	главная
	техника
	наши разработки
	сервисное обслуживание
	наши предложения
	наши партнеры
	наши публикации
	контакты

Системы обеспечения надежности гидропривода как инструмент внедрения современной карьерной техники на горных предприятиях России

Г.С.Бродский, AGA Engineering & Trading, USA

Р.Р. Даутов, ГУП "Якутуголь"

Б.В. Слесарев, ООО "Могормаш", РФ

В последней четверти XX века произошло существенное обновление парка оборудования на горных предприятиях мира, прежде всего за счет внедрения гидрофицированной техники с принципиально улучшенными технологическими параметрами и энерговооруженностью. Лучшей иллюстрацией этого процесса является распространение карьерных гидравлических экскаваторов, которые в 70-к годы были представлены единичными образцами, а к концу тысячелетия составили более 80% парка таких машин.

В то же время на разрезах России гидрофицированная техника пока не занимает достойного места; более того, наметилась тенденция сокращения парка гидравлических экскаваторов. Зачастую при покупке новой техники специалисты отечественных горных предприятий отдают предпочтение традиционным мехлопатам, несмотря на то, что они, как правило, дороже гидравлических и уступают последним:

по металлоемкости - в 1,7-2 раза;
по удельной энерговооруженности - в 2-2,5 раза;
по высотам копания - в1,5 - 1,8 раза.

На наш взгляд, причина формирование подобной точки зрения, приводящей к лавинообразному отставанию материальной базы горной промышленности России, состоит в неготовности сервисных служб к эксплуатации новой техники. Отсутствие на горных предприятиях необходимого опыта и инструментальной базы приводит не только к тому, что технологические возможности машин не реализуются, но и к необъективной оценке достоинств и недостатков тех или иных образцов в ходе принятия решений о техническом перевооружении.

Так, на отечественных горных предприятиях распространено мнение о ненадежности гидравлических экскаваторов и дороговизне их эксплуатации, в частности о том, что для этих машин характерны:

низкая долговечность основных агрегатов;
трудоемкость ремонта и дороговизна комплектующих изделий;
низкая безотказность систем привода.

Многие считают, что указанные недостатки не позволяют гидравлическим экскаваторам реализовать свои преимущества и продемонстрировать реально высокие экономико-технологические параметры в эксплуатации.


Рис. 1.а.	Средняя часовая производительность гидравлического экскаватора 204М (за 33657 моточасов работы) и мехлопаты 201М (за 21754 моточасов работы).


Рис. 1.б.	Коэффициент готовности гидравлического экскаватора 204М (за 33657 моточасов работы) и мехлопаты 201М (за 21754 моточасов работы).

Между тем анализ информации об эксплуатационной надежности экскаваторной техники на отечественных разрезах свидетельствует о том, что в, случае соответствующей технической поддержки и экипировки ремонтных служб, параметры фактической производительности и надежности гидравлических экскаваторов и мехлопат сходны (см. рис. 1, на котором приведены данные эксплуатации экскаваторов производства одной и той же фирмы, имеющих близкие номинальные параметры и использовавшихся на одном и том же горном предприятии). Более того, влияние привода на надежность машины в целом также сходно в обоих случаях (время простоев из-за отказов элементов привода и автоматики и для гидравлического экскаватора, и для мехлопаты составляет около 35%, см. рис. 2).


Рис. 2.	Распределение времени аварийных простоев по основным системам гидравлического экскаватора 204М (за 33657 моточасов работы) и мехлопаты 201М (за 21754 моточасов работы).

Однако надежность гидропривода, и, соответственно, гидравлического экскаватора в целом, существенно зависит от качества сервиса. Из рис. 3. видно, как, по мере освоения технологии обслуживания гидравлических систем, возрастал коэффициент готовности гидроприводов экскаваторов 204М, несмотря на естественное старение машин.


Рис. 3.	Изменение коэффициента готовности гидроприводов экскаваторов (год выпуска машин – от 1977 до 1982) по мере освоения технологии бслуживания гидравлических систем.

Естественно, при этом уменьшается также доля потерь рабочего времени из-за отказов гидропривода (рис. 4).

Сервис гидравлических систем базируется на применении специальных технологий, инструментов и запасных частей, которые, в большинстве своем, весьма специфичны и требуются только для обслуживания гидропривода.


Рис. 4.	Распределение времени аварийных простоев по основным системам гидравлического экскаватора при наличии (204М) и отсутствии (ЭГ12) специализированной ремонтной базы. Использованы данные работы [1].

Поэтому внедрение гидрофицированных машин на горном предприятии требует определенной подготовки, включающей как приобретение оборудования, так и обучение персонала. Изготовители гидравлических экскаваторов, как правило, не акцентируют внимания на этом обстоятельстве, как вследствие недостаточного знания специфики Российских предприятий, так и по маркетинговым соображениям. В самом деле, понимание необходимости создания специальных служб и оснащения непривычным оборудованием может привести к появлению опасений сложности и дороговизны эксплуатации, что обычно отрицательно отражается на принятии решения о закупках техники.

В действительности же затраты на сервисную службу несоизмеримо меньше стоимости самого карьерного оборудования; более того, эти затраты очень быстро окупаются за счет реализации нормативных характеристик производительности и зачастую даже превышения паспортных показателей надежности машин.

Столь высокая эффективность сервисных систем, которые, применительно к рассматриваемому случаю, могут быть названы системами обеспечения надежности, объясняется конструктивными особенностями гидроприводов и спецификой режимов их эксплуатации в составе экскаваторного оборудования, а именно:

гидропривод в целом и его агрегаты в частности имеет высокую надежность, но низкую живучесть в понимании [2];
ресурс гидравлических агрегатов и безотказность привода в основном определяется трибологическими характеристиками триад трения, то есть, с эксплуатационной точки зрения, свойствами рабочей жидкости, прежде всего загрязненностью и вязкостью [3];
средняя нагруженность гидроприводов карьерных экскаваторов не превышает 50% номинально установленной (см. рис. 5), но при этом динамика и частота проявления предельных нагрузок, равно как и годовой фонд рабочего времени достаточно высоки;
для рассматриваемых условий эксплуатации характерны высокая загрязненность рабочей зоны (до 500 мг/м3) и широкий диапазон изменения рабочих температур (от -60 до +50 градусов Цельсия).


Рис. 5.	Типовая гистограмма нагружения привода карьерного гидравлического экскаватора (по данным непрерывной записи в течение 4500 моточасов).

Таким образом, для обеспечения надежности гидроприводов карьерного оборудования необходимо, прежде всего:

гарантировать заправку гидросистемы рабочей жидкостью надлежащего качества и поддерживать ее чистоту и вязкость (температуру) в допустимых пределах в течение всего срока службы машины;
производить диагностику привода с целью его своевременной настройки и обслуживания, то есть, прежде всего, поддержания предохранительных устройств в рабочем состоянии и реализации планово-предупредительной технологии ремонта. Последняя позволяет минимизировать потери рабочего времени и не допустить лавинообразного загрязнения жидкости в ходе аварийного, зачастую неквалифицированного ремонта.

Решение только этих задач позволяет многократно повысить надежность гидропривода, тем более учитывая тот факт, что эксплуатационные нагрузки на привод, как правило, существенно ниже номинальных. Поэтому при разумной эксплуатации ресурс агрегатов должен быть существенно выше номинального, регламентируемого заводом-изготовителем на основании стендовых испытаний при номинальной нагрузке. Так, например, если завод изготовитель гарантирует ресурс насоса 5000 часов при давлении 25 МПа, то реальной гистограмме нагружения (рис.5) соответствует ресурс 32000 часов. В реальной же практике, в подавляющем большинстве случаев, имеет место недоработка агрегатами номинального ресурса. Для примера, соответствующие данные, полученные авторами работы [4] для экскаваторов европейского производства с объемом ковша 1-1,5 м3 и возрастом 6000-12000 мототчасов, в сравнении с номинальными значениями, приведены в табл. 1.

Таблица 1. Фактическая и номинальная долговечность гидроагрегатов (на примере строительных экскаваторов с объемом ковша 1-1,5 м³

Агрегат	*Долговечность , мч**			Номинальная долговечность, мч
Агрегат	средняя	максимальная	минимальная	Номинальная долговечность, мч
Гидрораспределитель	4021	6112	1930	12000
Рукав высокого давления	1100	1298	902	3000
Насос	5965	8707	3698	7500
Гидроцилиндр стрелы	4626	6754	2868	10000
Гидромомтор	7823	12517	4068	20000**

*) Под "долговечностью" в данном случае понимается наработка агрегата до замены.

**) с учетом коэффициента использования в рабочем цикле.

Таким образом, очевидно, что имеется многократный резерв повышения эксплуатационной долговечности гидравлических агрегатов. Этот резерв может быть реализован путем обеспечения соответствующих режимов эксплуатации привода. Обобщая данные экспериментальных исследований надежности машин с учетом типовой гистограммы нагружения, мы приходим к выводу о том, имеет место экспоненциальная зависимость между показателями загрязненности жидкости и надежности (рис. 6). Фактически, в зависимости от конструктивных и эксплуатационных особенностей техники, возможна реализация трех режимов эксплуатации:

Рядового, характеризуемого повышенной загрязненностью жидкости (например, для современной карьерной и строительной техники, на уровне 14-16 класса чистоты по ГОСТ 17216-71). Этот уровень характерен для большинства машин, при создании и эксплуатации которых не проводятся специальные мероприятия. В рядовом режиме эксплуатации абсолютное большинство агрегатов привода недорабатывает свой ресурс и выходит из строя в результате абразивного износа или заедания деталей.
Нормативного, характеризуемого нормальной загрязненностью жидкости на уровне 12-13 класса чистоты по ГОСТ 17216-71, (например, для современной карьерной и строительной техники, на уровне 12-13 класса чистоты по ГОСТ 17216-71). Этот уровень соответствует требованиям большинства заводов-изготовителей машин и агрегатов. В нормативном режиме эксплуатации доля отказов из-за заедания деталей снижается, но абразивное изнашивание превалирует над усталостным разрушением. Значительно возрастает наработка на отказ, а ресурс гидроагрегатов приближается к нормативному, но по-прежнему имеет место существенная недоработка.
Оптимального, характеризуемого пониженной загрязненностью жидкости (например, для современной карьерной и строительной техники, на уровне 10-12 класса чистоты по ГОСТ 17216-71). Это уровень обеспечивает минимальный эксплуатационный износ агрегатов и отработку ими полного ресурса, ограничиваемого только усталостной прочностью. В оптимальном режиме эксплуатации усталостное разрушение или старение являются основными причинами неисправностей. Наработка привода на отказ и ресурсы агрегатов значительно возрастают и многократно превосходят нормативные значения.


Рис. 6.	Зависимость показателей надежности привода от чистоты рабочей жидкости (класс чистоты – в понимании стандарта ISO 4406)

Экспериментальные значения показателей надежности, полученные в ходе подконтрольной эксплуатации гидрофицированного экскаватора в течение 3 лет, приведены на рис. 7.

Материально базой систем обеспечения надежности гидропривода карьерного оборудования служат инструментальные комплексы, содержащие:

системы внелинейной очистки и заправки жидкости;
системы предпускового прогрева агрегатов привода;
наборы специального инструмента для ремонта и настройки привода;
устройства для диагностики и контроля агрегатов и рабочей жидкости
приборы для настройки предохранительно-регулирующей аппаратуры и автоматики;
приспособления для обеспечения комфортной и безопасной работы персонала.


Рис. 7.	Показатели надежности гидрофицированного экскаватора в зависимости от класса чистоты (ISO 4406) рабочей жидкости. За время подконтрольной эксплуатации экскаватором переработано свыше 7 млн. тонн горной массы.

Подобные инструментальные комплексы широко распространены на современных горных предприятиях, особенно расположенных в зонах холодного климата, например, в Канаде. Примером такого комплекса, адаптированного к особенностям горной промышленности России, является STARMINE-M.

Именно высокое качество сервисного обслуживания обусловило широкое внедрение гидравлических экскаваторов на горных предприятия мира; отутствие такового объясняет соответствующие неудачи у нас в стране.

Вместе с тем, высокая техническая грамотность инженерного персонала на Российских горных предприятиях дает основания для оптимистической оценки возможности преодоления отставания отечественной горной промышленности в области внедрения современной экскаваторной техники за счет:

правильного осознания путей обеспечения эффективной работы гидропривода;
приобретения необходимых инструментальных комплексов одновременно с гидрофицированной техникой;
своевременного обучения ремонтного персонала.

Литература:

1. Кочетов Е.В., Гаевская К.С., Побегайло А.П. Результаты обследования гидравлического экскаватора ЭГ-12А. Отчет. МИСИ им. В.В.Куйбышева, №01850028355, М., 1986 г.

2. Волков Л.И. Управление эксплуатацией летательных комплексов. М., Высшая школа, 1981 г.

3. Brodski G. Fluid & air purification in industrial hydraulic drives. Filtration 2000, Philadelphia, USA, 2000.

4. Башева А.А., Балашова Н.А., Филлипов Б.И. и др. Исследование надежности гидрооборудования строительных и дорожных машин в эксплуатации. Отчет Х-Д М290987. М., МАДИ, 1987 г.

Адрес: Москва, ул. Верхняя Красносельская, дом 9. офис 1
Телeфоны: 8 (499) 763 22 12, 8 (499) 264 81 32. Факс 8 (499) 763 22 35