Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Состояние проблемы диагностики технического состояния горного и обогатительного оборудования ГОКов 13
1.1. Анализ теоретических исследований, посвященных диагностике технического состояния горного и обогатительного оборудования ГОКов 13
1.2. Мониторинг и диагностика технического состояния горных и обогатительных машин
1.3. Анализ функционирования технологического оборудования обогатительных фабрик ГОКов по вибрационным параметрам 17
1.4.Анализ факторов, влияющих на техническое состояние оборудования обогатительных фабрик ГОКов 22
1.5.Влияние технологических погрешностей на вибрационные параметры оборудования обогатительных фабрик ГОКов 26
1 6..Влияние вибрации на трение 26
1.7. Выводы по первой главе и постановка задачи 29
Глава 2. Методика исследований. Разработка вероятностных моделей работы горного и обогатительного оборудования 30
2.1.Анализ типовых технологических цепочек по обогащению руды 30
2.2. Классификация динамических процессов в горных и обогатительных машинах 32
2.3.Идеализация сложных динамических систем 34
2.4.Анализ рисков поломки горного и обогатительного оборудования методами математической статистики 38
2.5.Принципы оптимизации графиков проведения ППР для оборудования обогатительных фабрик ГОКов 48
2.6.Расчет вероятности выхода из строя оборудования обогатительной фабрики ГОК на ПЭВМ 51
2.7.Выводы по второй главе 54
Глава 3. Реализация системы вибромониторинга и организации ремонтов по фактическому состоянию оборудования на обогатительной фабрике ГОКа 55
3.1.Средства и методика сбора виброданных с оборудования обогатительных фабрик ГОКов
3.2. Вибродиагностика технического состояния вращающегося оборудования с применением ПЭВМ на обогатительных фабриках на примерах фабрик №15 и №16 Нюрбинского ГОКа
3.2.1.Мельница мокрого самоизмельчения ММС 50x230 и ее опорные металлоконструкции
3.2.2.0порные конструкции загрузочного бункера 66
3.2.3.Червячный классификатор 68
3.2.4.КонвейерЛСТ-800 69
3.2.5.0порные конструкции загрузочного бункера около фабрики, металлические опорные конструкции стен фабрики в этом районе 70
3.2.6.Металлические опоры оборудования в районе входа в главный корпус 72
3.2.7.Металлоконструкции грохотов HFS 1200/3000, Low Head, VFO 12/10 74
3.2.8TpoxoTVFS 75
3.2.9.Дробилка конусная 76
3.2.10.Дробилка роторная Barmac и ее опорные конструкции. 77
3.2.11.Насос VASASP8 78
3.2.12.ГрохотГИТ-063 79
3.2.13.Результаты вибрационных обследований агрегатов и металлоконструкций на обогатительной фабрике №16 81
3.3.Разработка на ПЭВМ программного комплекса Vibration Analyzer, реализующего функции вибромониторинга и вибродиагностики оборудования обогатительных фабрик ГОКов 89 3.4.Анализ возможности внедрения системы вибромониторинга на обогатительных фабриках ГОКов без участия в ней обслуживающего персонала 96
3.5. Выводы по третьей главе 98
Глава 4. 3ащита от вибраций оборудования и сооружений обогатительных фабрик ГОКов при помощи динамического гасителя колебаний 98
4.1.Обзор вариантов защиты от вибраций оборудования и сооружений обогатительных фабрик ГОКов 98
4.2.Исходные данные 104
4.3. Расчет основных конструктивных параметров ДГК в пакете ANSYS
4.4.Расчет корпуса ДГК на прочность 110
4.5.Расчет параметров упругого элемента (пружины) 111
4.6.Выводы по четвертой главе 113
Заключение ИЗ
Литература 116
Приложения : 124
- Мониторинг и диагностика технического состояния горных и обогатительных машин
- Классификация динамических процессов в горных и обогатительных машинах
- Вибродиагностика технического состояния вращающегося оборудования с применением ПЭВМ на обогатительных фабриках на примерах фабрик №15 и №16 Нюрбинского ГОКа
- Расчет основных конструктивных параметров ДГК в пакете ANSYS
Введение к работе
Технологический процесс обогащения полезных ископаемых на горнообогатительных фабриках ГОКов представляет собой цепочку, в которой задействовано множество агрегатов как основного, так и вспомогательного назначения — мельницы, конвейеры, виброгрохоты, дробилки, насосы, вентиляторы и др. Совокупность оборудования на обогатительной фабрике, задействованного в технологической цепочке по обогащению руды, относится к горнообогатительному оборудованию. Под горно-обогатительным агрегатом, или горно-обогатительной машиной, принята структурная единица (виброгрохот, дробилка, мельница, классификатор и др.), задействованная в технологической цепочке по обогащению руды.
В оборудовании, рассматриваемом в рамках данной работы, характер взаимодействия элементов подчинен периодическому закону, связанному с вращательным движением. К такого рода агрегатам относятся роторные, где периодическое возбуждение в наиболее простом виде проявляется как сумма гармонических составляющих, кратных основной частоте возмущения.
С точки зрения вибрационной прочности, в горных машинах наиболее опасны колебания периодического характера, имеющие спектры с явно выраженными дискретными составляющими. Подобные опасные колебания в основном являются сильными диагностическими сигналами (т. е. хорошо выделяется на фоне помех). Как правило, при возникновении и развитии дефектов с малой виброактивностью возбуждаются колебания, которые являются слабыми диагностическими сигналами. Неисправности порождают узкополосные и широкополосные сигналы стационарного и нестационарного характера.
Ввиду сложности определения неисправностей и дефектов в горных машинах и необходимости анализа слабых сигналов, в качестве диагностических параметров используется большое число количественных характеристик сигналов и их комбинаций. К ним относятся все общеизвестные количественные характе-
5 ристики детерминированных и случайных процессов: спектральная плотность, кепстр (спектр логарифмированного спектра), выделение огибающих. Кроме того, в качестве диагностических параметров используются различные комбинации количественных характеристик процессов, например уровни отдельных составляющих в спектрах детерминированных и случайных сигналов, а также характеристики изменения перечисленных выше параметров. Для обоснования выбора диагностических параметров в каждое конкретном случае необходимы экспериментальные исследования агрегатов в рабочем и неисправном состояниях. При этом учитывается, что дефект обычно характеризуются комплексом диагностических параметров.
Вибрация горно-обогатительных машин, рассматриваемая при диагностических исследованиях в широком диапазоне частот и амплитуд, является комплексным диагностическим сигналом, представляющим собой совокупность аддитивных и мультипликативных комбинаций сложных слабых и сильных "элементарных" диагностических сигналов, возбуждаемых различными источниками колебаний При этом частотный состав большинства "элементарных" сигналов может значительно изменяться даже на установившихся режимах работы агрегата.
Анализ теоретических исследований по созданию систем диагностики технического состояния горнообогатительного оборудования определил область существования критериев технического состояния и показал направления исследований, обеспечивающих достижение заданных динамических параметров. Проблема диагностики технического состояния горнообогатительного оборудования является далекой от решения, что объясняется, прежде всего, ее сложностью и недостаточной изученностью.
Вышеуказанные аргументы определяют выбор темы диссертационных исследований как разработка системного подхода, анализ математической модели, исследование динамических характеристик и диагностика технического состояния горнообогатительного оборудования.
Влияние технического состояния узлов на динамические характеристики горнообогатительного оборудования определяется комплексом условий. Возникновение вибраций при технологическом процессе обогащения характеризуется возмущающими силами и свойствами упругой системы. Соотношение между этими параметрами определяет возможность возникновения опасных вибраций и их интенсивность, определенные заданными значениями амплитуды и частоты. Возмущающие силы в зависимости от физической сущности механизма возбуждения вибраций, действующего на горнообогатительный агрегат, приводят к появлению, прежде всего, вынужденных колебаний и автоколебаний, а также других видов колебаний, например, параметрически возбуждаемых. Появление возмущений в упругой системе приводит к изменению закона движения рабочего органа. Это изменение не может распространяться мгновенно на весь рабочий орган, что вызывает запаздывание в изменении силы. Наличие запаздывающих сил, раскачивающих замкнутую технологическую систему, или систему с обратной связью, вызывает автоколебания в процессе работы горнообогатительного агрегата. Возникновение автоколебаний вызывает повышение интенсивности изнашивания узлов горнообогатительного агрегата и снижение его долговечности. Наличие вибраций обусловливает ухудшение рабочих характеристик агрегата что, в свою очередь, приводит к снижению производительности обогащения и ограничению технологических возможностей оборудования. Это обосновывает необходимость разработки системы защиты от вибраций, в т.ч., от автоколебаний.
Динамические и статические силы, возникающие при работе агрегата, вызывают деформацию как всего агрегата в целом, так и его составляющих. Это вызывает недопустимое отклонение от заданных рабочих движений, повышенный износ, что непосредственно снижает характеристики качества. Снижения негативного влияния этих сил можно достичь увеличением статической и динамической жесткости. Однако, это требование обеспечения качества не всегда оказыва-
7 ется выполнимым, например, для виброгрохотов, что определяет выполнение других мероприятий, обеспечивающих сохранение заданного качества. Очевидно, что основным предметом исследования при этом становятся свободные, вынужденные колебания, автоколебания, а также вибрационные воздействия на оборудование. Таким образом, предметом диссертационных исследований является горное и обогатительное оборудования, исследование его динамических характеристик, диагностика его технического состояния.
Проблемы динамики виброактивного горнообогатительного оборудования активно исследуются с конца 70-х годов до настоящего времени. Выдающуюся роль в становлении проблемы исследования колебаний в горнообогатительном оборудовании сыграли работы И.И. Быховского, Л.А. Вайсберга, И.И. Блехмана, В.В. Гортинского. Благодаря их работам, выполненным в 70-х годах, в настоящее время достигнут значительный прогресс в исследовании природы колебаний в горнообогатительных агрегатах, создании динамических моделей горнообогатительного оборудования, разработке эффективных методов управления этим оборудованием.
Из краткого обзора состояния вопроса, определения задачи обеспечения качества и установления объективной зависимости динамических параметров и показателей качества следует, что такие явления многообразны, а анализ таких систем сопряжен с определенными трудностями.
Проведенный анализ состояния вопроса, определение объекта исследований и понимание трудностей, возникающих при решении поставленной задачи, позволяет сформулировать суть задачи как исследование, анализ динамических систем горного оборудования, разработка критериев и методов диагностики его технического состояния. Поскольку требования, предъявляемые к динамическим процессам весьма разнообразны, может быть поставлена задача создания совокупности показателей динамических процессов в горнообогатительных агрегатах. Такого рода показатели должны отображать, насколько в динамиче-
8 ских процессах удовлетворяются требования стабильности, уравновешенности [31], малых энергетических потерь и пр. Все эти требования объединены общим понятием: техническое состояние горной машины.
При этом цель диссертационного исследования - создание системы вибродиагностики и виброзащиты оборудования и конструкций обогатительных фабрик ГОКов, обеспечивающей увеличение таких количественных показателей надежности работы машин, как наработка на отказ, вероятность безотказной работы, и уменьшение среднего времени восстановления работоспособного состояния.
Сформулированное выше состояние вопроса, учет существующих трудностей в решении поставленной проблемы, выявление сути поставленной научной задачи и установление цели собственных исследований приводят к определению направлений решения указанной проблемы, установлению методов ее решения. В работе использованы основные положения теории колебаний, принципы и законы теоретической механики, статистические методы, приемлемые для анализа параметров динамического состояния систем, методы системного анализа, а также методы, развитые в задачах мониторинга и диагностики. Исследованные горнообогатительные агрегаты характеризуются многообразием динамических процессов, возникающих при их работе. Методы исследования, оценивающие влияние динамических параметров на техническое состояние горнообогатительного оборудования, оптимизацию этих динамических параметров связаны, с задачей математического моделирования, а соответственно, горнообогатительное оборудование, т.е. предмет исследования, рассмотрено как сложная система.
Исходя из изложенного, на защиту выносятся следующие научные положения:
1. Математическая модель динамики узлов оборудования обогатительных фабрик ГОКов, позволяющая в рамках единой концепции создать систему
технического обслуживания горных машин, обеспечивающую увеличение их наработки на отказ, вероятность безотказной работы, и уменьшение среднего времени восстановления их работоспособного сосотояния.
2. Эффективные методы формирования вероятностных моделей и определения подходов к идеализации сложных динамических систем в рамках системного анализа, в соответствии с которым задачи моделирования подчинены единой цели - созданию высокоэффективного горно-обогатительного производства.
База данных вибродиагностичесикх тестов, информация о частотах вращения валов, мощностях электродвигателей, сроках эксплуатации, проведенных ремонтах, обнаруженных и устраненных дефектах , которые в составе специализированного программного обеспечения являются основой для определения текущего технического состояния горных машин, работающих в условиях обогатительных фабрик ГОКов, и прогноза сроков вывода их в ремонт.
Принцип действия, эскизные и проектные решения виброзащитных систем, обеспечивающих снижение уровня нежелательных вертикальных вибраций на конструкциях и оборудовании обогатительных фабрик ГОКов.
Диссертационная работа состоит из четырех глав.
В первой главе представлен анализ состояния проблемы оценки, диагностики горнообогатительного оборудования. В главе представлен обзор литературных источников, критический анализ которых позволил обосновать предмет и задачу диссертационного исследования. Сформулирована задача диагностики технического состояния горнообогатительного оборудования как одно из приоритетных направлений развития науки и технологии, дается обоснование взаимозависимости диагностических критериев с динамическими параметрами горнообогатительного оборудования.
В соответствии с изложенным выше, сформулированы основные задачи диссертационной работы:
Анализ пригодности узлов технологического оборудования и горных машин обогатительных фабрик ГОКов к применению методов вибродиагностики;
Разработка математических и статистических моделей горных машин и технологического оборудования, определяющих предельные значения вибрации для оборудования обогатительных фабрик ГОКов при оптимизации динамических параметров; '
Разработка системы сбора и автоматизированной обработки виброданных;
Разработка и расчет устройств и систем, снижающих вибрацию на оборудовании и конструкциях обогатительных фабрик ГОКов.
Во второй главе обоснована методика диссертационных исследований, определены подходы к идеализации сложных динамических систем. Показано, что основу современного подхода к решению проблем динамики горнообогатительного оборудования составляет системный анализ, в соответствии с которым задачи моделирования подчинены единой цели: созданию высокоэффективного горнообогатительного производства.
Обосновано, что при решении задач динамики горнообогатительных технологических систем и установления их связи с оценкой технического состояния под динамической системой, можно понимать техническую систему, поведение которой с приемлемой точностью может быть, описано системой дифференциальных уравнений, подтверждено, что в динамике горнообогатительных технологических систем анализ системы «вход-выход» важен при определении технического состояния. Отмечено, что всякое исследование динамических процессов в системе вообще (и в горнообогатительной технологической системе в частности) начинается с построения модели. При этом различают следующие модели: концептуальные (феноменологические), физические (эмпирические) и математические (аналитические). Математическую модель динамической системы воспринимаем как динамическую модель, предлагаемую как совокупность дифференциальных (а также интегро-дифференциальных, дифференциально-
разностных) уравнений, а при необходимости - с элементами логических операций, описывающих поведение этой системы на заданном временном интервале.
Рассмотрена проблема влияния вибраций на горнообогатительных фабриках на межремонтный интервал агрегатов. Общую вибрацию, действующую на агрегат, предложено представить как сумму из трех компонент. С использованием вероятностного подхода, разработано несколько математических моделей, на основании которых рассчитывается вероятность поломки горнообогатительного агрегата в зависимости от срока его службы. Приведен анализ влияния типа вибрации на вероятность выхода из строя мельницы мокрого самоизмельчения, на ее примере показан расчет минимального межремонтного интервала.
В третьей главе предложено решение задачи диагностики технического состояния горнообогатительного оборудования. Важность исследования вибрационных параметров горнообогатительного оборудования определяется тем, что его ресурс, техническое состояние, а также изменение параметров элементов, содержащих контактные пары (подшипники, фрикционные пары, зубчатые передачи и т.п.), зависит от частот собственных колебаний. Предложен анализ причин, вызывающих нарушения работы оборудования горнообогатительных фабрик, систематизируются причины, вызывающие нарушение его работы или влияющие на формирование дефектов и отказа работы. Предложен алгоритм диагностики, основанный на том, чтобы из множества возможных состояний диагностируемого объекта выделить одно, наиболее вероятное. Следовательно, задачей диагностики по совокупности диагностических параметров является идентификация множественных связей между структурными характеристиками Xi и соответствующими диагностическими параметрами Si, что обусловливает применение диагностических матриц.
Изложены положения разработки и внедрения программы диагностики технического состояния «VibrAn» - реализация системы диагностики, обслуживания оборудования по фактическому техническому состоянию. Система вибродиагно-
12 стики и программа "VibrAn" разработана в целях:
* контроля текущего технического состояния роторного (вращающегося)
оборудования с отслеживанием динамики развития неисправностей;
определения возможности дальнейшей эксплуатации оборудования без ремонта;
подготовки информации о ресурсе оборудования, необходимых регламентных и ремонтных работах, их объеме и сроках проведения.
В главе приводятся результаты реальных диагностических работ, проведенных на горнообогатительных фабриках №15 и №16 Нюрбинского ГОКа АК "АЛРОСА".
Регулярное проведение измерений вибрации оборудования позволяет выявлять неисправности на ранней стадии возникновения, отслеживать динамику их развития, определять рациональные сроки проведения ремонтов. Внедрение системы диагностики дает реальный экономический эффект: достигается уменьшение числа ремонтов и обслуживании до десяти раз при снижении общей стоимости проводимых ремонтов в два-четыре раза.
В четвертой главе предложен вариант конструктивного решения динамического гасителя колебаний. Дано обоснование, предложен расчет параметров, представлены эскизные и рабочие чертежи динамического гасителя колебаний. Выполнен расчет кинематических и прочностных характеристик динамического гасителя колебаний. Определены конструктивные параметры, проведена проверка прочности металлоконструкций и выполнена оценка эффективности применения динамического гасителя.
Расчет основных конструктивных параметров гасителя колебаний выполнен методом конечных элементов и реализован на ПЭВМ в пакете ANSYS 8.0. При использовании метода конечных элементов (МКЭ) рассчитана математическая модель и получены в матричном виде уравнение движения динамической системы. Сходимость решения обеспечивается согласно метода Кранка- Николсона.
13 Рассмотрены динамические параметры колебаний фундамента и инерционного элемента гасителя колебаний. Предложена расчетная картина напряженно-деформированного состояния гасителя. Результат замеров среднеквадратичного значения виброскорости до и после установки динамического гасителя подтверждают правомерность принятого решения.
В заключении, рассматривая основные выводы по результатам исследований, следует, прежде всего, отметить выполненный единый комплекс исследований, связанных с разработкой системного подхода, анализом математической модели, исследованием динамических характеристик, диагностикой технического состояния горнообогатительного оборудования. Автором предложены теоретические решения, разработана программная реализация, получены конструктивные предложения.
Методы исследований, связанные с анализом динамических параметров в горнообогатительных машинах, разработки виброзащитной системы были применены и реализованы при выполнении плановой тематики НИР вуза.
Мониторинг и диагностика технического состояния горных и обогатительных машин
Известно, что признаки технического состояния горных и обогатительных машин различают как качественные, так и количественные. Определение динамического качества работы горнообогатительной машины - одна из наиболее актуальных задач мониторинга и диагностики его технического состояния. В процессе эксплуатации структурные параметры непрерывно или дискретно изменяются от номинальных до критических значений. Поэтому показатели динамического качества машин, их техническое состояние определяются совокупностью отклонений от номинальных значений структурных характеристик машины, обусловливающих ее исправность.
Учет изменения структуры объекта исследований позволяет оценить количественные параметры качества, или техническое состояние горнообогатительной машины в каждый момент времени. Изменение структурных параметров объекта исследований имеет определенные количественные закономерности, которые могут быть определены в процессе диагностики. Эти изменения, постоянно накапливаясь, могут достигнуть некоторого количественного предела, при котором скачкообразно наступают качественные изменения. В процессе эксплуатации структурные параметры объекта диагностики изменяются, а упорядоченность системы в целом и ее функциональное качество ухудшается. Количественная оценка качества оборудования, его технического состояния связана с определением закономерностей изменений структурных параметров под воздействием типовых эксплуатационных факторов. Такими изменениями структуры горнообогатительных машин могут быть: -естественное изнашивание, старение в ходе нормальной эксплуатации. -ускоренное изнашивание при нарушении номинального режима эксплуатации, нерегламентных режимов работы машины.
Таким образом, изменение показателей качества работы машин и их технического состояния является объективным процессом, который происходит под воздействием широкого спектра эксплуатационных факторов и представляет собой определенную во времени смену исправных, промежуточных и неисправных состояний. Исходя из изложенного выше, проблему обеспечения качества горнообогатительных машин определим как решение задачи диагностики технического состояния и управление параметрами динамической системы, обеспечивающих эксплуатацию машины в нормальном режиме при сохранении заданных параметров качества.
Вибрация - наиболее универсальный параметр, учитывающий практически все аспекты состояния агрегата, позволяющий "безразборно", в рабочих режимах, определять техническое состояние горнообогатительного оборудования.
Изменения, происходящие в любом электромеханическом или механическом технологическом оборудовании на горнообогатительной фабрике, связаны с внутренними и внешними воздействиями. Механические воздействия, порождаемые статическими и динамическими силовыми факторами, определяются характером рабочего процесса, относительным перемещением элементов, трением в кинематических парах. Внешнее температурное поле, и тепловая энергия, выделяемая в процессе трения в кинематических парах, также оказывают значительное влияние на функционирование устройств.
Изменения, происходящие в горнообогатительном оборудовании и вызывающие отклонения показателей качества, могут превзойти допустимые пределы, что вызывает параметрический отказ и снижение надежности оборудования в целом. Отказы оборудования принято делить на постепенные и внезапные [68]. Постепенные отказы возникают вследствие изменения параметров оборудования (износ), внезапные - связаны с переходом количественных изменений в качественные. Последствия отказов также различны. Отказ функционирования приводит к тому, что агрегат не может выполнять свои функции. Следствием параметрического отказа является выход параметров агрегата за допустимые значения.
При изучении динамики горнообогатительного оборудования особое значение имеет анализ собственных колебаний. Важность исследования вибрационных параметров механических и электромеханических устройств горнообогатительного оборудования определяется тем, что их техническое состояние, а также изменение параметров элементов, содержащих трущиеся контактные пары (подшипники, токопередающие элементы, зубчатые передачи и т.п.), зависит от их собственных колебаний.
Силы, возбуждающие вибрацию и шум механизмов, приборов и устройств, по своей природе могут быть механического, магнитного и аэродинамического происхождения. В соответствии с этим производят разделение вибраций на механические, магнитные и аэродинамические.
Классификация динамических процессов в горных и обогатительных машинах
Как отмечалось в первой главе, все горное и обогатительное оборудование характеризуется многообразием динамических процессов, возникающих при его функционировании, существенным образом влияющих на качество работы агрегата. Именно этим объясняется повышенное внимание, уделяемое исследованию динамических процессов в технологической системе. Горнообогатительные агрегаты относятся к классу виброактивных технологических машин, поскольку в них возникают колебания практически всех видов, свойственных механическим системам. При целенаправленном применении колебаний в агрегатах возникают такие явления вибросепарация, вибродробление, вибротранспортировка [31].
Очевидно, что проблема обеспечения качества актуальна в виброактивных системах, предназначенных как для задач, в которых использование вибраций технологически необходимо, так и в задачах виброударозащиты [47]. Обеспечение надежности функционирования требует развития эффективных методов диагностирования состояния оборудования, инструмента и причин возникновения отказов. Среди таких методов значительное место занимает вибродиагностика [87]. Отметим также, что для горнообогатительного оборудования весьма важным является акустическое проявление колебаний в виде шума [1].
Все динамические процессы в технологической системе могут быть разделены на два класса: связанные с реализацией технологических функций агрегата и не связанные непосредственно с технологическими функциями агрегата.
Обогащение руды осуществляется в результате относительного движения рабочих органов технологических агрегатов и руды. Источниками этих движений являются соответствующие приводы. Энергетическими источниками приводов являются двигатели. Таким образом, приводы относятся к узлам горнообогатительных машин, непосредственно связанным с реализуемым процессом обогащения руды и, следовательно, динамические процессы в этих узлах влияют на качественные показатели [55].
Различают стационарные и нестационарные динамические процессы в горнообогатительных агрегатах. К стационарным (точнее - к квазистационарным) режимам относятся режимы вынужденных колебаний, возникающие при работе привода вращательного движения с неуравновешенными деталями, роторами двигателей. Говоря о квазистационарности, имеется в виду, что на некоторый идеальный стационарный режим, как правило, накладываются своего рода флуктуации нестационарного вида. Если уровень флуктуационных движений невысок относительно периодических составляющих процесса, то его можно считать квазистационарным.
К типичным нестационарным режимам относятся режимы разбега и выбега приводов на холостом ходу, так называемые стопорные режимы (как рабочие, так и аварийные). Большинство динамических процессов в горнообогатительном оборудовании, относящимся к слабодиссипативным (высокодобротным) системам, имеют колебательный характер. Как уже отмечалось, в горнообогатительных агрегатах наблюдаются механические колебания практически всех видов [54].
Исходный принцип системного подхода к анализу отдельных процессов в горном и обогатительном оборудовании заключается в том, что объект исследования рассматривается как сложная управляемая система. Сложность структуры связей потоков и движущих сил определяется конкретным типом горнообогатительного агрегата. Основу современного подхода к решению проблем динамики горнообогатительных агрегатов составляет системный анализ, в соответствии с которым задачи моделирования и оптимизации динамических режимов решаются в тесной взаимосвязи и подчинены единой цели: созданию высокоэффективного горнообогатительного производства.
При формировании расчетных моделей динамической системы горнообогатительного агрегата динамической системой X будем называть сложное математическое понятие, определяемое пятью аксиомами: а- задания: множество моментов времени (множество Т); множество состояний X; множество мгновенных значений входных воздействий U; множество допустимых входных воздействия Q; множество мгновенных значений выходных величин Y и множество выходных величин Г = \у: Т - Y}; Ь - направление времени (множества Т ); с - свойства множества входных воздействий Q; d - существование переходной функции состояния (р; е - задания выходного отображения 77, определяющего выходные величины y(t) = n[t,x(i)] Состояние системы определяется как минимальное количество информации, необходимое для описания ее поведения в любой заданный момент времени. Если, начиная с этого момента, известны величины входных воздействий, а также законы функционирования системы, то ее поведение можно полностью описать в любой последующий момент времени.
При решении задач динамики горнообогатительных агрегатов и установления связи с оценкой качества динамическая система, включает в себя техническую систему, поведение которой с приемлемой точностью может быть, описано системой дифференциальных (интегро-дифференциальных или дифференциально-разностных) уравнений, содержащих время в качестве единственной независимой переменной (или в качестве одной из независимых переменных). В первом случае уравнения системы являются обыкновенными дифференциальными уравнениями. Такие системы по установившейся терминологии называются системами с сосредоточенными параметрами.
Применительно к горнообогатительному оборудованию, помимо приведенных определений систем с сосредоточенными и распределенными параметрами, используются считающиеся эквивалентными им понятия дискретной и соответственно непрерывной систем. Наряду с отмеченными существуют дискретно-непрерывные механические системы. В состав таких систем входят как подсистемы с дискретными, так и с распределенными параметрами [60].
В динамике горнообогатительных машин анализ системы «вход-выход» важен при определении диагностических критериев [57,58]. К ним относятся: спектральные характеристики выходных переменных (перемещения, скорости рабочих органов и пр.); устойчивость движений (стационарных и нестационарных); равномерность движения рабочих органов и др., включая в переменные состояния обобщенные координаты, характеризующие относительное движение элементов и их нагруженность, при исследовании системы в пространстве состояний можно получить информацию для оценки долговечности и надежности элементов — узлов горнообогатительной машины.
Вибродиагностика технического состояния вращающегося оборудования с применением ПЭВМ на обогатительных фабриках на примерах фабрик №15 и №16 Нюрбинского ГОКа
Анализ виброактивности оборудования и конструкций проводился на основе обработанных данных вибродиагностических обследований, проведенного 12, 13 августа 2003 года на работающем оборудовании обогатительных фабрик №15 и №16.
Замеры уровня вибрации, запись частотных спектров по каждой измерительной точке агрегатов и конструкций проводились на аппаратуре фирмы НПО "РОС" модель "Корсар+", с последующей обработкой результатов виброизмерений в специальных программных комплексах, реализованных на ПЭВМ типа IBM PC.
Основой для определения текущего состояния оборудования являются измерения СКЗ (среднеквадратичного значения) виброскорости (мм/сек) в диапазоне от 10 до 1000 Гц в трех направлениях - "Вертикальном", "Поперечном" ("Горизонтальном") и "Осевом". За период проведения работ по вибродиагностике были обследованы следующие агрегаты и конструкции на фабрике №15: - мельница мокрого самоизмельчения ММС 50x230, ее металлические опорные конструкции; - опорные конструкции загрузочного бункера; - червячный классификатор; - конвейер ленточный стационарный ЛСТ - 800; - опорные конструкции загрузочного бункера около фабрики, металлические опорные конструкции стен фабрики в этом районе; - металлические опоры конвейера с технологическим индексом В1; - металлические опоры оборудования в районе входа в главный корпус; - металлические опоры грохотов HFS 1200/3000, Low Head, VFO 12/10; - дробилка конусная (технологический индекс К2) и ее опорные конструкции; - дробилка роторная Barmac (технологический индекс КЗ) и ее опорные конструкции; - Насос SP8; - Грохоты ГИТ-064, VFS в районе участка доводки и их металлические опоры. На фабрике №16 обследованы: Виброактивное оборудование в работе на участке доводки;
Общее техническое состояние подшипников агрегата ММС на момент проведения диагностических работ следует признать удовлетворительным. Вибрация на корпусах подшипников не превышает установленных нормативов. Проведенный спектральный анализ выявил наличие биений в подшипниках приводной шестерни на частотах, кратных частоте вращения вала: I 1 0.92618 Х=62.5 Гц Y=0.401 72 мм/с Замер от 15.03.2004 в 2:18:57 Точка 1 Вертикально Наличие такого диагностического признака указывает либо на износ, либо на дефекты смазки подшипников вала приводной шестерни. Вывод: Общее состояние подшипников мельницы ММС удовлетворительное. Во время очередного ПНР рекомендуется обратить внимание на подшипники вала шестерни.
Было произведено виброобследование металлоконструкций, сопряженных С ММС. Замеры производились в двух точках: в месте крепления мельницы опорам, и в месте замоноличивания опор в фундамент. Значения эффективых виброскоростей в этих точках имеют следующие значения: Таблица 3.2. Изм. Точка V эффективное (10-1000 гц.)мм/сек Мельница-опоры, "В" 0.4 Мельница-опоры, "П" 0.7 Мельница-опоры, "О" 0.4 Опоры-фундамент, "В" 0.4 Опоры-фундамент, "П" 0.2 Опоры-фундамент, "О" 0.3 Как показывают замеры, амплитудные значения эффективных виброскоростей как в месте стыковки ММС с опорами, так и в месте стыковки опор с фундаментом практически одинаковы. В спектрах преобладают частоты, кратные частоте вращения ММС. Следовательно, можно заключить, что конструкция опор ММС достаточно жесткая и значительных напряжений не испытывает. 3.2.2. Опорные конструкции загрузочного бункера.
Практически во всех замерах преобладающей является частота 12.5Гц (750 об/мин). Как видно из таблицы, практически все точки имеют схожие значения эффективных виброскоростей, следовательно, характер движения всех опор загрузочного бункера почти одинаков. При движении элементов конструкции как жесткого целого, значительных напряжений в них не возникает, при этом напряжения максимальны, как правило, в местах заделок. Учитывая то, что виброскорости в местах заделок не значительны, дополнительных мер для обеспечения надежности функционирования рассматриваемого узла не требуется.
Уровень вибрации во второй точке соответствует нормативам для агрегатов такой мощности, и складывается из вибраций ММС и вибраций самого классификатора. Завышенный уровень вибраций на крышке электродвигателя (точка 1) можно объяснить ее плохим закреплением к корпусу двигателя, что подтверждается наличием шума.
Опорные конструкции загрузочного бункера, подающего руду непосредственно на фабрику, выполнены в виде пространственной рамы, состоящей из балок в форме двутавра, и соединенных между собой дополнительными поперечными балками, обеспечивающими жесткость конструкции.
Как показали замеры, значения эффективных виброскоростей незначительны и одинаковы на всех опорах. При таких значениях виброускорений конструкции загрузочного бункера не могут вызывать больших инерционных нагрузок, следовательно, работающее в этом районе оборудование не может быть причиной просадки грунта. Поперечное 1.2 0.7 0.6 1.5 1.4 1.5 0.7 Как показывают проведенные замеры, уровень квазистационарного вибрационного фона в районе крепления опор виброгрохотов к фундаменту несколько превышает вибрационный фон в других районах фундамента фабрики. Вместе с тем, такой уровень вибраций не несет угрозы разрушения фундамента, потери жесткости крепления опор оборудования, разрушения опор оборудования. Преобладающая частота виброколебаний в районе размещения грохота HFS - 25 герц, а в районе размещения грохотов Low Head и VFO — 17.5 герц. Для снижения уровня вибрации следует либо применить более эффективные с точке зрения демпфирования вибраций системы крепления грохотов к опорам, либо применить специальные динамические гасители колебаний. Поперечное 3.4 1.8 1.7 1.7 1.7 Основная частота вибрационных колебаний - 17.5 герц. Как показывают замеры, уровень вибраций в месте стыка металлоконструкций грохота и пола значителен. Поскольку бетон весьма чувствителен к циклическим знакопеременным нагрузкам, следует обратить внимание на наличие трещин в районе замоно-личивания металлоконструкций грохота в пол. В случае их наличия такой уровень вибрации может привести к дальнейшему растрескиванию бетона и, как следствие, к уменьшению жесткости закрепления грохота. Для металлоконструкций такой уровень вибрации не опасен.
Расчет основных конструктивных параметров ДГК в пакете ANSYS
Под основными конструктивными параметрами понимаются масса инерционного элемента, жесткость упругих элементов (пружин), длина упругих элементов (пружин). Расчет выполнялся методом конечных элементов, реализованном на ПЭВМ. Методом конечных элементов (КЭ) математическая модель динамических систем реализуется следующим образом:
Скорость колебания фундамента в вертикальном направлении при выходе ДГК на "рабочий" режим составляет 6.32 см/сек. Таким образом, расчетное снижение виброскорости колебания фундамента в вертикальном направлении составляет 11/6.32=1.7 раза.
Материал проволоки: 12X18Н1 ОТ; Требуемая выносливость: 109 циклов; Максимальная скорость сжатия: 0.48 м/с; Рабочий ход: 30 мм; Наружный диаметр пружины: 22 мм; Сила при рабочей деформации: 18 кг; Сила при предварительном сжатии: 10 кг. Результаты расчета следующие.
В четвертой главе рассмотрены вопросы защиты от вибраций оборудования и сооружений горнообогатительных фабрик. Проводится анализ известных методов снижения уровня "вредной" вибрации на оборудование и сооружения, возможности их применения в условиях действующего производства на горнообогатительной фабрике. Методами математического моделирования в тяжелом конечно-элементном пакете ANSYS производится подбор оптимальных инерционных, жесткостных и фрикционных параметров гасителя динамических колебаний для снижения колебаний перекрытия горнообогатительной фабрики, с учетом физической нелинейности решаемой задачи. Показана компьютерная апробация предложенного гасителя колебаний.
В результате выполненных теоретических и экспериментальных исследований решена комплексная научно-техническая задача, имеющая важное народнохозяйственное значение - разработаны теоретические и методологические основы создания системы технического обслуживания горно-обогатительного оборудования и горных машин по их фактическому состоянию на основании методов вибродиагностики, обеспечивающей увеличение эффективности использования технологических агрегатов обогатительных фабрик ГОКов.
Основные научные и практические результаты заключаются в следующем: 1. На основе применения современных методов вибродиагностики технического состояния, создана система технического обслуживания горных машин, определяющая достижение оптимальных показателей проведения ремонтных работ оборудования обогатительных фабрик ГОКов. 2. Разработана математическая модель, описывающая динамику узлов и агрегатов горных машин, позволяющая оценивать динамические парамет 114 ры не только горных машин и технологического оборудования в целом, но и их отдельных составляющих. 3. На базе современных методов математической статистики разработаны модели динамики подшипниковых узлов горно-обогатительных машин, позволяющие оценить максимально возможный межремонтный срок работы этих машин. 4. Собрана и обработана представительная информация о вибрации и условиях работы горно-обогатительного оборудования различных типов на фабриках №№ 15 и 16 Нюрбинского ГОК АК "АЛРОСА", расположенных в условиях холодного климата, на основании которой получены предельные значения эффективных виброскоростей, при достижении которых агрегаты рекомендуется выводить в ремонт. 5. Предложен новый подход к решению задачи обеспечения максимально возможного межремонтного срока эксплуатации горно-обогатительного оборудования за счет применения современных технологий обнаружения и подавления источников отказов. В качестве критерия оценки фактического технического состояния работающих горно-обогатительных машин предложено использовать эвристический анализ амплитудно-частотных характеристик вибросигналов, замеренных на диагностируемом оборудовании. 6. Решены задачи вибродиагностики технического состояния оборудования горно-обогатительных фабрик ГОКов. Предложена система диагностики и программная реализация на ПЭВМ оценки влияния амплитудно-частотных характеристик вибросигнала на техническое состояние вращающихся пар, валов, передач, подшипников, муфт. 7. Предложены инженерные решения, обоснован принцип действия, конструкция, эскизы и рабочие чертежи виброзащитных систем, разработанные на основе реализации эффекта динамического гашения, обеспечи 115 вающие снижение уровня вертикальных колебаний на конструкциях, горных машинах и оборудовании обогатительных фабрик ГОКов. 8. Методы исследований, связанные с анализом динамических параметров, выполненные в целях решения задачи диагностики, апробированы и реализованы в ходе выполнения Договора №135, заключенного в 2003-2004г.г. с АК «АЛРОСА», (ЗАО), Нюрбинским ГОКом, республика Якутия. Экономический эффект от внедрения положений данной диссертационной работы составил 3.7 руб. на 1 руб. затрат при общем объеме работ 1,0 млн. руб.
