Метод комплексного диагностирования редукторов мотор-колес карьерных автосамосвалов (на примере ОАО «УК Кузбассразрезуголь»)
А.А. Хорешок, д.т.н., профессор, зав. кафедрой «Горные машины и комплексы»;
А.В. Кудреватых, инженер, ст. преподаватель, ГУ Кузбасский Государственный Технический Университет
Внастоящее время на открытых разработках месторождений полезных ископаемых доминирующее положение занимают экскаваторно-автомобильные комплексы производства выемочно-погрузочных и транспортных работ при ведении как добычных, так и вскрышных работ.
Такие комплексы на угольных разрезах Кузбасса эксплуатируются в широком спектре климатических и горнотехнических условий: на разрезах различной производительности и глубины, при любых типах рельефа местности, формы залежей и условиях залегания полезного ископаемого. Различие условий эксплуатации обуславливает и соответствующую дифференциацию достигнутых основных эксплуатационных показателей разработки угольных месторождений с использованием карьерного автотранспорта.
Анализ на общеотраслевом уровне показывает, что опережающие темпы прироста объемов перевозок автомобильным транспортом относится к наиболее устойчивым тенденциям развития угольной промышленности. Доля перевозок автомобильным карьерным транспортом в общем объеме транспортной работы на горных предприятиях мира достигает 75%. В Кузбассе наибольший прирост в применении автомобильного транспорта достигнут угледобывающими предприятиями компаний «Кузбассразрезуголь», «Прокопьевскуголь», ИК «Соколовская» и некоторых других [1].
Причины этого – в известных технологических преимуществах автотранспорта перед другими видами, и, в первую очередь, перед железнодорожным.
Огромные резервы снижения себестоимости добычи угля за счёт повышения производительности экскаваторно-автомобильных комплексов заключены в сокращении простоев горных машин и оборудования.
В течение 2005–2008 гг. в ОАО «УК Кузбассразрезуголь» произошёл значительный (в 2.8 раза) рост внутрисменных простоев карьерных автосамосвалов (рис. 1), что привело к значительным экономическим потерям (рис. 2).
В результате простоев карьерных автосамосвалов на горных предприятиях компании ОАО «УК Кузбассразрезуголь» в 2008 г. ущерб от невыполненных объёмов грузоперевозки автотранспортом составил 12701.8 тыс. м3, что 3.5 раза больше, чем в 2005 г.
Эти потери, в основном, связаны с большими простоями автосамосвалов по организационно-техническим причинам, доля которых составила 94% от общих простоев, при простоях по климатическим условиям – 6% .
Простои автосамосвалов по климатическим условиям в 2008 г. составили 5064.4 моточасов, что обусловило уменьшение объёма невывезенной горной массы на 523.2 тыс. м3. В то же время простои по организационно-техническим причинам, составившие 84894.8 моточасов, привели к снижению невыполненных объёмов горной массы на 12178.6 тыс. м3. Очевидно, что для повышения производительности парка автосамосвалов компании необходимо добиться радикального сокращения простоев по организационно-техническим причинам, в том числе из-за отсутствия ГСМ. В свою очередь наибольшую долю в простоях организационно-технического характера составили отказы в работе деталей, узлов и агрегатов автосамосвалов. Характеристика и удельный вес причин, приведших к наиболее существенным поломкам карьерных автосамосвалов на крупных разрезах ОАО «УК Кузбассразрезуголь», представлена в табл. 1.
Анализ данных табл. 1 позволил провести ранжирование всех причин отказов автосамосвалов по разрезам компании и выделить пять главных (табл. 2).
На основании данных табл. 1 и 2 можно сделать вывод о том, что в 2008 г. на четырёх из шести разрезах компании первое место по числу и «тяжести» потерь от простев автосамосвалов занимает отказ редуктора мотор-колеса. По этой причине разрезом Кедровский было потеряно 18286.7 моточасов (26.05% от общего времени простоев), разрезом Моховский 5855.7 моточасов (45.63%), разрезом Бачатский 23100.8 моточасов (29.86%) и разрезом Калтанский 10977.4 моточасов (31.83%). В целом по причине отказа редуктора мотор-колеса рассмотренными 6-ю разрезами ОАО «УК Кузбассразрезуголь» потеряно 80699.7 моточасов, что составило 23% от общего времени простоев технологического автотранспорта.
Эти данные подтверждают актуальность внедрения мероприятий, направленных на предупреждение отказов в работе рассмотренных механизмов и сокращение времени нахождения техники в аварийных ремонтах.
Основная причина аварийных поломок редукторов мотор-колёс карьерных автосамосвалов заключается в их интенсивном износе. В целях его своевременного обнаружения и, следовательно, сокращения незапланированных простоев автосамосвалов в ремонтах, целесообразно применять регулярную, опережающую техническую диагностику состояния отдельных узлов и агрегатов. Современные методы тщательной и всесторонней диагностики позволяют не только быстро обнаружить неисправный агрегат или узел, но и точно установить причину неисправности.
На горных предприятиях техническое состояние редукторов мотор-колёс карьерных автосамосвалов в процессе эксплуатации в основном определяется: внешним осмотром; на слух (шумность работы) и вибрацию; по степени нагрева корпуса агрегата. Внешним осмотром, по протечкам масла, можно выявить износ или повреждение манжет, а также появление пор и трещин в корпусе, крышке или ступице мотор-колеса. При появлении вибрации или повышенного уровня шума при работе могут быть выявлены случайные поломки или ослабление крепления деталей. По степени нагрева можно определить нарушение регулировки подшипников или изменение уровня масла в редукторе.
Температура нагрева масла имеет большое значение для нормальной эксплуатации редуктора. Так при повышенных температурах трансмиссионное масло теряет свои смазывающие свойства, вследствие чего, происходит повышенный износ шестерён и подшипников редукторов. На практике нагрев редуктора определяется что называется «на ощупь», и зачастую не даёт достоверной информации. Поэтому целесообразно использование комплексного подхода к диагностике состояния редукторов: непрерывный контроль температуры как индикатора состояния системы «трущаяся пара – смазочный материал», и углубленная спектрально-эмиссионная диагностика работающего масла по достижению индикатора состояния критической величины.
Предпочтение комплексного метода обусловлено наличием приборной базы в ОАО «УК Кузбассразрезуголь», обученностью персонала и, конечно же, экономической целесообразностью. Кроме этого, данные, полученные в ходе эмиссионного спектрального анализа масла, дают достоверные и исчерпывающие сведения о техническом состоянии объекта исследования.
В настоящее время на разрезах ОАО «УК Кузбассразрезуголь» для своевременного предупреждения отказа редукторов мотор-колёс карьерных автосамосвалов применяется эмиссионный спектральный анализ масла с помощью многоканальной фотометрической системы МФС-7.
Спектральным анализом механических примесей масла определяется концентрация металлических частиц в нём, являющимся продуктами изнашивания деталей (содержание щелочных металлов, Са и Ва – основы моюще-диспергирующих и других присадок к маслам, а также кремния, как основы абразивных и самых опасных загрязнений масла).
При анализе масла определяются следующие параметры:
вязкость, температура вспышки, капельная проба, содержание воды, механические примеси, содержание металлов. Основными металлами, играющими роль маркеров, сигнализирующих о техническом состоянии редукторов, служат железо, медь, хром, никель и кремний.
В редукторах мотор-колёс карьерных автосамосвалов в основном используются трансмиссионные масла ТАП-15В (при температуре окружающего воздуха до –25°С) и ТСП15К (до –30°С) [2], а также их зарубежные аналоги. На разрезах ОАО «УК Кузбассразрезуголь» отбор проб и проведение анализа масла из редукторов мотор-колёс осуществляется согласно руководству по эксплуатации [3]. Нормативы предельных значений содержания металлов в трансмиссионном масле, установленные ГОСТ и Руководством по эксплуатации, приведены в табл. 3.
На предприятиях установлена следующая периодичность отбора проб:
- во время регулярных проверок при каждом ТО-1;
- перед сменой масла;
- более часто, если подозревается сверхнормативный износ.
При значительном увеличении содержания какого-либо металлического элемента необходимо выполнить проверку зубчатых колес, шлицевых соединений и подшипников. При значительном изменении содержания в масле только кремния следует полностью заменить масло. Замену масла следует произвести и в случае постепенного накопления в нём металлических частиц при их концентрации, превышающей 5 г/л (0.5%). Наличие следов меди в масле – нормально и обусловлено использованием подшипников с латунными сепараторами.
При этом уровень концентрации меди в масле до 0.1 г/л (0.001%) соответствует нормальному их изнашиванию. Уровни, выше указанной величины, свидетельствуют об интенсивном изнашивании сепаратора, при этом частички латуни визуально наблюдаются в масле, налитом в стеклянную пробирку, в виде золотистого блеска. В подобных случаях масло необходимо заменить, подшипники осмотреть и при необходимости их также заменить [3]. Такое обслуживание позволяет сократить затраты на ремонт, предупредить незапланированные аварийные простои оборудования.
Но, в то же время, при таком режиме обслуживания не применяется индивидуальный подход к каждой единице оборудования. Объясняется это тем, что в процессе работы масло претерпевает целый ряд изменений, некоторые из которых могут способствовать снижению надёжности и долговечности механизма. Чтобы этого не произошло, завод-изготовитель положением по техническому обслуживанию регламентирует срок службы масла, что, однако же, не страхует от снижения качества последнего, поскольку его старение в каждом механизме протекает индивидуально. Более того, часто ухудшение качества работающего масла происходит из-за перегрева редуктора и нарушения его технического состояния.
Отсюда возникает необходимость применения непрерывного и оперативного слежения за температурным режимом масла в процессе эксплуатации оборудования – в целях предупреждения поломки редуктора. Применение температуры как диагностического параметра рабочего масла позволяет проводить мониторинг фактического технического состояния редуктора мотор-колёс автосамосвала.
При тепловой диагностике могут использоваться различные средства и инструменты диагностирования. Одной из наиболее прогрессивных на сегодняшний день признана тепловизионная диагностика. Её применение основано на том, что наличие практически всех видов дефектов оборудования вызывает изменение температуры дефектных элементов и, как следствие, изменение интенсивности инфракрасного излучения, регистрирующегося тепловизионными приборами. Дефект обнаруживается путём сравнения температуры аналогичных (соседних) участков поверхности деталей и агрегатов, работающих в одинаковых условиях нагрева и охлаждения. Тепловизионная диагностика выявляет дефекты на самой ранней стадии их образования и развития, что позволяет планировать объёмы и сроки ремонта оборудования. Опережающий вывод из эксплуатации дефектного оборудования (по результатам его диагностики) значительно повышает надёжность и безопасность эксплуатации транспортных коммуникаций и оборудования, существенно сокращает потери энергоресурсов.
Несмотря на отмеченные преимущества, применение тепловизоров требует привлечения дополнительного персонала и не позволяет использовать его непрерывно в течение всего срока эксплуатации оборудования. Эти недостатки полностью устраняются во встроенных системах диагностирования, замеряющих температурный режим масла, для чего в редуктор мотор-колеса карьерного автосамосвала устанавлиливается беспроводной температурный датчик.
Общеизвестно, что взаимодействие масла с трущимися поверхностями приводит к его нагреванию. Изменение его температуры – один из диагностических параметров, предоставляющих всестороннюю информацию о процессах, протекающих в машине и в работающем масле. Этот параметр даёт возможность одновременно оценивать работоспособность машины без её разборки на узлы и агрегаты, и влияние работающего масла на эксплуатационную надёжность машины в целом.
Для того чтобы водителю автосамосвала поступала информация в режиме on-line о работоспособности и состоянии редукторов, оцениваемая по температуре масла, на приборной панели автосамосвала должен быть размещен прибор, указывающий температуру масла в редукторах.
В ходе проведённого нами промышленного эксперимента, для наблюдения за изменением температуры масла по мере нарастания доли механических примесей в нём, в редукторы мотор-колёс карьерных автосамосвалов БелАЗ-75131 были установлены температурные датчики. На основе полученных данных установлены зависимости температуры масла от времени наработки редукторов и объёма механических примесей от времени наработки (рис. 3а, 4а, 5а, 6а); температуры масла от объёма механических примесей (рис. 3б, 4б, 5б, 6б) по сезонам года.
Условные обозначения, принятые на рис. 3–6:
tкр – критическая температура масла, °С; t – текущая температура масла, °С; Ме – концентрация механических примесей, %; Мекр – критическая концентрация механических примесей, %; L – периодичность смены масла, час.; Lэ – экспериментальная периодичность смены масла, час.
Результаты вычислений свидетельствуют о том, что для всех сезонов работы карьерных автосамосвалов БелАЗ-75131 исследованные зависимости подчиняются полиномиальному закону (при прочих постоянных условиях).
Кроме этого в процессе эксперимента выявлено, что замена масла в редукторах мотор-колёс автосамосвалов БелАЗ75131 необходимо проводить не через 2500 моточасов, как предусмотрено действующим регламентом, а с учётом фактического состояния агрегата. В частности, нашими исследованиями установлено, что на летний и весенний периоды интервал замены масла должен быть 1200 моточасов.
Результаты эксперимента подтвердили зависимость между температурой нагрева масла и износом редукторов. Также выявлено, что 120°С – это критическая температура для редукторов мотор-колес. При росте температуры масла выше 120°С увеличивается концентрация механических примесей, следовательно, повышается интенсивность износа узла. Эксплуатация карьерных автосамосвалов в режимах, приводящих к нагреву масла до критической температуры 120°С – недопустима, так как это приводит к поломке редуктора мотор-колеса. В таких случаях эксплуатацию машины необходимо прекратить и установить причины повышения температуры трансмиссионного масла.
Один из главных организационно-практических выводов наших исследований состоит в том, что на практике эксплуатации автосамосвалов отбирать пробы масла нужно не только строго с заданной периодичностью, но при этом опираться на температуру масла как на диагностический параметр, позволяющий определять и текущее состояние агрегата. Заключение
Оснащение карьерных автосамосвалов датчиками температуры трансмиссионного масла позволит решить следующие задачи:
1. Своевременно уведомить водителя автосамосвала о неисправности редуктора и (или) неправильных условиях эксплуатации машины;
2. Подать сигнал о необходимости отбора проб масла для оперативной оценки фактического технического состояния агрегата;
3. Увеличить интервал между регламентным обслуживанием и ремонтом редукторов;
4. Обеспечить постоянный и непрерывный мониторинг состояния редуктора и трансмиссионного масла;
5. Провести своевременную замену трансмиссионного масла в соответствии с фактическим текущим состоянием агрегата.
Благодаря использованию комплексной диагностики и состояния редукторов мотор-колеса карьерных автосамосвалов можно решить ряд задач:
- защитить автосамосвалы от аварийных поломок агрегатов, т.е. установить систему предаварийной сигнализации;
- оперативно провести контроль состояния соответствующего узла агрегата автосамосвала по заявкам водителя, обнаружившего аномальные отклонения температуры масла;
- дополнительно проконтролировать состояние автосамосвала, прошедшего очередное ТО или ремонт;
- установить объективные – технически и экономически целесообразные интервалы между плановым ТО и ремонтом агрегатов, работающих в условиях конкретного горного предприятия;
- снизить до минимума непредвиденные простои техники по аварийным причинам;
- уменьшить расходы на приобретение новых деталей для выполнения планово-предупредительных работ и затраты на текущие ремонты;
- увеличить фактическую межремонтную наработку автосамосвалов.
Решение данных задач позволит свести до минимума аварийные отказы редукторов мотор-колёс карьерных автосамосвалов, повысить их надёжность и долговечность, что в целом обеспечит высокие коэффициент технической готовности парка автосамосвалов и производительность каждой транспортной единицы.
ЛИТЕРАТУРА:
1. Карьерный автотранспорт стран СНГ в XXI веке / П.Л. Мариев, А.А. Кулешов, А.Н. Егоров, И.В. Зырянов. – СПб.: Наука, 2006.
2. ГОСТ 23652#79. Трансмиссионные масла.
3. Руководство по эксплуатации 7513-3902015 рэ.
