Совершенствование системы технического обслуживания и ремонта карьерных экскаваторов типа механическая лопата в условиях северных регионов России: На примере разреза «Нерюнгринский» ОАО ХК «Якутуголь»

В настоящее время Восточная Сибирь, Дальний Восток, в том числе и Республика Саха (Якутия) представляет собой мощные экономические регионы с развитой инфраструктурой, обладающие крупными запасами угля различных марок. Эти регионы характеризуются суровыми климатическими условиями, обозначаемыми в диссертационной работе «северными». Добыча угля ведется в основном открытым способом и общая мощность угольных разрезов в этих регионах составляет более 100 млн.т., [40]. Открытый способ угля в перспективе должен развиваться опережающими темпами и в 2010 г. его уровень, в России, должен составить 200−230 млн.т. или 70% общей угледобычи [118].

Анализируя современное техническое состояние разрезов, следует отметить, кризисное состояние парка основного технологического оборудования, в первую очередь, наиболее металлоемкого — экскаваторного парка, определяющего технический уровень и технико-экономические показатели [119].

Развитие разработки полезных ископаемых в районах Сибири и Крайнего Севера ставит задачи дальнейшего повышения надежности и ремонтной технологичности карьерного оборудования. Сложные горнотехнические условия, наличие вибрации, повышенная влажность и запыленность воздуха, резкие колебания температуры, смерзаемость грунта, и как следствие повышение нагрузок, приводят к снижению производительности и повышению трудоемкости работ по техническому обслуживанию и ремонту экскаваторов.

На горных предприятиях широко используются карьерные экскаваторы с ковшом вместимостью от 4,6 до 40 м³. Наряду с отечественными экскаваторами ЭКГ-8И, ЭКГ-12,5, ЭКГ-15, ЭКГ-20 находят применение и экскаваторы фирмы «Marion» марки М-201 с вместимостью ковша 16 м³, и М-301 с вмео стимость ковша 40 м. В конце 2002 начался монтаж дизель-электрических о экскаваторов РС-5500 с вместимостью ковша 23 м. Наличие таких экскаваторов на разрезе «Нерюнгринский» обусловлено переходом на высокопроизводительную технику, единичной мощности.

Вместе с тем поддержание высоких темпов развития открытых горных работ на угольных разрезах сдерживается низкой эффективностью использования карьерных экскаваторов, которые под влиянием многочисленных факторов простаивают от 40 до 50% календарного времени, в том числе по техническим причинам 14−27%. Фактические простои в ремонте более чем в 3 раза превышают нормативные, что объясняется недостаточной надежностью и низкой эффективностью системы технического обслуживания и ремонта машин. Так, расходы на содержание и ремонт оборудования в северных районах в 2−6 раз превышают аналогичные расходы в средней полосе страны [111].

На ремонт оборудования, являющегося самым трудоемким вспомогательным процессом на открытых разработках, расходуются до трети всех затрат на добычу полезного ископаемого. Ремонтом занято 18−30% списочного состава рабочих. Уровень механизации ремонтных работ очень низок, до 76% затрат труда приходится на операции, выполняемые вручную [59, 60].

Опыт эксплуатации карьерных экскаваторов в зимний период, при наличии суровых климатических условий показывает, что количество аварийных остановок существенно возрастает.

Острота проблемы повышения надежности и ремонтной технологичности карьерных экскаваторов обуславливается также: поточным характером производства, где одноковшовые карьерные экскаваторы в большинстве случаев являются ведущими машинами всего технологического комплексаопережающим усложнением конструкций карьерных экскаваторов (механических, электрических, гидравлических систем) по сравнению с внедрением современных методов повышения надежности сложных систем управления в практику экскаваторостроенияувеличением числа карьерных экскаваторов, работающих в районах с низкими температурами (районы Заполярья, республики Саха, Сибири, Дальнего Востока) — низкой надежностью и малыми сроками службы деталей и узлов значительной части карьерных экскаваторов, что вызывает неоправданно большие трудовые и материальные затраты. Положение усугубляется значительной изношенностью экскавационного оборудования, многие образцы которого уже исчерпали свои нормативные сроки. Совокупность указанных факторов приводит к снижению объемов и экономических показателей горного производства.

Угольные предприятия Северных регионов России, особенно угольный разрез «Нерюнгринский», выдвигают, как первоочередную, задачу снижения негативного влияния указанных факторов и повышение эффективности горного производства на этих предприятиях. Среди возможных путей решения этой задачи, одним из основных направлений, является совершенствование системы технического обслуживания и ремонта (далее — ТОиР) карьерных экскаваторов [12]. Сама по себе система ТОиР оборудования характеризуется его ремонтной технологичностью, под которой понимается совокупность конструктивных свойств рассматриваемого оборудования и организационно-технологических особенностей горного производства, в соответствии с которыми осуществляется ТОиР. Количественно ремонтная технологичность оценивается затратами времени, труда и материальных средств на выполнение ремонтов. Поэтому представленная диссертационная работа, направленная на совершенствование системы ТОиР, за счет повышения ремонтной технологичности карьерных экскаваторов эксплуатируемых в Северных регионах России, является весьма актуальной научной задачей.

Целью настоящей работы является повышение надежности и совершенствование системы ТОиР карьерных экскаваторов, эксплуатируемых в условиях Северных регионах России.

Идея работы заключается в выявлении наиболее значимых показателей ремонтной технологичности карьерных экскаваторов и определении степени их влияния на выполнение экскаваторами их основного функционального назначения.

Задачи исследований:

• Анализ эксплуатационных показателей работы карьерных экскаваторов, работающих в условиях Северных регионах России;

• Выбор наиболее рациональной методики и оценка уровня ремонтной технологичности карьерных экскаваторов, эксплуатируемых в условиях Северных регионах России;

• Исследование факторов, влияющих на ремонтную технологичность карьерных экскаваторов, эксплуатируемых в условиях Северных регионах России, и определение их рациональных значений;

• Разработка и экономическое обоснование комплекса мероприятий, направленных на совершенствование системы ТОиР, а также повышение коэффициента технического использования карьерных экскаваторов;

• Разработка конструктивно-технических решений обеспечивающих снижение трудоемкости и затрат времени на ремонт отдельных узлов карьерных экскаваторов, в том числе на устранение намерзания горной массы на элементы конструкции.

Методы исследований, использованные в работе:

• Проведение мониторинга функционирования карьерных экскаваторов на разрезе «Нерюнгринский» и анализ его результатов с использованием математического аппарата теории вероятностей и математической статистики;

• оценка ремонтной технологичности карьерных экскаваторов и выявление путей ее повышения на основе предложенной в работе аналитической методики;

• пассивные и активные методы экспериментальных исследований при про6 мышленной апробации разработанного комплекса мероприятий по повышению ремонтной технологичности карьерных экскаваторов;

• теоретические и экспериментальные исследования прочности сцепления мерзлой горной породы с металлической поверхностью.

Научные положения, выносимые на защиту:

1. Математическая модель оценки уровня ремонтной технологичности карьерных экскаваторов, разработанная на основе анализа показателей трудоемкости, продолжительности и стоимости их ремонтов.

2. Аналитические зависимости, связывающие единичные и комплексный показатели ремонтной технологичности карьерных экскаваторов с горнотехническими и климатическими условиями горного производства в Северных регионах России.

3. Методика повышения коэффициентов технического использования карьерных экскаваторов за счет оптимизации системы ТОиР в Северных регионах России.

4. Модель процесса нагрева двухкомпонентной среды «мерзлая горная порода — металлическое основание» позволяющая определять рациональные параметры процесса термоконтактного нагрева для тепловой очистки металлических поверхностей карьерных экскаваторов от намерзшей горной массы во время проведения их ремонтов.

Обоснование и достоверность научных положений, выводов рекомендаций подтверждаются:

• представленным объемом статистической информации (около 20 единиц карьерных экскаваторов на протяжении 5 лет хронометражных наблюдений);

• сходимостью результатов теоретических и экспериментальных исследований с доверительной вероятностью 0,8-Ю, 95 при относительных ошибках 0,1-Ю, 2, установленных на основе апробированных методов теории вероятностей и математической статистики;

• положительными результатами внедрения в ОАО ХК «Якутуголь» разработанного комплекса мероприятий по повышению долговечности и ремонтной технологичности карьерных экскаваторов.

Научная новизна работы, применительно к условиям Северных регионов России, заключается в следующем:

• установлены качественные и количественные зависимости основных показателей ремонтной технологичности (продолжительности проведения 111 IP, их трудоемкости и стоимости) карьерных экскаваторов от горнотехнических и климатических условий горного производствавыявлены закономерности влияния показателей ремонтной технологичности карьерных экскаваторов на основной функциональный критерий — эксплутационную производительностьвыявлена количественная зависимость коэффициента технического использования карьерных экскаваторов от фактических сроков их службыустановлены качественные и количественные критерии предельных состояний эксплуатируемых узлов (сборочных единиц) карьерных экскаваторов 301-М фирмы «Marion» — установлена графическая зависимость при нагреве двухкомпонентной среды «мерзлая горная порода — металлическое основание» — впервые разработаны рекомендации по повышению уровня ремонтной технологичности карьерных экскаваторов, эксплуатируемых в условиях Северных регионов России.

Личный вклад автора состоит: в сборе и обработке достаточно большого статистического материала по эксплуатации карьерных экскаваторовв разработке математической модели оценки влияния показателей ремонтной технологичности карьерных экскаваторов на их основные функциональные показатели: эксплутационную производительность и степень технического использования карьерных экскаваторовв установлении количественных зависимостей ремонтной технологичности карьерных экскаваторов, работающих на разрезе «Нерюнгринский» ОАО ХК «Якутуголь», от горно-геологических и климатических условий эксплуатациив представлении трудоемкости технического обслуживания и ремонта карьерных экскаваторов в виде технически обоснованных показателей, учитывающих квалификацию исполнителей и зависящих от вместимости ковша карьерного экскаватора, горнотехнических и климатических условий, а также возраста горной машиныв оптимизации поэтапной системы ТОиР, способствующей рациональному проведению ремонтов карьерных экскаваторов, повышению эффективности их использования в условиях Северных регионов Россиив разработке «Технологических карт по ремонту сборочных единиц карьерного экскаватора 301-М фирмы «Marion» — в определении рациональных параметров процесса термоконтактного нагрева для теплового способа очистки узлов карьерных экскаваторов от намерзшей горной массы при проведении вспомогательных и ремонтно-восстановительных работ в условиях отрицательных температур.

Практическая ценность работы подтверждается разработкой и реализацией на разрезе «Нерюнгринский» ОАО ХК «Якутуголь» рекомендаций по повышению уровня ремонтной технологичности карьерных экскаваторов.

Реализация выводов и рекомендаций работы заключается в том, что усовершенствованная в диссертационной работе поэтапная система ТОиР и комплекс рекомендаций по повышению уровня ремонтной технологичности карьерных экскаваторов были приняты в ОАО ХК «Якутуголь» и реализованы с годовым эффектом около 11 млн руб. (в ценах 2003 года), материалы диссертационной работы используются в учебном процессе Технического Института (филиала) Якутского Государственного Университета г. Нерюнгри при чтении курса лекций, выполнении контрольных и курсовых работ по дисциплинам «Эксплуатация и ремонт карьерного оборудования» .

Апробация работы. Основное содержание работы, отдельные ее положения и результаты были доложены и обсуждены: на техническом совете разреза «Нерюнгринский» ОАО ХК «Якутуголь» — на техническом совете ОАО ХК «Якутуголь» — на Научном семинаре Технического Института (филиала) Якутского Государственного Университетана IV региональной научно-практической конференции молодых ученых, аспирантов и студентов (Нерюн-гриТИ (ф)ЯГУ, 2003 г.) — на республиканской конференции «Пути решения актуальных проблем добычи и переработки полезных ископаемых» (ЯкутскЯГУ, 2003 г.) — на X Международной научно-практической конференции «Сиб-ресурс — 2004» (Кемерово, 2004г) — на научно-практической конференции «Иго-шинские чтения» (Иркутск, 2004г).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 печатных работ.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, 5-и глав, заключения, списка литературы и приложений. Общий объем составляет 144 страницы, включая 34 рисунка и 31 таблицу, список использованной литературы из 128 наименований и приложений на 9 страницах.

5.6. Выводы.

1. Переход на предлагаемую поэтапную систему ТОиР позволил более рационально распределить объемы ремонтных работ, повысить качество проводимых ремонтов, уменьшить количество аварийных ремонтов, в результате чего сократить простои в ремонтах на 18%.

2. Использование при ремонтах «Технологических карт на ремонт сборочных единиц экскаваторов 301-М» позволило сократить время нахождения карьерных экскаваторов в плановых ремонтах на 24%, за счет:

• пооперационного описания ремонтных технологических процессов демонтажа, разборки, сборки и монтажа механизмов карьерного экскаватора;

• применения стандартного инструмента, пооперационно установлена целесообразность применения и разработки специальных приспособлений и инструментов;

• приведения сведений о количестве исполнителей, а также сведений о сложности (разряде) и трудоемкости выполняемых работ.

3. При проведении регулярных технических осмотров, зная количественные и качественные критерии предельных состояний узлов, можно оценить общее их состояние, тем самым предупредить аварийные простои и снизить время нахождения карьерных экскаваторов в плановых простоях (на 14%), повысить надежность карьерных экскаваторов, улучшить их приспособленность к техническому обслуживанию и ремонту.

4. Разработанный и внедренный на разрезе «Нерюнгринский» ОАО ХК «Якутуголь» комплекс научно-обоснованных организационно-технических мероприятий по совершенствованию системы ТОиР, за счет повышения уровня ремонтной технологичности карьерных экскаваторов, позволил получить в 2003 году реальный экономический эффект в размере 11 млн руб. Комплексный показатель ремонтной технологичности увеличился в среднем на 12%.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

В диссертационной работе предложено новое решение актуальной научно-технической задачи — совершенствование системы ТОиР карьерных экскаваторов типа механическая лопата, что позволит повысить эффективность их использования на горных предприятиях Северных регионов России.

Результаты теоретического анализа и экспериментальных исследований, полученные в процессе работы, позволили сформулировать следующие выводы:

1. Установлено, что коэффициент технического использования календарного времени карьерных экскаваторов находится в пределах 0,2−0,55, а простои в плановых и неплановых ремонтах достигают 32% от общего фонда рабочего времени, что обуславливается низким уровнем надежности и ремонтной технологичности, сложными горно-геологическими и жесткими климатическими условиями их эксплуатации, несовершенством действующих систем ТоиР при отсутствии научно-обоснованных нормативов на ремонт карьерных экскаваторов в условиях Северных регионов России.

2. На основе предложенной математической модели оценки ремонтной технологичности карьерных экскаваторов разработана методика, позволяющая производить оценку уровня ремонтной технологичности карьерных экскаваторов различных типоразмеров по единичным и комплексному показателям с учетом трудоемкости, продолжительности и стоимости их ремонтов. Расчетные значения комплексных показателей ремонтной технологичности составили: для карьерных экскаваторов ЭКГ-15, ЭКГ-20, 201-М, 301-М, соответственно 0,497- 0,431- 0,446- 0,996.

3. Выявлены внешние факторы, наиболее влияющие на уровень ремонтной технологичности карьерных экскаваторов: вместимость ковшаприродно-климатические и горнотехнические условия работы оборудованияпрофессиональная подготовленность персоналасрок эксплуатации экскаваторов. Выявлены закономерности влияния показателей ремонтной технологичности карьерных экскаваторов на основной функциональный критерий карьерных экскаваторов — их эксплутационную производительность.

4. Обоснован переход на разработанную поэтапную систему ТОиР, позволяющую более рационально распределить объемы ремонтных работ, повысить качество проводимых ремонтов, уменьшить количество аварийных ремонтов, в результате чего сократить простои карьерных экскаваторов в плановых ремонтах на 18%.

5. Разработаны «Технологические карты на ремонт сборочных единиц карьерных экскаваторов 301-М фирмы «Marion» позволившие сократить время нахождения карьерных экскаваторов в плановых ремонтах до 24%, за счет:

• пооперационного описания ремонтных технологических процессов демонтажа, разборки, сборки и монтажа механизмов карьерного экскаватора;

• применения стандартного и нестандартного инструмента, поопера-ционно установлена целесообразность применения и разработки специальных приспособлений и инструментов;

• приведения сведений о количестве исполнителей, а также сведений о квалификации (разряде) и трудоемкости выполняемых работ.

6. Установлена графическая зависимость при нагреве двухкомпонентной среды «мерзлая горная порода — металлическое основание» и предложен термоконтактный способ очистки деталей карьерных экскаваторов от намерзшей горной массы ввиду его высокой эффективности, универсальности и надежности при проведении вспомогательных и ремонтно-восстановительных работ в условиях отрицательных температур, что позволило сократить время нахождения карьерных экскаваторов в аварийных ремонтах на 14%.

7. Предложен ряд конструктивных изменений, внедрение которых позволило сократить простои карьерных экскаваторов в ремонтах на 12%.

8. Разработанный и внедренный на разрезе «Нерюнгринский» ОАО ХК «Якутуголь» комплекс научно-обоснованных организационно-технических мероприятий по совершенствованию системы ТОиР, за счет повышения уровня ремонтной технологичности карьерных экскаваторов, позволил получить в 2003 году реальный экономический эффект в размере 11 млн руб. Комплексный показатель ремонтной технологичности увеличился в среднем на 12% (приложение 5).