26 февраля 2016г.
На сегодняшний день на калийных рудниках РФ и стран СНГ наибольшее применение нашли проходческо-очистные комбайны семейства «Урал», оснащѐнные комбинированными планетарно-дисковыми исполнительными органами и гусеничным ходовым оборудованием.
Актуальной остается задача повышения эффективности использования добычных комбайнов: увеличения коэффициента машинного времени, наиболее рациональное использование ресурса и увеличение времени наработки на отказ проходческо-очистных комбайнов.
Решение данных задач возможно на основе разработки и широкого использования автоматизированных систем контроля параметров работы и технического состояния проходческо-очистных комбайнов.
Прогнозирование индивидуального ресурса деталей добычных машин включает комплекс задач: оценку текущего состояния объекта, прогнозирование развития этого состояния на ближайшее будущее и определение остаточного ресурса. В настоящее время основными методами оценки технического состояния элементов электромеханической системы проходческо-очистных комбайнов являются контроль шума и вибрации, температуры нагрева и состава масла, температурный мониторинг подшипниковых узлов, оценка мощности на входе и выходе механической системы.
Наибольшее развитие получили методы вибрационного мониторинга с отработанной структурой средств измерения и анализа вибрации. Но использование вибрационных методов для диагностики проходческо- очистных комбайнов по опыту ведущих отечественных и зарубежных горнодобывающих предприятий, достаточно трудоѐмко и не применяется в бортовых системах комбайнов. Однако даже простое повышение уровня вибрации и шума является объективным признаком не идеального состояния оборудования в целом.
Исследовать тепловые процессы стало возможным с появлением тепловизионной диагностики. В настоящее время методы тепловизионной диагностики переживают подъѐм. Широкий спектр их применения и бесконечный перечень объектов и единиц оборудования, подлежащего обследованию, позволяют эффективно использовать тепловизионную систему как в целях энергосбережения и ресурсосбережения, так и для повышения надежности и эффективностиработы инженерных систем, снижения аварийности, повышения уровнябезопасности оборудования, снижения затрат на его эксплуатацию. Наиболее полное развитие методы тепловизионной диагностики получили для прогнозирования состояния высоковольтного оборудования и электрических машин большой мощности. Для основной номенклатуры промышленного оборудования эти методы не нашли широкого применения [3]. Несмотря на это тепловизионная диагностика незаменима при экспресс-анализе состояния работающего оборудования для локализации дефектов в электромеханических приводах.
Способ определения технического состояния трансмиссии по наличию в масле механических примесей инерционен. Процесс износа элементов в зубчатых передачах редуктора различен по интенсивности. Скачкообразное изменение количества механических примесей в масле происходит при интенсивном питинге (усталостное выкрашивание) или износе. В любом случае увеличение железа в масле служит диагностическим признаком возможности отказа [5].
Помимо заключения о возможности дальнейшей эксплуатации очистного комбайна или необходимости постановки его в ремонт, целью диагностических мероприятий является также определение характера деградации контролируемых параметров и оценки остаточного ресурса исследуемого узла. Вышеописанные способы контроля технического состояния добычных машин не позволяют выполнить оценку остаточного ресурса элементов электромеханической системы добычных машин с постоянно изменяющимся режимом работы и внешним динамическим воздействием.
Сложный характер взаимодействия элементов и узлов между собой и с внешней средой, трудность или невозможность получения достаточной информации о показателях надѐжности отдельных элементов, деталей и узлов определяет поиск решений, которые естественным образом включают описания физических процессов взаимодействия объектов с внешней средой, переход системы в неработоспособное состояние, как физический процесс. При этом описание поведения объекта с точки зрения его работоспособности становится органически связанным с описанием процесса функционирования системы [4]. На сегодняшний день одним из перспективных методов оценки технического состояния и ресурса элементов электромеханической системы добычных машин является анализ величины и характера внешних нагрузок, определяемых посредством замеров мгновенных значений токов, напряжений и мощностей, потребляемых электродвигателями добычного комбайна [2, 6 , 7].
Сотрудниками кафедры горных и нефтепромысловых машин Пермского национального исследовательского политехнического университета, совместно со специалистами ООО «Региональный канатный центр» (г.Пермь), разработан опытный образец программно-регистрирующего комплекса «ВАТУР», обеспечивающего измерение, запись и сохранение основных параметров работы проходческо-очистных комбайнов. В состав измерительного комплекса «ВАТУР» входят процессорный блок, блоки питания и коммутации, токовые клещи, датчики напряжения и датчик пути. Процессорный блок состоит из компьютера промышленного исполнения для переносных систем, аналого-цифрового преобразователя (АЦП) и 16-ти битового реверсивного счетчика.
Визуализация записей токов, напряжений и активных мощностей приводов осуществлялась с использованием специально разработанной программы «Ватур-оф».
Программно-регистрирующий комплекс «ВАТУР» обеспечивает возможность создания и хранения массивов данных, содержащих информацию о достаточно длительных периодах работы проходческо-очистного комбайна [8]. Анализ ваттметрограмм позволяет определить следующее.
1. Режимные параметры работы комбайна: частоту включений-выключений, время производительной работы и простоев.
2. Частоту возникновения и длительность сверхнормативных нагрузок. При возникновении аварийных ситуаций ваттметрограмма является документом, позволяющим судить о причинах аварии и действиях персонала. На основе актуальной информации о нагруженности приводов возможно функционирование систем автоматического ограничения нагрузок.
3. Техническую производительность и наработку комбайна. Полученные данные, соотнесѐнные с затратами на обслуживание и ремонт, определяют стоимость машино-часа готовности комбайна и объективно характеризуют эффективность работы сервисных служб предприятия. [1].
4. Остаточный ресурс комбайна.
Известно, что наработка горного комбайна определяется прочностными свойствами элементов машин, а также величиной и характером фактически действующих нагрузок. Остаточный ресурс комбайна и отдельных его элементов трансмиссий может быть определѐн с достаточно степенью достоверности на основании результатов моделирования при использовании в качестве исходной информации данных записи активной мощности двигателя (его эксплуатационной нагруженности) в межремонтный период [5,6].
Спектральный анализ аналоговых сигналов токов, полученных посредством измерительного программно- регистрирующего комплекса «ВАТУР», позволяет выявить частотные колебания кинематической цепи приводной двигатель – редуктор – исполнительный орган. Дефекты рабочих узлов и механических передач обусловливают возникновение аномальных искажений, фиксируемых на записи. Непрерывное измерение величин переменных составляющих в спектре тока, характеризующих конкретные дефекты в электромеханической системе, с последующим анализом их изменений в процессе эксплуатации позволяет идентифицировать возможное время достижения по градиенту изменения контролируемого параметра. Таким образом, реализуется оценка остаточного ресурса трансмиссии, что позволяет принимать обоснованные решения о необходимости остановки комбайна с последующим техническим обслуживанием (ремонтом) узлов привода.
Диагностический комплекс, непрерывно регистрирующий токи, напряжения, активные мощности двигателей приводов и перемещение проходческо-очистного комбайна позволит реализовать автоматизированную оценку технического состояния добычной машины, осуществлять оценку наработки и остаточного ресурса элементов электромеханической системы, рационально планировать ремонтные работы, а также оценивать качество их выполнения.
Список литературы
1. Андреева Л.И. Методология формирования технического сервиса горно-транспортного оборудования на угледобывающем предприятии: автореф. дис. … докт. техн. наук. Екатеринбург, 2004. – 25 с.
2. Барков А.В., Баркова Н.А., Борисов А.А.и др. Методика диагностирования механизмов с электроприводом по потребляемому току. – СПб.: «Севзапучцентр», 2012. – 68 с.
3. Вахромеев О.Е., Каримов Р.Т., Надеев А.И.Современные методы диагностики электромеханических систем // Вестник АГТУ. 2006. № 2. С.51–56.
4. Докунин А.В., Красников Ю.Д., Хургин З.Я и др. Статическая динамика горных машин. – М.: Наука, 1978.– 238 с.
5. Иванов С.Л. Повышение ресурса трансмиссий горных машин на основе оценки энергонагруженности их элементов. – Спб.: Санкт-Петербургский горный ин-т, 1999. – 92 с.
6. Коломийцев М.Д. Эксплуатация горных машин и автоматизированных комплексов. – Л.: Изд-во ЛГИ, 1988. – 96 с.
7. Лаптев Б.В. Предотвращение газодинамических явлений на калийных рудниках. – М.: Недра, 1994. – 138 с.
8. Трифанов Г.Д., Князев А.А., Чекмасов Н.В., Шишлянников Д.И. Исследование нагруженности и возможности прогнозирования энергоресурса приводов исполнительных органов комбайна «Урал-20Р»// Горное оборудование и электромеханика. 2013. №2. С. 41–44.
