Сервисное обеспечение эксплуатации шахтных погрузочных машин и проходческих комбайнов избирательного действия

Актуальность работы. В настоящее время проведение подготовительных выработок на шахтах Российского Донбасса занимает значительный объем от всех выполняемых горных работ. Наряду с проведением выработок на уже существующих шахтах, ведется строительство двух новых, две шахты находятся на стадии проектирования. Так, в 2009 г. на шахтах региона пройдено 25 600 м.

— у подготовительных выработок со средним сечением 14м", из них 34% с применением проходческих комбайнов избирательного действия, остальные — буровзрывным способом с применением погрузочных машин.

Основной парк проходческой техники для разрушения и погрузки горной массы состоит на 85% из машин производства ОАО «Копейский машиностроительный завод» (проходческие комбайны КП21−1шт., 1ГПКС-4шт., погрузочные машины 2ПНБ2−24шт.) — остальная техника производства машиностроительных заводов Украины. Комбайновый способ проходки менее затратный и его все чаще применяют в регионе, но наличие пород крепостью свыше 8 единиц по шкале проф. М. М. Протодьяконова предопределяет применение буровзрывного способа.

Сервисное обеспечение эксплуатации техники — многофакторная задача. Наиболее важными составляющими сервиса горно-шахтных машин являются техническое обслуживание, своевременное обеспечение запасными частями и комплектующими изделиями на протяжении жизненного цикла машины. Развитие сервисных подразделений по обслуживанию горно-проходческой техники сегодня выходит на первое место. Конкуренция диктует угольной отрасли требования по минимизации себестоимости продукции без ущерба для производства. Прогнозирование рынка запасных частей должно стать важным направлением снижения себестоимости горнопроходческих работ за счет сокращения времени простоя техники в ремонте.

При расчете необходимого количества запасных частей для проведения технических обслуживаний и ремонтов горнопроходческой техники, как правило, используется нормативная документация, не всегда учитывающая агрессивные условия проведения работ в регионе. При нормативном сроке полезного использования — 5 лет, машины 2ПНБ2 и 2ПНБ2Б отрабатывают назначенный ресурс за 1,5 года. Капитальные ремонты машин проводят в среднем после 18 и 30 месяцев эксплуатации, а после 42 месяцев машина ремонту не подлежит. Кроме того, при планировании приобретения и поставок запасных частей, предприятия-потребители и заводы-изготовители в настоящее время не учитывают объективные законы формирования рынка в условиях экономической неопределенности. Не используются статистические данные о фактических показателях надежности машин, объемах и номенклатуре поставок запасных частей в данный регион во взаимосвязи с конкретными горно-геологическими условиями и сложившейся системой организации сервиса.

Таким образом, разработка и реализация методов прогнозирования рынка запасных частей, обеспечивающих снижение себестоимости проходческих работ за счет сокращения времени простоев машин в ремонте, на основе результатов статистических исследований эксплуатации погрузочных машин и проходческих комбайнов избирательного действия, является актуальным.

Соответствие диссертации плану работ ЮРГТУ (НПИ) и целевым комплексным программам. Диссертационная работа входит в состав исследований по научному направлению: «Интенсивные ресурсосберегающие методы и средства разработки угольных пластов, использование углей и охрана труда», утвержденному решением Ученого Совета ГОУ ВПО ЮРГТУ (НПИ) от 25.01.01 г., и выполнена в рамках темы П-53−767 — «Исследование рабочих процессов и совершенствование конструкций горнопроходческих машин», проводимых кафедрами «Сервис транспортных и технологических машин» и «Технологические машины и оборудование» в рамках НИР Шахтинского института (филиала) ГОУ ВПО ЮРГТУ (НПИ).

Цель работы. Повышение эффективности эксплуатации шахтных погрузочных машин и комбайнов избирательного действия за счет снижения затрат на поддержание их работоспособного состояния путем оптимизации объемов и унификации номенклатуры запасных частей.

Идея работы. Определение объемов и номенклатуры запасных частей шахтных погрузочных машин и комбайнов избирательного действия основывается на методе прогнозирования в условиях неопределенности с учетом статистических данных о фактических показателях надежности машин и объемах поставок запасных частей в данный регион.

Научные положения, разработанные лично соискателем: при организации сервисного обеспечения эксплуатации шахтных погрузочных машин и комбайнов избирательного действия необходимо учитывать два массива статистических данных, характеризующих их эксплуатационные свойства в заданных горногеологических условиях, а именно: фактические показатели надежности и среднестатистические объем и номенклатуру поставок машин и запасных частей в регионпри эксплуатации горно-проходческих машин в подготовительных выработках сечением от 10 до 30 м~, прочностью вмещающих пород на одноосное сжатие до 120 МПа и показателем абразивности до 15 мг, затраты на запасные части, необходимые и достаточные для поддержания машин в работоспособном состоянии в период жизненного цикла, к стоимости машины в целом, находятся в пределах: 35−100% для погрузочных и буропогрузочных машин, 20−40% для комбайнов среднего класса и 6−10%) для тяжелых комбайновопределение рационального соотношения объемов и номенклатуры запасных частей к парку проходческой техники в регионе целесообразно осуществлять на основе методов прогнозирования в условиях неопределенности с учетом статистических данных о фактических показателях надежности и объемах поставок запасных частей.

Новизна научных положений состоит в том, что:

— использование двух независимых массивов статистических данных при организации сервисного обеспечения эксплуатации горнопроходческой техники позволяет устанавливать взаимосвязь между плановыми и фактическими поставками запасных частей с последующей оптимизацией их объемов и номенклатуры;

— соотношения затрат на запасные части, необходимые и достаточные для поддержания машин в работоспособном состоянии в период жизненного цикла, получены в результате проведения длительных производственных исследований в масштабах одного угольного региона, обладающего схожими горно-геологическими условиями, и взаимоувязаны с объемами машин, запасных частей и их номенклатурой;

— применение методов прогнозирования объемов и номенклатуры запасных частей, основанных на использование теории статистических решений в условиях неопределенности, применительно к горнопроходческой технике, позволяют определять оптимальный вариант на основе сравнения издержек приобретения, хранения запаса и дефицита запасных частей с учетом фактического технического состояния машины.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждаются применением современных апробированных методов исследований: анализом научно-исследовательских работ по теме диссертации;

— достаточным объемом наблюдений за эксплуатацией и сервисным обеспечением горно-проходческих комбайнов 1ГПКС, КП21, погрузочных и буропогрузочных машин 1ПНБ2, 2ПНБ2, 2ПНБ2Б в подготовительных забоях с крепостью вмещаемых пород от 6 до 12 единиц по шкале проф. М. М. Протодьяконова;

— статистических методов обработки результатов исследований и планирования вычислительных экспериментов, выполненных с использованием современных ЭВМ и программных продуктов;

— адекватностью теоретических моделей реальному процессу (расхождение расчетных и опытных данных в большинстве случаев не превышает 10%) — достаточностью объема экспериментальных данных при доверительной вероятности 0,9 и относительной ошибке не более 10%.

Значение работы. Научное значение работы состоит: в научном обосновании и доказательстве возможности повышения эффективности шахтных погрузочных машин и проходческих комбайнов избирательного действия путем оптимизации сервисного обеспечения эксплуатации, с использованием методов прогнозирования в условиях неопределенности, на основе статистических данных о фактических показателях надежности и поставках запасных частей.

Практическое значение работы заключается в том, что:

— применение методики определения объемов и номенклатуры запасных частей шахтных погрузочных машин и комбайнов избирательного действия, необходимых и достаточных для поддержания оборудования в работоспособном состоянии, позволяет обоснованно планировать графики их изготовления и поставок заводу-изготовителю в течение разных периодов времени;

— применение принципов унификации при разработке и создании горпо-проходческих машин на основе модульной компоновки позволит снизить затраты на поддержание их работоспособного состояния за счет уменьшения номенклатуры запасных частей.

Реализация работы. Основные положения и результаты диссерта-ционной работы внедрены в ОАО «Копейский машиностроительный завод», на шахте «Алмазная» ОАО «Угольная кампания «Алмазная» и используются при планировании объемов и номенклатуры запасных частей, необходимых для поддержания техники в работоспособном состоянии. Работа выполнена в Шахтинском институте (филиале) ГОУ ВПО ЮРГТУ (НПИ).

Апробация работы. Основные положения и результаты исследований доложены и одобрены на научно-практических конференциях Шахтинского института ГОУ ВПО ЮРГТУ (НПИ) (2004;2009 гг.) — на симпозиуме «Неделя горняка» г. Москва (20 092 010гг.) — на IX международной научно-практической конференции «Информационно-вычислительные технологии и их приложения» г. Пенза (2008г.) — на VIII международной научно-практической конференции «Освоение минеральных ресурсов Севера: проблемы и решения», г. Воркута (2010 г.), на научных семинарах кафедры «Сервис транспортных и технологических машин».

Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 научных работ, в том числе 3 статьи в рецензируемом научном журнале, рекомендуемом ВАК России.

Объём и структура диссертации. Работа изложена на 220 страницах с рисунками и таблицами. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и приложений, включая литературный обзор. Список цитированной литературы содержит 64 наименования.

2.3.1 Основные результаты наблюдений за надежностью погрузочных машин типа ПНБ.

Журналы наблюдения за надежностью шахтных погрузочных машин приведены в приложении 2. Ниже приведены среднестатистические данные по отказам основных узлов (табл 2.7, рис. 2.15).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

В диссертации решена актуальная научно-техническая задачаповышение эффективности эксплуатации шахтных погрузочных машин и комбайнов избирательного действия за счет снижения затрат на поддержание работоспособного состояния путем оптимизации объемов и унификации номенклатуры запасных частей на основе прогнозирования в условиях неопределенности с учетом статистических данных о фактических показателях надежности и поставках запасных частей.

Основные научные выводы и практические результаты исследований заключаются в следующем:

1. Сервисное обеспечение эксплуатации горно-шахтного оборудования является неотъемлемой частью жизненного цикла машин и включает в себя информационные, организационные и технические мероприятия с целью поддержания техники в работоспособном состоянии. Выбор объемов и номенклатуры запасных частей, графиков их поставок производится на основании результатов исследований показателей надежности, в том числе наработок на отказ, среднего времени восстановления работоспособного состояния, без учета реальных технических возможностей и текущего экономического состояния заводов — изготовителей.

2. Экспериментально установлено, что при эксплуатации горнопроходческих машин в подготовительных выработках по породам сечением от 10 до 30 м~, прочностью вмещающих пород на одноосное сжатие до 120 МПа и показателем абразивности до 15 мг, соотношение затрат на запасные части, необходимые и достаточные для поддержания машин в работоспособном состоянии в период жизненного цикла, к стоимости машины в целом, находится в пределах: 35%-100% для погрузочных и буропогрузочных машин, 20%-40% для комбайнов среднего класса и 6%-10% для тяжелых комбайнов.

3. В результате проведенных исследований сделан следующий вывод: количество запасных частей, необходимых для полного удовлетворения потребностей предприятий при проведении технического обслуживания и ремонтах буропогрузочных машин.

2ПНБ2Б, в три раза превышает количество фактических их поставок в регион.

4. Приоритетными направлениями повышения эффективности сервисного обеспечения шахтных погрузочных машин и проходческих комбайнов избирательного действия приняты оптимизация объемов, номенклатуры и сроков поставок запасных частейунификация узлов и сборочных единиц машин.

5. Методика прогнозирования объемов и номенклатуры запасных частей основывается на статистических данных о фактических показателях надежности, объемах поставок запасных частей и расчете риска в условиях неопределенности.

6. Минимизация затрат на эксплуатацию вновь создаваемых горно-проходческих машин также достигается применением унифицированных сборочных единиц, входящих в состав выпускаемой проходческой техники, обладающих повышенными показателями надежности, на основе модульной компоновки.

7. С целью определения ожидаемых технико-экономических показателей осуществлено компьютерное моделирование процесса взаимодействия проектируемой погрузочной машины с погружаемым материалом, подтвердившее возможность практической реализации принципов модульной компоновки.

8. Результаты исследований в виде методики прогнозирования оптимального количества запасных частей и графиков их поставок нашли практическое применение в работе ОАО «Копейский машиностроительный завод» и шахты «Алмазная» ОАО «Угольная кампания «Алмазная» при составлении планов материального обеспечения проходческих работ и изготовления деталей в 2010 г. При средних темпах проведения подготовительных выработок 180 м в месяц сечением 14 м² годовой экономический эффект составит 1,06 млн руб. в год или 35 руб./мЗ.

Один из вариантов компоновки шахтной погрузочной машины на базе ходовой тележки комбайна 1ГПКС, конвейера буропогрузочной машины МПНБ и погрузочного органа проходческого комбайна КП21 принят ОАО «КМЗ» для предпроектной проработки.