МОГОРМАШ МОГОРМАШ МОГОРМАШ МОГОРМАШ МОГОРМАШ
Главная
Техника
Наши разработки
Сервисное обслуживание
Секонд хенд
Наши партнеры
Наши публикации
Контакты

Повышение надежности гидропривода - средство эффективного внедрения гидравлических экскаваторов на горных предприятиях СНГ

Г.С. Бродский, Б.В. Слесарев

Рис. 1
За последние 20 лет доля карьерных гидравлических экскаваторов в мировом парке добычной техники существенно возросла и на долю карьерных экскаваторов с электромеханическим приводом приходится не более 25% (рис. 1). В то же время в СНГ карьерные экскаваторы с электромеханическим приводом составляют основную часть парка.

Анализируя имеющийся в СНГ за те же 20 лет опыт эксплуатации экскаваторов типа ЭГ, приходится констатировать, что отсутствие опыта создания таких машин и возникшие организационные сложности воздействовали негативно на реализацию потенциальных возможностей нового поколения экскавационной техники. Те выводы, которые, на настоящий момент, уже сделаны рядом предприятий России говорят не в пользу качества гидравлических экскаваторов. И это несмотря на то, что основные технические характеристики - рабочая масса, удельные усилия копания, показатели надежности карьерных гидравлических экскаваторов не только способны удовлетворить требования горных предприятий СНГ, но и значительно превосходят те возможности, которыми обладают канатные экскаваторы с электромеханическим приводом механизмов типа ЭКГ (рис. 2).

Рис. 2


Наглядным примером является ПО "Якутуголь", которое после применения экскаваторов с гидроприводом основных механизмов типа 204-М производства фирмы Marion (США) на протяжении почти 20 лет, вновь обратилась к закупкам традиционных экскаваторов типа "ЭКГ". Сопоставление технологических и конструктивных параметров показывает, что карьерные механические экскаваторы не имеют существенных преимуществ по сравнению с гидравлическими ни в высоте копания, ни в радиусе копания на уровне стояния.

Удельные показатели усилий копания и надежности гидравлических экскаваторов несколько выше по сравнению с механическими лопатами. При этом удельная металлоемкость сравниваемых типов экскаваторов в пользу гидравлических. Для сопоставляемых импортных моделей удельная металлоемкость гидравлических экскаваторов на 20% ниже. Мерой соотнесения сравниваемых параметров (рис. 2) является вместимость ковша для каждой из моделей соответственно.

Таким образом из практики применения единичных опытных образцов ЭГ в СНГ и крупномасштабного внедрения их за рубежом делаются противоположные выводы. На разрезе "Нерюнгринский" существует сопоставительный опыт эксплуатации ЭГ и ЭКГ, и он свидетельствует о том, что эксплуатация гидравлических машин обходится дороже на 20% (табл. 1). Правда следует отметить, что на разрезе "Нерюнгринский" имеет место повышенная стоимость запасных частей, что связанно с высокой стоимостью доставки.

Таюл. 1

Основной задачей внедрения ЭГ следует считать разработку комплекса мероприятий, которые позволили бы привести экономические показатели к конкурентному уровню. Обычно при поставке ЭГ производитель ограничивается анализом следующих требований заказчика: температурными характеристиками окружающей среды, физико-механическими свойствами горных пород и технологическими условиями применения.

Основной конструктивной особенностью ЭГ является применение в этих машинах дизель-гидравлического привода основных механизмов.

Из машиностроительной практики известно, что эффективная эксплуатация гидропривода требует определенного внимания как от производителя, так и от потребителя.

При этом изготовитель производит подбор параметров вспомогательного и навесного оборудования к базовой унификации машины, исходя из условий обеспечения требуемой номинальной производительности.

Для реализации номинальных характеристик производителя на практике, потребителю, естественно, необходимо, чтобы фактическая надежность соответствовала паспортным характеристикам. Именно отсутствие такого соответствия и является причиной сверхнормативного повышения эксплуатационных затрат.

Основной конструктивной особенностью ЭГ является применение в этих машинах дизель-гидравлического привода основных механизмов.

Практика применения гидропривода в различных отраслях доказала, что гидропривод в целом обладает высоким уровнем надежности. Однако под надежностью понимают свойство объекта выполнять заданные функции, сохраняя во времени значения установленных эксплуатационных показателей в заданных пределах, соответствующих назначенным режимам и условиям использования, технического обслуживания и ремонтов. В случае, если режимы использования и обслуживания техники отличаются от назначенных, то следует учитывать .не только надежность, но и живучесть объекта. Живучесть характеризует способность объекта сохранять работоспособное состояние при внешних воздействиях, превышающих установленные нормы.

Уместно подчеркнуть, что гидропривод имеет высокую надежность, но обладает относительно низкой живучестью, поскольку чувствителен к ряду внешних воздействий, часто встречающихся в характерных для эксплуатации карьерной техники условиях.

Основными факторами, характерными для эксплуатации экскаваторов типа ЗГ, являются:
  • высокий годовой фонд рабочего времени (7000 часов);
  • высокие усилия и динамика (до 70 кН на 1 м:> вместимости ковша) нагружения рабочего оборудования в забое;
  • высокая удельная мощность (до 3.7 кВт/т на 1 т. массы);
  • удаленность от внешних инфраструктур по ремонту гидрокомпонентов.
Высокий фонд рабочего времени, в первую очередь, предопределяет необходимость обеспечения высокого ресурса. Высокая динамика приводит к повышению требований к силовой защите. Высокой мощности должно соответствовать значительное количество агрегатов большой единичной мощности, а также построение ЭГ по модульному принципу. И высокая динамика, и высокая мощность препятствуют реализации высоких характеристик надежности.

Удаленность от сервисных инфраструктур усложняет преодоление этих факторов и делает необходимым организацию сервисных услуг на месте.

Кроме того, имеется целый ряд дополнительных факторов, снижающих надежность гидропривода на карьерных экскаваторах в условиях горных предприятий:
  • высокий уровень загрязненности воздуха в рабочей зоне (до 1.2 г/л);
  • экстремально низкие или высокие температуры окружающей среды, что предопределяет значительные изменения вязкости гидрожидкости: в процессе работы в 10-15 раз, а в процессе запуска в 250 раз;
  • высокие нагрузки, возникающие при экскавации очень твердых или плохо взорванных пород, что предопределяет необходимость искусственного ограничения давления в системе для увеличения срока службы гидрокомпонентов;
  • недостаточно высокий уровень технического обслуживания по причине низкой квалификации обслуживающего персонала, а также в связи с недостаточным техническим оснащением измерительными приборами и специальным инструментом.
Проведенные исследования указывают, что основной причиной возникновения отказов у ЭКГ по сути является загрязнение гидрожидкости и запуск гидросистем экскаваторов при экстремально низких температурах.

Загрязнение гидрожидкости различными частицами, попадающими внутрь системы является основной проблемой функционирования гидропривода, вызывающей подавляющее большинство его неисправностей. Для различных гидросистем доля отказов из-за загрязнения жидкости составляет от 50% до 85%. В частности, для карьерного оборудования можно считать, что доля отказов вызванных загрязнениями гидрожидкости составляет около 70%.

Следующая проблема связана с экстремальными климатическими условиями Крайнего Севера, где температура окружающей среды может достигать -60 С. Доля отказов гидравлических систем, вызванных холодным запуском не велика, однако они приводят к столь катастрофическим последствиям, что вызывают весьма длительные простои и обусловливают высокую стоимость ремонта. Поэтому по значимости влияния на надежность, температурный фактор, безусловно, можно поставить на второе место. Эффективное использование гидропривода в таких условиях эксплуатации становится возможным только при наличии дополнительного оборудования, обеспечивающего предварительный прогрев рабочей жидкости по всей системе гидропривода, и применения соответствующей заданным условиям эксплуатации гидрожидкости. Соблюдение заданных оптимальных температур в допустимых пределах является важным фактором, определяющим также КПД и ресурс гидропривода.

Выполнение основных требований обеспечения безотказной работы гидропривода, к которым относятся защита от перегрузок, в.т.ч. динамических (с коэффициентом динамических нагрузок 1.5-2); соблюдение необходимого значения вязкости (20-70 сСт и кратковременно не менее 10 и не более 400-1000 сСт.); соблюдение требуемой чистоты гидрожидкости не хуже 10-12 класса, и являются теми самыми ключевыми моментами к решению вопроса надежности и как следствие, минимизации эксплуатационных затрат.

Реализация указанных требований обеспечивается, например, путем применения современных сервисных комплексов типа "Starmine".

Выполненными ранее исследованиями установлены закономерности формирования факторов загрязнения гидрожидкости - механические примеси, максимальный размер частиц, содержание воды, содержание воздуха, вязкость рабочей жидкости и температуры жидкости на эффективность гидропровода.

Рис. 3
Опубликованные данные подконтрольной эксплуатации отечественных гидравлических экскаваторов показали существенное увеличение ресурсов основного гидрооборудования при улучшении чистоты рабочей жидкости с 15-14 до 10-13 класса чистоты наряду со стабилизацией теплого режима (рис. 3).

Основным показателем эффективности функционирования карьерных гидравлических экскаваторов является коэффициент технического использования системы:




оценка средней продолжительности профилактики;
интенсивность потока требований по профилактике;
оценка средней продолжительности ремонта;
интенсивность потока требований по ремонту i-го оборудования;
m
число логически последовательно соединенных элементов оборудования.
Оптимизация этого показателя эффективности применения гидравлического экскаватора положена в основу системного анализа и принятия стратегий обслуживания основных систем и механизмов.

1. Первая стратегия заключается в том, что профилактика проводится через случайные моменты времени:

  • принудительная профилактика через строго фиксированный интервал времени;
  • профилактика с интервалом времени, распределенным по экспоненциальному закону.
В случае отказа элемента в межпрофилактический период, элемент ремонтируется или заменяется, а планируемые сроки проведения профилактики остаются неизменными.

2. Вторая стратегия профилактики отличается от первой тем, что при отказе одного из элементов он заменяется, а вместе с ним заменяются все элементы, имеющие меньший нормативный срок эксплуатации, и проходят профилактику все остальные элементы. После этого график проведения последующих профилактик перепланируется.

В результате анализа установлено, что вне зависимости от законов распределения межпрофилактического периода коэффициент Ка возрастает при увеличении межпрофилактического периода, уменьшении времени проведения профилактики и суммарного времени аварийного восстановления системы.

Принципиальным решением при выборе компонентов системы гидропривода является подбор элементов системы с меньшей нормативной наработкой на отказ, сроки замены которых должны быть кратными по срокам замены элементам с большей наработкой на отказ.

При этом при выходе из строя такого ресурсоемкого элемента (то есть элемента, время замены и стоимость которого велика, например, гидронасоса или гидродвигателя) производится замена всех связанных с ним в цепи элементов (рукавов высокого давления, фильтров и т. д.) с невыработанным ресурсом. При плановой замене модуля с большим ресурсом заменяются все связанные с ним элементы с меньшим ресурсным сроком.

Именно такой подход позволяет увеличить коэффициент К и, как следствие, увеличить эффективность применения гидравлических экскаваторов.

Этот подход тем более весом, что, как правило, наработка на отказ и время устранения отказов ресурсоемких элементов существенно выше.

Рис. 4

Зарубежный и отечественный опыт показывает, что при надлежащей эксплуатации производительность и коэффициент технической готовности не снижаются даже при длительной (более 10 лет) работе машин в сложных климатических условиях (рис. 4). Так, например, на меднорудном карьере "Атик" компании "Болиден", расположенном в Северной Швеции, этот показатель при работе двух гидравлических экскаваторов Н-485 фирмы "Де-маг" (Германия) с ковшами 26 и 22 м:| в течение 12 лет (5ЗООО час) находится на уровне 0.87 и при работе в течение 10 лет (45000 час) - на уровне 0.89 соответственно.

Эксплуатационные затраты при применении гидравлических экскаваторов динамично изменяются по годам эксплуатации. При этом даже наиболее дорогие средние 'ремонты не превышают двукратной величины средних затрат. (табл. 2).

Табл. 2
Средние эксплуатационные затраты на 1 м3 горной массы составляют для гидравлического экскаватора с ковшом емкостью 15 м3 - 0.076 Евро, а с ковшом емкостью емкостью 20 м3 - 0.079 Евро.

При нормальном качестве обслуживания средневзвешенные затраты на эксплуатацию экскаваторов с электромеханическим приводом и соответствующие показатели для гидравлических экскаваторов находятся на сопоставимом уровне. Однако, следует иметь в виду, что инфраструктура ремонтных цехов и численность ремонтного персонала, необходимых для обеспечения эксплуатации традиционных экскаваторов с электромеханическим приводом (имеющих коэффициент К на уровне 0.8), требуется в 10 раз больше.

Так трудозатраты на текущий ремонт и обслуживание при эксплуатации карьерного гидравлического экскаватора с ковшом вместимостью 15-20 м3 составляют 15-25 чел.час на каждые 1000 час работы машин.

Трудозатраты на техническое обслуживание экскаваторов с электромеханическим приводом отечественного производства с ковшами вместительностью 15 м:3 для каждых 500-1000 часов работы составляют 250 чел.час, а каждые 1500 час работы требуют 1150 чел.час на обслуживание и ремонт. Для машин с ковшом 20 м3. это составляет для каждых 500-1000 час. 250 чел.час на обслуживание и 1200 чел.час обслуживания для каждых 1500 часов работы. Импортные экскаваторы с электромеханическим приводом должны обслуживаться каждые 500-1000 часов с затратами 570 чел.час, при необходимости затрат 720 чел.час на каждые 1500 часов работы машин.

Таким образом, количество привлекаемых специалистов при обслуживании традиционных экскаваторов возрастает в 10-20 раз.

Если принять во внимание необходимость создания ремонтной базы с более мощными грузоподъемными средствами, крупных цехов с металлообрабатывающими станками, складского хозяйства и привлечение транспортных средств для доставки запасных частей в 5-8 раз более тяжелых по сравнению с гидрокомпонентами, то вывод получается совершенно определенный.

При нормальной организации сервиса предпочтение гидравлическим экскаваторам, технологические возможно сти которых всегда заведомо выше, следует отдать со всех точек зрения по сравнению с традиционными экскаваторами, имеющими электромеханический привод.

Для последних остается ниша с ковшами вместимостью более 40 м3 которые в настоящий период являются предельными для известных моделей карьерных гидравлических экскаваторов. Также экскаваторы с электромеханическим приводом могут использоваться на градообразующих горных предприятиях, которые заботятся прежде всего о со хранении численности трудящихся.

"Горная промышленность", 2/2002

МЕХАНИЗИРОВАННЫЙ МАСЛОЗАПРАВОЧНЫЙ

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
Поисковая система Яндекс.