Разработка стационарного диагностического комплекса для одноковшовых карьерных экскаваторов

Степень изношенности выемочно-погрузочного оборудования на горных предприятиях Кузбасса в настоящее время превысила 70%. Значительное количество экскаваторов на карьерах и разрезах эксплуатируются более 15 — 20 лет. Только в Кузбассе более 40% машин имеют сверхнормативные сроки службы, в связи с чем на первый план выходят проблемы обеспечения безопасной безаварийной эксплуатации таких машин. На ремонт и техническое обслуживание приходится до 30% материальных затрат на добычу полезных ископаемыхболее 20% - на простои, связанные с ремонтамиоколо 40% - на непроизводительную малоэффективную работу. Процесс ремонта имеет низкую механизацию, более 90% ремонтов производятся без предварительной дефектации механизмов методами неразрушающего контроля. Выходом из сложившейся ситуации может служить только применение системы ремонтов горного оборудования по его фактическому техническому состоянию с опорой на широкое применение средств неразрушающего контроля.

Существует несколько имеющих свои плюсы и минусы направлений в диагностике: периодическая диагностика или стационарные системы. Переносные системы позволяют проводить доскональную диагностику практически любого узла с высокой достоверностью, однако требуют точного планирования, наличия специалистов высокого уровня подготовки и трудозатраты, что не всегда дает возможность применять их в достаточно широком спектре оборудования.

Стационарные системы позволяют вести контроль в реальном времени, использовать аварийную защиту и увеличить надежность диагностики в целом за счет отсутствия человеческого факторав то же время присутствующие на рынке стационарные системы контроля и диагностики дороги и имеют узконаправленную структуру, что не дает возможности применять их на экскаваторе, поэтому необходимо разработать систему, адаптированную непосредственно для экскаватора и позволяющую 4 получать достоверную диагностическую информацию в режиме реального времени.

В работе впервые использован комплексный подход к проблеме повышения эффективности системы технического диагностирования экскаваторов. Показана актуальность и реализуемость задач, поставленных в данной работе. Внедряемость результатов разработки определяется как создание системы норм активных документов, фиксирующих требования к формам и видам контроля и их применения. Результаты анализа, приведённые в главах, определяют возможности формирования программ повышения надёжности и технического перевооружения разрезов для обеспечения высокой безопасности и долговечности горного оборудования.

Цель работы — обоснование и разработка стационарного диагностического комплекса для одноковшовых карьерных экскаваторов, обеспечивающего безопасную и безаварийную их эксплуатацию.

Идея работы — установление закономерностей функционирования одноковшовых карьерных экскаваторов и разработка методов и средств диагностики фактического технического состояния в реальном режиме времени.

Задачи исследований: провести анализ технического состояния парка одноковшовых карьерных экскаваторов, существующих систем технического обслуживания и ремонтаобосновать необходимость и целесообразность оборудования карьерных экскаваторов стационарной диагностической системойразработать методы обработки нестационарной диагностической информацииразработать макет стационарного диагностического комплекса для одноковшовых карьерных экскаваторов и проверить его в промышленных условиях.

Методы исследований.

В работе используются аналитические и экспериментальные методы исследования. При изучении процесса сбора и обработки термои вибросигнала применялись методы математической статистики, планирования эксперимента, имитационного моделирования. При формировании и решении задачи моделирования применялся системный подход, учитывающий взаимосвязи всех агрегатов и использующий индивидуальный подход при выборе рациональных режимов исследований различных агрегатов.

Научные положения, выносимые на защиту: выделение полезной диагностической информации из нестационарных вибродиагностических сигналов на основе предложенных методов селекции режимов работы механизмов позволяет адекватно оценивать фактическое состояние машин и агрегатов одноковшовых карьерных экскаваторовстационарный комплекс обеспечивает получение диагностической информации в реальном времени, что дает возможность с большой надежностью прогнозировать изменение технического состояния механических систем экскаватора.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается: корректной постановкой задачи исследованияб достаточным объемом экспериментальных исследований, обеспечивающих не менее чем 90% доверительную вероятность сделанных выводовположительными результатами внедрения в филиале «Краснобродский угольный разрез» опытного образца стационарного диагностического комплекса для одноковшового карьерного экскаватора.

Научная новизна диссертации заключается: в установлении аналитических зависимостей параметров вибрации основных элементов систем экскаватора от режимов его работыв разработке метода построения структуры системы автоматической обработки вибросигнала.

Личный вклад заключается: в определении способов технического диагностирования для оборудования, работающего в реверсивных режимах при знакопеременных нагрузках со значительным влиянием внешних факторовв создании опытного образца стационарного диагностического комплекса для одноковшового карьерного экскаваторав определении методов обработки вибросигнала для проведения диагностирования в автоматизированном режиме.

Практическое значение работы заключается в том, что ее результаты позволяют: проводить разработку методов и расчётных зависимостей для определения параметра вибросигнала для оборудования, работающего в реверсивных режимах при знакопеременных нагрузках со значительным влиянием внешних факторовприменять разработанный метод построения структуры стационарного диагностического комплекса для создания аналогичных системна основе практических разработок и их внедрения применять предложенные решения, использовать намеченные перспективы дальнейшей работы по оптимизации алгоритма обработки информации и внедрять предложенные практические решения задач создания и внедрения стационарного диагностического комплекса для одноковшовых карьерных экскаваторов.

Реализация выводов и рекомендаций работы.

На основе проведенной работы был создан прототип стационарного диагностического комплекса для экскаватора типа ЭКГ и установлен на экскаватор ЭКГ-10 № 4 в филиале «Краснобродский угольный разрез». За счет обоснованного изменения межремонтных интервалов в период с 2008 по 2009гг. сокращено количество аварийных отказов оборудования, уменьшено время простоя экскаватора в ремонте, сокращены денежные затраты на его ремонт.

Апробация работы. Основное содержание работы, отдельные ее положения были доложены и обсуждены на техническом совете филиала ОАО «УК «КРУ» «Краснобродский угольный разрез», на X международной научно-практической конференции «Энергетическая безопасность Кузбасса» (Кузбасский международный угольный форум, 2008 г.), на III молодежной научно-практической конференции «Профессиональные знания и навыки молодежи — будущий капитал компании» (УГМК, Верхняя Пышма, 2008 г.), на XI международной научно-практической конференции «Энергетическая безопасность России: новые подходы к развитию угольной промышленности» (Кузбасский международный угольный форум, 2009 г.), на международном молодежном инновационном форуме в Сибири «Интерра -2010».

Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 работ, из них 4 -в изданиях, рекомендованных ВАК.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения, списка использованной литературы из 96 наименований и 1 приложения. Работа содержит 178 страниц, в том числе 159 страниц основного текста, 64 рисунка и 28 таблиц.

5.5 Выводы.

1. Анализ возможных компонентных систем показал, что для создания сети мониторинга наиболее целесообразно использовать сеть 1-Wire, которая представляет собой информационную сеть, использующую для осуществления цифровой связи одну линию данных. Таким образом, для реализации среды обмена этой сети могут быть применены любые доступные кабели, а также резко сокращается длина кабельных линий по сравнению с аналогами. Наличие широкой базы стандартных электронных компонентов делает ее применение оправданным и эффективным для решения поставленных задач.

2. В основу блока сбора и диагностирования информации должен лечь промышленный защищенный компьютер. Связь компьютера и блока управления осуществляется по каналам USB, RS-232 или RS-485 как обеспечивающим наибольшую скорость передачи данных. При этом ПК берет на себя функции сбора и обработки информации с нескольких систем, ведения трендов, протоколирования.

3. Использованные такие первичные компоненты, как вибропреобразователи ДН-3-М1, ДН-4-М1, цифровые электронные микросхемы Б818#2#, трансформаторы тока серии Т-0,66 и первичные преобразователи полученных данных 82 450 Э82 423, которые являются одними из немногих компонентов различных производителей, передачу данных с них возможно осуществлять сетью 1-Л%е с наибольшей точностью.

4. Серия проведенных лабораторно-практических и промышленных испытаний подтвердила правильность выбора сети передачи данных, ее компонентов и использования элементов других производителей для решения поставленных задач внедрения СДК. Также в результате проведенных опытов выявлено высокое качество передачи данных и отсутствие пагубного влияния электромагнитных полей, что было доказано с помощью средств математической обработки статистических данных, полученных в результате экспериментов, проведенных в реальных условиях работы.

Заключение

.

В диссертационной работе изложены научно обоснованные технические решения по созданию стационарного диагностического комплекса для одноковшовых карьерных экскаваторов, позволяющие производить мониторинг технического состояния в реальном режиме времени и имеющие существенное значение для развития страны.

Полученные в ходе проведения теоретических и лабораторных исследований результаты, а также промышленная апробация макетного образца стационарной диагностической системы позволили сделать следующие выводы:

1. Степень изношенности выемочно-погрузочного оборудования на горных предприятиях Кузбасса в настоящее время превысила 70%- значительное количество экскаваторов на карьерах и разрезах эксплуатируются более 15 — 20 леттолько в Кузбассе более 40% машин имеют сверхнормативные сроки службы.

2. Принятая на предприятиях система ППР неэффективна. Единственным возможным способом снижения аварийности, уменьшения затрат на ремонты и увеличения коэффициента технической готовности экскаватора является переход на систему ремонтов по фактическому техническому состоянию, основанную на широком применении средств диагностики. Применение периодической диагностики для внедрения системы ремонтов по фактическому состоянию имеет множество отрицательных факторов. Точность проведенной диагностики зависит от знаний и опыта эксперта и носит вероятностный характер из — за резких изменений условий работы и нагрузок на агрегаты экскаватора. Применение же стационарной диагностической системы позволяет с высокой точностью выявлять дефекты механизмов экскаватора и осуществлять аварийную защиту.

3. На основе методов селекции режимов работы экскаватора заданы условия, позволяющие получить достоверную диагностическую информацию из нестационарного сигнала. Разработанные методы обработки спектров вибрации основных механизмов, основанные на выделении спектральных полос заданной ширины, позволяют с большой надежностью прогнозировать изменение технического состояния механических систем экскаватора.

4. Разработанный макет стационарного диагностического комплекса, основанный на цифровой передаче данных, обеспечивает получение необходимой диагностической информации в реальных условиях работы экскаватора и позволяет отслеживать изменения технического состояния механических систем экскаватора в режиме реального времени.