Совершенствование системы технического обслуживания и ремонта карьерных экскаваторов типа механическая лопата в условиях северных регионов России: На примере разреза "Нерюнгринский" ОАО ХК "Якутуголь" тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.05.06, кандидат технических наук Синяков, Андрей Анатольевич

• Синяков, Андрей Анатольевич
• кандидат технических наук
• 2005

Оглавление диссертации кандидат технических наук Синяков, Андрей Анатольевич

ВВЕДЕНИЕ.

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА, ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1. Условия эксплуатации экскаваторов на угольных разрезах Якутского каменноугольного бассейна.

1.2. Показатели использования карьерных экскаваторов.

1.3. Анализ работ по ремонтной технологичности машин.

1.4. Требования к ремонтной технологичности карьерных экскаваторов

1.5. Выводы.

2. ОЦЕНКА РЕМОНТНОЙ ТЕХНОЛОГИЧНОСТИ ЭКСКАВАТОРОВ

2.1. Методика оценки ремонтной технологичности карьерных экскава- 31 торов.

2.2. Определение функционального критерия.

2.3. Выбор показателей для оценки ремонтной технологичности карьерных экскаваторов.

2.4. Методика сбора и обработки статистической информации для оценки ремонтной технологичности карьерных экскаваторов.

2.5. Математическая обработка экспериментальных данных.

2.6. Выбор базовых показателей для оценки уровня ремонтной технологичности карьерных экскаваторов.

2.7. Определение комплексного показателя ремонтной технологичности карьерного экскаватора.

2.8. Выводы.

3. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ФАКТОРОВ НА РЕМОНТНУЮ ТЕХНОЛОГИЧНОСТЬ КАРЬЕРНЫХ ЭКСКАВАТОРОВ

3.1. Влияние вместимости ковша карьерного экскаватора на трудоем- 56 кость ремонтов.

3.2. Влияние горнотехнических условий на ремонтную технологичность карьерных экскаваторов.•.

3.3. Влияние профессиональной подготовленности обслуживающего персонала на ремонтную технологичность карьерных экскавато- 59 ров.

3.4. Влияние окружающей среды на ремонтную технологичность карьерных экскаваторов.

3.5. Влияние возраста оборудования на ремонтную технологичность карьерных экскаваторов.

3.6. Выводы.

4. ИССЛЕДОВАНИЕ И ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ ТЕРМОКОНТАКТНОГО СПОСОБА ОЧИСТКИ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ ОТ НАМЕРЗШЕЙ ГОРНОЙ МАССЫ

4.1. Влияние твердой и жидкой фаз воды на прочностные свойства связных горных пород.

4.2. Исследование адгезионного взаимодействия мерзлой связной породы с металлической поверхностью.

4.3. Исследование процесса нагрева на разупрочнение адгезионного контакта мерзлой связной породы с металлическим основанием.

4.4. Исследование параметров термоконтактного нагрева, определяющих прочность адгезионного контакта.

4.5. Моделирование процесса термоконтактного нагрева.

4.6. Разработка нагревателей для термоконтактной очистки.

4.7. Выводы.

5. РАЗРАБОТКА РЕКОМЕНДАЦИЙ ПО ПОВЫШЕНИЮ РЕМОНТНОЙ ТЕХНОЛОГИЧНОСТИ КАРЬЕРНЫХ ЭКСКАВАТОРОВ

5.1. Рекомендации по совершенствованию системы ТОиР карьерных 116 экскаваторов.

5.2. Рекомендации по совершенствованию технологии ремонта механического оборудования карьерных экскаваторов.Ц

5.3. Количественные и качественные критерии предельных состояний деталей карьерных экскаваторов 301M-HR.

5.4. Конструктивно-технологические мероприятия по повышению ремонтной технологичности механического оборудования карьер- 121 ных экскаваторов.

5.5. Экономическая эффективность от внедрения мероприятий и рекомендаций по повышению ремонтной технологичности карьерных 121 экскаваторов.

5.6. Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Совершенствование системы технического обслуживания и ремонта карьерных экскаваторов типа механическая лопата в условиях северных регионов России: На примере разреза "Нерюнгринский" ОАО ХК "Якутуголь"»

В настоящее время Восточная Сибирь, Дальний Восток, в том числе и Республика Саха (Якутия) представляет собой мощные экономические регионы с развитой инфраструктурой, обладающие крупными запасами угля различных марок. Эти регионы характеризуются суровыми климатическими условиями, обозначаемыми в диссертационной работе «северными». Добыча угля ведется в основном открытым способом и общая мощность угольных разрезов в этих регионах составляет более 100 млн.т., [40]. Открытый способ угля в перспективе должен развиваться опережающими темпами и в 2010 г. его уровень, в России, должен составить 200-230 млн.т. или 70% общей угледобычи [118].

Анализируя современное техническое состояние разрезов, следует отметить, кризисное состояние парка основного технологического оборудования, в первую очередь, наиболее металлоемкого — экскаваторного парка, определяющего технический уровень и технико-экономические показатели [119].

Развитие разработки полезных ископаемых в районах Сибири и Крайнего Севера ставит задачи дальнейшего повышения надежности и ремонтной технологичности карьерного оборудования. Сложные горнотехнические условия, наличие вибрации, повышенная влажность и запыленность воздуха, резкие колебания температуры, смерзаемость грунта, и как следствие повышение нагрузок, приводят к снижению производительности и повышению трудоемкости работ по техническому обслуживанию и ремонту экскаваторов.

На горных предприятиях широко используются карьерные экскаваторы с ковшом вместимостью от 4,6 до 40 м3. Наряду с отечественными экскаваторами ЭКГ-8И, ЭКГ-12,5, ЭКГ-15, ЭКГ-20 находят применение и экскаваторы фирмы «Marion» марки М-201 с вместимостью ковша 16 м3, и М-301 с вмео стимость ковша 40 м . В конце 2002 начался монтаж дизель-электрических о экскаваторов РС-5500 с вместимостью ковша 23 м . Наличие таких экскаваторов на разрезе «Нерюнгринский» обусловлено переходом на высокопроизводительную технику, единичной мощности.

Вместе с тем поддержание высоких темпов развития открытых горных работ на угольных разрезах сдерживается низкой эффективностью использования карьерных экскаваторов, которые под влиянием многочисленных факторов простаивают от 40 до 50% календарного времени, в том числе по техническим причинам 14-27%. Фактические простои в ремонте более чем в 3 раза превышают нормативные, что объясняется недостаточной надежностью и низкой эффективностью системы технического обслуживания и ремонта машин. Так, расходы на содержание и ремонт оборудования в северных районах в 2-6 раз превышают аналогичные расходы в средней полосе страны [111].

На ремонт оборудования, являющегося самым трудоемким вспомогательным процессом на открытых разработках, расходуются до трети всех затрат на добычу полезного ископаемого. Ремонтом занято 18-30% списочного состава рабочих. Уровень механизации ремонтных работ очень низок, до 76% затрат труда приходится на операции, выполняемые вручную [59, 60].

Опыт эксплуатации карьерных экскаваторов в зимний период, при наличии суровых климатических условий показывает, что количество аварийных остановок существенно возрастает.

Острота проблемы повышения надежности и ремонтной технологичности карьерных экскаваторов обуславливается также: поточным характером производства, где одноковшовые карьерные экскаваторы в большинстве случаев являются ведущими машинами всего технологического комплекса; опережающим усложнением конструкций карьерных экскаваторов (механических, электрических, гидравлических систем) по сравнению с внедрением современных методов повышения надежности сложных систем управления в практику экскаваторостроения; увеличением числа карьерных экскаваторов, работающих в районах с низкими температурами (районы Заполярья, республики Саха, Сибири, Дальнего Востока); низкой надежностью и малыми сроками службы деталей и узлов значительной части карьерных экскаваторов, что вызывает неоправданно большие трудовые и материальные затраты. Положение усугубляется значительной изношенностью экскавационного оборудования, многие образцы которого уже исчерпали свои нормативные сроки. Совокупность указанных факторов приводит к снижению объемов и экономических показателей горного производства.

Угольные предприятия Северных регионов России, особенно угольный разрез "Нерюнгринский", выдвигают, как первоочередную, задачу снижения негативного влияния указанных факторов и повышение эффективности горного производства на этих предприятиях. Среди возможных путей решения этой задачи, одним из основных направлений, является совершенствование системы технического обслуживания и ремонта (далее - ТОиР) карьерных экскаваторов [12]. Сама по себе система ТОиР оборудования характеризуется его ремонтной технологичностью, под которой понимается совокупность конструктивных свойств рассматриваемого оборудования и организационно-технологических особенностей горного производства, в соответствии с которыми осуществляется ТОиР. Количественно ремонтная технологичность оценивается затратами времени, труда и материальных средств на выполнение ремонтов. Поэтому представленная диссертационная работа, направленная на совершенствование системы ТОиР, за счет повышения ремонтной технологичности карьерных экскаваторов эксплуатируемых в Северных регионах России, является весьма актуальной научной задачей.

Целью настоящей работы является повышение надежности и совершенствование системы ТОиР карьерных экскаваторов, эксплуатируемых в условиях Северных регионах России.

Идея работы заключается в выявлении наиболее значимых показателей ремонтной технологичности карьерных экскаваторов и определении степени их влияния на выполнение экскаваторами их основного функционального назначения.

Задачи исследований:

• Анализ эксплуатационных показателей работы карьерных экскаваторов, работающих в условиях Северных регионах России;

• Выбор наиболее рациональной методики и оценка уровня ремонтной технологичности карьерных экскаваторов, эксплуатируемых в условиях Северных регионах России;

• Исследование факторов, влияющих на ремонтную технологичность карьерных экскаваторов, эксплуатируемых в условиях Северных регионах России, и определение их рациональных значений;

• Разработка и экономическое обоснование комплекса мероприятий, направленных на совершенствование системы ТОиР, а также повышение коэффициента технического использования карьерных экскаваторов;

• Разработка конструктивно-технических решений обеспечивающих снижение трудоемкости и затрат времени на ремонт отдельных узлов карьерных экскаваторов, в том числе на устранение намерзания горной массы на элементы конструкции.

Методы исследований, использованные в работе:

• Проведение мониторинга функционирования карьерных экскаваторов на разрезе "Нерюнгринский" и анализ его результатов с использованием математического аппарата теории вероятностей и математической статистики;

• оценка ремонтной технологичности карьерных экскаваторов и выявление путей ее повышения на основе предложенной в работе аналитической методики;

• пассивные и активные методы экспериментальных исследований при про6 мышленной апробации разработанного комплекса мероприятий по повышению ремонтной технологичности карьерных экскаваторов;

• теоретические и экспериментальные исследования прочности сцепления мерзлой горной породы с металлической поверхностью.

Научные положения, выносимые на защиту:

1. Математическая модель оценки уровня ремонтной технологичности карьерных экскаваторов, разработанная на основе анализа показателей трудоемкости, продолжительности и стоимости их ремонтов.

2. Аналитические зависимости, связывающие единичные и комплексный показатели ремонтной технологичности карьерных экскаваторов с горнотехническими и климатическими условиями горного производства в Северных регионах России.

3. Методика повышения коэффициентов технического использования карьерных экскаваторов за счет оптимизации системы ТОиР в Северных регионах России.

4. Модель процесса нагрева двухкомпонентной среды "мерзлая горная порода - металлическое основание" позволяющая определять рациональные параметры процесса термоконтактного нагрева для тепловой очистки металлических поверхностей карьерных экскаваторов от намерзшей горной массы во время проведения их ремонтов.

Обоснование и достоверность научных положений, выводов рекомендаций подтверждаются:

• представленным объемом статистической информации (около 20 единиц карьерных экскаваторов на протяжении 5 лет хронометражных наблюдений);

• сходимостью результатов теоретических и экспериментальных исследований с доверительной вероятностью 0,8-Ю,95 при относительных ошибках 0,1-Ю,2, установленных на основе апробированных методов теории вероятностей и математической статистики;

• положительными результатами внедрения в ОАО ХК "Якутуголь" разработанного комплекса мероприятий по повышению долговечности и ремонтной технологичности карьерных экскаваторов.

Научная новизна работы, применительно к условиям Северных регионов России, заключается в следующем:

• установлены качественные и количественные зависимости основных показателей ремонтной технологичности (продолжительности проведения 111 IP, их трудоемкости и стоимости) карьерных экскаваторов от горнотехнических и климатических условий горного производства; выявлены закономерности влияния показателей ремонтной технологичности карьерных экскаваторов на основной функциональный критерий — эксплутационную производительность; выявлена количественная зависимость коэффициента технического использования карьерных экскаваторов от фактических сроков их службы; установлены качественные и количественные критерии предельных состояний эксплуатируемых узлов (сборочных единиц) карьерных экскаваторов 301-М фирмы "Marion"; установлена графическая зависимость при нагреве двухкомпонентной среды "мерзлая горная порода - металлическое основание"; впервые разработаны рекомендации по повышению уровня ремонтной технологичности карьерных экскаваторов, эксплуатируемых в условиях Северных регионов России.

Личный вклад автора состоит: в сборе и обработке достаточно большого статистического материала по эксплуатации карьерных экскаваторов; в разработке математической модели оценки влияния показателей ремонтной технологичности карьерных экскаваторов на их основные функциональные показатели: эксплутационную производительность и степень технического использования карьерных экскаваторов; в установлении количественных зависимостей ремонтной технологичности карьерных экскаваторов, работающих на разрезе "Нерюнгринский" ОАО ХК "Якутуголь", от горно-геологических и климатических условий эксплуатации; в представлении трудоемкости технического обслуживания и ремонта карьерных экскаваторов в виде технически обоснованных показателей, учитывающих квалификацию исполнителей и зависящих от вместимости ковша карьерного экскаватора, горнотехнических и климатических условий, а также возраста горной машины; в оптимизации поэтапной системы ТОиР, способствующей рациональному проведению ремонтов карьерных экскаваторов, повышению эффективности их использования в условиях Северных регионов России; в разработке "Технологических карт по ремонту сборочных единиц карьерного экскаватора 301-М фирмы "Marion"; в определении рациональных параметров процесса термоконтактного нагрева для теплового способа очистки узлов карьерных экскаваторов от намерзшей горной массы при проведении вспомогательных и ремонтно-восстановительных работ в условиях отрицательных температур.

Практическая ценность работы подтверждается разработкой и реализацией на разрезе "Нерюнгринский" ОАО ХК "Якутуголь" рекомендаций по повышению уровня ремонтной технологичности карьерных экскаваторов.

Реализация выводов и рекомендаций работы заключается в том, что усовершенствованная в диссертационной работе поэтапная система ТОиР и комплекс рекомендаций по повышению уровня ремонтной технологичности карьерных экскаваторов были приняты в ОАО ХК "Якутуголь" и реализованы с годовым эффектом около 11 млн.руб. (в ценах 2003 года), материалы диссертационной работы используются в учебном процессе Технического Института (филиала) Якутского Государственного Университета г.Нерюнгри при чтении курса лекций, выполнении контрольных и курсовых работ по дисциплинам "Эксплуатация и ремонт карьерного оборудования".

Апробация работы. Основное содержание работы, отдельные ее положения и результаты были доложены и обсуждены: на техническом совете разреза "Нерюнгринский" ОАО ХК "Якутуголь"; на техническом совете ОАО ХК "Якутуголь"; на Научном семинаре Технического Института (филиала) Якутского Государственного Университета; на IV региональной научно-практической конференции молодых ученых, аспирантов и студентов (Нерюн-гри; ТИ(ф)ЯГУ, 2003г.); на республиканской конференции "Пути решения актуальных проблем добычи и переработки полезных ископаемых" (Якутск; ЯГУ, 2003г.); на X Международной научно-практической конференции "Сиб-ресурс - 2004" (Кемерово, 2004г); на научно-практической конференции "Иго-шинские чтения" (Иркутск, 2004г).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 печатных работ.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, 5-и глав, заключения, списка литературы и приложений. Общий объем составляет 144 страницы, включая 34 рисунка и 31 таблицу, список использованной литературы из 128 наименований и приложений на 9 страницах.

Заключение диссертации по теме «Горные машины», Синяков, Андрей Анатольевич

5.6. Выводы

1. Переход на предлагаемую поэтапную систему ТОиР позволил более рационально распределить объемы ремонтных работ, повысить качество проводимых ремонтов, уменьшить количество аварийных ремонтов, в результате чего сократить простои в ремонтах на 18%.

2. Использование при ремонтах "Технологических карт на ремонт сборочных единиц экскаваторов 301-М" позволило сократить время нахождения карьерных экскаваторов в плановых ремонтах на 24%, за счет:

• пооперационного описания ремонтных технологических процессов демонтажа, разборки, сборки и монтажа механизмов карьерного экскаватора;

• применения стандартного инструмента, пооперационно установлена целесообразность применения и разработки специальных приспособлений и инструментов;

• приведения сведений о количестве исполнителей, а также сведений о сложности (разряде) и трудоемкости выполняемых работ

3. При проведении регулярных технических осмотров, зная количественные и качественные критерии предельных состояний узлов, можно оценить общее их состояние, тем самым предупредить аварийные простои и снизить время нахождения карьерных экскаваторов в плановых простоях (на 14%), повысить надежность карьерных экскаваторов, улучшить их приспособленность к техническому обслуживанию и ремонту.

4. Разработанный и внедренный на разрезе "Нерюнгринский" ОАО ХК "Якутуголь" комплекс научно-обоснованных организационно-технических мероприятий по совершенствованию системы ТОиР, за счет повышения уровня ремонтной технологичности карьерных экскаваторов, позволил получить в 2003 году реальный экономический эффект в размере 11 млн.руб. Комплексный показатель ремонтной технологичности увеличился в среднем на 12%.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе предложено новое решение актуальной научно-технической задачи - совершенствование системы ТОиР карьерных экскаваторов типа механическая лопата, что позволит повысить эффективность их использования на горных предприятиях Северных регионов России.

Результаты теоретического анализа и экспериментальных исследований, полученные в процессе работы, позволили сформулировать следующие выводы:

1. Установлено, что коэффициент технического использования календарного времени карьерных экскаваторов находится в пределах 0,2-0,55, а простои в плановых и неплановых ремонтах достигают 32% от общего фонда рабочего времени, что обуславливается низким уровнем надежности и ремонтной технологичности, сложными горно-геологическими и жесткими климатическими условиями их эксплуатации, несовершенством действующих систем ТоиР при отсутствии научно-обоснованных нормативов на ремонт карьерных экскаваторов в условиях Северных регионов России.

2. На основе предложенной математической модели оценки ремонтной технологичности карьерных экскаваторов разработана методика, позволяющая производить оценку уровня ремонтной технологичности карьерных экскаваторов различных типоразмеров по единичным и комплексному показателям с учетом трудоемкости, продолжительности и стоимости их ремонтов. Расчетные значения комплексных показателей ремонтной технологичности составили: для карьерных экскаваторов ЭКГ-15, ЭКГ-20, 201-М, 301-М, соответственно 0,497; 0,431; 0,446; 0,996.

3. Выявлены внешние факторы, наиболее влияющие на уровень ремонтной технологичности карьерных экскаваторов: вместимость ковша; природно-климатические и горнотехнические условия работы оборудования; профессиональная подготовленность персонала; срок эксплуатации экскаваторов. Выявлены закономерности влияния показателей ремонтной технологичности карьерных экскаваторов на основной функциональный критерий карьерных экскаваторов - их эксплутационную производительность.

4. Обоснован переход на разработанную поэтапную систему ТОиР, позволяющую более рационально распределить объемы ремонтных работ, повысить качество проводимых ремонтов, уменьшить количество аварийных ремонтов, в результате чего сократить простои карьерных экскаваторов в плановых ремонтах на 18%.

5. Разработаны "Технологические карты на ремонт сборочных единиц карьерных экскаваторов 301-М фирмы "Marion" позволившие сократить время нахождения карьерных экскаваторов в плановых ремонтах до 24%, за счет:

• пооперационного описания ремонтных технологических процессов демонтажа, разборки, сборки и монтажа механизмов карьерного экскаватора;

• применения стандартного и нестандартного инструмента, поопера-ционно установлена целесообразность применения и разработки специальных приспособлений и инструментов;

• приведения сведений о количестве исполнителей, а также сведений о квалификации (разряде) и трудоемкости выполняемых работ

6. Установлена графическая зависимость при нагреве двухкомпонентной среды "мерзлая горная порода - металлическое основание" и предложен термоконтактный способ очистки деталей карьерных экскаваторов от намерзшей горной массы ввиду его высокой эффективности, универсальности и надежности при проведении вспомогательных и ремонтно-восстановительных работ в условиях отрицательных температур, что позволило сократить время нахождения карьерных экскаваторов в аварийных ремонтах на 14%.

7. Предложен ряд конструктивных изменений, внедрение которых позволило сократить простои карьерных экскаваторов в ремонтах на 12%.

8. Разработанный и внедренный на разрезе "Нерюнгринский" ОАО ХК "Якутуголь" комплекс научно-обоснованных организационно-технических мероприятий по совершенствованию системы ТОиР, за счет повышения уровня ремонтной технологичности карьерных экскаваторов, позволил получить в 2003 году реальный экономический эффект в размере 11 млн.руб. Комплексный показатель ремонтной технологичности увеличился в среднем на 12% (приложение 5).

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Синяков, Андрей Анатольевич, 2005 год

1. Абрамов С.А. Исследование количественных показателей эксплуатационной надежности башенных кранов. Автореферат канд. дисс.// М. -МИСИ. 1989. -23с.

2. Алексеев А.Ф. Влияние свойств пород на термодинамическую очистку ковшей экскаваторов./ А.Ф.Алексеев, Р.Е.Морит, Г.В.Шубин.// Открытая разработка угольных месторождений. — Кемерово. 1987. - С. 48-53.

3. Алексеев А.Ф. Исследование процесса оттаивания влажной связной породы при термомеханическом способе очистке поверхностей./ А.Ф.Алексеев, Г.В.Шубин.// Физико-технические проблемы освоения месторождений Севера. Якутск. - Изд.ЯГУ. — 1989. - С. 134-143.

4. Алексеев А.Ф. Исследование процесса термомеханической очистки оборудования./ А.Ф.Алексеев, Г.В.Шубин.// Известия вузов. Горный журнал. №6. - 1988. - С. 45-52.

5. Ананян А.А. Содержание незамерзшей воды в мерзлом суглинке в интервале температур от -0,6 до -60°С.// Мерзлотные исследования. М. -Изд. МГУ. 1970. - Вып. 10. - С. 267-270.

6. А.С. 1286307 СССР. МКИ 4. В08 В 7/04. Устройство для очистки поверхностей. / Алексеев А.Ф., Гончаров С.А., Шубин Г.В.// Опубликован БИ. 1987. - №4.

7. А.С. 1298617. СССР. МКИ 4. Прибор для определения адгезионных свойств связных горных пород./ Алексеев А.Ф., Гончаров С.А., Морит Р.Е., Шубин Г.В.// Опубликован БИ. 1987. -№11.

8. А.С. 1326353 СССР. МКИ 4. В08 В7/00. Способ очистки металлических поверхностей от намерзших загрязнений./ Алексеев А.Ф., Гончаров С.А., Шубин Г.В. и др.// Опубликован БИ. 1987. - №28.

9. А.С. 1437107 СССР. МКИ 4. В08 ВЗ/10, 7/02. Устройство для очистки металлических поверхностей./ Алексеев А.Ф., Шубин Г.В. и др.// Опубликован БИ. 1988. - №42.

10. Астахов А.И. Исследование эксплуатационных качеств одноковшовых экскаваторов. Автореферат канд. Дисс.// М. НИИОМТП. - 1965. - 24. с

11. Беляков Ю.Н. Совершенствование экскаваторных работ на карьерах/ Ю.Н.Беляков, В.Н.Владимиров.// М. Недра. - 1974. - 217. с.

12. Вельмина Н.А. Исследование вечной мерзлоты в Якутской ССР.// М.-Мысль.- 1975.- 178 с.

13. Венцель Е.С. Теория вероятностей.// М. — Наука. 1969. - 452 с.15