Содержание к диссертации
Введение
1 Особенности эксплуатации роторных экскаваторов в постнормативный период .10
1.1 Проблемы эксплуатационной наджности роторных экскаваторов 10
1.2 Анализ технического состояния парка экскаваторов Березовского разреза ОАО «Сибирская угольная энергетическая компания» 13
1.3 Технологии обследования и освидетельствования роторных экскаваторов 17
1.4 Современные методы технического диагностирования .26
1.5 Внешние факторы, влияющие на работоспособность роторных экскаваторов .33
1.6 Необходимые решения для продления срока службы роторных экскаваторов 43
2 Основные конструктивные схемы и системы роторных экскаваторов 46
2.1 Классификация роторных экскаваторов и основного оборудования .46
2.2 Характеристики основных механизмов роторных экскаваторов 50
2.3 Принципы взаимодействия систем основных механизмов роторного экскаватора .54
3 Моделирование процесса взаимодействия основных узлов роторного экскаватора с забоем в процессе экскавации и при его перемещении 62
3.1 Моделирование процесса взаимодействия основных узлов роторного экскаватора с поверхностью забоя 62
3.2 Моделирование процесса взаимодействия основных узлов при перемещении роторного экскаватора 88
3.3 Математическая модель оценки технического состояния приводов роторного экскаватора .104
4 Исследование диагностических параметров, характеристики технического состояния редукторов роторного экскаватора большой единичной мощности 113
4.1 Методы технического обслуживания и ремонта редукторов роторных экскаваторов 113
4.2 Диагностирование редуктора по содержанию продуктов изнашивания в смазочном масле 121
4.3 Результаты экспериментальных исследований интегрального метода технического диагностирования редуктора роторного экскаватора 132
4.4 Рекомендации по использованию метода технического диагностирования редуктора роторного экскаватора 136
Основные выводы работы 140
Список использованных источников
- Анализ технического состояния парка экскаваторов Березовского разреза ОАО «Сибирская угольная энергетическая компания»
- Характеристики основных механизмов роторных экскаваторов
- Моделирование процесса взаимодействия основных узлов при перемещении роторного экскаватора
- Результаты экспериментальных исследований интегрального метода технического диагностирования редуктора роторного экскаватора
Введение к работе
Актуальность работы. В настоящее время в России значительная часть угля добывается открытым способом, при этом более половины добычи энергетических углей осуществляется роторными экскаваторами (РЭ) ЕФ – 1250 и его модификациями (ЭРГИ - 600) ЭРП-2500 и ЭРШРД – 5250, SRC (K) – 4000, ERS (K) – 800. Все эти машины разработаны и изготовлены более 20 лет назад предприятиями Украины и дальнего зарубежья. Из 27 используемых на сегодняшний день в ОАО «Сибирской угольной энергетической компании» (СУЭК) роторных экскаваторов 23 исчерпали нормативный срок службы.
Эффективная добыча угля открытым способом достигается главным образом
надёжностью оборудования, оптимальным обслуживанием и ремонтом. Для этих
машин требуется проведение экспертизы технического состояния и получение
соответствующего разрешения на их дальнейшую безопасную эксплуатацию. На
большинстве горнодобывающих предприятий, основным показателем, определяющим
срок службы экскаваторов, является срок амортизации, соответствующий нормам
амортизационных отчислений. Срок амортизации назначается, исходя из имеющихся
статистических данных, собранных за многолетний период эксплуатации для группы
машин, причём не только роторных экскаваторов, но и машин циклического действия.
Нормы амортизационных отчислений были приняты в период плановой экономики и
практически не отражали фактического времени использования машин, реальных
условий их эксплуатации, режима нагружения и особенностей системы технического
обслуживания и ремонта, то есть факторов, которые определяют ресурс и
техническое состояние оборудования.
В настоящее время деградация машинного парка достигла такого уровня, когда
прежняя статистическая основа, используемая в организации планово-
предупредительных работ, оказывается несостоятельной, поэтому требуется принятие решений о возможной безопасной эксплуатации машин непосредственно из наблюдений за фактическим состоянием, используя инструментальные средства диагностики.
В связи с нахождением предприятий-изготовителей роторных экскаваторов за пределами Российской Федерации, а также в силу экономических причин, участие их в определении и отслеживании технического состояния поставленной в своё время техники носит нерегулярный, эпизодический характер, либо вообще отсутствует.
Одним из резервов, позволяющих повысить надёжность дорогостоящей техники в процессе её эксплуатации, является моделирование и алгоритмизация основных механизмов оборудования роторных экскаваторов и существующих приводных систем с учётом определения основных динамических нагрузок на приводах роторного экскаватора.
Используя методы алгоритмизации и технологии диагностики можно получить достаточно реальную картину взаимодействия основных функциональных узлов и механизмов роторного экскаватора в процессе эксплуатации и определить факторы, негативно влияющие на нормальную работу. Кроме того, полученная информация позволяет проектировщикам и изготовителям новых видов данного оборудования иметь необходимые данные о функциональном состоянии оборудования.
Рабочая гипотеза. Разработка методики технического диагностирования с учётом комплексного моделирования основных узлов и механизмов роторного экскаватора с истекшим сроком службы позволит повысить эффективность эксплуатации, продлить срок эксплуатации и свести к минимуму вероятность возникновения аварийных ситуаций.
Цель диссертационной работы. Повышение эффективности эксплуатации, продление срока эксплуатации, сведение к минимуму вероятности возникновения аварийных ситуаций путём внедрения методики технического диагностирования основных узлов и механизмов роторного экскаватора, находящегося за пределами срока службы, предусмотренного заводом-изготовителем.
Объект исследования - роторный экскаватор ЭРШРД – 5250, находящийся за пределами срока службы, предусмотренного заводом-изготовителем.
Предмет исследования – методика технического диагностирования основных узлов и механизмов роторного экскаватора с учётом комплексного моделирования процесса экскавации и перемещения.
Задачи исследования:
1. Провести анализ проблем эксплуатации и надёжности роторных экскаваторов
с исследованием внешних факторов, влияющих на работоспособность.
-
Разработать комплексные модели процесса экскавации и передвижения роторного экскаватора и на их основе построить основные зависимости получаемых нагрузок.
-
Исследовать диагностические параметры и характеристики технического состояния основных механизмов роторного экскаватора.
4. Разработать методику оценки технического состояния без разборки основных
механизмов на базовом агрегате с учётом проведённых исследований.
Методы исследования. Решение поставленных задач осуществлялось с
применением методов прикладной механики, теории механизмов и машин, теории моделирования. Использовались методы для оценки технического состояния роторных комплексов, технологии неразрушающего контроля и технической диагностики.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций, полученных автором, подтверждается рекомендацией по внедрению и эксплуатации. Научные положения аргументированы, теоретические результаты работы и выводы подтверждены рекомендацией по внедрению и эксплуатации с учётом положений прикладной механики, теории механизмов и машин, теории моделирования, неразрушающего контроля, технической диагностики.
Научная новизна обладают:
-
Впервые проведена оценка технического состояния основных механизмов роторного экскаватора, находящегося в эксплуатации за пределами срока, установленного заводом изготовителем.
-
На основе статистических данных по эксплуатации роторных экскаваторов проведено комплексное моделирование процесса экскавации и передвижения роторного экскаватора в условиях эксплуатации.
3. Разработана методика оценки технического состояния роторного экскаватора,
находящегося за пределами срока службы, впервые позволившая проводить
комплексную оценку технического состояния узлов без разборки.
На защиту выносятся следующие научные положения:
-
Для повышения эффективности эксплуатации, продления срока эксплуатации, сведения к минимуму вероятности возникновения аварийных ситуаций целесообразно проведение комплексного моделирования процесса экскавации и передвижения роторного экскаватора, находящегося в эксплуатации за пределами срока, установленного заводом-изготовителем.
-
Для повышения эффективности эксплуатации, продления срока эксплуатации, сведения к минимуму вероятности возникновения аварийных ситуаций необходимо рассмотрение блочно-модульной модели автоматизированной системы контроля и управления.
3. Эффективность эксплуатации, продление срока эксплуатации, сведение к
минимуму вероятности возникновения аварийных ситуаций роторного экскаватора с
истекшим сроком службы можно значительно повысить, разработав методику оценки
технического состояния без разборки основных узлов и механизмов.
Практическая значимость и реализация результатов работы.
На основе моделирования проведена оценка технического состояния основных узлов и механизмов роторного экскаватора с последующим внедрением результатов в «Программу испытаний для роторных экскаваторов с истекшим сроком службы с целью определения возможной их дальнейшей эксплуатации».
Реализация предложенной методики позволит организациям, эксплуатирующим
технику непрерывного действия (роторные экскаваторы), повысить эффективность
эксплуатации, увеличить срок службы и межремонтный период. Практическая
реализация результатов исследования позволила разработать и создать руководящие
материалы по безопасной эксплуатации роторных комплексов на разрезах ОАО
«Сибирская угольная энергетическая компания», что подтверждается
соответствующим актом о внедрении.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и
обсуждены на: IV Международной конференции «Проблемы механики современных
машин» (г. Улан-Удэ, 2009г.), III Всероссийской конференции «Безопасность и
живучесть технических систем» (г. Красноярск, 2009г.), V Международной научно-
практической конференции «Интеллектуальный потенциал XXI века: ступени
познания» (г. Новосибирск, 2011г.), Международной научно-практической
конференции «Наука. Образование. Технологии» (г. Курск, 2011г.), III
Общероссийской студенческой электронной научной конференции «Студенческий научный форум 2011» (г. Муром, 2011г.), I Всероссийской научно-практической конференции «Инновационные материалы и технологии в машиностроительном производстве» (г. Орск, 2012г.), I Международной научно-практической конференции «Достижения и перспективы естественных и технических наук» (г. Ставрополь, 2012г.).
Публикации. Основное содержание работы опубликовано в 16 статьях, включая 9 работ в изданиях, рекомендованных перечнем ВАК. Список основных публикаций приведён в автореферате диссертации.
Структура работы. Диссертация содержит 154 страницы, включая 140 страниц машинописного текста, 36 рисунков, 2 таблицы. Работа состоит из введения, четырех глав, основных выводов, библиографического списка из 116 наименований и 2 приложений.
Анализ технического состояния парка экскаваторов Березовского разреза ОАО «Сибирская угольная энергетическая компания»
В процессе эксплуатации техническое состояние изделия находится под воздействием внешних и внутренних факторов, направленных на его изменение, которые приводят к отказам (постепенным и внезапным). Поскольку природа внезапных (поломочных) отказов обычно тривиальна, то будем рассматривать только постепенные (износовые) отказы, которые проявляются в течение жизненного цикла изделия. Изменение технического состояния является следствием влияния таких факторов, как износ, фреттинг, коррозия, старение, и многих других процессов, зависящих от условий эксплуатации и возникающих возмущающих воздействий.
Износовые отказы, как правило, проявляются в виброакустических сигналах, генерируемых работающим оборудованием. Контроль вибрационного состояния машины позволяет своевременно определить моменты технического обслуживания, важные для оперативного планирования производства. При этом вибрации рассматриваются в двух аспектах: как фактор, влияющий на изменение технического состояния машины, и как признак изменения состояния.
Решению проблемы наджности, а также совершенствованию системы технического обслуживания и ремонта горных машин, а также оценке качества эксплуатации горного оборудования, посвящены работы В.И. Галкина, Б.Л. Герике, В.Н. Гетопанова, В.Н. Дмитриева, В.Н. Ефимова, Л.И. Кантовича, Н.Г. Картавого, В.С. Квагинидзе, Б.И. Когана, П.И. Коха, Ю.Д. Красникова, Б.Н. Кутузова, Л.Е. Маметьева, Д.Е. Махно, В.И. Морозова, М.С. Островского, И.Э. Наринского, В.В. Олизаренко, Р.Ю. Подэрни, И.Л. Пастоева, Я.М. Радкевича, В.М. Рачека, Г.С. Рахутина, В.И. Русихина, Г.И. Солода, Г.А. Червова и других учных. Из работ этих ученых, так же как и из многих зарубежных публикаций, следует, что наиболее прогрессивным и экономически целесообразным методом технического обслуживания является система технического обслуживания по фактическому техническому состоянию оборудования, базирующемся на его распознавании (диагностике). Как известно, низкочастотные колебания, наиболее вероятной причиной которых является неуравновешенность роторов, несоосность отдельных агрегатов, определяют динамическую прочность элементов машины и несут с собой подавляющую долю колебательной энергии, более того эти колебания хорошо распространяются на большие расстояния из-за слабого демпфирования. Так, на отвалообразователе ОШР 5250/190 Березовского разреза низкочастотная вибрация обнаружилась на разгрузочной консоли на расстоянии 200 метров от неотбалансированного генератора. А на роторных экскаваторах со сложными многомашинными агрегатами и ответственными металлоконструкциями необходимо уделять наибольшее внимание этому диапазону частот.
Наджность эксплуатации роторных экскаваторов в большей степени определяется техническим состоянием и безопасностью работы электрооборудования экскаватора. Основным методом, применяемым в этом случае, является тепловой неразрушающий контроль и его возможность в процессе эксплуатации.
В Сибирской угольной энергетической компании (СУЭК) как на ряде других горнодобывающих предприятиях, находящихся на территории России, основным показателем, определяющим срок службы экскаваторов, является срок амортизации, соответствующий нормам амортизационных отчислений.
Как следствие, данные показатели не отражали фактического технического состояния техники, условий их эксплуатации, то есть не позволяли иметь реальную, объективную картину [2]. Поэтому имеющаяся прежняя статистическая основа, используемая в организации планово предупредительных ремонтов (ППР), оказывается несостоятельной и требующей принятия новых решений, одним из которых является внедрение системы ТОР (технического обслуживания и ремонта) по фактическому техническому состоянию (ФТС). Однако для применения такой системы нужен новый уровень информационного обеспечения, позволяющий эффективно оценить состояние основных функциональных узлов роторного экскаватора, корректировку эксплуатационной и ремонтной документации, расчты норм критериев предельных состояний. Такой переход невозможен без эффективного контроля состояния оборудования с обнаружением всех потенциально опасных объектов на стадии зарождения их и долгосрочного прогноза их развития. Опыт проведения экспертизы роторных экскаваторов в связи с продлением срока их эксплуатации показывает, что эксплуатационная и ремонтная документация оценки состояния машин находится за пределами установленного заводом изготовителем срока эксплуатации [68].
Очевидно, что такая ситуация определена комплексом нормативов, сформированным прежней системой хозяйствования, когда о возможной эксплуатации машин за пределами сроков эксплуатации не предусматривалась.
Этот принцип отразился в документации ТОР в виде положения о ППР. В то время такой подход и технические решения были оправданы.
Введение системы ТОР по фактическому техническому состоянию (ФТС) создат основу для реорганизации всей структуры управления производством, поскольку одна из важнейших сторон этого производства, а именно поддержание работоспособности оборудования, претерпевает существенные изменения в сторону повышения эффективности.
Характеристики основных механизмов роторных экскаваторов
Все виды контроля и диагностики должны проводиться с использованием стандартных средств измерений, отвечающих требованиям Государственной системы обеспечения единства измерений [73], а также с использованием правил статистической обработки данных. Для исключения возможности попадания в эксплуатацию деталей и узлов с недопустимыми дефектами подозрительные места проверяются не менее трех раз.
Рассмотрим более подробно методы, которые могут применяться при контроле технического состояния роторных экскаваторов.
При распознавании технического состояния широко применяется метод визуально-инструментального контроля (ВИК), целью которого является выявление конструктивных изменений рабочего оборудования (формы, поверхностных дефектов в материале и соединениях деталей, образовавшихся трещин, коррозионных и эрозионных повреждений, деформаций, ослаблений соединений и т.п.), которые влияют или могут повлиять на безопасность эксплуатации [28].
Одним из опасных дефектов, обнаруживаемых ВПК являются непровары в корне сварного шва, неполное заполнение разделки кромок. Основная опасность данного дефекта заключается в снижении прочности самого сварного соединения, создание дополнительных концентраторов напряжений, которые при неблагоприятных условиях развиваются в магистральные трещины. Скорость роста магистральной трещины тем выше, чем более глубоким является непровар [87]. Параллельно с визуально-измерительным контролем может выполняться диагностический контроль оборудования роторного экскаватора.
При обнаружении признаков трещин в несущих металлоконструкциях или сварных швах в этих местах проводится дополнительная проверка с помощью одного из дефектоскопических методов НК: - ультразвукового контроля (УЗК) [92]; - контроля проникающими веществами (капиллярного контроля) [88]. Ультразвуковой контроль, основанный на способности ультразвуковых колебаний распространяться в твердых веществах на большую глубину без заметного ослабления и отражаться от границы раздела двух веществ, является наиболее надежным и простым методом дефектоскопии ответственных деталей и сварных соединений горно-транспортного оборудования. Различают 5 методов ультразвукового контроля: теневой, резонансный, импедансный, свободных колебаний и эхо-метод. Самым передовым словом техники можно считать применение ультразвуковых фазированных решеток [90].
Главным достоинством ультразвука фазированных решеток можно считать возможность программного формирования диаграммы направленности ультразвукового блока, включая фокусировку, точку и угол ввода. Это позволяет реализовать все схемы контроля, применяемые в многоэлементных системах с линейным сканированием [91]. Так, например, дефектоскоп Х-32 [29] имеет наглядный интерфейс и удобен в работе, а многочисленные функции, реализованные в нем, облегчают и оптимизируют процесс контроля.
Контроль проникающими веществами предназначен для определения мест расположения поверхностных дефектов с открытой полостью, их направления, протяженности, характера развития, как в основном, так и в наплавленном металле сварных соединений [30].
Тепловой контроль предназначен для оценки теплового состояния электрооборудования и токоведущих частей в зависимости от условий их работы и конструкции. Может осуществляться по нормированным температурам нагрева (превышениям температуры), избыточной температуре, коэффициенту дефектности, динамике изменения температуры во времени, с изменением нагрузки и т.п.
При тепловом контроле производится сравнение результатов измерений температуры в пределах фазы, между фазами, с заведомо исправными участками и т.п. Информативным параметром, несущим максимальную информацию о состоянии узла работающей машины или агрегата, являются механические колебания (вибрации) - упругие волны, распространяющиеся в сплошных средах.
Измерение виброакустических характеристик на подшипниковых опорах механизмов позволяет распознать такие дефекты и повреждения как дисбаланс и расцентровку валов, повреждения подшипников скольжения и качения, повреждения зацеплений в передачах, повреждения муфт [31].
При анализе данных, полученных при первичных обследованиях главных механизмов экскаваторов, выявлено, что основными дефектами механического оборудования являются: - дисбаланс ротора; - расцентровка валопроводов агрегатов; - дефекты подшипниковых узлов (перекосы, ослабления посадок, износы беговых дорожек, тел качения и сепараторов) и т.п. Сокращение удельных эксплуатационных расходов на техническое обслуживание при эксплуатации карьерного оборудования является, в настоящее время, одним из основных резервов повышения эффективности производства. Рассмотренные современные методы технического диагностирования позволяют получить с очень высокой степенью надежности заключение о фактическом техническом состоянии [103].
Моделирование процесса взаимодействия основных узлов при перемещении роторного экскаватора
Моделирование ходового движителя роторного экскаватора в динамике. Статическая нагрузка привода шагающе - рельсового хода при перемещении экскаватора определяется следующими факторами: трением качения ходовых колс, трением в подшипниках ходовых колс, преодолением скатывающей силы при негоризонтальной установке лыжи, действием ветрового напора, сопротивлением горной массы при врезке роторного колеса подачей на забой.
Роторные экскаваторы большой единичной мощности ориентированы как на шагающе - рельсовый ход, так и на перемещение с помощью гусеничных тележек (приводного и неприводного действия). В настоящее время перемещение роторных экскаваторов при помощи гусеничных тележек является наиболее перспективным и безопасным по сравнению с шагающе -ходовым оборудованием, поэтому при разработке моделирования обеспечения динамической модели за основу был принят ходовой движитель экскаватора, основанный на гусеничном принципе [41]. Следует заметить, что данное различие не имеет решающего значения для построения общей технологической схемы. Рассмотрим ходовой движитель экскаватора, состоящий из приводных и неприводных гусеничных тележек (рисунок 3.8), выполняемых по многоопорной (двух, трх, четырх) схеме, у которых в точках опирания возникают реактивные нагрузки от действия силы тяжести верхнего строения, включая поворотную и неповоротную е части. Каждая точка опирания может быть одно- или многотележечной гусеничной опорой, с системой двигателей, схемой, определяемой числом ведущих тележек по отношению к общему числу тележек и их соединений в цепи управления, а также системой управления и регулирования (рисунок 4.9). При анализе воздействия на динамику машины ходового механизма экскаватора мы не будем касаться системы уравнений движения машины, а рассмотрим специфические вопросы моделирования непосредственно ходовых механизмов и их связей со всей машиной в рабочих режимах. При передвижении экскаватора на ходовом гусеничном движителе непрерывно меняется положение динамического центра разворота машины при наличии переменного сопротивления передвижению тележек от местных сопротивлений, определяемых местными уклонами, волнистостью поверхности передвижения, попадающими под гусеницы кусками породы и пр. [48, 51] На сопротивление перемещению машины и е разворот оказывает влияние «выбег» общего центра поворота машины, силы от бокового смещения тележек по грунту и моментов сопротивления при развороте тележек по грунту в процессе общего поворота [52]. При этом все силовые факторы, возникающие в процессе статического разворота машины, определяются статическими механическими характеристиками электродвигателей ведущих гусеничных тележек и системами их регулирования. Система регулирования может быть «скоростная» или «жсткостная» в зависимости от типа привода - постоянного или переменного тока.
Проведенные теоретические исследования гусеничных ходовых механизмов показали, что даже при значительных различиях в сопротивлениях передвижению на ходовых тележках происходит значительное выравнивание тяговых усилий вращающих моментов, развиваемых двигателями. Выравнивание тяговых усилий осуществляется между тележками через металлоконструкции несущей рамы.
При этом значения реакций в металлоконструкциях не превосходят значений тяговых усилий, действующих на тележках.
Схемы многоопорных гусеничных тележек приводного и неприводного действия (две, три, четыре опоры
Выравнивание нагрузочных характеристик на тележках (тяговых усилий) в зависимости от схемы регулирования проявляется по-разному. Так, при «скоростном» регулировании, когда между внутренними и внешними тележками правильно устанавливаются скорости передвижения, согласованные со статическим центром разворота, происходит большее выравнивание тяговых усилий, даже при значительных относительных отклонениях динамического центра разворота по отношению к статическому, за счт колебаний сил сопротивления передвижению по тележкам и сил инерции, через металлоконструкции рамы. «Жсткостное» регулирование привода ведт к необходимости «смягчения» характеристик двигателей внутренних тележек по отношению к центру поворота. При этом приводы внутренних тележек меньше реагируют на неравномерность сопротивления передвижению. В этом случае увеличивается неравномерность усилий на внешних тележках, обладающих более «жсткой» характеристикой. С учтом результатов исследований [51,52] и практикой создания экскаваторов, в гусеничных ходовых механизмах отдатся предпочтение приводам постоянного тока со «скоростным» регулированием двигателей, при котором имеет место меньший разброс значений тяговых усилий.
Поэтому в качестве основной модели привода гусеничного движителя экскаватора следует принять привод постоянного тока со «скоростным» регулированием. При моделировании процесса взаимодействия приводов необходимо: 1. Определение опорных реакций на ходовые гусеничные тележки, с учтом положения верхнего поворотного строения экскаватора с внецентренным относительно оси поворота выбегом центра масс (силы тяжести). 2. Определение сопротивлений линейному передвижению гусеничных тележек в условиях, близких к реальным, при случайной характеристике микропрофиля поверхности передвижения. 3. Определение характеристик тяговых усилий двигателей с учтом управляющих воздействий со стороны системы управления оператора. 4. Определение сопротивлений развороту машины с учтом реальных тяговых усилий со стороны электроприводов. 5. Определение динамических нагрузок в элементах упругих связей и соответствующих кинематических параметров механизмов и машины в целом, в соответствии с принятой динамической моделью машины [53].
Результаты экспериментальных исследований интегрального метода технического диагностирования редуктора роторного экскаватора
Процессы трения и изнашивания, протекающие в узлах редуктора, сопровождаются потерей металла сопряженных деталей в виде продуктов изнашивания, которые уносятся из зоны трения смазочным маслом, омывающим эти детали [65].
В работах [59, 60, 61] освещены экспериментальные исследования процессов образования продуктов изнашивания, установлена зависимости между размерами частиц продуктов изнашивания и параметрами процессов трения и изнашивания. Результаты этих исследований показывают, что продукты изнашивания являются важным источником информации о техническом состоянии узлов трения.
Особенности конструкций редукторов роторного экскаватора заключаются в том, что смазка узлов редуктора осуществляется путм окунания и разбрызгивания картерного масла (картерный тип смазки), при этом продукты изнашивания попадают в основной объм масла, расположенный в картере редуктора. Таким образом, интенсивность процесса изнашивания деталей редуктора может характеризоваться интенсивностью поступления продуктов изнашивания в картерное масло. В настоящее время для контроля содержания продуктов изнашивания в смазочном масле, применяется большое количество методов: метод спектрального анализа масла; метод массовой спектрометрии; феррографический метод; радиометрический метод; метод рентгеноспектрального анализа масла и т.д. Несмотря на большое разнообразие существующих методов контроля продуктов изнашивания в смазочном масле, использование этих методов для диагностирования основных механизмов роторного экскаватора встречает ряд трудностей, к основным из которых относятся следующие: - сложность получения однородной пробы масла для механизмов с картерным типом смазки, что оказывает решающее влияние на точность результатов анализов; - высокая трудомкость процессов отбора, подготовки и исследования проб масла; - значительное влияние утечек, долива масла на результаты диагностирования; - сложность и высокая стоимость современных установок для проведения исследований проб масла.
Эти недостатки ставят под сомнение целесообразность применения существующих методов для диагностирования основных механизмов роторного экскаватора, кроме того эффективное применение этих методов сдерживается в настоящее время из-за недостаточного теоретического обоснования и методического оснащения [62].
Методы технического диагностирования механизмов, работающих в жидкой смазке, основаны на контроле изменения концентрации продуктов изнашивания в смазочном масле.
Уравнения (4.1) и (4.3) описывают изменение концентрации продуктов изнашивания в смазочном масле, в зависимости от изменения интенсивности их поступления в смазочное масло, принимая интенсивность очистки, угара и разбавления масла постоянными значениями для данного механизма.
Такое описание процесса поступления продуктов изнашивания в смазочное масло приемлемо для механизмов с циркуляционной системой 123 смазки, где высокая интенсивность перемешивания масла и количество продуктов изнашивания выпадающих в осадок незначительно. В то же время в механизмах с картерной системой смазки процесс накопления продуктов изнашивания в смазочном масле значительно отличается по своему характеру.
Процесс накопления продуктов изнашивания в смазочном масле редуктора роторного экскаватора схематично показан на рисунке 4.4.
В связи с тем, что основным режимом работы основных механизмов роторного экскаватора является повторно кратковременный, процессы поступления продуктов изнашивания в масло и выпадения в осадок носят нестабильный характер, существенно влияя на изменение их концентрации в масле.
Из уравнения 4.8 следует, что при некотором значении г гк равнодействующая R —» 0 ,то есть частицы находятся в состоянии равновесия (во взвешенном состоянии), где гк - некоторое критическое значение радиуса частицы. А при г/гк оседают на дно, так как равнодействующая R)0 [65]. Так как в процессе эксплуатации редуктора масло в картере постоянно перемешивается, то движение частиц носит более сложный характер, тем не менее, размер частицы играет решающую роль в этом процессе. В зависимости от размера, частица либо оседает на дно и стенки редуктора, либо остается в объме масла.
В настоящее время механизм образования продуктов изнашивания до конца не изучен, тем не менее, в литературных источниках [56, 59, 60] имеются сведения о зависимости состава и размеров продуктов изнашивания от характеристик процесса изнашивания.
При хорошем техническом состоянии узла трения, то есть при малой интенсивности изнашивания, образуются продукты изнашивания размерами до 0,025 мкм [59], а при интенсивном (катастрофическом) изнашивании размер частиц составляет 250-1500 мкм.
Приближенные расчеты показывают, что критический радиус частиц rk продуктов изнашивания узлов трения, выполненных из стали находится в пределах 0,1 - 0,01 мкм. Это означает, что основная масса продуктов изнашивания, при нормальном техническом состоянии узлов трения редуктора роторного экскаватора, попав в смазочное масло редуктора роторного экскаватора, будет находиться во взвешенном состоянии, а на режимах приработки и при интенсивном (аварийном) изнашивании, основная масса продуктов изнашивания оседает на дно. Это приведт к значительным ошибкам при определении интенсивности изнашивания трения редуктора по концентрации продуктов изнашивания в смазочном масле с помощью существующих методов, так как значительная часть частиц износа выпадает в осадок.
Поэтому основным показателем, характеризующим интенсивность изнашивания деталей редуктора роторного экскаватора, является интенсивность поступления продуктов изнашивания в смазочное масло.
Для контроля интенсивности поступления продуктов изнашивания в смазочное масло редуктора роторного экскаватора предлагается использовать устройство (датчик), позволяющее при установке его в картере редуктора, постоянно или периодически при подключении к нему регистрирующего прибора, контролировать интенсивность поступления продуктов изнашивания в смазочное масло. Контроль интенсивности поступления продуктов изнашивания в смазочное масло редуктора, позволяет осуществлять интегральную оценку величины износа деталей редуктора за данный промежуток времени работы основных механизмов [65].
Конструкция датчика разработана с учтом возможности его применения в различных типах редукторов. Геометрические формы корпуса датчика и его рабочих поверхностей выбраны с учетом удобства его установки в корпусе редуктора, а так же технологичности его изготовления [65]. Принципиальная схема датчика показана на рисунке 4.6. 127 Корпус датчика 1 выполнен из немагнитного материала (эбонита), в корпусе датчика расположен сердечник 2, выполненный в виде постоянного магнита, на поверхности корпуса расположен чувствительный элемент з (плоский развернутый конденсатор).
