Автореферат: Обоснование и выбор рациональных параметров эксплуатации экскаваторов цикличного действия

Вместе с тем на ряде горнодобывающих предприятий Сибири («ОАО «СУЭК») идет процесс изменения представлений персонала о факторах, оказывающих существенное влияние на эффективность производства, в том числе эксплуатационные показатели горных машин. Эффективность эксплуатации горной техники определяется действием целого комплекса факторов, среди которых значительную долю занимают организационные: низкое качество подготовки горной массы, неправильная эксплуатация оборудования, несвоевременное проведение и неудовлетворительное качество ремонтов, несоблюдение технологии ремонта. Эти факторы являются наиболее значимыми, влияющими на эксплуатационные показатели и, соответственно, на количество отказов экскаваторов.

Группировка причин аварийных остановок экскаваторов показала, что основными причинами отказов являются неэффективная организация производственных процессов и низкая ответственность операционного персонала (рис. 2).

Рис. 2 Структура распределения причин аварийных остановок экскаваторов по элементам производственной системы

Исследованием установлено, что существует определенная рассогласованность во взаимодействии ремонтного и эксплуатационного персонала, результатом которой является отсутствие у ремонтного персонала экономического интереса в качественном выполнении работ. Анализ оперативной информации, предоставленной разрезом «Восточный» АО «ЕЭК», показал, что средняя заработная плата эксплуатационного персонала выше в 1,3-1,4 раза, чем ремонтного персонала.

Уровень фактической реализации технологических возможностей экскаваторов целесообразно определять посредством установления взаимосвязи их наработки с удельной производительностью и сроком службы. Исследование этой взаимосвязи не позволило выявить связь между рассматриваемыми показателями, т.е. срок эксплуатации не определяет уровень фактической реализации технологических возможностей экскаваторов и не дает полного представления о его техническом состоянии.

По известной формуле расчета удельной эксплуатационной производительности экскаваторов, учитывающей заданную продолжительность технологических простоев, для экскаваторов ОАО УК «Кузбассразрезуголь» рассчитана годовая удельная эксплуатационная производительность, достижимая при надлежащей организации рабочих процессов:

тыс. м³/м³.

Техническое состояние экскаваторов во многом определяется состоянием (исправным или неисправным) базовых узлов и деталей его. Неисправность базовых узлов и деталей предложено оценивать коэффициентом неисправности - :

где - коэффициент неисправности рабочего оборудования, %;

- коэффициент неисправности основных механизмов на поворотной платформе, %;

- коэффициент неисправности механизма хода, %.

Диагональ матрицы (рис. 3) отражает величину удельной рациональной производительности для каждого значения коэффициента неисправности экскаватора.

Рис. 3 Матрица распределения экскаваторов по коэффициенту неисправности и удельной производительности

Марки экскаваторов:

ЭКГ-6,3УС; ЭКГ-8И; ЭКГ-8УС; ЭКГ-10; ЭКГ-12,5;

Hitachi EX-3600; Hitachi EX-5500; RH-170.

Нтс - неудовлетворительное техническое состояние, уровень неисправности 50-100%;

Утс - удовлетворительное техническое состояние, уровень неисправности 20-50%;

Хтс - хорошее техническое состояние, уровень неисправности 0-20%;

Нп - низкая удельная производительность;

Сп - средняя удельная производительность;

Вп - высокая удельная производительность.

Расположение экскаваторов ниже линии рациональной производительности свидетельствует об их недозагруженности объемом работ, выше линии рациональной производительности - о том, что они работают при повышенных эксплуатационных нагрузках с высокой интенсивностью, что увеличивает риск возникновения внезапных отказов. Для машин с различным техническим состоянием риск и тяжесть последствий отказов будут так же различными. Расположение экскаваторов вблизи линии рациональной производительности свидетельствует о результативности принятой на предприятии стратегии поддержания эффективного режима эксплуатации.

Степень соответствия удельной эксплуатационной производительности техническому состоянию экскаваторов предложено определять с помощью коэффициента соответствия:

где - рациональная удельная производительность, тыс. м³/м³;

- фактическая удельная производительность, тыс. м³/м³.

Для экскаваторов, имеющих сопоставимый уровень технического состояния, характерно следующее распределение в координатах «коэффициент соответствия - эффективность эксплуатации» (рис. 4).

Рис. 4 Зависимость эффективности эксплуатации экскаваторов от степени соответствия технического состояния рациональной удельной производительности

Степень соответствия удельной эксплуатационной производительности техническому состоянию экскаваторов оказывает определяющее влияние на эффективность эксплуатации. Высокая эффективность эксплуатации при хорошем техническом состоянии экскаваторов может быть достигнута без превышения нагруженности на узлы и агрегаты экскаватора. При неудовлетворительном техническом состоянии влияние степени его соответствия рациональной эксплуатационной производительности на эффективность эксплуатации значительно снижается.

На горнодобывающих предприятиях существуют различные системы ремонтного обслуживания горной техники: по календарному времени, наработке, - которые недостаточно учитывают интенсивность использования горных машин и оборудования.

Для комплексной оценки эффективности эксплуатации экскаваторов цикличного действия в работе предложены следующие критерии: надежность техники (длительность и частота простоев), интенсивность использования (число циклов экскавации, обеспечивающих нормативную часовую производительность) и экономичность обслуживания (затраты на ремонт).

Эффективность эксплуатации определяется по формуле:

где - объем отгружаемой горной массы за месяц, тыс. м³;

- количество месяцев работы;

- затраты на ремонтное обслуживание, тыс. руб.

Надежность техники определяется по формуле:

где - коэффициент, учитывающий время нахождения техники в ремонте;

- коэффициент количества отказов техники.

Коэффициент нахождения техники в ремонте определяется по формуле:

где - время нахождения техники в ремонте, ч;

- время производительное, ч.

Коэффициент количества отказов техники составляет 0,95; 0,90; 0,85 при числе отказов 18; 2-25; 40 соответственно.

Интенсивность использования экскаваторов определяется по формуле:

где - фактическое число циклов экскавации за месяц;

-число циклов экскавации за месяц для обеспечения нормативной месячной производительности.

На основе анализа показателей эксплуатации были получены корреляционные зависимости эффективности эксплуатации экскаваторов от надежности техники, интенсивности использования и экономичности ее обслуживания (рис. 5).

а) б)

в)

Рис. 5 Зависимость эффективности эксплуатации экскаваторов от: а) надежности; б) экономичности обслуживания; в) интенсивности использования (30 единиц за 12 мес.)

При стремлении максимально увеличить надежность техники непропорционально возрастают затраты на ее обслуживание, в связи с чем снижается эффективность эксплуатации. Попытка добиться повышения эффективности за счет минимизации затрат на ремонтное обслуживание приводит к увеличению числа отказов из-за некачественного (в неполном объеме) ремонта. Увеличение интенсивности использования экскаваторов сопровождается ростом эффективности, но в дальнейшем этот рост замедляется, что объясняется значительным возрастанием затрат на поддержание техники в работоспособном состоянии.

В результате расчета по предложенным критериям экскаваторы распределились по областям эффективности. Неэффективная область эксплуатации экскаваторов характеризуется низкой производительностью (до 230 тыс. м³/м³), высокой частотой аварийных простоев (более 500 ч в год), наличием потерь времени в эксплуатации и ремонте (до 30% от КФВ), а также неприемлемыми затратами на текущие ремонты (в 4,5-5,0 раз выше, чем в эффективной области).

Для обоснованного распределения ресурсов при ремонте экскаваторов цикличного действия, приняты коэффициенты:

На основании принятых коэффициентов произведена оценка качества ресурсного обеспечения процесса ремонта экскаватора ЭКГ-10 (рис. 6).

где - количество использованной информации;

- количество общей информации

где - производительное время работы станков и оборудования;

- общее время работы станков и оборудования

где - время работы со средствами механизации;

- общее время выполнения ремонтных работ

где - производительное время работы персонала;

- общее время работы персонала

Рис. 6 Оценка ресурсного обеспечения процесса ремонта экскаватора ЭКГ-10

Анализ технологического процесса ремонта экскаватора ЭКГ-10 выявил, что отклонения от норматива ресурсного обеспечения ремонта наблюдаются во всей структуре процесса. Данный подход позволяет оценивать уровень обеспеченности ресурсами и обоснованно планировать ремонтное обслуживание. С учетом предложенных критериев разработана методика оценки эффективности эксплуатации экскаваторов цикличного действия, позволяющая обоснованно принимать управленческие решения относительно каждой единицы техники (рис. 7).

Рис. 7 Блок-схема принятия управленческих решений

Неудовлетворительные условия эксплуатации экскаваторов с течением времени вызывают нарастающие изменения в узлах и агрегатах машин, что приводит к постепенному ухудшению параметров функционирования механизмов экскаватора и снижению эксплуатационных показателей.

Для одной и той же горной породы при различном качестве подготовки забоя основные параметры, характеризующие ее как сыпучую среду, будут также различны. И, наоборот, при одинаковом качестве подготовки забоя свойства горной породы можно считать идентичными.

С исполнительным органом машины - ковшом взаимодействует сравнительно небольшой объем породы, величина которого ограничена размерами ковша и толщиной снимаемого слоя (рис. 8). Усилие копания в каждом конкретном случае будет определяться свойствами породы, заключенной в этом объеме.

Рис. 8 Взаимодействие ковша экскаватора ЭКГ-10 с горной массой

Если порода в объеме по грансоставу будет такой же, как и в основном забое, то параметры грунта в нем, будут такими же, как и во всем развале. В этом случае анализ, основанный на положениях статики сыпучих тел, будет достаточно верно отражать средние условия, характерные для данного забоя.

При выполнении неравенства объем будет достаточно полно отражать все основные свойства данного забоя, и при этом условии для анализа процесса копания скальных пород экскаватором возможно применение положений статики сыпучих сред. - минимальный объем породы, который полностью отражает гранулометрический состав горной массы разрабатываемого забоя.

При различных углах внутреннего трения для ковша 10 м³ составляет 1,15м³, 1,29 м^3, 1,48 м³ для углов трения 25, 35, 45 соответственно.

Поскольку в процессе извлечения породы угол внутреннего трения постоянно изменяется, то среду можно считать сыпучей на протяжении всего цикла черпания при условии выполнения неравенства для минимального угла трения 25, при этом

Таким образом, для анализа процесса копания скальных пород экскаватором с емкостью ковша 10 м³ возможно применение положений статики сыпучих сред, так как при объем достаточно полно отражает все свойства горной массы данного забоя.

Для оценки влияния состояния забоя на эксплуатационные показатели и техническое состояние экскаваторов проведен производственный эксперимент по определению параметров кусковатости взорванной горной массы с применением планиметрического метода определения количественного соотношения фракций разной крупности в отрабатываемом массиве (54 замера). На основе расчета параметров кусковатости определен процент выхода различных фракций для каждого забоя (табл. 2).

Таблица 2

Кусковатость горной массы в РУ «Сарбайское»