по эксплуатации и ремонту машин на ЭВМ;
При создании адаптивной системы ремонта для накопления информации о выполненной работе, ремонтных воздействиях, трудовых затратах и пр. предусматривались карточки учёта работы и ремонта. Однако в настоящее время на горных предприятиях созданы все условия для использования в этих целях компьютерной техники.
Методики, алгоритмы и программы по установлению закономерностей старения машин, разработке научно обоснованных ремонтных нормативов при агрегатно-узловом методе ремонта с учётом старения сборочных единиц, агрегатов и машин в целом;
Эти компоненты требуют значительного объёма данных по надёжности. При внедрении адаптивной системы ремонта на действующих горных предприятиях это обстоятельство создаёт ряд трудностей, так как данные могут быть не в полном объёме или отсутствовать. Кроме того, использование на руднике машин разных фирм-изготовителей, модификаций делает ещё более проблематичным эффективное использование предложенных методик и программ.
Адаптивная система создавалась для ТО и Р всех типов самоходного оборудования. Учесть особенности эксплуатации и конструктивные особенности каждого типа не представлялось возможным. В связи с этим при прогнозировании ресурса элементов погрузочно-доставочных машин анализ структуры рабочего цикла и влияния горнотехнических условий эксплуатации на интенсивность падения ресурса элементов ПДМ не проводился. Подсистема организации, планирования и оперативного управления ремонта парка машин с применением ЭВМ; Существующую на руднике систему организации, планирования и управления ремонтом кардинально изменить практически невозможно. Поэтому необходимо постепенно, вводя элементы учёта и контроля за техническим состоянием ПДМ, повышать эффективность их работы. Служба диагностики на подземных рудниках; Как правило, предприятие не имеет возможности производить закупки дорогостоящего диагностического оборудования в необходимом объёме и привлекать высококвалифицированных специалистов. Рациональные структурные схемы ремонтных служб подземных рудников; Методики, алгоритмы, программы для расчёта ремонтных средств и ремонтного персонала под землёй;
Эти составляющие весьма сложно применить опять же по причине инертности служб и ограниченных финансовых возможностей горных предприятий. Подсистема управления запасами оборотного фонда агрегатов, сборочных единиц, материалов с применением ЭВМ. Применительно к горным машинам почти единственным источником информации о надёжности являются эксплуатационные наблюдения. Только при систематическом поступлении данных о работе машин в условиях эксплуатации может быть получена исчерпывающая объективная оценка их надёжности.
Вместе с обширной информацией служебного пользования по каждой машине необходимо устанавливать обобщённые прогнозируемые параметры по ресурсу и группам стойкости съёмных сборочных единиц и агрегатов, определив оптимальные объёмы, виды, сроки и продолжительность ремонта в графиках ППР с учётом трудовых и материальных ресурсов. Необходимо также оперативно корректировать прогнозирующие параметры по минимуму затрат в зависимости от конкретно сложившихся условий.
Анализ интенсивности расходования ресурса элементов машины в различных режимах работы
При рассмотрении причин выхода объекта из строя, резкие нерасчётные нагрузки, природные воздействия, не поддающиеся контролю, грубые ошибки при проектировании или эксплуатации или неблагоприятные сочетания перечисленных факторов принято исключать. Случаи наступления предельных состояний относят к одной из двух больших групп. К первой группе относятся предельные состояния, наступившие в результате постепенного накопления в материале рассеянных повреждений, приводящих к зарождению и развитию макроскопических трещин. Как правило, очаги таких трещин, вызванные несовершенством технологических процессов, содержатся в объекте до начала его функционирования. Причиной выхода объекта из строя является развитие трещин до опасных или нежелательных размеров. Вторая группа состоит из предельных состояний, связанных с чрезмерным износом трущихся деталей и поверхностей, находящихся в контакте с рабочей или окружающей средой [5]. Существуют четыре основных способа оценки ресурса машин[26]:
1) расчёт деталей по допустимым напряжениям, которые сопоставляются с фактическими и эквивалентными напряжениями, определяющими время усталостного (изгибного, контактного, ударного и термического), хрупкого или износного разрушения;
2) вероятностные, статистические методы теории надёжности, применяемые для прогнозирования ресурса машины, механизма;
3) расчёт нагрузок (ресурса) по эквивалентным схемам, когда привод, механизм, машину представляют в виде последовательно или параллельно соединённых моментов инерции, жесткости, диссипативных потерь энергии, эквивалентных по динамическим свойствам фактическим значениям этих параметров машины;
4) энергетический метод, основанный на постулате, что вся энергия, теряемая в элементах машины, участвует в их разрушении, а каждая машина (деталь) может рассеять в своих элементах определённое постоянное количество энергии до наступления предельного состояния наиболее слабого звена.
Постоянно развиваются комбинированные методы расчёта ресурса машин и механизмов. При прочностном методе расчёта числа циклов нагружения до наступления предельного состояния детали используют данные вероятностного, статистического метода прогнозирования (определения) допустимых напряжений в деталях. Энергетическим методом прогнозируют ресурс машин по статистическим данным в зависимости времени работы их приводов до наступления предельного состояния от величины и характера нагрузки.
Ресурс машин, испытывающих случайные динамические нагрузки на входе (на исполнительном органе) и имеющих нестационарную передаточную функцию привода (комбайны, экскаваторы, буровые машины и пр.), целесообразно определять с помощью энергетического метода [26]. Данный метод основан на аксиоме, что разрушение (предельное состояние узлов) и механизмов машины определяется только энергией, рассеиваемой в этих элементах. При нормальной эксплуатации для однотипных машин существует определённое количество энергии (энергоресурс), которое этот привод может «рассеять в себе», после чего он теряет работоспособность. Энергоресурс, таким образом, есть свойство данного привода (механизма, Т машины) и может быть рассчитан по формуле }QK = JAP(t) dt = const, где АР о средние потери мощности в приводе за время /; АР=Рх+аР2; Рх - потери холостого хода; а - интенсивность роста потерь мощности с увеличением мощности на исполнительном органе (входе) машины Р2.
Параметры Рхи а как показатели качества сборки (изготовления) машины определяются на стенде в процессе приемосдаточных испытаний и характеризуют статическую передаточную функцию привода.
Следовательно, в процессе эксплуатации машины необходимо регистрировать с помощью приборов время её работы tj с разными уровнями N нагрузки, то есть определять Pj(t) и ± р = 2 ti , где п - количество уровней =/ нагрузок, которые фиксируются приборами.
Энергетический метод трудоёмок и требует знания энергоресурса машины, регистрации её нагрузок в процессе эксплуатации и стендовых испытаний для определения потерь холостого хода и интенсивности роста потерь с увеличением нагрузки (показателей качества привода).
Разработка программы моделирования расходования ресурса элементов машины
На основе приведённых выше параметров выполнено моделирование расходования ресурса элементами ПДМ. Последовательно изменяя характеристики трассы, по которой движется машина (і, а 0) L) и параметры навала зачерпываемой и транспортируемой горной массы (у, tgp, ср, Кразр.) определяем внешние сопротивления и нагруженность трёх выделенных систем машины при добыче полезного ископаемого. В таблицах приводится сопротивление движению (W) при внедрении ковша, то есть, без учёта сопротивления в кривых участках дорог и инерционной составляющей.
Данные моделирования нагруженности систем машины в зависимости от средневзвешенного уклона дороги (от 0 до 18 ) представлены в табл. 3.3, а график этой зависимости - на рис. 3.3. Зависимость нагруженности систем ПДМ от средневзвешенного уклона дороги
Моделирование изменения нагруженности систем элементов ПДМ в зависимости от качества дорожного покрытия проводилось при изменении значения коэффициента сопротивления качению (табл. 3.4, рис. 3.4).
На основе приведённых выше параметров выполнено моделирование расходования ресурса элементами ПДМ. Последовательно изменяя характеристики трассы, по которой движется машина (і, а 0) L) и параметры навала зачерпываемой и транспортируемой горной массы (у, tgp, ср, Кразр.) определяем внешние сопротивления и нагруженность трёх выделенных систем машины при добыче полезного ископаемого. В таблицах приводится сопротивление движению (W) при внедрении ковша, то есть, без учёта сопротивления в кривых участках дорог и инерционной составляющей.
Данные моделирования нагруженности систем машины в зависимости от средневзвешенного уклона дороги (от 0 до 18 ) представлены в табл. 3.3, а график этой зависимости - на рис. 3.3. Зависимость нагруженности систем ПДМ от средневзвешенного уклона дороги
Моделирование изменения нагруженности систем элементов ПДМ в зависимости от качества дорожного покрытия проводилось при изменении значения коэффициента сопротивления качению (табл. 3.4, рис. 3.4).
Результаты моделирования получены последовательным изменением параметров горнотехнических условий эксплуатации. В натурных условиях горного предприятия будут изменяться большинство из этих параметров. Полученные результаты позволяют оценить лишь влияние одного фактора на ресурс элементов ПДМ. Такие параметры горной массы, как плотность, угол естественного откоса и коэффициент внутреннего трения, связаны между собой. Последовательное изменение этих параметров в нашем случае принято в качестве допущения.
Очевидно, что изменение характеристик дороги оказывает сильное влияние на нагруженность системы ходовой тележки и привода колёсных движителей, так как уклон пути и коэффициент сопротивления качению определяют величину суммарного сопротивления качению. Широкий диапазон значений нагруженности элементов ПДМ трёх выделенных систем при изменении дальности транспортирования горной массы объясняется тем, что дальность транспортирования определяет время транспортирования. Чем больше во времени цикла доля рабочего и холостого хода машины, тем меньше нагруженность. Это объясняется тем, что наибольшая составляющая результирующей внешних сил сопротивления принадлежит сопротивлению внедрения ковша в штабель горной массы.
Плотность и коэффициент разрыхления горной массы определяют нагруженность систем машины, так как от них зависит масса транспортируемого груза, сопротивления внедрению и выводу ковша при загрузке. Угол естественного откоса горной массы в значительной степени влияет на сопротивление внедрению и выводу ковша, что объясняет широкий диапазон изменения нагруженности системы №2. Коэффициент внутреннего трения горной массы определяет значение сопротивления внедрению ковша в штабель горной массы.
Согласно формулам 2.13, система ПДМ №3 воспринимает опосредованно все внешние сопротивления, её нагруженность зависит от всех рассматриваемых параметров горнотехнических условий эксплуатации.
Для проверки полученных данных определена потребляемая мощность электродвигателя ПДМ TORO-400E (бортовой №24) в условиях Объединённого Кировского рудника ОАО "Апатит" при добыче полезного ископаемого (см. приложение 3).
В результате получены значения средней потребляемой мощности при операциях рабочего цикла и определена средневзвешенная мощность при различной длине транспортирования (см. табл. 3.12).
Определение оптимальной структуры адаптивной системы ТО и Р ПДМ
В предыдущих частях работы рассмотрен вопрос установления параметров системы ТО и Р ПДМ по прогнозируемому ресурсу их элементов. Однако помимо этого критерия, в адаптивной системе предусмотрено проведение ремонта по фактическому состоянию, которое определяется при проведении технической диагностики.
Как показывает практика, техническая диагностика систем ПДМ в условиях отечественных рудников применяется весьма ограничено. Это является следствием низкой культуры эксплуатации машин и высокой стоимостью диагностических средств. Однако тот факт, что добиться существенного повышения эксплуатационной надёжности горного оборудования не прибегая к их диагностированию невозможно [11], требует применения этих средств при определении параметров системы ТО и PL5!5 55Q»
В сложившихся условиях необходимо постепенное внедрение средств технической диагностики (СТД). Наряду с закупкой СТД, необходимо готовить мастеров-диагностов, т.к. сразу получить квалифицированного специалиста в этой области затруднительно. В соответствии со структурой ПДМ, следует выделить следующие виды диагностики: Д1 - Диагностика гидросистемы. Д2 - Диагностика трансмиссии и привода колёсных движителей. ДЗ - Диагностика металлических узлов на наличие скрытых дефектов (усталостный износ). Д4 - Диагностика ДВС (для ПДМ с дизельным приводом).
Как показывает практика, для диагностирования ДВС ПДМ зарубежных фирм существуют портативные СТД, которые, при условии наличия соответствующей встроенной аппаратуры на самом двигателе, позволяют точно оценивать их техническое состояние, однако горные предприятия часто отказываются от их закупки по причине их высокой стоимости. Наряду с ними рационально оценивать техническое состояние ДВС ПДМ по результатам химического анализа масла.
Периодичность замены масла даётся в инструкции завода-изготовителя. Однако следует помнить, что ПДМ могут эксплуатироваться при более интенсивной нагрузке, чем это предусмотрено изготовителем. Поэтому сроки замены масла следует корректировать в зависимости от его фактического состояния в картере. Для определения пригодности масла к дальнейшему использованию используют стационарные и портативные лаборатории анализа масел.
Для диагностики гидропривода, наряду с химическим анализом масла, рационально применять специальные системы [39]. Такие системы позволяют значительно сократить трудозатраты на поиск неисправностей, практически устраняют потери рабочей жидкости при подключении гидротесторов и отказы из-за разрушения рукавов высокого давления. О техническом состоянии гидросистемы в целом можно судить по длительности её цикла - превышение продолжительности цикла на 20% номинальной указывает на неисправность гидросистемы.
Для диагностирования ковшей, гидроцилиндров и др. следует использовать ультразвуковые дефектоскопы, приборы для определения напряжённо-деформированного состояния.
Перспективным методом диагностики самоходных машин является виброакустический [33]. Jj
Проведение технической диагностики следует совмещать с проведением ТО. При высоких эксплуатационных нагрузках на системы ПДМ рационально проводить диагностирование непосредственно в забое с помощью переносных стд.
Оценивать техническое состояние и целесообразность проведения внеплановой диагностики ПДМ возможно также, используя информацию, полученную от оператора через журнал по обслуживанию и контролю работы ПДМ.
