Введение к работе
Актуальность работы. Развитие открытого способа добычи полезных ископаемых в настоящее время идет по пути роста производственной мощности предприятий, увеличения коэффициента вскрыши, объемов работ по экскавации, продвижения открытых разработок в отдаленные районы с суровым климатом. Удельный вес добычи угля открытым способом в стране сейчас составляет около 42%, а в Сибирском и Дальневосточном федеральных округах уже превышает 50% и, как показывает статистика, продолжает расти.
Развитие открытого способа добычи угля во многом зависит от производительности и надежности горной техники - основного звена технологического процесса. На открытых горных работах одним из основных и трудоемких процессов является бурение взрывных скважин, на долю которого, по данным ОАО «УК «Кузбассразрезуголь», приходится свыше 30% финансовых и материальных затрат. Сегодня на разрезах ОАО «УК «Кузбассразрезуголь» в эксплуатации находится свыше 80 буровых станков, львиную долю среди которых занимают тяжелые станки шарошечного бурения. Анализ использования фонда рабочего времени буровых станков показал, что парк бурового оборудования эксплуатируется недостаточно удовлетворительно. Коэффициент использования парка буровых станков составлял 0,57...0,65. При этом треть общего времени простоев буровых станков связано с восстановлением их работоспособного состояния, причем на долю плановых ремонтов приходится около 82% затрат времени, а на долю аварийных простоев - около 18%.
Проведенные исследования показывают разительный разрыв между сложностью и высокой стоимостью эксплуатируемой техники и низким технологическим уровнем ее обслуживания.
Одним из направлений решения этой задачи является эффективное использование парка бурового оборудования по назначению за счет повышения качества его ремонта и технического обслуживания на основе знания фактического технического состояния отдельных узлов и агрегатов, которое может быть получено из результатов вибрационного обследования, поскольку виброакустический сигнал содержит практически всю информацию о процессах, протекающих в контактирующих узлах и деталях. Поэтому установление связи технического состояния отдельных узлов и агрегатов буровых станков с их вибрационными характеристиками и разработка прогностической модели, позволяющей повысить эффективность и безотказность использования бурового оборудования, является актуальной научной задачей.
Связь темы диссертации с государственными научными программами. Работа выполнена в рамках программы сотрудничества с ОАО «УК «Кузбассразрезуголь» «Повышение надежности и безотказности оборудования для открытых горных работ».
Целью работы является разработка методики вибродиагностики и прогнозирования изменения технического состояния дизель-гидравлических буровых станков, обеспечивающей повышение безопасности и безотказности их эксплуатации.
Идея работы заключается в использовании прогностических моделей для определения фактического технического состояния дизель-гидравлических буровых станков, обеспечивающих переход от системы планово-предупредительных ремонтов к системе обслуживания по фактическому техническому состоянию.
Задачи исследований:
анализ состояния надежности и эффективности эксплуатации карьерных буровых станков в условиях ОАО «УК «Кузбассразрезуголь» и технологических схем их технического обслуживания и ремонта;
анализ современных методов и средств функциональной диагностики, пригодных для оценки технического состояния буровых дизель-гидравлических станков;
исследование и выявление влияния природной и техногенной среды на надежность и эффективность эксплуатации буровых станков;
построение прогностической модели изменения технического состояния узлов и агрегатов дизель-гидравлических буровых станков, учитывающей специфику их эксплуатации;
разработка средств и методов текущего диагностирования узлов и агрегатов дизель-гидравлических буровых станков в процессе их эксплуатации и проверка достоверности разработанной прогностической модели.
Методы исследований, использованные в работе:
методы математической статистики и корреляционного анализа при обработке статистического материала о состоянии парка буровых станков ОАО «УК «Кузбассразрезуголь» и построении зависимостей влияния природной и техногенной среды на надежность и эффективность эксплуатации буровых станков;
системный анализ при выборе функциональных методов и средств технической диагностики буровых станков;
методы математического моделирования и теории вероятности при построении прогностических моделей деградации узлов и агрегатов дизель-гидравлических буровых станков;
пассивные методы экспериментальных исследований при мониторинге и построении прогноза изменчивости технического состояния агрегатов буровых станков.
Научные положения, выносимые на защиту:
эффективность эксплуатации буровых станков в Кузбассе снижается при увеличении показателя буримости горных пород, уменьшении температуры окружающей среды, при возрастании срока эксплуатации и ухудшении качества рабочей жидкости. Влияние этих факторов на показатели надежности работы оборудования носит неравнозначный характер, но допускает оценку безотказности по структуре неплановых простоев;
диагностические признаки технического состояния буровых станков должны базироваться, для получения наиболее достоверного заключения, на одновременном использовании нескольких диагностических методов и результатах комплексного анализа всей имеющейся информации о вибрационной активности опор узлов и агрегатов;
прогностическая модель изменения технического состояния узлов и агрегатов буровых станков, построенная с учетом вида технического обслуживания, имеет вероятностный характер и должна учитывать доверительную вероятность заключения;
мониторинг технического состояния буровых станков позволяет учитывать изменение параметров вибрационной активности и определять уровень состояния подшипниковых опор в текущий момент времени, а также прогнозировать остаточный ресурс узлов и агрегатов с заданным уровнем достоверности.
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждаются:
представительным объемом статистической выборки (диагностическое обслуживание пяти дизель-гидравлических буровых станков на протяжении 4 лет);
корректным использованием апробированных методов теоретической и прикладной механики, теории колебательных процессов, а также методов статистического прогнозирования;
использованием современных методов измерения и анализа механических колебаний;
хорошей сходимостью полученных в диссертации теоретических и экспериментальных данных (относительная ошибка не превышает 15% при 95% доверительной вероятности);
- положительными результатами внедрения разработанной методики
мониторинга технического состояния на филиале ОАО «УК «Кузбас-
сразрезуголь» «Моховский угольный разрез» (Сартакинское поле).
Научная новизна результатов исследования заключается в следую
щем:
- установлена закономерность аварийности гидрооборудования буро
вых станков от определяющих её факторов;
разработаны требования к диагностическим методам оценки технического состояния дизель-гидравлических буровых станков на основе анализа вибрационной активности их узлов и агрегатов;
разработана методика мониторинга технического состояния буровых станков по обобщенному вибрационному показателю и построена прогностическая модель изменения технического состояния узлов и агрегатов дизель-гидравлического бурового станка, базирующаяся на теоретико-вероятностном подходе и учитывающая вид технического обслуживания.
Практическая ценность работы заключается в том, что результаты исследований позволяют:
определять влияние различных внешних факторов на наиболее значимые показатели работоспособности дизель-гидравлических буровых станков;
рекомендовать переход к системе профилактического технического обслуживания карьерных буровых станков на базе вибродиагностики фактического технического состояния их машинных агрегатов;
повысить долговечность эксплуатации гидравлических буровых станков за счет использования системы мониторинга их технического состояния, содержащую теоретико-вероятностную модель прогнозирования изменения показателей эксплуатационной надёжности. Личный вклад автора заключается:
в выявлении внешних факторов, влияющих на изменение параметров эксплуатационной надёжности дизель-гидравлических буровых станков;
в разработке методики функциональной диагностики буровых станков и выборе критериев оценки технического состояния;
в разработке теоретико-вероятностной модели деградации основных узлов и агрегатов дизель-гидравлических буровых станков и построении, на её основе, прогностической модели изменения их технического состояния;
в реализации методики мониторинга технического состояния дизель-гидравлических буровых станков на филиале ОАО «УК «Кузбассраз-резуголь» «Моховский угольный разрез» (Сартакинское поле). Реализация результатов работы.
Разработанный автором комплекс научно-технических решений по повышению уровня долговечности и безотказности работы дизель-гидравлических буровых станков был внедрён на филиале ОАО «УК «Куз-бассразрезуголь» «Моховский угольный разрез» (Сартакинское поле).
Апробация работы.
Основное содержание работы, отдельные её положения и результаты были доложены и обсуждены: на техническом совете филиала ОАО «УК «Кузбассразрезуголь» «Моховский угольный разрез»; на Международных
научно-практических конференциях «Наукоемкие технологии разработки и использования минеральных ресурсов: Уголь и майнинг» (2007, 2008 г.г.); на Международных научно-практических конференциях «Энергетическая безопасность России. Новые подходы к развитию угольной промышленности» (2006-2008 гг.); на научно-практическом семинаре НФ «Кузбасс-НИИОГР» (2008, 2009 гг.); на заседании кафедры стационарных и транспортных машин КузГТУ (2010, 2011 г.); на II Региональной научно-практической конференции «Новые технологии в угольной отрасли и экономике Кузбасса» (Белово, 2010 г.); на IV Межрегиональной научно-практической конференции с международным участием «Инновации в угольной отрасли и экономике Кузбасса» (Белово, 2011 г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 15 научных работ.
Объём и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографического списка из 95 наименований и приложения. Изложена на 138 страницах, включая 20 таблиц и 35 рисунков.
Автор выражает искреннюю благодарность сотрудникам НФ «Кузбасс-НИИОГР» и работникам энерго-механической службы филиала ОАО «УК «Кузбассразрезуголь» «Моховский угольный разрез» (Сартакинское поле) за внимание к работе и оказанную помощь.
