Определение динамических нагрузок на ходовой движитель при перемещении роторного экскаватора большой единичной мощности

А.В. Минеев, д.т.н., профессор; Е.Е. Милосердов, аспирант, ФГАОУ ВПО «Сибирский федеральный университет»

В настоящее время в России значительная часть угля добывается открытым способом, при этом более половины добычи энергетических углей осуществляется роторными экскаваторами (РЭ) ЕФ-1250 и его модификациями (ЭРГИ-600) ЭРП-2500 и ЭРШРД-5250, SRC (K)-4000, ERS (K)-800. Все эти машины разработаны и изготовлены более 20 лет назад предприятиями Украины и дальнего зарубежья.

По оценкам ведущих организаций России, износ машинного парка в добывающих горных отраслях страны составляет более 60%. Износ экскаваторов при ведении горных работ открытым способом 40%. В частности, роторные экскаваторы угольных разрезов ОАО «СУЭК» имеют износ более 69%. Обновление и модернизация машинного парка ведется сегодня так, что старение машин опережает их обновление. В этих условиях рационально применение своевременных обследований с применением инструментального диагностического контроля и передовых методов ремонта с целью обеспечения безопасности и эффективности работы, используемых в настоящее время на предприятиях экскаваторов. Такой подход наиболее актуален для экскаваторов, у которых срок службы превысил нормативный уровень, установленный заводом-изготовителем. Для таких экскаваторов, работающих на угольных разрезах, в соответствии с нормативными документами Федерального горного и промышленного надзора (Госгортехнадзор России) требуется обязательная экспертиза, на основе результатов которой формируется заключение, дающее возможность Госгортехнадзору России дать разрешение на продление эксплуатации или запретить дальнейшую эксплуатацию экскаватора.

№3 (109) 2013

Из 27 используемых на сегодняшний день в ОАО «СУЭК» роторных экскаваторов 23 исчерпали нормативный срок службы.

Эффективная добыча угля открытым способом достигается главным образом надёжностью оборудования, оптимальным обслуживанием и ремонтом. Для этих машин требуется экспертиза их технического состояния для получения разрешения в Ростехнадзоре на их дальнейшую безопасную эксплуатацию. Срок амортизации, очевидно, назначается, исходя из имеющихся статистических данных, собранных много лет назад для некоторой группы машин, причем не только роторных экскаваторов, но и машин циклического действия.

В ОАО «Красноярскразрезуголь», как и на большинстве горнодобывающих предприятий, основным показателем, определяющим срок службы экскаваторов, является срок амортизации, соответствующий нормам амортизационных отчислений.

Последние были приняты в период плановой экономии и практически не отражали фактического времени использования машины, реальных условий их эксплуатации, режима нагружения системы ТОР, то есть факторы, которые определяют износ и техническое состояние оборудования. Деградация машинного парка достигла такого уровня, когда прежняя статистическая основа, использующаяся в организации ППР, оказывается несостоятельной, поэтому требуется принятие решений о возможной безопасной эксплуатации машин непосредственно из наблюдений за фактическим состоянием, используя инструментальные средства диагностики, то есть без разборки узлов.110 2

Pис. 1 Схема опорного контура динамической модели в виде совокупности дискретных масс с упругими связями для трёхточечного опирания

В связи с нахождением предприятий-изготовителей роторных экскаваторов за пределами РФ, а также в силу экономических причин участие их в определении и отслеживании технического состояния поставленной в своё время техники носит нерегулярный, эпизодический характер либо вообще отсутствует. Необходимо восстанавливать техническое и методологическое сотрудничество с данными предприятиями либо ставить соответствующие задачи перед отечественными изготовителями аналогичной или близкой по классу техники.

Одним из резервов, позволяющих повысить надёжность дорогостоящей техники в процессе её эксплуатации, является моделирование основных механизмов оборудования роторных экскаваторов и существующих приводных систем с учётом определения основных динамических нагрузок и внедрения датчиков, расположенных в строго определенных местах на экскаваторе.

С помощью четкого моделирования и использования необходимых датчиков мы можем получить достаточно реальную картину взаимодействия основных функциональных узлов и механизмов роторного экскаватора и определить факторы, негативно влияющие на её нормальную работу. Кроме того, полученная информация позволит проектировщикам и изготовителям новых видов данного оборудования иметь ту необходимую информацию о функциональном состоянии оборудования, которую они ранее не имели возможности получить.

При моделировании динамической нагрузки техники непрерывного действия следует учитывать большое количество различных факторов влияющих на эксплуатацию, особенно техники, вышедшей за свой нормативный срок, предусмотренный заводом изготовителем [1].

При разработке динамической модели ходового движителя следует рассматривать электромеханическую систему совместно с несущими металлоконструкциями опорной неповоротной нижней рамы и рамами тележек.

В зависимости от схемы опорного контура динамические модели могут быть представлены в виде совокупности дискретных масс с упругими связями, представленными на рис. 1 и 2, соответственно, для трех- и четырёхточечного опирания. При этом следует в приведенной динамической модели сохранить приведенные вращающиеся массы привода: Ji – момент инерции (динамический), действующие моменты двигателей Mi с углами поворота ϕi, жёсткости C1i – связи двигателей с ведущими звездочками тележек, массами тележек mi, жёсткостями C2i и сопротивлениями движению Wi с перемещениями Xi.110 3

Рис. 2 Схема опорного контура динамической модели в виде совокупности дискретных масс с упругими связями для четырёхточечного опирания

Учитывая то, что вращающаяся масса ведущих звездочек мала по сравнению с приведенной массой рамы сдвоенных тележек, гусениц и других элементов тележек, а также приведенных масс привода, то целесообразно жёсткости C1i и C2i привести к одной жесткости, а массу ведущей звездочки к приведенной массе привода. В этом случае расчетная динамическая модель примет вид по рисунку 1а.

Учитывая то, что при последовательном включении в цепь двигателей спаренной тележки их скорости отличаются незначительно, то в окончательной модели можно объединить приводы спаренных тележек со средней скоростью. В окончательном виде приведенные динамические модели ходовых движителей могут быть рекомендованы по рисункам 1б и 2а. При этом в систему уравнений движения по рисункам 1в и 2б войдут усилия в упругих связях между тележками А, В, С и D, а тяговое усилие Fj будет представлять собой усилие в упругих связях C12, C34, C56 и C78.Во всех расчётных схемах (рис. 1, 2) опорная рама имеет связь и с верхним поворотным строением через вращающуюся массу J0 и поступательную массу m0 с соответствующими перемещениями ϕ0 и X0.

С массой могут быть соединены другие массы через упругую связь с условно показанной поступательной жесткостью Cx 0 и вращательной жёсткостью Cϕ 0.

В схемах рис. 1б и 2а приведение жёсткостей и масс производится с учетом угловых показателей расположения связей в реальной конструкции, передаточных отношений из условия сохранения кинетической и потенциальной энергий в реальной конструкции и в приведённой динамической модели [2].

Pис. 1 Схема опорного контура динамической модели в виде совокупности дискретных масс с упругими связями для трёхточечного опирания

Рис. 2 Схема опорного контура динамической модели в виде совокупности дискретных масс с упругими связями для четырёхточечного опирания


ЛИТЕРАТУРА:

1. Беляков, Ю.И. Рабочие органы роторных экскаваторов. / Ю.И. Беляков, В.М. Владимиров //.  М.: Машиностроение, 1967.  179 с.

2. Домбровский, Н.Г. Теория и расчет гусеничного движителя землеройных машин. Н.Г. Дом бровский, А.Г. Маевский [и др.] //.  К.: Техника, 1970.  192 с.

Ключевые слова: экскаватора, единичной, мощности, роторного, большой, перемещении, нагрузок, динамических, зависимости

Журнал "Горная Промышленность" №2 2013 стр.110