Разработка способа диагностики и исследование процесса изнашивания подшипников качения карьерных экскаваторов

Основными направлениями экономического и социального развития СССР на 1981;1985 годы и на период до 1990 года", утверждёнными ХХУ1 съездом КПСС предусмотрено дальнейшее развитие добычи руд чёрных, цветных металлов и угля открытым способом /I/.

Интенсификация добычи полезных ископаемых открытым способом требует дальнейшего совершенствования горных машин, повышения их производительности, надёжности и долговечности, а следовательно, и коэффициента технического использования.

Одним из наиболее распространённых средств механизации добычи полезных ископаемых открытым способом являются карьерные экскаваторы. С каждым годом экскаваторный парк страны увеличивается, что способствует увеличению добычи полезных ископаемых. Такой путь увеличения прироста добычи полезных ископаемых является экстенсивным, однако более эффективной представляется интенсификация использования уже имеющегося парка экскаваторов. В настоящее время коэффициент технического использования карьерных экскаваторов в среднем по стране составляет 0,6 /84/, а на карьерах КМА Минчермета СССР не поднимается вше 0,56. Одним из основных резервов повышения коэффициента технического использования экскаваторов является снижение длительности проведения их технического обслуживания и ремонтов (ТО и Р), а также уменьшение простоев их в неплановых ремонтах по причине внезапных отказов.

Нагруженность основных приводов карьерных экскаваторов существенно зависит от физико-механических свойств разрабатываемых пород. В большинстве случаев на карьерах Минчермета СССР приходится разрабатывать скальные породы и тяжёлые руды пятой и шестой категорий по ЕНВ-79 (карьеры КМА). Плотность таких пород в целике находится в пределах 2,5.4,5 т/м3, а их удельное сопротивление копанию изменяется в пределах 0,5.Л МПа. Используемое в настоящее время оборудование, не расчитано на такие крепкие породы, поэтому велики простои экскаваторов в неплановых ремонтах. Непланируемые простои, связанные с поломкой механической части карьерных экскаваторов, например по Михайловскому ГОКу составляют 15 $ от плановых простоев в ТО и Р, а для экскаваторов ЭКГ-8И данный показатель достигает 25 $.

Действующая в большинстве горных предприятий система ТО и Р предполагает, что все детали экскаватора вырабатывают свой ресурс примерно одинаково и поэтому предусматривает их принудительную одновременную замену независимо от степени фактического износа, Это приводит к недоиспользованию ресурса отдельных деталей и сборочных единиц, что значительно повышает стоимость ТО и Р, а также вызывает нежелательные явления приработки вследствие их частой разработки и сборки, что увеличивает время простоя экскаваторов в ремонте до 20.25 $ календарного фонда времени /84/.

Определение сроков замены деталей и узлов оборудования невозможно без выявления их технического состояния и остаточного ресурса. Необходимо также иметь сведения о режимах процесса изнашивания элементов, причинах отказов и их периодичности в зависимости от конкретных условий работы данной машины. Сбор таких статических данных требует больших временных затрат и не отвечает современным темпам развития техники, т.к. за сравнительно небольшие промежутки времени в производство вводятся новые более прогрессивные модели и модификации добычного и вс1фышного оборудования, характеризующиеся другими режимами эксплуатации.

Расчётные методы не позволяют с достаточной степенью точности оценить техническое состояние той или иной детали, т.к. невозможно учесть все особенности вида и характера выполняемых работ конкретной машиной. Во всех ранее предлагаемых расчётных методах имеется много допущений, которые, в конечном итоге, приводят к большим погрешностям.

Всё выше сказанное свидетельствует о том, что назрела необходимость изыскания дифференциированных критериев оценки технического состояния деталей карьерных экскаваторов, учитывающих конкретные условия их работы. Это возможно установить только диагностическими методами, которые позволяют выявить характер и причины интенсификации процесса изнашивания, его динамику, и как следствие назначать более конкретные сроки ремонтов в зависимости от технического состояния элементов механизмов, сократить число внезапных отказов, а следовательно, повысить не только коэффициент технического использования, но и надёжность горных машин.

Методы исследований, принятые в настоящей диссертационной работе включают теоретические и экспериментальные исследования, направленные на решение задач по изучению процессов трения и изнашивания подшипников качения*горных машин и в частности карьерных экскаваторов типа прямая лопата. Исследование проведено на основе применения современных средств диагностики: метода поверхностной активации и виброакустического метода.

Разработаны математическая модель процесса изнашивания и способ контроля технического состояния подшипников качения карьерных экскаваторов.

I. Постановка задач исследования и выбор методов контроля износа подшипников качения карьерных экскаваторов.

Выводы.

1. Наиболее информативным диагностическим сигналом, характеризующим техническое состояние подшипников качения по их радиальному зазору, являются вибрации, возникающие в результате прецессии вала в подшипнике при перекатывании внутреннего кольца по телам качения.

2. Износ любого подшипника качения карьерного экскаватора можно определить виброакустическим методом с использованием универсальной тарировочной прямой с погрешностью не более 15%,.

5. Рекомендации по техническому обслуживанию, замене и регулировке подшипников качения карьерных экскаваторов.

5.1. Рекомендации по замене картерной смазки редукторов карьерных экскаваторов.

Картерная смазка редукторов карьерных экскаваторов в короткий срок обильно загрязняется абразивными частицами ввиду повышенной запылённости атмосферы в карьере и недостаточной эффективности применяемых уплотнений. В летние. месяцы интенсивность поступления пыли в узлы редукторов экскаватора на Михайловском ГОКе повышается в 1,3.1,5 раза по сравнению с зимним периодом.

Накопление абразива в картере редуктора более 1,8.2,0% от веса смазки в контрольной пробе приводит к повышенным скоростям изнашивания подшипников качения, что вызывает их преждевременный отказ.

Наблюдения, проведённые на МГОКе показали, что процесс накопления абразивных частиц в картерной смазке редукторов экскаватора ЭКГ-8И после её полной замены носит прогрессирующий характер (см. приложение 4 и рис. 5.1) и неодинаков для разных механизмов, расположенных в местах различной запылённости.

В целях продления срока службы подшипников качения рекомендуется периодически и полностью заменять смазку основных редукторов карьерных экскаваторов. В засушливые летние периоды, когда содержание абразивных частиц в атмосфере карьера увеличивает-, ся, замены смазки следует делать в 1,2.1,3 раза чаще, чем в зимние месяцы.

При замене смазки обычно не удаётся полностью удалить из картера редуктора абразивные частицы (см. табл. 4 приложения и рис. 5.1). Рекомендуется•осуществлять специальные мероприятия по удавеиивое содержание примесей.

Рис. 5.1. Кривые накопления абразивных примесей в картерной смазке редукторов экскаватора ЭКГ-8И.

I — редуктор механизма передвижения- 2 — редуктор лебёдки напора;

3 — редуктор механизма поворота- 4 — редуктор лебёдки подъёма. ?^ лению с остатками масла абразивного отстоя, который накапливается в виде сгустков на дне и в пазах стенок редуктора после слива масляной ванны. Слив смазки необходимо производить сразу же после остановки экскаватора во избежание загустения смазки и оседания абразивного осадка на дно картера редуктора.

Основываясь на результатах проведённых нами исследований и используя положение о ТО и Р механического оборудования предприятий системы Минчермета СССР /15/, предлагаются следующие сроки полной замены смазки основных редукторов карьерных экскаваторов типа ЭКГ-8И: редукторы механизмов подъёма и поворота ковшасмена смазки через каждые четыре текущих ремонта Тт (240 суток) — редуктор механизма напора (если он вынесен за пределы машинного отделения) — каждый текущий ремонт Tg (180 суток) — редуктор механизма передвижения — через каждые два текущих ремонта Tj (120 суток).

Примечание: указанные сроки замены смазки не учитывают время простоя экскаваторовпринимается, что вместе с заменяемой смазкой полностью удаляются из картера редуктора абразивные частицы.

Экономическое обоснование указанных сроков замены смазки редукторов обосновано сравниванием годовых затрат на замену смазки и годовых убытков, связанных с непланируемыми простоями экскаваторов по причине внезапных отказов подшипников качения.

По Михайловскому ГОКу, например, средний годовой простой одного экскаватора по причине внезапных отказов подшипников качения составляет около 2,7 смены. При среднесменной производительности экскаватора ЭКГ-8И 4873 т/смену, годовые потери руды составят около 13 148 тонн, что при учёте только себестоимости экскавации руды (0,08 руб/т) приведёт к убытку порядка 1050 руб/ год. В среднем по каждому экскаватору ЭКГ-8И по МГОКу отказывают раньше положенного срока четыре подшипника качения в год общей усреднённой стоимостью 155 руб., а условное время их замены узловым методом составит приблизительно 14,5 часа. При условии выполнения указанных работ бригадой из четырёх человек расходы на ремонт составят 104,5 руб. Общие годовые потери, связанные с внеочередными заменами подшипников качения достигнут 1309,5 руб. •Учитывая также расходы на доставку сборочных, гузлов к экскаватору автомобильным транспортом, суммарные убытки составят порядка 1400 руб/год.

С другой стороны, объём ежегодной замены смазки редукторов в рамках системы ТО и Р по проведённым выше рекомендациям, с учётом 27% её регенерации, будет примерно равен 1660 литрам, общей стоимостью 630 рублей.

На замену смазки редуктора сразу после остановки экскаватора, когда она находится в разогретом состоянии и вязкость её мала, затрачивается время около трёх часов. С учётом выполнения этих работ рабочими пятого разряда (тарифная ставка 1,72 руб/ч.) единичные затраты составят 10,32 руб., а суммарные затраты по вось-. ми годовым заменам — 83 рубля. по.

Общие годовые расходы^своевременной замене смазки редукторов экскаватора ЭКГ-8И составят 713 рублей. Учитывая, что суммарный убыток на одну машину при отказе подшипников качения равен 1400 рублей, то экономический эффект от внедрения рекомендаций по периодической замене смазки в редукторах составит 687 руб/год на один экскаватор типа ЭКГ-8И.

С целью предотвращения быстрого загрязнения картерной смазки редукторов поступающими извне абразивными частицами, рекомендуется на карьерах Минчермета СССР в каждый текущий ремонт Т замеО нять уплотнения в местах соединения входного вала редуктора со Стороны электродвигателя. Вследствие большой частоты вращения указанного вала эти уплотнения изнашиваются быстрее остальных. Уплотнения на выходных валах редукторов рекомендуется заменять во время проведения капитальных ремонтов. Для редуктора механизма передвижения, находящегося в непосредственной близости к забою и в среде повышенной запылённости указанные сроки следует сократить примерной полтора раза.

5.2. Рекомендации по замене и регулировке подшипников качения карьерных экскаваторов.

Для предотвращения увеличения биений и потери точности вращения подшипников качения в результате повышенного износа их деталей А. И. Спришевский /95/ рекомендует проводить регулировку их радиального и осевого зазоров, в частности, у конических подшипников с внутренним диаметром до 130 мм, установленных на быстроходных валах редукторов, при увеличении радиального зазора не более 0,3 мм, а у конических подшипников больших диаметров — при увеличении зазора до 0,5 мм. Увеличение зазоров выше допустимых пределов может привести к перекосу вала и заклиниванию шевронных и раздвоенных косозубых передач. В особо крупных подшипниках установленных на валах с прямозубыми передачами, имеющими большие модули увеличение зазора допускается до 0,8 мм, так как угловые и осевые смещения для прямозубых передач менее опасны.

Компенсация износа конических роликоподшипников может производиться за счёт смещения внутреннего или наружного колец подшипника навстречу друг другу, а также за счёт постановки регулировочных колец, прокладок, винтов и т. п. При этом необходимо предусматривать начальный радиальный зазор, компенсирующий расширение деталей подшипника в результате его нагрева во время работы. Размеры начального радиального зазора следует выбирать по.

ГОСТ 24 810–81 /80/.

Замену конических подшипников рекомендуется осуществлять при увеличении радиального зазора выше допустимых значений и невозможности дальнейшего сближения внутреннего и наружного колец вследствие их выхода за пределы контакта края ролика.

В таблице 5.1 приведены рекомендации завода-изготовителя экскаватора ЭКГ-8И (ПО «Ижорский завод» им. А.А.Жданова) по замене подшипников качения при достижении ими в результате износа максимально допустимого радиального зазора.

При исследовании возможности дальнейшей эксплуатации подшипников качения необходимо произвести расчёт по методике, предложенной в п. 4.7.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

В диссертационной работе дано новое решение актуальной научной задачи — разработки способа оперативной диагностики технического состояния подшипников качения карьерных экскаваторов по уровням их вибраций, что позволяет повысить эксплуатационную производительность экскаваторов за счёт исключения неплановых простоев по причине внезапных отказов подшипников качения. Выполненные теоретические и экспериментальные исследования позволяют сделать следующие выводы:

1. Интенсивность изнашивания деталей подшипников качения карьерных экскаваторов в основном зависит от состояния масляной плёнки в контакте тел качения с беговыми дорожками, целостность которойнарушается в результате действия вибраций при экскавации забоя, а также при попадании в зону контакта абразивных частиц, содержащихся в смазке.

2. Дискретность масляной плёнки в контакте деталей подшипников качения карьерных экскаваторов, разрабатывающих’породы с крепкими включениями (б ^ 80 МПа) и воспринимающих поэтому пиковые нагрузки на элементы приводов, приводит к возникновению металлических связей между выступающими микронеровностями деталей подшипника с последующим выравниванием частиц металла при разобщении контакта. Указанный вид изнашивания схватыванием первого рода наиболее характерен в период приработки подшипников .

3. Суммарное действие вибраций, абразивных частиц и изнашивания схватыванием первого рода в период приработки подшипников качения карьерных экскаваторов обуславливает высокие скорости приращения износа, достигающие 2.2,5 мкм/ч.

4. Наиболее опасным для приработанных подшипников качения карьерных экскаваторов является их абразивное изнашивание вследствие высокой скорости процесса (0,9.1,1 мкм/ч).

5. Во избежание наступления интенсивного абразивного изнашивания подшипников качения карьерных экскаваторов содержание абразивных частиц в картерной смазке редуктора не должно превышать 1,8., 2,0% веса в контрольной пробе масла.

6. В теоретических расчётах величин износа деталей подшипников качения карьерных экскаваторов в процессе их эксплуатации следует учитывать не только характер процесса изнашивания деталей подшипника, но и пластическое деформирование микронеровностей на их рабочих поверхностях.

7. Тарировку уровней вибрации в подшипниках качения карьерных экскаваторов в результате прецессии вала целесообразно производить МПА как одним из самых точных неразрушающих методов контроля.

На основе теоретических и экспериментальных исследований предлагаются следующие рекомендации.

1. С целью продления срока службы подшипников качения карьерных экскаваторов за счёт предупреждения их абразивного изнашивания, а также улучшения условий работы зубчатых передач, рекомендуются следующие экономически обоснованные и согласованные с системой ТО и Р сроки замены смазки редукторов основных механизмов экскаваторов типа ЭКГ-8И: редуктор механизма поворота и редуктор лебёдки подъёмасмена смазки через четыре текущих ремонта Tj (240 суток) — редуктор лебёдки напора (если он вынесен за пределы машинного отделения) — смена смазки каждый текущий ремонт Tg (180 суток) — редуктор механизма передвижения — смена смазки через каждые два текущих ремонта Tj (120 суток).

2. После слива смазки из картера редуктора обязательно удаление абразивных примесей, скапливающихся в виде сгустков на дне и в пазах стенок корпуса редуктора.

Экономический эффект, полученный от проведённых исследований по сорока одному карьерному экскаватору Михайловского ГОКа составляет 25 736 рублей в год за счёт исключения их неплановых простоев по причине внезапных отказов подшипников качения.