Организация системы диагностирования карьерных самосвалов по параметрам работающего масла

Ю.А. Власов, к.т.н., доцент, ФГБОУ ВПО «Томский государственный архитектурно-строительный университет»

Карьерные самосвалы на открытых горных разработках в настоящее время представляют самостоятельный доминирующий вид транспорта. В последние десятилетия наблюдается тенденция ухудшения горнотехнических условий открытых горных разработок, связанных с увеличением глубины и пространственных размеров карьеров [1, 2]. Как следствие, увеличивается расстояние транспортирования горной массы (до 5 км), растёт число закруглений трассы на предельных радиусах, и возрастает доля наклонных участков трасс (до 70–80%).

При работе на таких сложных трассах самосвалы испытывают повышенные нагрузки, и это отрицательно сказывается на надежности силовых агрегатов.

Установлено, что с ухудшением условий работы и увеличением сроков эксплуатации затраты на ремонтные работы самосвалов грузоподъемностью 30–60 т уже через 3 года могут составить 35% от стоимости нового самосвала [3]. При этом среднегодовой коэффициент использования пробега не превышает 55%, т.е. половину календарного ресурса рабочего времени самосвал находится в ремонте [4].

№4 (110) 2013

Существенному сокращению затрат на содержание и эксплуатацию самосвалов в условиях ресурсных ограничений, имеющихся на транспорте, будет способствовать диагностирование агрегатов с замкнутыми смазочными системами (двигатели внутреннего сгорания (ДВС), гидромеханические передачи (ГМП), редукторы ведущих мостов (РВМ) и т.п.) по параметрам работающего масла (ПРМ). Внедрение диагностики по ПРМ решает два важных вопроса надежности и долговечности – своевременное устранение ряда технических неисправностей диагностируемых агрегатов и своевременная замена работающего масла, отрицательно влияющего на долговечность. Исследования [5, 6] показывают, что долговечность двигателей можно увеличить на 30–40%, ресурс механических передач возрастает до 50%, экономия топлива достигает порядка 4–5%, а масла до 30%.

Материально-технической базой службы контроля и управления надежностью агрегатов по параметрам работающего масла (СКУН ПРМ) является лаборатория физико-химических методов анализа масел и топлив. Опыт работы специализированных лабораторий ряда транспортных предприятий угольной отрасли Кузбасса показывет [5, 6], что для диагностики автомобильных двигателей и агрегатов трансмиссий, а также для контроля свойств работающих масел рекомендуется использовать стандартные методы анализа [7] – определение негорючих примесей, температуры вспышки, воды, водорастворимых кислот, водородного показателя, щелочного числа и диспергирующих свойств. Свежие масла целесообразно контролировать по показателям вязкости, зольности, температуры вспышки, щелочного числа и наличию воды [6].

Для целей диагностики применяют также и эмиссионный спектральный анализ масла (ЭСАМ), который расширяет возможности диагностирования. Выбор химических элементов, определяемых ЭСАМ, для оценки работоспособности агрегатов производится в каждом конкретном случае отдельно, исходя из конструкционных материалов деталей машин и условий эксплуатации. Однако основные химические элементы-индикаторы, содержащиеся в работающем масле, могут быть распределены по категориям износа (Fe, Cr, Ni, Al, Cu, Pb, Sn и др.), загрязнения (Si) и содержания присадки (Ca, Ba). Определение концентраций элементов-индикаторов износа или загрязнения в зависимости от содержания элементов присадки позволяет оценивать работоспособность агрегатов автомобилей.

СКУНА ПРМ возглавляет начальник, в обязанности которого входит разработка рекомендаций по повышению долговечности агрегатов на основе результатов анализов, доведение их до ремонтно-технических служб, осмотры агрегатов для выявления неисправностей и контроль по их устранению в зонах технического обслуживания (ТО) и текущего ремонта (ТР).091 2

Общий вид индикатора качества масла ИКМ92

Штат СКУНА ПРМ включает инженера-химика (техникахимика), лаборантов и слесаря-диагноста. СКУНА ПРМ обеспечивает организацию выполнения анализов проб масел любой сложности, обработку результатов за рабочую смену, ведение документации по учету и отчетности. Штат лаборатории диагностики СКУНА ПРМ определяется величиной производственной программы выполняемых анализов и их трудоемкостью. Масса анализируемых проб зависит от количества контролируемых агрегатов, а также от периодичности проведения анализов работающих масел. Рабочее место слесаря-диагноста охватывает рабочие посты зон ТО, а в его обязанности входит своевременное обнаружение и участие в устранении неисправностей агрегатов, обнаруженных по параметрам работающего масла.

Существующая организация диагностирования агрегатов самосвалов и оценка показателей качества работающего масла в транспортном предприятии производится следующим образом.

На каждый самосвал заводится учетная карточка, в которой отмечаются результаты анализа работающего масла по каждому агрегату, из которого был произведен отбор проб масла, дата замены масла, пробег при каждой замене масла, техническое состояние агрегатов, объем ремонта и т.д. Все сведения учетной карточки заносятся в базу данных компьютера СКУНА ПРМ, для дальнейшей алгоритмической обработки результатов и статистического анализа.

Согласно принятой периодичности (оптимально ТО-2) из агрегатов самосвалов отбираются пробы масла для комплексного анализа, по результатам которого определяется его пригодность к дальнейшей работе, и выявляются нарушения в работе деталей и узлов агрегата. Начальник СКУНА ПРМ по результатам анализов дает рекомендации в зоны ТО и ТР по устранению неисправностей в агрегатах самосвалов и замене непригодного к использованию масла.

Согласно графику планового ремонта прогнозируется остаточный ресурс агрегата и назначается дата его постановки в ремонт. Управление надежностью агрегатов автомобилей осуществляется путем статистического анализа базы данных, содержащей учетные данные по каждому автомобилю. При этом выявляются причины снижения долговечности агрегатов и увеличения расхода горюче-смазочных материалов, намечаются пути их устранения, корректируются объемы и периодичность технического обслуживания, решаются задачи пригодности сортов смазочного масла или топлива, и определяется целесообразность тех или иных конструктивных решений.

При всех достоинствах диагностирования агрегатов карьерных самосвалов по ПРМ, в транспортных предприятиях горнодобывающей отрасли Кузбасса, наблюдается некоторое «зацикливание» диагностирования на отдельных агрегатах, в первую очередь на двигателях. На второй план диагностирования отходят гидромеханические передачи, где анализ масла выполняется бессистемно. Многие транспортные предприятия диагностику таких агрегатов по ПРМ вообще не выполняют.

Такое «зацикливание» можно объяснить тем, что двигатель – это основной силовой агрегат автомобиля, который, по сравнению с агрегатами трансмиссии, наиболее технически сложен, трудоемок в обслуживании и ремонте, и в конечном итоге, достаточно дорог. Руководство транспортных предприятий, «экономя» на штате СКУНА ПРМ и технологическом оборудовании, неоправданно ограничивается диагностикой двигателя в ущерб другим агрегатам. Если кроме двигателя по ПРМ диагностировать агрегаты трансмиссий и гидравлических систем, то увеличится производственная программа выполняемых анализов и возрастет трудоемкость сервисных работ.

Сегодня вопросы повышения производительности труда сводятся к одновременному групповому проведению анализов нескольких проб, что значительно сокращает вспомогательное время и, следовательно, сокращает время определения показателей одной пробы. За рабочую смену лаборант способен выполнить 7 проб стандартными методами контроля, которые включают определение негорючих примесей, температуры вспышки, наличия воды и щелочного числа. Это позволяет контролировать по качеству масла работу порядка 120 двигателей [6]. Соответственно, любое увеличение производственной программы будет связано с увеличением штата и дооснащением лабораторным оборудованием службы контроля.

На наш взгляд, расширить номенклатуру диагностирования различных агрегатов без увеличения штата и без существенного дооснащения специализированным оборудованием можно за счёт внедрения в СКУНА ПРМ универсальных экспресс-методов диагностики [8]. В таком случае каждое внедряемое средство диагностирования должно обладать таким общим свойством измерения диагностических параметров, которое за очень короткий промежуток времени могло бы определить отклонение в работающем масле от его исходного свойства, в соответствии с причиной, которая эти отклонения вызывает. Тогда диагностический сигнал такого средства измерения будет характеризовать не только свойство работающего масла на его пригодность к дальнейшей эксплуатации, но и будет способен оценивать техническое состояние агрегата.

Таким общим свойством, которое можно оценить средством измерения, является диэлектрическая проницаемость смазочной среды. Свежее масло, заливаемое в агрегат машины, имеет диэлектрическую проницаемость ε = 2,4–2,5. Поэтому все значения выше или ниже данного показателя будут характеризовать структурные изменения работающего масла. В настоящее время измерение диэлектрических величин осуществляется рядом электротехнических методов: мостовым методом; методом колебательного контура; методом фазочувствительного выпрямителя; определением диэлектрических потерь по величине затухания; калориметрическим методом [9].

К наиболее простому и информативному методу измерения диэлектрических величин относится резонансный метод колебательного контура от низкого напряжения. Между обкладками конденсатора помещается проба исследуемого масла и создается высокочастотная разность потенциалов. На колебательный контур будет оказывать влияние диэлектрическая проницаемость бинарной смеси, отклонения которой будут создавать резонансную частоту. Изменения резонансной частоты позволяют оценить свойства работающего масла относительно свежего масла идентичной марки. Именно такие принципы заложены в приборе индикаторе качества масла ИКМ-2 [10].

Прибор ИКМ-2 предназначен для выполнения анализов моторных, трансмиссионных, трансформаторных и гидравлических масел, в лабораторных, цеховых и полевых условиях. Оценка самодостаточности данного средств диагностирования показала, что прибор портативен, высокопроизводителен (1,5–2 мин/анализ), универсален, способен определять разные диагностические параметры (продукты износа, атмосферную пыль, воду, топливо, продукты окисления), не нуждается в химических реактивах, методически обоснован. С его применением оценка технического состояния агрегатов автосамосвалов выполняется по минимальному числу проб масла. При этом для анализа отбирается проба массой 1 г работающего масла.

Разработанное нами средство диагностирования позволяет организовать в условиях предприятия предварительный контроль большинства проб работающего масла отобранных не только из двигателей, но из агрегатов других систем автосамосвала. Для этого, пробы работающего масла измеряются прибором ИКМ-2, и результаты сравниваются с эталонными пробами свежего масла соответствующих марок.

Прибор ИКМ-2 способен выявлять такие диагностические признаки, которые соответствуют диагностическим параметрам стандартных методов анализа, т.е. негорючим примесям, наличию воды, топлива, продуктов окисления. Проведенные лабораторные исследования установили тесные корреляционные связи (R = 0,8–0,9) между результатами стандартных методов исследования и результатами экспресс-метода, полученными на приборе ИКМ-2.

Однако дополнительный анализ масла приводит к дублированию стандартных методов, которые выполняются в соответствии с установленным перечнем работ. В таком случае предлагается ограничить использование стандартных методов контроля, выполняя только предварительный контроль прибором ИКМ-2.

Однако это не исключает применения стандартных методов контроля. Если значение диагностического параметра, полученного на приборе ИКМ-2, превышает браковочный уровень, то выполняется весь комплекс стандартных методов анализа масла, который уточняет и дополняет результат экспресс-диагностики. Полученные комплексные результаты являются основанием для замены масла и постановки автосамосвала на техническое обслуживание или в ремонт, согласно выявленным нарушениям.

Рассмотрим организацию предварительного контроля СКУНА ПРМ на примере транспортного управления ОАО «Разрез Шестаки» (г. Гурьевск Кемеровской области). В эксплуатации разреза находится парк карьерных самосвалов с гидромеханической трансмиссией Белорусского автозавода, тракторно-бульдозерная техника и технологический транспорт. Все самосвалы БелАЗ-7547, БелАЗ-7548, БелАЗ-7555В, а также бульдозеры Т-130, Т-170, Т-25, Komatsu D-355, автогрейдеры ДЗ-98 и другие машины находятся под диагностическим контролем СКУНА ПРМ.

Показатели эффективности от внедрения предварительного контроля работающего масла, с использованием прибора ИКМ-2 при диагностировании двигателей карьерных автосамосвалов БелАЗ-7555В и БелАЗ-7548 автоколонны №1, приведены в таблице.

Трудоемкость экспресс-метода при диагностировании двигателей достаточно мала, и это позволяет расширить диагностические возможности СКУНА ПРМ.

Как видно из таблицы, трудовые затраты экспресс-метода, от общей стандартной трудоемкости, не превышают 5%. Однако, выявленные экспресс-методом отклонения диагностического параметра, превышающие величину браковочного значения, подтверждаются стандартными методами, что должно увеличить общую трудоемкость. Но даже в этом случае трудоемкость не превышает 68% от планового уровня. Таким образом, в технологическом процессе диагностирования высвобождается третья часть рабочего времени.

Надежность карьерных самосвалов с гидромеханическими трансмиссиями, которыми оснащены БЕЛАЗы грузоподъемностью до 60 т, существенно ниже аналогов мировых производителей [4]. Выполненные исследования статистики отказов [5] показали следующее распределение выявленных неисправностей: 71% – двигатели, 12% – гидромеханические передачи (ГМП), 3% – редукторы ведущих мостов (РВМ), 14% – механизмы гидравлических систем (МГС).

Если учесть, что диагностика МГС по ПРМ не имеет достаточных научных обоснований и единой методики, то диагностирование ГМП и РВМ, по аналогии с ДВС, можно положить на научную основу СКУНА ПРМ. Тогда выявленные трудовые резервы без существенного изменения структуры СКУНА ПРМ способны расширить номенклатуру диагностирования агрегатов автосамосвалов.

Внедрение на транспортных предприятиях горнодобывающей отрасли служб контроля и управления надежностью агрегатов по параметрам работающего масла позволяет диагностировать технические состояния агрегатов самосвалов и контролировать качество работающих масел. Корректированием структуры СКУНА ПРМ универсальным экспресс-методом диагностики позволяет снизить общую трудоемкость сервисных работ, если данный метод использовать, как предварительный метод контроля. Стандартные методы контроля не исключаются полностью, и выполняются в том случае, когда полученные экспресс-методом значения превышают браковочный уровень. Снижение трудовых затрат при выполнении анализов проб масла позволяет расширить номенклатуру диагностирования агрегатов самосвалов, без существенного изменения структуры СКУНА ПРМ.

Использованные источники:

  1. Карьерный автотранспорт стран СНГ в ХХI веке / П.Л. Мариев, А.А. Кулешов, А.Н. Егоров, И.В. Зырянов. – СПб.: Наука, 2006. – 387 с.
  2. Бахтурин Ю.А. Современные тенденции развития карьерного транспорта // Горный Инфор- мационно-Аналитический Бюллетень. – 2009. – № 7. – С. 403–414.
  3. Гаравский А.О., Бондарев И.Ф. Критерии эффективности использования карьерного авто- транспорта // Горная промышленность. – 2002. – № 6.
  4. Анистратов К.Ю. Обоснование структуры парка карьерных самосвалов в классах грузоподъ- емности 40–100 т // Горная промышленность. – 2010. – № 5 (93).
  5. Организация системы диагностирования землеройно-транспортных машин в условиях раз- реза «Шестаки» / Ю. А. Власов, О. В. Пономарева, Ю. С. Саркисов, Н. С. Мокрецов // Труды V Международной юбилейной научно-практической конференции «Автомобиль и техносфера» [Электронный ресурс] / Казан. гос. техн. ун-т. – Казань, 2007.
  6. Соколов А.И. и др. Оценка работоспособности машин по параметрам работающего масла / А.И. Соколов, Н.Т. Тищенко, В.А. Аметов. – Томск: Изд-во Том. ун-та, 1991. – 200 с.
  7. Химия нефти. Руководство к лабораторным занятиям / И.Н. Дияров, И.Ю. Батуева, А.Н. Са- дыков, Н.Л. Солодова. – Л.: Химия, 1990. – 240 с.
  8. Власов Ю.А., Тищенко Н.Т., Гильц В.О., Ляпина О.В. Организация экспресс-диагностики агре- гатов автомобилей по параметрам работающего масла // Автотранспортное предприятие. – 2012. - №6. – С. 38–41.
  9. Эме Ф. Диэлектрические измерения. – М.: Химия, 1967. – 224 с.
  10. Способ диагностики агрегатов машин по параметрам работающего масла / Власов Ю.А., Тищенко Н.Т. и др.: пат. 2473884 Рос. Федерация. № 2011139525/28; заявл. 28.09.2011; опубл. 27.01.2013, Бюл. № 3. – 9 с.
Ключевые слова: масла, параметрам, работающего, автомобилей, организация, диагностирования

Журнал "Горная Промышленность" №4 (110) 2013, стр.91