Влияние погодно-климатических факторов на надежность экскаваторов угольного разреза «Баганурский»

УДК 622.232.8.004

ВЛИЯНИЕ ПОГОДНО-КЛИМАТИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ НА НАДЕЖНОСТЬ ЭКСКАВАТОРОВ УГОЛЬНОГО РАЗРЕЗА «БАГАНУРСКИЙ»

© А.И. Шадрин1, Л. Орхон2

Иркутский государственный технический университет, 664074, Россия, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.

Приведены результаты исследования влияния погодно-климатических факторов на эксплуатационную надежность карьерных экскаваторов и драглайнов в условиях угольного разреза «Баганурский» (Монголия). Выполнен анализ изменения показателей надежности экскаваторов от погодно-климатических характеристик, а также многофакторный анализ, получены уравнения множественной регрессии. Сделан вывод о необходимости повышения уровня надежности и эффективности эксплуатации путем разработки мероприятий по снижению влияния климата и применению вибродиагностики ротационных узлов машин. Ил. 6. Библиогр. 3 назв.

Ключевые слова: карьерный экскаватор; шагающий экскаватор; температура; скорость ветра; параметр потока отказов; уравнение регрессии.

CLIMATIC FACTOR EFFECT ON "BAGANURSKY" OPEN-PIT MINING EXCAVATORS RELIABILITY A.I. Shadrin , L. Orkhon

Irkutsk State Technical University, 83 Lermontov St., Irkutsk, 664074, Russia.

The article presents the results of studying the influence of climatic factors on the operational reliability of mining shovels and draglines under conditions of "Baganursky" open-pit (Mongolia). The authors analyze the changes in the reliability of mining excavators depending on climatic characteristics, perform a multivariate analysis and obtain multiple regression equations. In conclusion they indicate the need for improving the level of reliability and operational efficiency through the development of measures reducing the climatic effect and use of vibration monitoring for rotary machine units . 6 figures. 3 sources.

Key words: mining shovel; walking excavator; temperature; wind speed; failure rate; regression equation.

В статье ставится цель установить зависимость уровня надежности экскаваторов угольного разреза «Баганурский» от климатических факторов.

Горнодобывающая отрасль занимает ведущее место в экономике Монголии и не только обеспечивает углем ТЭЦ-2, ТЭЦ-3, ТЭЦ-4, ТЭЦ городов Дархан, Эрдэнэт, но и экспортирует золото, флюорит, кодирующийся уголь, что влияет на рост валовой продукции страны. Поэтому экономическое развитие страны во многом зависит от эффективности развития горнодобывающей промышленности.

В настоящее время в Монголии разработка месторождений полезных ископаемых производится в основном открытым способом, при этом на горных предприятиях используются экскаваторы типа ЭКГ-5А, ЭКГ-4У, ЭКГ-8И, ЭКГ-10, ЭШ-10-70, ЭШ-20-90, ЭШ-13-50, ЭШ-15-90. Эти машины в основном работают на угольном разрезе «Баганурский».

Простои машин в плановых и неплановых ремонтах достигают 30% от общего календарного фонда времени, а коэффициент технического использования, коэффициент готовности находится в пределах 0,650,89.

Как правило, экскаваторы в Монголии работают в условиях сурового резко континентального климата с большими амплитудами колебания температур - от -50 до +40°С - и скоростью ветра 10-28 м/с.

На разрезе «Баганурский» были проведены наблюдения за эксплуатацией экскаваторов ЭКГ-5А, ЭКГ-8И и драглайнов в период 2003-2011 гг., по результатам которых выполнены исследования по оценке влияния суровости климата на эксплуатационную надежность машин с применением регрессионного анализа. Установлено, что в зимние месяцы по сравнению с летними уровень надежности карьерных экскаваторов ЭКГ-5А и ЭКГ-8И снижается. Удельная суммарная продолжительность неплановых ремонтов увеличивается на 8%, параметр потока отказов - на 80%, а удельная суммарная продолжительность плановых ремонтов возрастает в летние месяцы по сравнению с зимними месяцами на 23-27%.

Увеличение продолжительности плановых ремонтов в летние месяцы объясняется стремлением проводить ремонтные работы в более благоприятный для человека климатический период, что позволяет в дальнейшем уменьшить простои за счет более высо-

1 Шадрин Александр Иванович, доктор технических наук, профессор кафедры горных машин и электромеханических систем, тел.: 89149150196, е-mail: sai@istu.edu

Shadrin Alexander, Doctor of technical sciences, Professor of the Department of Mining Machinery and Electro-mechanical Systems, tel.: 89149150196 , e-mail: sai@istu.edu

2Лхамжав Орхон, аспирант, тел.: 89500513235, е-mail: Orkhon_Lkha@yahoo.com Lkhamzhav Orkhon , Postgraduate, tel. : 89500513235 , e -mail: Orkhon_Lkha@yahoo.com

кой производительности труда ремонтников в более комфортных условиях. С учетом этого коэффициент технического использования экскаваторов практически не изменяется в различных климатических условиях эксплуатации.

Параметр потока отказов узлов механической части шагающих экскаваторов в среднем увеличивается в 1,9 раза в зимний период, а узлов электрической части - в 2,7 раза в летний период. Аналогичную динамику надежности показывают также результаты других исследований [2, 3].

Характерно, что увеличение удельной суммарной продолжительности неплановых ремонтов происходит в зимний период, а плановых ремонтов - в летний, что объясняется недостаточной хладостойкостью конструкции и большей трудоемкостью восстановления узлов из-за воздействия низкой температуры воздуха как на металлоконструкции, так и на человека.

Исследовалось влияние климата на параметр потока отказов экскаваторов при работе в грунтах III и IV категорий по трудности разработки одноковшовыми экскаваторами. Результаты подобного исследования содержатся в проведенных ранее работах [1, 2, 3]. В качестве погодно-климатических факторов, которые учтены при разработке регрессионной модели, приняты среднесуточная температура воздуха (°С) и скорость ветра (м/с). Климатические характеристики приведены в соответствие с рекомендациями гидрометеослужбы. Указанные характеристики климата определены по учетным данным гидрометеослужбы.

Чтобы установить зависимости показателей надежности от погодно-климатических факторов, созданы соответствующие выборки исходных данных, которые обработаны с помощью специальной программы StatSoft, в результате получены аналитические зависимости и соответствующие коэффициенты детерминации и корреляционной связи. Полученные математические модели процесса изменения параметра потока отказов проверены на адекватность исходным данным. Уравнения регрессии получены для параметра потока отказов экскаваторов ЭКГ-5А, ЭКГ-8И и драглайнов. Статистическая обработка уравнений регрессии выявила их адекватность на основании F-критерия с уровнем значимости а=0,1.

Экспериментальные и расчетные зависимости параметра потока отказов экскаватора ЭКГ-5А от среднесуточной температуры воздуха и скорости ветра в условиях угольного разреза «Баганурский» при разработке грунта IV категории показаны на рис. 1 и 2. Параметр потока отказов экскаваторов ЭКГ-5А в период 2003-2011 гг. также имеет тенденцию к уменьшению с понижением среднесуточной температуры воздуха (рис. 1). Кривые аппроксимации показывают, что в пределах изменения данной погодно-клима-тической характеристики средние значения этого показателя надежности увеличились с 0,012 до 0,024, то есть в 2 раза (коэффициент корреляции R=-0,74).

0,026 0,024

V Я" 0,022

о $

Й 0,020

о

§ 0,018

о к

Й 0,016 ^ 0,014 0,012 0,010

-30 -25 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25

температура, градус

Рис. 1. Изменение параметра потока отказов экскаваторов ЭКГ-5А в зависимости от среднесуточной температуры воздуха

0,026 „ 0,024

V

я 0,022

о

§ 0,018

0 к

П)

1

& 0,014

К

0,012 0,010

11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

скорость ветра, м/с

Рис. 2. Коэффициент параметра потока отказов экскаваторов ЭКГ-5А в зависимости от скорости ветра

На рис. 2 представлено изменение параметра потока отказов ш экскаваторов ЭКГ-5А в зависимости от скорости ветра в период 2003-2011 гг. Характер изменения в пределах изменения погодно-климатической характеристики показывает по кривой аппроксимации ярко выраженную тенденцию к неуклонному его уменьшению (коэффициент корреляции R=-0,54).

Параметр потока отказов у экскаваторов ЭКГ-8И в период 2003-2011 гг., также как у экскаваторов ЭКГ-5А, имеет тенденцию к снижению в зависимости от среднесуточной температуры воздуха (рис. 3).

0,042 0,040

V 0,038

м"

I 0,036

§ 0,034

о 0,032

н

с 0,030

&

§ 0,028

& 0,026

К

0,024 0,022

-30 -25 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25

температура, градус

Рис. 3. Зависимость параметра потока отказов экскаваторов ЭКГ-8И от среднесуточной температуры воздуха

Ю = 0,0262-0,0002x+6,8252E-6x2 R= -0,79

0,042 0,040 V 0,038 § 0,036 I 0,034

g 0,032

0

5 0,030

6

1 0,028 0,026

14 15 16 17

скорость ветра, м/с

Рис. 4. Зависимость параметра потока отказов экскаваторов ЭКГ-8И от скорости ветра

Кривые аппроксимации показывают, что средние значения параметра потока отказов в пределах увеличения среднесуточной температуры воздуха уменьшились с 0,036 до 0,024 ч-1, то есть в 1,5 раза (коэффициент корреляции R=-0,79).

Аналогичные зависимости от скорости ветра в период 2003-2011 гг. получены для параметра потока отказов ш экскаваторов ЭКГ-8И (рис. 4). Характер изменения показателя в пределах увеличения скорости ветра с 12 до 19 м/с показывает явно выраженную тенденцию к неуклонному уменьшению показателя до 0,024 ч-1 при 16-17 м/с, а затем к его увеличению до 0,028 ч-1 (коэффициент корреляции R=-0,53). Возможно, это связано с увеличением скорости ветра при низкой температуре воздуха, что увеличивает теплоотдачу в металлоконструкциях экскаваторов, вызывая дополнительные напряжения в металле.

Связь параметра потока отказов шагающих экскаваторов со среднесуточной температурой воздуха в период 2003-2011 гг. более тесная (рис. 5). Уравнение аппроксимации, полученное с коэффициентом корреляции R=-0,74, показывает тенденцию к неуклонному увеличению средних значений этого показателя надежности с 0,12 до 0,29, то есть в 2,4 раза.

У шагающих экскаваторов-драглайнов характер связи параметра потока отказов со скоростью ветра в период 2003-2011 гг. аналогичен параметру потока отказов экскаваторов ЭКГ-8И (рис. 6). В целом кривая аппроксимации показывает явно выраженную тенденцию к неуклонному уменьшению параметра потока отказов (коэффициент корреляции R=-0,53). Возможно, что скорость ветра оказывает более сильное влияние в зимние месяцы, чем в летние, вызывая повышение параметра потока отказов при более высоких скоростях ветра, имеющих место в зимние месяцы.

Полученные уравнения множественной регрессии связи показателей надежности и погодно-климатических факторов для экскаваторов ЭКГ-5А, ЭКГ-8И и драглайнов угольного разреза «Баганур-ский» имеют следующий вид:

- при разработке грунта III категории:

для драглайнов w=0,02-0,000226f-0,000070v;

для ЭКГ-8И w=0,026-0,000271f-0,000066v;

- при разработке грунта IV категории:

для ЭКГ-5А w=0,024-0,000106t-0,000510v.

Ю=0,0181-0,0002х+3,95Е-6х2 R= -0,75

-30 -25 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25

температура, градус

Рис. 5. Зависимость параметра потока отказов шагающих экскаваторов от среднесуточной температуры воздуха

0,032 0,030

V 0,028

g

§ 0,026

н

g 0,024

0 н

§ 0,022

ср

Н

1 0,020

&

с 0,018 0,016 0,014

Ю=0,1279-0,0131х+0,0004х2 R= -0,5302

14 15 16 17

скорость ветра, м/с

Рис. 6. Зависимость параметра потока отказов шагающих экскаваторов от скорости ветра

Проверка значимости каждого из факторов и регрессии в целом производилась с помощью F-критерия. Значения коэффициентов детерминации и корреляции подтверждают существенность связи уровня надежности карьерных экскаваторов и драглайнов со среднесуточной температурой воздуха и скоростью ветра.

Поскольку уровень эксплуатационной надежности экскаваторов в значительной степени зависит от среднесуточной температуры и скорости ветра, это вызывает появление большого количества отказов и неплановых простоев в ремонте и затрудняет планирование восстановительных работ. Все это в совокупности снижает эффективность ремонтного производства горного предприятия и свидетельствует о недостаточном уровне его организации.

На основании изложенного выше можно сделать следующие выводы. Уровень эксплуатационной надежности экскаваторов существенно зависит от среднесуточной температуры и скорости ветра, а также от зимних и летних периодов эксплуатации. Результаты исследования могут быть использованы при прогнозировании уровня надежности, разработке регламентов ТО и ремонта, а также при разработке мероприятий по уменьшению зависимости уровня эксплуатационной надежности экскаваторов разреза «Ба-ганурский» от погодно-климатических факторов. Для повышения эффективности использования машин

0,024

0,022

2 13

20

необходимо разработать мероприятия по повышению хладостойкости элементов машин и применению методов диагностирования состояния машин и ее от-

дельных элементов с целью разработки системы технического обслуживания и ремонта по фактическому состоянию.

Библиографический список

1. Шадрин А.И. Надежность горных машин и оборудова- 320 с.

ния: учеб. пособие. Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2012. 164 с. 3. Махно Д.Е., Шадрин А.И. Эксплуатация и ремонт меха-

2. Шадрин А.И. Техническая эксплуатаций горных машин и нических лопат в условиях Севера: справочное пособие. М.: оборудования: учеб. пособие. Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2012. Недра, 1992. 127 с.

УДК 621.83.069.2

РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ТОРЦЕВОГО УДАРА ЭЛЕМЕНТОВ МЕХАНИЗМА СВОБОДНОГО ХОДА БЛОЧНОЙ КОНСТРУКЦИИ

© Л.В. Шенкман1, С.Н. Козлова2, В.П. Бондалетов3

Ковровская государственная технологическая академия им. В.А. Дегтярева, 601910, г. Ковров, Владимирская обл, ул. Маяковского, 19.

Конструкцию блочного механизма свободного хода (МСХ) отличает высокая прочность зуба при малом шаге. Однако работа храповых МСХ сопровождается высокими динамическими нагрузками, выводящими их из строя. Предлагаемая математическая модель поможет на уровне проектирования конструкции МСХ значительно снизить ударные нагрузки. Ил. 1. Библиогр. 5 назв.

Ключевые слова: храповый МСХ; удар; математическая модель.

DEVELOPING MATHEMATICAL MODEL OF BUTT IMPACT OF FREE-WHEEL CLUTCH BLOCK

MECHANISM ELEMENTS

L.V. Shenkman, S.N. Kozlova, V.P. Bondaletov

Kovrov State Technological Academy named after V.A. Degtayrev, 19 Mayakovsky St., Kovrov, Vladimir region, 601910, Russia.

The design of a free-wheel clutch block mechanism is characterized by great tooth strength with a fine pitch. However, the operation of the ratchet free - wheel clutch mechanisms is accompanied by high dynamic loads causing their failure. The suggested mathematical model will considerably reduce shock loads in the free-wheel clutch mechanism at the design stage. 1 figure. 5 sources.

Key words: ratchet free-wheel clutch mechanism; impact; mathematical model.

В импульсных механизмах МСХ при включении испытывают удары [1], [2]. Корпусной МСХ включается при возникновении обратного импульса. В этом случае обойма МСХ неподвижна и происходит удар подвижного тела о неподвижное. Выходной МСХ включается при действии прямого импульса, оба соударяющихся тела обладают скоростями одного направления (за исключением пускового режима), поэтому в МСХ возникают большие механические потери и они быстро выходят из строя.

Объект исследования данной статьи - оригинальная конструкция храпового МСХ, которая ранее в технике не применялась и не исследовалась. Конструкция защищена патентами и свидетельствами на полезную модель. Экспериментальные исследования показали ее более высокую, по сравнению с другими известными конструкциями, надежность.

Полученная математическая модель торцевого удара элементов МСХ блочной конструкции поможет на стадии проектирования снизить ударные нагрузки, механические потери и подобрать оптимальные конструктивные параметры храпового МСХ блочного типа.

Идеальный корпусной МСХ останавливает обратное вращение мгновенно. В реальных же МСХ вследствие деформирования поверхностей контакта или неизбежного конструктивного зазора имеет место обратный поворот обоймы на 1-8°. В этом случае режим соударения отличается от такового при работе МСХ на холостом ходу.

1Шенкман Людмила Владиславовна, кандидат технических наук, доцент кафедры теории и конструирования машин, тел.: 89100960774, e-mail: lusishenk@mail.ru

Shenkman Lyudmila, Candidate of technical sciences, Associate Professor of the Department of Theory and Machine Design, tel.: 89100960774, e-mail: lusishenk@mail.ru

2Козлова Светлана Николаевна, кандидат технических наук, доцент кафедры теории и конструирования машин. Kozlova Svetlana, Candidate of technical sciences, Associate Professor of the Department of Theory and Machine Design.

3Бондалетов Владислав Павлович, кандидат технических наук, доцент. Bondaletov Vladislav, Candidate of technical sciences, Associate Professor.