autoref-obosnovanie-ratsionalnoi-struktury-i-parametrov-adaptivnoi-sistemy-tekhnicheskogo-obsluzhiva

На правах рукописи
ГРИГОРЬЕВ Евгений Александрович
«
^
ОБОСНОВАНИЕ РАЦИОНАЛЬНОЙ СТРУКТУРЫ
И ПАРАМЕТРОВ АДАПТИВНОЙ СИСТЕМЫ
ТЕХНИЧЕСКОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ И РЕМОНТА
ПОГРУЗОЧНО-ДОСТАВОЧНЫХ МАШИН
Специальность 05.05.06 - Горные машины
Автореферат
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
САНКТ-ПЕТЕРБУРГ
2003
Работа выполнена в Санкт-Петербургском государ­
ственном горном институте имени Г.В-Плеханова (техни­
ческом университете).
Научный руководитель заслуженный деятель науки и техники РФ,
доктор технических наук, профессор
Алексей Алексеевич Кулешов
Официальные оппоненты:
доктор технических наук, доцент
Виктор Васильевич Габов,
кандидат технических наук
Владимир Антонович Чернецов
Ведущая организация - ОАО «Апатит»
Защита диссертации состоится 3 июля 2003 г.
в 13 ч 30 мин на заседании диссертационного совета
Д 212.224.07 в Санкт-Петербургском государственном
горном институте имени Г.В.Плеханова (техническом
университете) по адресу: 199106 Санкт-Петербург, 21-я ли­
ния, д. 2, ауд. № 1303.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке
Санкт-Петербургского государственного горного института.
Автореферат разослан 30 мая 2003 г.
СЕКРЕТАРЬ
диссертационного совета
Д.Т.Н., доцент
с:^:---^
УЧЕНЫЙ
С.Л.ИВАНОВ
^OS72L
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы. Одним из направлений технического
перевооружения подземных рудников в последние 25-30 лет являет­
ся применение самоходного оборудования. Для погрузки и доставки
горной массы при добыче полезных ископаемых подземным спосо­
бом, проходке подземных выработок и строительстве подземных
сооружений широко используют погрузочно-доставочные машины
(ПДМ). Сложность конструкций, высокая стоимость и жёсткие тре­
бования к надёжности этого вида техники требуют повышения эф­
фективности её использования.
Опыт эксплуатации самоходного оборудования на рудниках
России показывает, что простои машин и значительная величина па­
раметра потока отказов их элементов являются, в основном, следст­
вием несовершенства ремонтных служб. Кроме того, недостаточная
эффективность функционирования ремонтных служб приводит к
большим трудовым и материальным затратам на поддержание обо­
рудования в работоспособном состоянии.
В последнее десятилетие основными поставщиками ПДМ на
российский рынок являются зарубежные фирмы. Это обусловлено
тем, что машины этих фирм обладают более высокой надежностью.
Так, коэффициент технической готовности ПДМ TORO (Финляндия)
составляет 0,7 и более, а у ПДМ-8Б (г. Донецк, Украина), как прави­
ло, не превышает 0,6. Высокая стоимость запасных частей и сложно­
сти с оперативным пополнением их фонда, особенно в условиях ис­
пользования ПДМ различных типов и модификаций, выдвигают жё­
сткие требования к системе управления запасами агрегатов, сбороч­
ных единиц и деталей.
Несовершенство ремонтных служб и применяемых систем
технического обслуживания и ремонта (ТО и Р) приводит к тому,
что ремонт узлов ПДМ производят в основном по потребности, для
устранения уже возникших отказов, а не по плану, т.е. для преду­
преждения неисправностей. Сроки проведения ТО, указываемые в
документации фирм-изготовителей назначаются по наработке двига­
теля в мото-часах, при этом не учитываются ни особенности горно­
технических условий, в которых эксплуатируется машина, ни режи­
мы нагружения её элементов.
_
РОС НАЦИОНАЛЬНА?!
БИБЛИОТЕКА
СПетервург Ь;, |
в таких условиях необходимо применять адаптивную систе­
му ТО и Р. Адаптивная система ремонта самоходного оборудования
была создана в 80-х годах в Казахском политехническом институте
им. В.И. Ленина (ныне КазНТУ, город Алматы) под руководством
проф. А.Т. Филимонова. Она позволяет учитывать особенности экс­
плуатации машин в подземных условиях и на основе вероятностнооптимизационных методов устанавливать оптимальные параметры
системы ТО и Р. Однако ряд недостатков, основные из которых сложность структуры и необходимость привлечения значительного
числа высококвалифицированных специалистов обусловили её
весьма ограниченное применение. Кроме того, в адаптивной системе
ТО и Р недостаточно детально учитываются особенности работы
ПДМ при прогнозировании ресурса их элементов. Для них харак­
терна работа в различных нагрузочных режимах: погрузки, разгруз­
ки, движения с грузом и порожняком. Учёт этих особенностей осо­
бенно актуален в условиях отсутствия достаточного объёма стати­
стических данных по надёжности машин.
Таким образом, оптимизация структуры и параметров адап­
тивной системы ТО и Р погрузочно-доставочных машин является
актуальной проблемой, решение которой позволит более широко
применять эту систему и в значительной степени повысить эффек­
тивность использования этого вида техники.
Целью работы является повышение надёжности эксплуата­
ции погрузочно-доставочных машин за счёт применения усовершен­
ствованной адаптивной системы ТО и Р с упрощённой структурой и
детальным учётом условий эксплуатации.
Идея работы заключается в том, что прогноз ресурса эле­
ментов погрузочно-доставочных машин осуществляется на основе
данных по нагруженности их систем в рассматриваемых условиях
эксплуатации.
Основные задачи диссертационной работы:
• выполнить анализ и обобщение научных исследований по теме и
условий эксплуатации погрузочно-доставочных машин;
• выполнить анализ внешних факторов, определяющих интенсив­
ность снижения ресурса элементов ПДМ и выбрать критерий.
связывающий интенсивность снижения ресурса элементов ПДМ
с горнотехническими условиями эксплуатации;
• разработать математическую модель определения интенсивности
снижения ресурса элементов ПДМ в зависимости от эксплуата­
ционных условий;
• разработать алгоритм и компьютерную программу, которая по­
зволяла бы прогнозировать ресурс элементов ПДМ на основе
предложенной методики;
• обосновать рекомендации по совершенствованию адаптивной
системы ТО и Р ПДМ.
Защищаемые научные положения:
1. Интенсивность снижения ресурса элементов погрузочнодоставочной машины в процессе эксплуатации определяется на
основе количественной оценки их иагруженности в различных
режимах работы и горнотехнических условиях.
2. Параметры адаптивной системы технического обслуживания и
ремонта определяются на основе предложенной модели, позво­
ляющей оперативно оценивать интенсивность расходования ре­
сурса элементами машины в зависимости от эксплуатационной
иагруженности.
Методика исследований. В работе использованы экспери­
ментальные и теоретические методы, включающие теорию надёжно­
сти технических систем, математическое моделирование, основы
теории технической диагностики.
Научная новизна работы состоит в разработке математиче­
ской модели прогнозирования ресурса элементов систем ПДМ на
основе оперативных данных по их эксплуатационной иагруженности
в рассматриваемых горнотехнических условиях.
Достоверность научных положений, выводов и рекоменда­
ций определятся использованием в работе комплексной методики
исследования, удовлетворительной сходимостью результатов мате­
матического моделирования с экспериментальными данными, а так­
же опытом эксплуатации этого вида машин.
Практическая значимость работы. Предложена методика
сбора данных по горнотехническим условиям эксплуатации ПДМ.
Разработана компьютерная программа, позволяющая на основе раз-
работанной методики прогнозировать ресурс элементов ПДМ и на
основе полученных данных определять параметры системы ТО и Р с
учётом горнотехнических условий рудника. Даны рекомендации по
диагностированию элементов ПДМ.
Апробация работы
Основные положения диссертационной работы докладыва­
лись на ежегодных научных конференциях молодых учёных "Полез­
ные ископаемые России и их освоение" (С-Пб., СПГТИ (ТУ), 19992003 Г.Г.); на научном семинаре "Научные и практические вопросы
совершенствования эксплуатации мобильных машин в современных
условиях" (С-Пб., ВИТУ, 2000 г.), на XIX международной межву­
зовской школе-семинаре "Методы и средства технической диагно­
стики" (Йошкар-Ола, 2001 г.), на семинарах кафедры "Горных
транспортных машин" СПГГИ (ТУ).
Личный вклад автора
Определены основные показатели горнотехнических условий
эксплуатации, определяющие долговечность элементов ПДМ. На
основе анализа рабочего цикла и конструкции ПДМ в качестве кри­
терия, определяющего влияние горнотехнических условий эксплуа­
тации на долговечность элементов машин, выбрана нагруженность
систем элементов внешними силами сопротивления движению. Раз­
работана математическая модель изменения интенсивности расходо­
вания ресурса элементами машины от эксплуатационной нагруженности. Получены зависимости величины ресурса элементов ПДМ от
основных параметров горнотехнических условий эксплуатации: ук­
лона дороги (i); коэффициента сопротивления качению (соо); дально­
сти транспортирования (L); плотности (у), коэффициента разрыхле­
ния (Кразр), угла естественного откоса ((р) и коэффициента внутрен­
него трения (tgp) горной массы.
Публикации
По теме диссертации опубликовано 6 научных работ в жур­
налах и сборниках научных трудов.
Объем и структура работы: диссертация состоит из введе­
ния, четырёх глав, заключения и списка литературы, из 90 наимено­
ваний представленных на 90 страницах, и содержащая 15 рисунков и
20 таблиц.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении обоснована актуальность темы исследований,
исходя из необходимости повышения эффективности эксплуатации
ПДМ путём применения адаптивной системы ТО и Р, структура ко­
торой должна быть усовершенствована с учётом выявленных недос­
татков, специфики работы машин этого типа и новыми возможно­
стями в области использования компьютерной техники.
В первом разделе выполнен аналитический обзор работ,
посвященных описанию опыта эксплуатации ПДМ. Выполнен ана­
лиз условий эксплуатации ПДМ, систем ТО и Р самоходного обору­
дования, особое внимание уделено адаптивной системе ТО и Р само­
ходного оборудования. В результате выявлена необходимость более
детального учёта горнотехнических условий эксплуатации рассмат­
риваемых машин с целью корректировки периодичности их ремон­
тов.
На основе выполненного анализа сформулированы цель и
задачи исследования.
Во втором разделе предложена методика сбора данных по
надёжности и условиям эксплуатации ПДМ. Проведён анализ интен­
сивности расходования ресурса элементов машин в различных ре­
жимах работы. В качестве критерия, связывающего её величину с
горнотехническими условиями эксплуатации, предложена нагруженность деталей и узлов внешними сопротивлениями движению.
На основе анализа конструкции ПДМ выделено три системы эле­
ментов. Разработана математическая модель интенсивности расхо­
дования ресурса элементов выделенных систем машины в зависимо­
сти от горнотехнических условий эксплуатации.
В третьем разделе представлены исходные данные по на­
дёжности и горнотехническим условиям эксплуатации ПДМ. Разра­
ботана программа, прогнозирования ресурса элементов с учётом ис­
пользования машин в различных технологических операциях и экс­
плуатационных условий. Проведено моделирование изменения ве-
личины ресурса систем элементов машины в зависимости от средне­
взвешенного уклона, характеристик покрытия дороги, средней даль­
ности транспортирования и характеристик горной массы.
В четвёртом разделе предложены организационно- техни­
ческие мероприятия, позволяющие повысить эффективность экс­
плуатации ПДМ. Даны рекомендации по диагностированию машин.
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ ОТРАЖЕНЫ В
СЛЕДУЮЩИХ ЗАЩИЩАЕМЫХ ПОЛОЖЕНИЯХ
1. Интенсивность сншкения ресурса элементов погрузочнодоставочной машины в процессе эксплуатации определяется
на основе количественной оценки их нагруженности в раз­
личных резкимах работы и горнотехнических условиях.
Отказы элементов машин обычно происходят из-за усталости
металла. В зависимости от характера напряжений, действующих на
рассматриваемый элемент, выполняются расчёты на контактную ус­
талость активных поверхностей, усталость при изгибе, кручении,
при сложном напряжённом состоянии и т.д. При расчёте элементов
деталей на усталость их нагруженность характеризуется силовой и
цикловой характеристиками. Силовая характеристика представляет
собой распределение амплитуд напряжений, а цикловая - распреде­
ление циклов действия напряжений на единицу ресурса. При расчёте
ресурсных характеристик узла или детали машины при её создании
учитывают интенсивность использования данного элемента по вре­
мени и нагрузке.
На фактическую нагруженность элемента оказывают влияние
многие факторы: погрешности сборки и монтажа, воздействия со
стороны других деталей и др. Детальные исследования нагруженно­
сти систем и элементов машин на основе экспериментальных дан­
ных проводят на стадии создания или модернизации техники. В про­
цессе эксплуатации машин такие исследования невозможны.
Известно, что любой материал или элемент имеет опреде­
лённый отклик в виде деформации на возникающее напряжение (на­
грузку) с учётом фактора времени и масштаба. Разрушение материа­
ла идёт под действием прикладываемых к нему усилий, температу­
ры, химических воздействий и пр. Для одного рудника можно гово8
рить о примерном постоянстве температуры и влияния окружающей
среды. Поэтому определяющим фактором при разрушении детали
или узла ПДМ является величина и интенсивность воспринимаемой
им нагрузки (импульс воздействующей силы).
Технические объекты, рассматриваемые в теории надёжно­
сти, представляются в виде систем - совокупностей взаимодейст­
вующих и функционально связанных частей, называемых элемента­
ми. Выбор системы и образующих её элементов произволен. Боль­
шинство понятий теории надёжности применимо как к системам, так
и к элементам.
В нашем случае стоит задача связать интенсивность сниже­
ния ресурса элементов ПДМ с горнотехническими условиями эксплуатащ1и. Однако детальное исследование нагрузки, которую вос­
принимает каждый элемент машины в различных режимах работы, в
наших условиях невозможно. Необходимо вьщелить группы факто­
ров, которые определяют нагрузку на отдельные элементы машины,
а также определить группы элементов, для которых влияние этих
факторов равнозначно.
Нагрузка на элементы машины определяется следуюищми
факторами:
• конструктивными особенностями систем машины;
• режимами работы систем машины;
• внешними сопротивлениями, которые преодолевают уз­
лы и детали машины.
На основании анализа конструкщ1и машины, с учётом из­
вестной структуры ПДМ (А.К. Семенченко) выделяем следующие
системы:
• система ковша, гидроцилиндров ковша, стрелы;
• система ходовой тележки;
• система привода колёсных движителей;
• трансмиссия;
• система гидропривода;
• двигатель.
Рулевые гидроцилиндры относим к системе ходовой тележки.
Поток мощности при работе ПДМ идёт по двум направлениям:
• двигатель -^трансмиссия -жолёсные движители;
•
двигатель -^гидропривод ->штоки гидроцилиндров.
На основании этого можно выделить три группы систем
ПДМ, нагрузка на которые будет зависеть от воздействий внешней
среды:
1. Система ходовой тележки и привода колёсных движителей.
2. Система ковша, гидроцилиндров ковша, стрелы и гидропривода.
3. Шарнирно-сочленённая рама, двигатель, трансмиссия.
Систему кабельного барабана ПДМ с электрическим приво­
дом в нашем случае будем относить к отдельной группе. Ресурс эле­
ментов этой группы, включающей в себя, помимо системы кабель­
ного барабана, все детали и узлы, не входящие в вышеперечислен­
ные группы систем, следует учитывать по наработке, моточасов.
Влияние конструктивных особенностей и параметров работы
выделенных групп систем ПДМ на нагруженность их элементов при
выполнении одинаковых операций рабочего цикла для машин одно­
го типа будем считать постоянным. Такой подход вполне оправдан,
так как отличие этого влияния учитывать крайне сложно, кроме то­
го, оно невелико, и обусловлено степенью износа элементов ПДМ и
качеством сборки.
Для трёх вьщеленных систем нагруженность будет опреде­
ляться следующими факторами (табл. 1), рассчитать которые можно
по известным методикам в зависимости от горнотехнических усло­
вий.
Определение усилия внедрения ковша ПДМ в развал горной
массы производится по формуле С.С. Музгина. Формула учитывает
основные горнотехнические факторы. Несмотря на кажущуюся гро­
моздкость, все её компоненты могут быть определены однозначно и
с достаточной точностью. Расчёт усилий внедрения по этой формуле
даёт результаты, близкие к натурным.
Данная формула отражает нормальные условия работы ма­
шины в забое (высота развала обеспечивает требуемое заполнение
ковша). В случае малой высоты развала усилия внедрения снижают­
ся главным образом из-за уменьшения сопротивления перемещению
горной массы при заполнении ковша. Влияние малой высоты разва­
ла на Рен может быть учтено в формуле путём соответствующего
уменьшения значений и. Корректировка и может осуществляться по
10
величине коэффициента наполнения ковша, который уменьшается
при погрузке горной массы из низких развалов.
Сопротивление горной массы выводу ковша определяется
также по формуле упомянутого автора, обеспечивающей высокую
сходимость расчётных и фактических показателей.
Таблица 1
Параметры нагруженности систем ПДМ в структуре рабочего цикла
Система ПДМ
1.
Система
ходовой
те­
лежки и при­
вода колесных
движителей
2, Система
ковша, гидроцилинд-ров
ковша, стре­
лы, гидропри­
вода
Поп)узка
Рабочий ход
• Суммарное
Суммарное
сопротивление
сопротивление
движению
движению
(SWpJ
(SW„„n>)
• Сопротивление
внедрению
ковша в шта­
бель
горной
массы (F™)
• Сопротивление Масса пере­
внедрению
мещаемого
ковша в шта­ груза (Qr)
бель
горной
массы {F,H)
• Сопротивление
выводу ковша
Разгрузка
Холостой ход
-*
Суммарное
сопротивление
движению
(2WX.X.)
Масса переме­
щаемого фуза
-'
(Qr)
(F.b.)
• Суммарное
сопротивление
движению
(£W„„^)
3. Шарнирно сочлененная
рама, двига­
тель,
транс­
миссия
• Сопротивление
внедрению
ковша в шта­
бель
горной
массы (F„ )
• Сопротивлени
е выводу ковша
(F,„)
• Суммарное
Масса переме­
сопротивление
щаемого груза
(Qr)
движению
(SWp,)
• Масса пере­
мещаемого груз!
Суммарное
сопротивление
движению
(IW,,)
(Qr)
- - Нагрузку на систему в данном режиме принимаем равной нулю.
Таким образом, значение величины ресурса элементов
ПДМ зависит от внешних сил сопротивления движению, которые
11
приходится преодолевать системе, в структуру которой они входят,
и времени работы машины при данной нагруженности.
В условиях подземного рудника ПДМ используются на до­
быче, проходке, вспомогательных работах. Очевидно, что параметры
структуры рабочего цикла при выполнении этих работ будут раз­
личны, различны и горнотехнические условия. Для определения до­
ли времени работы ПДМ при различных технологических операциях
необходимо регулярно снимать показания счётчика моточасов ПДМ,
либо проводить расчёт на основе данных о количестве перевезённой
горной массы (Q, т) и времени рабочего цикла (Тц, с) при выполне­
нии данной технологической операции. Время рабочего цикла и его
составляющих определяется по данным хронометражных наблюде­
ний за работой ПДМ, либо по известным методикам в зависимости
от горнотехнических условий эксплуатации.
С учётом изложенного выше можно записать
Т
Т
\Wm^=
\W2^^)dt,
о
О
(1)
где Г/, 7j - наработка элемента на отказ (до отказа) при изменении
его нагруженности по закону Wi(t) и Ж? (t) соответственно.
Для двух элементов одного типа с достаточной точностью
можно записать:
То
W
''
'^X
п W
срезе о
1
Тг
w const,
(2)
срезе X
где FF^peae о-средневзвешенная нагруженность элемента, отработав­
шего свой ресурс Го, определяется как
twx
УУ срвзеО~
гр
1 О
'
\Р)
где W, - нагруженность элемента за время работы t,, кН;; п - число
периодов работ; Т^ -прогнозируемый ресурс элемента, моточасов,
при средневзвешенной нагруженности W^peiex, кН, значение которой
определяется на основе данных по условиям эксплуатации.
12
т
IWjt,
W
' '
=^
,
cp взв X
(4)
rj-t
где Wj - нагруженность элемента за время работы tj, кН; m - число
видов работ.
Прогнозирование ресурса элемента ПДМ в таком случае ос­
новано на установлении отношения То/Жсрвзв. по статистическим
данным и на определении Wcpesex- Установить Wcpesex возможно пу­
тём анализа уже полученных данных по нагруженности элементов
этого же типа в условиях рудника и учёте поправок, связанных с от­
личиями в эксплуатации ПДМ.
Средневзвешенная нагруженность элемента в общем случае
HWrT,
='^
W
гг
ср.взв.
rri
'
(5)
'
^ '
где W, - средневзвешенная нагруженность при выполнении /-ого ви­
да работ; Т, - время выполнения ПДМ /-ого вида работ; Z - общее
число выполняемых ПДМ работ, Т- наработка элемента на отказ (до
отказа), мото-часов.
При выполнении одного вида работ парамеры цикла в зави­
симости от горно-технических условий будут разными. Средневзве­
шенная нагруженность элемента, при выполнении работы данного
вида будет определяться как
W. = tn,,Z W,J-if^
(6)
где W,j,k - средневзвешенная нагруженность при выполнении k-ovi
операции у-ого цикла; t ,jk- время вьшолнения ПДМ к-ой операции
j-oro цикла; Г,, ,^-время j-oro цикла; В - число операций рабочего
цикла (5=4); Р - число циклов с различными параметрами, Пц ,j числоу-ых циклов /-0Г0 вида работ.
В результате можно записать
13
Л^
Vr срезе
/.и
Р
/..tflm,]/.^
,=/ у=/
YY
-Ы1
ij^k
(7)
Т
где Л'^- количество видов работ выполняемых ПДМ.
Для разных элементов силовой системы интенсивности сни­
жения ресурса (v,) в данном режиме работы будут отличаться. Одна­
ко относительные значения падений ресурсов {v°""'=v/Tp где Тр- ре­
сурс р-ого элемента, мото-ч) элементов силовой системы постоянны,
так как значения W,4, для всех элементов системы совпадают. Тогда
интенсивность падения ресурса элементов, входящих в выделенные
группы систем ПДМ, будет определяться их средневзвешенной нагруженностью.
1x1
I
01
W.ср взв X 1//
л
W.ср взв о .1
т..=т, W.P
взв.х2/
02
W
(8)
>
г Т ср.вм. о 2
1 хЗ
1
Wср взв X 3/
03
Wcср взв.О 3
J
Для каждой группы выделенных систем ПДМ средневзве­
шенная нагруженность определяется по формулам
N
=У
W
ff
срезе!
Р
У^^
\Z
V
W 1,-^Кв.вН^
Мпогр! ,
TW
t
••'
ен>,у7 ""^P'^J ^ ГУ px.t.jlp.xi.i
t—i ZuJty^UCniJ
1=1 1=1
rp
1 lll.j
•^
rp
1 Ц1.у
yy
x.x.i,/tx.xi,j
(9)
-'
yy Ср.вЗв 2
Л'
P
^
Z-lt\.ucni,J
4IJ
л e. вН-* .„ , , " ^ Л . e . выел'
выв i,j
tnozp 1,1^
rp
g
^ r i.j ^pxi.j
^
14
4I.J
tpasepi.jl
(10)
^
N
"
^W,,j-Ke.eHF^^,^-Ke.sueF^^^.j
Р
ср^зв 3~ л—I
Z.I J—l^t-UCn
J-jJS. исп l,J
i,j
1=1 j=l
Inoep I,J
iji
1 III,J
(11)
^ 4 4
J Ч i,J
Ту IJ
где Kucn ,j - доля времени работы машины в /-ой технологической
операции су-ми параметрами рабочего цикла; К„ «„, К^ вые - коэффи­
циенты, учитывающие соответственно долю времени внедрения и
вывода ковша в общем времени погрузки; /, j - индекс технологиче­
ской операции и рабочего цикла соответственно.
2. Параметры адаптивной системы технического обслузкивания и ремонта определяются на основе предлозкенной моде­
ли, позволяющей оперативно оценивать интенсивность рас­
ходования ресурса элементами машины в зависимости от
эксплуатационной нагрузкенности.
Как показывает опыт, рабочий парк ПДМ на рудниках неод­
нороден, формируется из машин разных заводов-изготовителей, от­
личающихся грузоподъёмностью, типом привода (дизельный или
электрический), исполнением и компоновкой деталей и узлов. Кроме
того, на одном и том же руднике горнотехнические условия могут
значительно различаться. Всё это усложняет обработку статистиче­
ских данных, которые удаётся получить в течение достаточно про­
должительного времени.
Прогнозирование ресурса элементов ПДМ нужно строить не
столько на вероятностных методах обработки статистических дан­
ных, сколько на связи значений ресурса элементов с теми нагрузка­
ми, которые они воспринимают в процессе своей работы. В связи с
этим необходимо иметь такую информацию по условиям работы
ПДМ, которая позволила бы определять нагруженность элементов
по описанной выше методике.
Погрузочно-доставочные машины работают в тяжёлых гор­
нотехнических условиях. Последние определяют нагрузки на эле­
менты машины при выполнении практически всех операций. В из­
вестной адаптивной системе ремонта самоходного оборудования
15
предусмотрено определение скорости расходования ресурса для
конкретных условий (система разработки и некоторые другие), од­
нако, в нашем случае, необходим более детальный учёт условий экс­
плуатации: дальности транспортирования, уклона дороги, качества
дорожного покрытия, крепости и кусковатости горной массы и пр.
Как видно из схемы (рис. 1), массив данных формируется из
нескольких источников, которые можно разделить на три группы:
1. Технический персонал по обслуживанию и ремонту ма­
шин.
2. Персонал, отвечающий за эффективную эксплуатацию
машин.
3. Специалисты, оценивающие горнотехнические условия
эксплуатации техники.
Рабочие по ремонту само­
ходного оборудования
Горный механик
I
Форма учёта информации по
ТО и Р самоходной техники
Характеристика
условий
экс­
плуатации
Мастер-диагност
Оператор
Форма учёта информации по усло­
виям и режимам работы самоходной
техники
Массив данных по надёжности и условиям эксплуатации
самоходной техники
Рис. 1 Схема формирования массива данных по надёжности и условиям
эксплуатации погрузочно-доставочных машин
16
Проведено моделирование нагруженности выделенных сис­
тем ПДМ при последовательном изменении параметров горнотехни­
ческих условий. В качестве нормальных приняты параметры усло­
вий Объединённого Кировского рудника (ОКР) ОАО "Апатит", нагруженность
систем
составила:
Wcp взв i =106,97 кН;
Wcp взв 2=84,94 кН; WCPB3B3=1 56,51 кН (нумерацию систем см. стр.10).
На рис. 2 представлена зависимость нагруженности систем
ПДМ от коэффициента сопротивления качению.
W, кН
160,00
щ •
* *
•
•
'
*
'
140,00
120,00
100,00
80,00
60,00
0,02
0,04
0,06
0,08
0,10
0,12
Шо
— • Нагруженность системы№1, кН — — Нагруженность системы№2, кН
Нагруженность системы№3, кН
Рис. 2 Зависимость нафуженности систем ПДМ от коэффициента
сопротивления качению
Значения ресурса элементов ПДМ TORO-400E в зависимости
от условий эксплуатации приведены в табл. 2. Средние значения на­
работки элементов на отказ получены на ОКР.
Для проверки данных моделирования проводились замеры
потребляемой мощности электродвигателя ПДМ в условиях ОКР
ОАО "Апатит" при добыче полезного ископаемого.
В результате получены значения средней потребляемой
мощности при операциях рабочего цикла и определена средневзве­
шенная мощность при различной длине транспортирования (табл. 3).
17
Таблица 2
Изменение ресурса деталей и узлов ПДМ при различных параметрах
горнотехнических условий эксплуатации
Наименование
узла
Диапазон изменения ресурса, моточас
4
о
?
чо"
s
g
S
00^
f:
о.
r<i"
Г)
о
V
?"
1
о
о
1
о
«Л
о
э-
т
а
О
<v
•4„
Т
1
1500012930
3
1765014000
1550014000
1785014560
1562014700
1579011000
1600014850
Гидроцилиндр оп­
рокида ковша
4000
4000
46502760
58003850
43503880
44402350
45003920
Гидроцилиндр подъ­
ема ковша
5000
5000
58003450
72504800
54304850
55502940
56204900
15001290
17601400
15501400
17901460
15601470
15801090
16001490
19D
20001720
23501870
20601870
23801940
20801960
21001450
21301980
Ковш
1500
1500
17501030
21701440
16301460
1670-
16901470
Электродвигатель
Гидроцилиндр руле­
вой
Редуктор "Кларк"
880
Шины
передний мост
задний мост
12501000
16001130
13601000
14501230
13301230
1330-
15001200
19201350
16301200
17401470
16001470
16001110
930
13701240
16501490
Таблица 3
Средневзвешенная мощность, потребляемая электродвигателем
ПДМ в зависимости от дальности транспортирования
Дальность транспорти­
рования, м
Средневзвешенная
потребляемая мощ­
ность, к В т
40
60
80
100
120
140
160
180
200
58,9
57,5
56,3
55,5
54,7
54,1
53,6
53,1
52,7
Сравнение относительной мощности (отнесённой к мощно­
сти при нормальной дальности транспортирования -100 м) с данны­
ми относительной нагруженности системы элементов №3 ПДМ,
18
полученными в результате моделирования, при изменении дально­
сти транспортирования в этих же приделах показывает, что расхож­
дение составляет 1-2%. Таким образом, проверка данных моделиро­
вания показывает хорошую их сходимость с экспериментальными
данными.
В результате применения изложенных принципов прогнози­
рования ресурса элементов ПДМ, структура адаптивной системы ТО
и Р машин приобретёт следующий вид (рис. 3).
На основе представленной ранее схемы формирования мас­
сива данных по надёжности и условиям эксплуатации ПДМ, а также
предложенной методики определения нагруженности их систем,
разработана программа на объектно-ориентированном языке про­
граммирования Delphi 6. Программа обладает доступным интерфей­
сом и позволяет прогнозировать ресурс элементов ПДМ с учётом
рассматриваемых условий эксплуатации.
Данные по использованию
ПДМ в различных технологи­
ческих операци51х
Данные по ресурсу элементов
Данные по нагруженности
элементов, отработавших
свой ресурс
Данные по горно­
техническим усло­
виям
I
Определение To/Wcp „, о
1Г
П
Расчёт нагруженности
элементов
Определение Тх
i
Определение W^p^j,,
4
Определение номенклатуры и сроков
saKjTiKH запасных частей
Установление оптималь­
ной CTpjTcrypbi ремонтного
цикла машин
Разработка плановграфиков ППР
Рис. 2. Структура адаптивной системы ТО и Р погрузочнодоставочных машин
19
На основании прогноза по ресурсу элементов ПДМ опреде­
ляются рациональные параметры системы ТО и Р. Проведение пла­
новых ремонтов и технической диагностики, совмещается с ТО, для
проведения которых машина перегоняется в подземные, или нахо­
дящиеся на поверхности ремонтные мастерские.
Предложенные принципы определения параметров адаптив­
ной системы ТО и Р П/Щ отличаются от известных более полным
учётом условий эксплуатации, использованием наряду со статисти­
ческими данными по надёжности данных по нагруженности элемен­
тов в конкретных условиях эксплуатации. Применение данной мето­
дики позволяет корректировать параметры системы ТО и Р при на­
личии небольшого числа статистических данных по ресурсу элемен­
тов машин.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В диссертационной работе приведены разработанные авто­
ром теоретические и практические положения, которые представля­
ют решение актуальной научно-практической задачи оптимизации
структуры и параметров адаптивной системы ТОиР ПДМ, имею­
щей существенное значение для горной промышленности. Результа­
ты выполненных исследований позволяют сделать следующие науч­
ные и практические выводы:
1. Формирование массива данных по надёжности и условиям экс­
плуатации ПДМ должно идти по предложенной схеме, причём
качество и достоверность информации необходимо обеспечи­
вать зависимостью оплаты труда персонала от эффективности
работы машин.
2. В качестве критерия влияния горнотехнических условий экс­
плуатации П7Щ на интенсивность снижения ресурса их элемен­
тов целесообразно принимать нагруженность систем машины.
3. Параметрами горнотехнических условий, которые необходимо
учитьшать при определении интенсивности снижения ресурса
элементов ПДМ, являются: средневзвешенный уклон дороги, ка­
чество дорожного покрытия, средняя дальность транспортирова­
ния, а также характеристики транспортируемой горной массы.
4. Прогнозирование ресурса элементов ПДМ целесообразно про­
водить на основании данных по ресурсу элементов, отработав20
ших свои ресурс на машинах этого же типа, с поправкой на из­
менение эксплуатационных условий.
5. Результаты моделирования показывают, что ресурс элементов
ПДМ, в зависимости от значений параметров горнотехнических
условий эксплуатации, может изменяться на 10-20%.
6. Параметры системы ТО и Р и периодичность проведения техни­
ческой диагностики необходимо устанавливать по результатам
моделирования снижения ресурса элементов ПДМ в рассматри­
ваемых горнотехнических условиях эксплуатации.
По теме диссертации опубликованы следующие работы:
1. Григорьев Е.А. Техническое обслуживание и ремонт погрузоч­
но-доставочных машин с дизельным приводом// Сб. трудов мо­
лодых учёных СПГГИ (ТУ) Вып.7. - СПб.: СПГГИ (ТУ), 2001, с.
137-140.
2. Григорьев Е.А. Опыт эксплуатации погрузочно-доставочных
машин на апатитовых рудниках//Научные и практические во­
просы совершенствования эксплуатации мобильных машин в
современных условиях. Вып. 2. Тез. докл. одноимённого науч.технич. сем. 2000г./ БИТУ. - СПб., 2001, с. 34-37.
3. Григорьев Е.А., Шепелев А.И. Повышение эффективности рабо­
ты погрузочно-доставочных машин в условиях Объединённого
Кировского рудника ОАО "Апатит"// Горные машины и автома­
тика. 2002.№3, с. 25-28.
4. Кулешов А.А., Григорьев Е.А. Прогнозирование ресурса элемен­
тов погрузочно-доставочных машин на основе определения их
эксплуатационной нагруженности// ЗапискиСПГГИ. Т. 152.
СПб., 2002, с. 169-172.
5. /рмгорьевЕ.^. Определение нагруженности элементов погру­
зочно-доставочных машин// Горные машины и автоматика.
2003.№2,с.7-11.
6. Кулешов А.А., Коптев В.Ю., Беликов А.А., Григорьев Е.А., Пан­
ков П.Ю. Современные проблемы пневмоколёсного транспорта
и способы их разрешения// Горные машины и автоматика.
2003.№5,с.2]-25.
21
РИЦ СПГГИ. 26.05.2003. 3.254. Т. 100 экз.
199106 Саню-Петербург, 21-я линия, д.2
I» 1 0 5 7 2