Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние вопроса, цель и задачи исследования 10
1.1. Условия эксплуатации экскаваторов на угольных разрезах Якутского каменноугольного бассейна 10
1.2. Показатели использования карьерных экскаваторов 13
1.3. Анализ работ по ремонтной технологичности машин 21
1.4. Требования к ремонтной технологичности карьерных экскаваторов 28
1.5. Выводы 29
2. Оценка ремонтной технологичности экскаваторов 31
2.1. Методика оценки ремонтной технологичности карьерных экскаваторов 31
2.2. Определение функционального критерия 32
2.3. Выбор показателей для оценки ремонтной технологичности карьерных экскаваторов 33
2.4. Методика сбора и обработки статистической информации для оценки ремонтной технологичности карьерных экскаваторов 39
2.5. Математическая обработка экспериментальных данных 44
2.6. Выбор базовых показателей для оценки уровня ремонтной технологичности карьерных экскаваторов 48
2.7. Определение комплексного показателя ремонтной технологичности карьерного экскаватора 50
2.8. Выводы 54
3. Исследование влияния факторов на ремонтную технологичность карьерных экскаваторов 56
3.1. Влияние вместимости ковша карьерного экскаватора на трудоемкость ремонтов 56
3.2. Влияние горнотехнических условий на ремонтную технологичность карьерных экскаваторов . 57
3.3. Влияние профессиональной подготовленности обслуживающего персонала на ремонтную технологичность карьерных экскаваторов 59
3.4. Влияние окружающей среды на ремонтную технологичность карьерных экскаваторов 64
3.5. Влияние возраста оборудования на ремонтную технологичность карьерных экскаваторов 67
3.6. Выводы 70
4. Исследование и обоснование параметров термо контактного способа очистки металлических по верхностей от намерзшей горной массы 71
4.1. Влияние твердой и жидкой фаз воды на прочностные свойства связных горных пород 71
4.2. Исследование адгезионного взаимодействия мерзлой связной породы с металлической поверхностью 81
4.3. Исследование процесса нагрева на разупрочнение адгезионного контакта мерзлой связной породы с металлическим основанием... 83
4.4. Исследование параметров термоконтактного нагрева, определяющих прочность адгезионного контакта 89
4.5. Моделирование процесса термоконтактного нагрева 105
4.6. Разработка нагревателей для термоконтактной очистки 111
4.7. Выводы 115
5. Разработка рекомендаций по повышению ремонтной технологичности карьерных экскаваторов 116
5.1. Рекомендации по совершенствованию системы ТОиР карьерных экскаваторов 116
5.2. Рекомендации по совершенствованию технологии ремонта механического оборудования карьерных экскаваторов 118
5.3. Количественные и качественные критерии предельных состояний деталей карьерных экскаваторов 301M-HR 120
5.4. Конструктивно-технологические мероприятия по повышению ремонтной технологичности механического оборудования карьерных экскаваторов 121
5.5. Экономическая эффективность от внедрения мероприятий и реко-мендаций по повышению ремонтной технологичности карьерных экскаваторов 121
5.6. Выводы 123
Заключение 125
Библиографический список 127
Приложения 136
- Требования к ремонтной технологичности карьерных экскаваторов
- Выбор показателей для оценки ремонтной технологичности карьерных экскаваторов
- Влияние горнотехнических условий на ремонтную технологичность карьерных экскаваторов
- Исследование адгезионного взаимодействия мерзлой связной породы с металлической поверхностью
Введение к работе
В настоящее время Восточная Сибирь, Дальний Восток, в том числе и Республика Саха (Якутия) представляет собой мощные экономические регионы с развитой инфраструктурой, обладающие крупными запасами угля различных марок. Эти регионы характеризуются суровыми климатическими условиями, обозначаемыми в диссертационной работе «северными». Добыча угля ведется в основном открытым способом и общая мощность угольных разрезов в этих регионах составляет более млн.т., [ ]. Открытый способ угля в перспективе должен развиваться опережающими темпами и в г. его уровень, в России, должен составить - млн.т. или % общей угледобычи [ ].
Анализируя современное техническое состояние разрезов, следует отметить, кризисное состояние парка основного технологического оборудования, в первую очередь, наиболее металлоемкого — экскаваторного парка, определяющего технический уровень и технико-экономические показатели [ ].
Развитие разработки полезных ископаемых в районах Сибири и Крайнего Севера ставит задачи дальнейшего повышения надежности и ремонтной технологичности карьерного оборудования. Сложные горнотехнические условия, наличие вибрации, повышенная влажность и запыленность воздуха, резкие колебания температуры, смерзаемость грунта, и как следствие повышение нагрузок, приводят к снижению производительности и повышению трудоемкости работ по техническому обслуживанию и ремонту экскаваторов.
На горных предприятиях широко используются карьерные экскаваторы с ковшом вместимостью от 4,6 до м3. Наряду с отечественными экскаваторами ЭКГ-8И, ЭКГ- ,5, ЭКГ- , ЭКГ- находят применение и экскаваторы фирмы «Marion» марки М- с вместимостью ковша м3, и М- с вме-стимость ковша м . В конце начался монтаж дизель-электрических экскаваторов РС- с вместимостью ковша м . Наличие таких экскаваторов на разрезе «Нерюнгринский» обусловлено переходом на высокопроизводительную технику, единичной мощности.
Вместе с тем поддержание высоких темпов развития открытых горных работ на угольных разрезах сдерживается низкой эффективностью использования карьерных экскаваторов, которые под влиянием многочисленных факторов простаивают от до % календарного времени, в том числе по техническим причинам - %. Фактические простои в ремонте более чем в 3 раза превышают нормативные, что объясняется недостаточной надежностью и низкой эффективностью системы технического обслуживания и ремонта машин. Так, расходы на содержание и ремонт оборудования в северных районах в 2-6 раз превышают аналогичные расходы в средней полосе страны [ ].
На ремонт оборудования, являющегося самым трудоемким вспомогательным процессом на открытых разработках, расходуются до трети всех затрат на добычу полезного ископаемого. Ремонтом занято - % списочного состава рабочих. Уровень механизации ремонтных работ очень низок, до % затрат труда приходится на операции, выполняемые вручную [ , ].
Опыт эксплуатации карьерных экскаваторов в зимний период, при наличии суровых климатических условий показывает, что количество аварийных остановок существенно возрастает.
Острота проблемы повышения надежности и ремонтной технологичности карьерных экскаваторов обуславливается также: поточным характером производства, где одноковшовые карьерные экскаваторы в большинстве случаев являются ведущими машинами всего технологического комплекса; опережающим усложнением конструкций карьерных экскаваторов (механических, электрических, гидравлических систем) по сравнению с внедрением современных методов повышения надежности сложных систем управления в практику экскаваторостроения; увеличением числа карьерных экскаваторов, работающих в районах с низкими температурами (районы Заполярья, республики Саха, Сибири, Дальнего Востока); низкой надежностью и малыми сроками службы деталей и узлов значительной части карьерных экскаваторов, что вызывает неоправданно большие трудовые и материальные затраты. Положение усугубляется значительной изношенностью экскавационного оборудования, многие образцы которого уже исчерпали свои нормативные сроки. Совокупность указанных факторов приводит к снижению объемов и экономических показателей горного производства.
Угольные предприятия Северных регионов России, особенно угольный разрез "Нерюнгринский", выдвигают, как первоочередную, задачу снижения негативного влияния указанных факторов и повышение эффективности горного производства на этих предприятиях. Среди возможных путей решения этой задачи, одним из основных направлений, является совершенствование системы технического обслуживания и ремонта (далее - ТОиР) карьерных экскаваторов [ ]. Сама по себе система ТОиР оборудования характеризуется его ремонтной технологичностью, под которой понимается совокупность конструктивных свойств рассматриваемого оборудования и организационно-технологических особенностей горного производства, в соответствии с кото рыми осуществляется ТОиР. Количественно ремонтная технологичность оценивается затратами времени, труда и материальных средств на выполнение ремонтов. Поэтому представленная диссертационная работа, направленная на совершенствование системы ТОиР, за счет повышения ремонтной технологичности карьерных экскаваторов эксплуатируемых в Северных регионах России, является весьма актуальной научной задачей.
Целью настоящей работы является повышение надежности и совершенствование системы ТОиР карьерных экскаваторов, эксплуатируемых в условиях Северных регионах России.
Идея работы заключается в выявлении наиболее значимых показателей ремонтной технологичности карьерных экскаваторов и определении степени их влияния на выполнение экскаваторами их основного функционального назначения.
Задачи исследований:
• Анализ эксплуатационных показателей работы карьерных экскаваторов, работающих в условиях Северных регионах России;
• Выбор наиболее рациональной методики и оценка уровня ремонтной технологичности карьерных экскаваторов, эксплуатируемых в условиях Северных регионах России;
• Исследование факторов, влияющих на ремонтную технологичность карьерных экскаваторов, эксплуатируемых в условиях Северных регионах России, и определение их рациональных значений;
• Разработка и экономическое обоснование комплекса мероприятий, направленных на совершенствование системы ТОиР, а также повышение коэффициента технического использования карьерных экскаваторов;
• Разработка конструктивно-технических решений обеспечивающих снижение трудоемкости и затрат времени на ремонт отдельных узлов карьерных экскаваторов, в том числе на устранение намерзания горной массы на элементы конструкции.
Методы исследований, использованные в работе:
• Проведение мониторинга функционирования карьерных экскаваторов на разрезе "Нерюнгринский" и анализ его результатов с использованием математического аппарата теории вероятностей и математической статистики;
• оценка ремонтной технологичности карьерных экскаваторов и выявление путей ее повышения на основе предложенной в работе аналитической методики;
пассивные и активные методы экспериментальных исследований при про мышленной апробации разработанного комплекса мероприятий по повышению ремонтной технологичности карьерных экскаваторов;
• теоретические и экспериментальные исследования прочности сцепления мерзлой горной породы с металлической поверхностью.
Научные положения выносимые на защиту:
1. Математическая модель оценки уровня ремонтной технологичности карьерных экскаваторов, разработанная на основе анализа показателей трудоемкости, продолжительности и стоимости их ремонтов.
2. Аналитические зависимости, связывающие единичные и комплексный показатели ремонтной технологичности карьерных экскаваторов с горнотехническими и климатическими условиями горного производства в Северных регионах России.
3. Методика повышения коэффициентов технического использования карьерных экскаваторов за счет оптимизации системы ТОиР в Северных регионах России.
4. Модель процесса нагрева двухкомпонентной среды "мерзлая горная порода - металлическое основание" позволяющая определять рациональные параметры процесса термоконтактного нагрева для тепловой очистки металлических поверхностей карьерных экскаваторов от намерзшей горной массы во время проведения их ремонтов.
Обоснование и достоверность научных положений, выводов рекомендаций подтверждаются:
• представленным объемом статистической информации (около единиц карьерных экскаваторов на протяжении 5 лет хронометражных наблюдений);
• сходимостью результатов теоретических и экспериментальных исследований с доверительной вероятностью 0,8-Ю, при относительных ошибках 0,1-Ю,2, установленных на основе апробированных методов теории вероятностей и математической статистики;
• положительными результатами внедрения в ОАО ХК "Якутуголь" разработанного комплекса мероприятий по повышению долговечности и ремонтной технологичности карьерных экскаваторов.
Научная новизна работы, применительно к условиям Северных регионов России, заключается в следующем:
• установлены качественные и количественные зависимости основных показателей ремонтной технологичности (продолжительности проведения IP, их трудоемкости и стоимости) карьерных экскаваторов от горнотехниче ских и климатических условий горного производства;
• выявлены закономерности влияния показателей ремонтной технологичности карьерных экскаваторов на основной функциональный критерий — эксплуатационную производительность;
• выявлена количественная зависимость коэффициента технического использования карьерных экскаваторов от фактических сроков их службы;
• установлены качественные и количественные критерии предельных состояний эксплуатируемых узлов (сборочных единиц) карьерных экскаваторов -М фирмы "Marion";
• установлена графическая зависимость при нагреве двухкомпонентной среды "мерзлая горная порода - металлическое основание";
• впервые разработаны рекомендации по повышению уровня ремонтной технологичности карьерных экскаваторов, эксплуатируемых в условиях Северных регионов России.
Личный вклад автора состоит:
• в сборе и обработке достаточно большого статистического материала по эксплуатации карьерных экскаваторов;
• в разработке математической модели оценки влияния показателей ремонтной технологичности карьерных экскаваторов на их основные функциональные показатели: эксплутационную производительность и степень технического использования карьерных экскаваторов;
• в установлении количественных зависимостей ремонтной технологичности карьерных экскаваторов, работающих на разрезе "Нерюнгринский" ОАО ХК "Якутуголь", от горно-геологических и климатических условий эксплуатации;
• в представлении трудоемкости технического обслуживания и ремонта карьерных экскаваторов в виде технически обоснованных показателей, учитывающих квалификацию исполнителей и зависящих от вместимости ковша карьерного экскаватора, горнотехнических и климатических условий, а также возраста горной машины;
• в оптимизации поэтапной системы ТОиР, способствующей рациональному проведению ремонтов карьерных экскаваторов, повышению эффективности их использования в условиях Северных регионов России;
• в разработке "Технологических карт по ремонту сборочных единиц карьерного экскаватора -М фирмы "Marion";
в определении рациональных параметров процесса термоконтактного на грева для теплового способа очистки узлов карьерных экскаваторов от намерзшей горной массы при проведении вспомогательных и ремонтно-восстановительных работ в условиях отрицательных температур.
Практическая ценность работы подтверждается разработкой и реализацией на разрезе "Нерюнгринский" ОАО ХК "Якутуголь" рекомендаций по повышению уровня ремонтной технологичности карьерных экскаваторов.
Реализация выводов и рекомендаций работы заключается в том, что усовершенствованная в диссертационной работе поэтапная система ТОиР и комплекс рекомендаций по повышению уровня ремонтной технологичности карьерных экскаваторов были приняты в ОАО ХК "Якутуголь" и реализованы с годовым эффектом около млн.руб. (в ценах года), материалы диссертационной работы используются в учебном процессе Технического РІнститута (филиала) Якутского Государственного Университета г.Нерюнгри при чтении курса лекций, выполнении контрольных и курсовых работ по дисциплинам "Эксплуатация и ремонт карьерного оборудования".
Апробация работы. Основное содержание работы, отдельные ее положения и результаты были доложены и обсуждены: на техническом совете разреза "Нерюнгринский" ОАО ХК "Якутуголь"; на техническом совете ОАО ХК "Якутуголь"; на Научном семинаре Технического Института (филиала) Якутского Государственного Университета; на IV региональной научно-практической конференции молодых ученых, аспирантов и студентов (Нерюн-гри; ТИ(ф)ЯГУ, г.); на республиканской конференции "Пути решения актуальных проблем добычи и переработки полезных ископаемых" (Якутск; ЯГУ, г.); на X Международной научно-практической конференции "Сиб-ресурс - " (Кемерово, г); на научно-практической конференции "Иго-шинские чтения" (Иркутск, г).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 печатных работ.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, 5-й глав, заключения, списка литературы и приложений. Общий объем составляет страницы, включая рисунка и таблицу, список использованной литературы из наименований и приложений на 9 страницах.
Работа выполнялась в - годах в Техническом институте (филиал) Якутского государственного университета. Работа выполнена в рамках программ СО РАН "Механика, научные основы машиностроения и надежности машин" и "Создание высокопроизводительного оборудования для Севера".
Требования к ремонтной технологичности карьерных экскаваторов
Решение вопросов, связанных с проблемой ремонтной технологичности конструкций, возможно только в комплексе с решением вопросов надежности. Причем решение последних проводится в связи с ремонтопригодностью и с безотказностью, так как для определения количества неплановых ремонтов необходимо иметь сведения о количестве отказов. Кроме того, такие показатели, как коэффициент готовности, коэффициент технического использования, коэффициент оперативной готовности и др. являются общими для ремонтной технологичности и надежности [20, 22, 59, 60, 62, 66-69, 84].
Такой подход дает возможность решения следующих основных задач ремонтной технологичности карьерных экскаваторов: обоснование повышения ремонтной технологичности карьерных экскаваторов в условиях низких температур, определение состава требований к ремонтной технологичности, полная оценка ремонтной технологичности, разработка мероприятий по повышению ремонтной технологичности.
Требования, предъявляемые к ремонтной технологичности, должны удовлетворять условиям полноты, объективности и однозначности содержания, а также обеспечивать связь с другими характеристиками карьерных механических лопат и возможность их проверки [78, 103-107], полное содержа ние требований предполагает учет всех факторов, влияющих на показатели ремонтной технологичности. Объективность требований предопределяет выбор тех показателей ремонтной технологичности карьерных механических лопат, которые соответствуют их назначению, конструктивным особенностям, режиму и условиям использования, стратегии восстановления и т.п. Однозначность требований ограничивается возможность задания двух или нескольких показателей, связанных функционально. Ремонтная технологичность должна соответствовать не только качественным характеристикам структуры системы и стратегии восстановления, но и обеспечивать основное назначение карьерных механических лопат — эффективность и качество их функционирования [77,99].
Исходя из этого, конструкция карьерных экскаваторов должна обеспечивать требования, которые предъявляются к периодичности и содержанию системы ремонта; снижение численности обслуживающего персонала и потребность в специалистах с высоким уровнем квалификации за счет уменьшения и упрощения демонтажно-монтажных, регулировочных и других работ; замену или восстановление наиболее интенсивно изнашиваемых элементов в процессе эксплуатации с минимальными затратами времени, с минимальным использованием сложного оборудования; возможность широкого применения блочного метода замены сборочных единиц; рациональный уровень унификации и преемственности элементов; возможность полной геометрической и функциональной взаимозаменяемости однотипных составных частей при техническом обслуживании и ремонте; доступность, легкосъем-ность и контролепригодность сборочных единиц и деталей; увеличение периодичности ремонтов; приспособленность изделия к выполнению моечных, крепежных, регулировочных, контрольно-диагностических и ремонтных работ; возможность установления для каждого агрегата рациональной номенклатуры и количества запасных частей; сокращение номенклатуры и типоразмеров крепежных деталей.
1. Развитие открытых горных работ на разрезе «Нерюнгринский» идет по пути увеличения объемов добычи и вскрыши, глубины разреза, коэффициента вскрыши, что создает благоприятные условия для использования высокопроизводительных карьерных экскаваторов единичной мощности таких, как ЭКГ-20 и М-301.
2. Анализ условий месторождения разреза «Нерюнгринский» показывает, что горно-геологические условия относятся к категории сложных. По-годно-климатические условия характеризуются низкими отрицательными температурами до -55 С, смерзаемостью грунта, сильными ветрами, что вызывает ускоренный износ деталей карьерных экскаваторов. С понижением температуры увеличивается количество отказов механической части и уменьшается электрической.
3. Опыт применения карьерных экскаваторов на разрезе «Нерюнгринский» показывает, что фактические показатели их работы значительно ниже планируемых в результате больших простоев из-за низких температур, технического несовершенства конструкций машин, системы ТОиР и др.
4. Анализ методик по ремонтной технологичности машин показывает, что для комплексной оценки уровня эксплуатационной технологичности карьерных экскаваторов могут быть использованы методические разработки кафедры «Технология машиностроения и ремонта горных машин» Московского государственного горного университета.
Выбор показателей для оценки ремонтной технологичности карьерных экскаваторов
Для количественной характеристики ремонтной технологичности карьерных экскаваторов может быть использовано большое количество показателей, которые классифицируются по следующим признакам [64, 72]: по полноте оценки показатели делятся: на единичные и комплексные. Единичные показатели характеризуют только один признак, комплексные - два и более; по значимости показатели делятся: на основные и дополнительные; по способу выражения — на абсолютные, относительные и удельные. Абсолютные величины показателей - это показатели, выраженные в натуральных единицах (часах, человеко-часах и т.д.). Относительные величины показателей выражают признак по отношению к одному из основных показателей (продолжительность цикла экскавации, кусковатости взорванной породы, удельный расход электроэнергии при экскавации горной массы). Под удельными величинами показателей понимают отношение значений рассматриваемых параметров к значению функционального критерия карьерных экскаваторов. Базовые показатели - это показатели ремонтной технологичности, принятые за исходные при сравнительной оценки ремонтной технологичности различных карьерных экскаваторов.
Оценка указанных параметров ремонтной технологичности карьерных экскаваторов произведена на основе методических указаний [79, 98]. Показатели ремонтной технологичности должны удовлетворять следующим требованиям: характеризовать основные свойства карьерных экскаваторов, определяющие ремонтную технологичность при выполнении заданных функций в рассматриваемых условиях эксплуатации; обладать возможностью их оценки, как расчетным путем, так и по статистическим данным; обеспечивать возможность их использования для установления значений комплексных показателей, составляющими которых они являются. Для оценки уровня ремонтной технологичности используются удельные величины показателей функционального критерия, удельные базовые и комплексные показатели. Для выявления наиболее значимых показателей, влияющих на качество оценки ремонтной технологичности карьерных экскаваторов, использовался метод ранговой корреляции, который предусматривает набор показателей и их ранжирование, обработку ранжирования и, как следствие, выявление значимых показателей. На основании группы опросных анкет (форма 1) была составлена матрица рангов (таб 2.2), где строками являются оценки, данные специалистами определенному показателю. Ввиду того, что некоторые специалисты присвоили одинаковые ранги разным показателям, на основании имеющейся матрицы строились преобразования матриц рангов, приведенная в таб. 2.3, где t, - число одинаковых ран гов в j-й строки ранжировки; q- - сумма рангов по каждому показателю, присваиваемых специалистами; d. =X4ji -0,5m(n + l) - разность между j=i суммой рангов по каждому показателю и средней суммой рангов, где п - число показателей; m - число специалистов. В преобразованную матрицу рангов включились ранжировки, приведенные к нормальному виду, т.е. сумма рангов в одной ранжировке равна
По данным матрицы рангов вычислялся коэффициент конкордации W, показывающий степень совпадения мнений, причем 1 W 0, где W=0 - отсутствует согласованность во мнениях специалистов; W=l — полная согласованность в мнениях специалистов. Коэффициент конкордации определяется по формуле [39, 102]: Расчетное значение % =12,76 сравнивалось с табличным значением. При v=n-l степенях свободы и уровне доверительной вероятности Р=0,99х б=3,05. В нашем случае имеет место Х Х б» следовательно, с вероятность 0,99 можно утверждать, что существует определенная согласованность специалистов относительно степени влияния показателей при оценке ремонтной технологичности карьерных экскаваторов, оцениваемая коэффициентом конкордации W=0,57. Для определения наиболее значимых показателей была построена гистограмма ранжирования, приведенная на рис. 2.1. Из нее видно, что разброс коэффициентов довольно высок, а это свидетельствует о различиях в оценках экспертов. Расчет уровня значимости показателей производился по методу пропорциональных отношений. Число существенно значимых показателей (h) равно числу слагаемых числителя пропорционального отношения: монтах; 3 - стоимость плановых и неплановых ремонтов; 4 - время нахождения в неплановых ремонтах. Затем при выборе показателей для оценки уровня ремонтной технологичности карьерных экскаваторов производилась проверка показателей на линейную зависимость для исключения взаимоопределяющих друг друга показателей, несущих одинаковую информацию. Результаты проверки показали, что существует достаточно тесная корреляционная связь между стоимостью и трудоемкостью плановых и неплановых ремонтов (коэффициент корреляции г=0,792), а между стоимостью и временем нахождения в плановых и неплановых ремонтах (коэффициент корреляции г=0,578). Для оценки уровня ремонтной технологичности используем три показателя: Рз - трудоемкость плановых и неплановых ремонтов; Pg — время нахождения в плановых и неплановых ремонтах; Рі і — стоимость плановых и неплановых ремонтов. Удельные величины этих показателей соответственно будут равны: Указанные выше удельные показатели носят многопричинный случайный характер, поэтому исследования уровня ремонтной технологичности карьерных экскаваторов выполняются на основе методов теории вероятностей и математической статистики. Для определения единичных удельных показателей необходим статистический материал и соответствующая его обработка.
Влияние горнотехнических условий на ремонтную технологичность карьерных экскаваторов
При выполнении рабочего процесса карьерным экскаватором на его механические системы воздействуют значительные усилия динамического характера, которые определяются сложным взаимодействием взорванной горной массы с рабочим органом (ковшом), а также взаимодействием элементов металлоконструкций между собой и элементами приводов. Формирование нагрузок на несущие конструкции и основные механизмы карьерных экскаваторов в значительной степени зависит от физико-механических свойств разрабатываемых пород в качестве их дробления, которые характеризуются средним размером куска, выходом негабаритов.
Динамический характер загруженности, работающих почти на пределе, основных механизмов, приводов, различные колебания, возникающие при отрыве горной массы от массива, определяют значительные напряжения в конструкциях карьерных экскаваторов, что приводит к увеличению количества аварийных простоев, неплановых ремонтов и их продолжительности, трудоемкости и стоимости. В табл. 3.2 приведена наработка между ремонтами, удельные и базовые значения продолжительности, трудоемкости и стоимости ремонтов карьерных экскаваторов ЭКГ-15, ЭКГ-20, 201-М, 301-М при экскавации разрушенных пород различных классов (по классификации В.В.Ржевского). Зависимость этих же показателей от классов горных пород приведена на рис 3.2. Удельные значения определялись исходя из функционального критерия X. Из таб. 3.2 и рис. 3.2 видно, что наработка между ремонтами при повышении класса горных пород снижается, а продолжительность, трудоемкость и стоимость возрастают. Следовательно, с повышением класса разрабатываемых горных пород увеличивается интенсивность износа деталей и узлов карьерного экскаватора и, соответственно, возрастает: продолжитель ность ремонтов на 34%, трудоемкость ремонтов на 26% и их стоимость на 21%.
Анализ причин инцидентов и аварий: по вине экскаваторной бригады, из-за низкой квалификации машинистов, из-за недосмотра бригады при проведении ТО, показывает необходимость подготовки на горном производстве профессиональных кадров, чтобы исключить выше перечисленные причины (рис. 3.3).
Высокая профессиональная подготовленность исполнителей способствует также более быстрому обнаружению и устранению последствий отказов. Рост профессиональной подготовленности обслуживающего персонала является одной из важнейших задач, направленных на повышение технологичности карьерных экскаваторов. Заметную роль на ремонтную технологичность оказывает также и квалификация машинистов карьерного экскаватора, влияющая на характер управления экскаватором, изменения нагрузок и в конечном счете на объемы и продолжительность ремонтных работ.
Под профессиональной подготовленностью рабочего ремонтника согласно ГОСТу 21033-73 понимают свойство исполнителя, определяемое совокупностью знаний, навыков, физических и интеллектуальных данных, обуславливающих его способность выполнять необходимую совокупность операций по ремонту машин с заданным уровнем качества. При выполнении одного и того же ремонта в фиксированных условиях, трудоёмкость остаётся постоянной, а разница во времени его выполнения различными исполнителями говорит о различии их профессиональной подготовленности.
Трудоёмкость операций ремонтных работ, выполняемых рабочими различной профессиональной подготовленности с учётом технической вооруженности, определяется по формуле: где Knf- коэффициент профессиональной подготовленности; Kmb - коэффициент технической вооруженности; tf - продолжительность ремонтной операции.
При одновременном выполнении операций всеми членами бригады выражение (3.2.) принимает вид:
Выражение vn =X nf mb представляет собой (трудоемкость), кото рую выполняют все исполнители в единицу времени при соответствующей технической вооруженности.
Для оценки влияния профессиональной подготовленности обслуживающего персонала на ремонтную технологичность примем Кть = 1, тогда интенсивность ведения работ будет оцениваться коэффициентом профессиональной подготовленности ремонтного персонала vn = Кп Так как профессиональная подготовленность характеризуется квалификацией и натренированности можно представить в виде где: Ккг - коэффициент квалификации f-ro исполнителя; ККг - коэффициент его натренированности.
Оценку коэффициента квалификации можно произвести по базовому показателю, который определяется из условия равенства трудоёмкости выполнения одной и той же операции
Исследование адгезионного взаимодействия мерзлой связной породы с металлической поверхностью
Изучению собственно адгезионного воздействия мерзлых связных пород с твердыми поверхностями посвящено сравнительно небольшое число работ. Так же, как и при исследовании липкости грунтов, здесь основное внимание уделялось определению влияния гидрофобности поверхности на величину прочности примерзания связной породы.
В работах Найта [70], Клея [83] и Н. В. Лебедева [19] показано, что смачиваемость твердой поверхности практически не оказывает влияние на силы адгезии при замерзании воды. К такому же выводу приводят результаты, полученные П. П. Кобеко и Ф. М. Мареем [71], которые исследовали прочность примерзания ряда жидкостей. В работе Л. С. Корчагина и других [58] проведены эксперименты по примерзанию различных влажных материалов (угля, глины, песка и др.) к различным конструкционным материалам. Показано, что прочность примерзания этих материалов к твердым поверхностям различной степени гидрофобности примерно одинакова.
Имеющиеся в литературе данные не позволяют получить полные и обоснованные представления о физической природе примерзания связных пород, и, поэтому, вопрос борьбы с этим явлением не рассматривается с позиции определения общих условий, при выполнении которых удаление (очистка) примерзшей породы происходит по адгезионному контакту с минимальными энергозатратами.
Как было отмечено ранее, существенное влияние на прочностные характеристики мерзлых связных пород оказывает ее воднольдистый состав, определяемый температурой породы. Учитывая общность сил, ответственных за формирование структурных связей дисперсных частиц породы между собой и с твердой поверхностью, следует ожидать, что имеет место аналогичное влияние льдистости на величину адгезионного взаимодействия породы с контактирующей поверхностью. На это указывают, например, результаты проведенных ранее исследований [3, 4, 26, 43, 47, 48, 81, 82].
Исследование адгезии мерзлой породы с твердой поверхностью проводилось в лабораторных условиях на установке, разработанной в Московском горном институте [7, 8, 122-И 24]. Определение величины адгезии породы производилось по условию отрыва стального штампа, поверхность которого находилась в контакте с породой. Эксперименты выполнены с целью определения влияния свойств и состояния мерзлой породы, внешних воздействий на контактный слой породы и параметров окружающей среды на адгезию породы к твердой поверхности.
Решение поставленных задач достигается моделированием процесса примерзания влажной связной породы к металлическому штампу с последующим определением удельного сопротивления отрыву штампа N, величина которого определялась по формуле где F - усилие отрыва штампа от породы, Н; S — площадь поверхности штампа, м2. Выбор металла в качестве материала штампа обусловлен тем, что на практике в большинстве случаев имеет место примерзание породы к металлическим поверхностям горного и транспортного оборудования, в частности, к металлическим стенкам бункеров, ковшей, кузовов. При проведении экспериментов температура контактного слоя исследуемой породы изменялась в диапазоне 0-J--6C С интервалом 0,5С, а начальная влажность горной массы в исследованиях принималась равной 25 и 30%. Проведенная статистическая обработка позволила определить линии регрессии, характеризующие наиболее вероятные распределения величин силы адгезии мерзлой породы с металлической поверхностью в зависимости от температуры (рис. 4.7). Характер распределения значений величин N от температуры контакта 0К близок к линейному для диапазона отрицательных температур от -0,5С до -3С как для образцов с исследуемой мерзлой породой начальной влажности 25%, так и для образцов с начальной влажностью 30%. Сила адгезии мерзлой породы со штампом при понижении температуры в диапазоне 0-ь-6С увеличивается почти в 14 раз. Как показали результаты экспериментальных исследований, сила адгезии металлического штампа с исследуемой породой не столь значительно, как от температуры, зависит от начальной влажности. Так увеличение начальной влажности с W=25% до W=30% приводит к росту сил адгезии на 45-г55% (рис. 4.7). В Приложении 1 приведены некоторые результаты ранее проведенных экспериментальных исследований по прочности прилипания и примерзания для различных минералов и пород к различным материалам рабочих поверхностей. Выше было отмечено, что эффективным способом очистки, обеспечивающим адгезионный отрыв и полное удаление намерзшей на металлическую рабочую поверхность связной горной массы, является термоконтактный способ, при котором необходимое разупрочнение адгезионного контакта достигается путем нагрева породы через металлическую поверхность [2, 9, 10, 56, 89, 125, 126]. При этом требуемая для полной очистки температура адгезионного контакта 0К определяется экспериментальными методами, изложенными в п.4.2. В качестве одного из возможных источников нагрева, как указывалось выше, могут быть использованы инфракрасные излучатели [88]. Исследование процесса нагрева мерзлой породы, находящейся в контакте с металлической поверхностью, проводилось с целью определения рациональных параметров нагрева и его продолжительности, при которых требуемая температура контакта достигается при минимальных затратах тепловой энергии. На практике влажная связная порода намерзает обычно на металлические стенки бункеров, ковшей карьерных экскаваторов, кузовов думпкаров и пр., поэтому в тепловой модели контактирующее с породой металлические тело можно представить как пластину заданной толщины Н.
