ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДОВ НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ И ВИБРОАКУСТИЧЕСКОЙ ДИАГНОСТИКИ ДЛЯ ОЦЕНКИ ФАКТИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ГОРНОЙ МАШИНЫ

А.А. Беликов

ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДОВ НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ И ВИБРОАКУСТИЧЕСКОЙ ДИАГНОСТИКИ ДЛЯ ОЦЕНКИ ФАКТИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ГОРНОЙ МАШИНЫ

     Износ основного оборудования на открытых горных работах Северо-Западного региона России превышает 70 %. Обновление фондов осуществляется медленнее физического и морального старения техники. При этом условия эксплуатации горных машин ухудшаются: на открытых работах растет глубина карьеров (более 300 м), что ведет к увеличению расстояния транспортирования, загазованности атмосферы. Суммарные простои оборудования увеличиваются, снижается эффективность использования горно-транспортной техники, что определяет и снижение значения коэффициента технического использования отдельных машин и парка в целом. В таблице в качестве примера представлены данные об усредненных значениях коэффициента технического использования основного оборудования на открытых работах СевероЗапада.

t01 copy
image-271

     Из таблицы следует, что величина коэффициента использования машин является недостаточной. Во многом она зависит от времени, затрачиваемого на плановые и аварийные мероприятия по техническому обслуживанию и ремонту (ТО и Р). Как указывалось выше, значительное число машин имеет срок службы больше нормативного, при этом корректировки плановграфиков ППР с учетом возраста парка на предприятиях практически не практикуется. Сегодня на горных предприятиях применяемые стратегии организации ремонтов или регламентные, или, что характерно для малых предприятий добычи строительных материалов, – аварийные системы ремонтов, при которых восстановление отказа проводится по факту его появления.

     Эта ситуация, к сожалению, является характерной и обусловлена малым фондом денежных средств, выделяемых на ремонт и обновление горной техники. Отказ или нарушение режима работы какого-либо узла горной машины приводит к нарушению ее функционирования в целом, а, следовательно, к выведению ее из эксплуатации.

     Ущерб от внепланового ремонта горной машины, в первую очередь, формируется за счет невыполнения заданных функций, а далее уже за счет привлечения ремонтников и закупку (изготовление) запасных частей. Снизить вероятность отказа машины целесообразно проведением систематического контроля ее состояния, при этом решаются следующие основные задачи: обеспечение штатного режима эксплуатации и работы агрегатов машины; определение фактических показателей режимов работы; установление и анализ причинно-следственных связей возникновения отклонений в работе (отказов).

     Решение этих задач обычно требует привлечения ряда специалистов в области диагностирования, дефектоскопии, наладки и т.д. Опыт проведения работ в области оценки фактического состояния горных машин позволяет говорить о наибольшей эффективности виброакустической диагностики роторных механизмов, а также ультразвукового неразрушающего контроля металлоконструкций горных машин. По нашему мнению, данные методы имеют наиболее развитое методологическое оснащение, широкую гамму приборного оснащения, а также высокую универсальность.

     Отечественный и зарубежный опыт показывает, что внедрение средств диагностирования является одним из важнейших факторов повышения экономической эффективности использования оборудования в промышленности. Практически мгновенная реакция вибросигнала на изменение состояния оборудования – незаменимое качество в аварийных ситуациях, когда определяющим фактором является скорость постановки диагноза и его принятия. В оборудовании роторного типа характер взаимодействия элементов подчинен периодическому закону, который в наиболее простом виде проявляется в виде полигармонической вибрации: = ∑ ⋅ + k k r k x(t) A cos(kω t ϕ )

     Информативными параметрами в такой модели являются значения амплитуд дискретных составляющих спектра на частоте вращения ротора и ее гармониках и скорость их изменения при увеличении наработки механизма [1]. Помимо импульсной модели виброакустического сигнала, позволяющей диагностировать зарождающийся дефект, оценка состояния роторного механизма может осуществляться по общему уровню вибрации.

     Разработанные международные (VDI2056, ISO 2372, ISO 3945 и др.) и российские стандарты и нормативно-ме-тодические рекомендации на предельные уровни вибрации основаны на допущении, что подобные (по мощности, высоте оси вращения, частоте вращения ротора, способам установки, условиям эксплуатации) агрегаты имеют примерно одинаковые допустимые значения вибрации при достижении своего предельного состояния. При оценке вибрации агрегатов, с вращающимся ротором в качестве нормируемых параметров в большинстве случаев устанавливается один из следующих:

  • среднеквадратическое значение виброскорости (СКЗ), Ve , мм/с;
  • среднеквадратическое значение виброскорости в октавной полосе частот, включающей в себя частоту вращения ротора, Veр , мм/с;
  • среднеквадратическое значение виброскорости на элементах крепления агрегата к фундаменту на месте установки, Veф , мм/с; Процесс получения виброакустических сигналов при диагностировании силовых элементов горной машины может осуществляться в следующей последовательности:
  • снятие сигнала и его преобразование в электрический сигнал (с помощью датчиков, например пьезоэлектрических);
  • усиление электрических сигналов (интегрирующий усилитель);
  • анализ спектра вибраций;
  • регистрация сигналов и их накопление (магнитофон, компьютер и т.д.).

     При этом решается вопрос выделения наиболее информативных точек получения информации, проводится спектральный анализ измеренных сигналов, сравнение измеренных диагностических параметров с пороговыми уровнями (или установление пороговых уровней по статистике сигналов, снятых с исправных элементов).

     Для расчёта значения математического ожидания и среднеквадратичного отклонения используется массив статистических данных, полученных при замерах уровней диагностических параметров объектов (не менее 10 объектов). Полученные пороговые значения уточняются по мере накопления статистической информации о данном объекте.

     Регулярное проведение измерений параметров вибрации оборудования позволяет выявлять неисправности на ранней стадии возникновения, отслеживать динамику их развития, определять рациональные сроки проведения ремонтов. Систематический контроль состояния оборудования с оценкой остаточного ресурса агрегата позволит в перспективе перейти к адаптивной системе ТО и Р горного оборудования. Согласно рекомендациям ряда производителей приборов и программного обеспечения виброакустической диагностики (Пергам, ВАСТ, Вибро-Центр, Промсервис, Инкотес, НПП «РОС», и др.), измерения выполняются на работающем оборудовании в том режиме, который представляет наибольший интерес для диагностики.

     Для получения достоверного прогноза по сроку вывода оборудования в ремонт необходимо проводить измерения в одинаковом режиме работы агрегата одним и тем же виброметром. Измерения на каждом подшипнике оборудования с горизонтальной осью вращения проводятся с последовательной фиксацией оси вибродатчика и измерения вибрации в трех направлениях – «Вертикальном», «Горизонтальном» и «Осевом». Наиболее характерным узлом с горизонтальной осью вращения является пятимашинный преобразовательный агрегат экскаваторов ЭКГ.

     Опыт проведения виброакустического диагностирования данного агрегата позволяет говорить о значительном влиянии на формирование фактического эквивалентного корректированного уровня виброскорости состояния системы смазки, качества крепления оборудования к корпусу противовеса, а также нарушении балансировки механизмов. Для оборудования с вертикальной осью вращения измерения на каждом подшипнике также проводятся триж-ды в горизонтальной плоскости в двух взаимоперпендикулярных направлениях и в вертикальном (осевом) направлении.

     Наиболее характерным узлом с вертикальной осью вращения является вращатель бурового станка (например СБШ250МН), при этом на формирование фактического эквивалентного корректированного уровня виброскорости чаще оказывает наибольшее воздействие качество смазки узлов и механизмов. Анализ опыта эксплуатации оборудования на открытых работах показывает значительную долю отказов конструктивных элементов в общем потоке аварийных отказов.

     Нами установлено, что процент отказов металлоконструкций значителен порядка 7-10 % от общего потока отказов оборудования. Поэтому своевременное выявление зарождающихся дефектов металлоконструкций является весьма актуальным.

     Отказы металлоконструкций в свою очередь можно классифицировать по четырем основным видам дефектов:

  • трещины усталости, образующиеся в результате высоких переменных напряжений;
  • коррозионное разрушение как очаговое, так и межкристаллитное;
  • трещины, образующиеся в результате перегрузок;
  • механические повреждения.

t02
image-272

Распределение отказов по узлам СБШ-250МН

     На рисунке в качестве примера приведена диаграмма распределения отказов по узлам буровых станков типа СБШ-250МН в условиях ОАО «Апатит». Из диаграммы следует, что суммарный процент отказов металлоконструкций данных станков, эксплуатирующихся на апатитовых рудниках, составляет 55 % от общего потока отказов узлов и агрегатов станка. Таким образом, актуальность систематического применения методов неразрушающего контроля фактического состояния металлоконструкций оче-видна. Ультразвуковой контроль проводится после визуального осмотра несущих конструкций в районах с наиболее вероятными нарушениями сплошности сварных соединений и основного металла возникающими в процессе длительной эксплуатации оборудования.

     Для определения толщины контролируемых элементов используется ультразвуковой толщиномер, а результаты толщинометрии используются для настройки ультразвукового дефектоскопа. По факту дефектоскопии каждой зоне контроля дается оценка в баллах, при этом наибольший балл – 3 оценивает элемент как бездефектный, амплитуда эхосигнала от которых не превышает браковочный уровень.

     Таким образом, опыт применения рассмотренных методов диагностирования и дефектоскопии позволяет говорить об их достаточном соответствии требованиям современных подходов к оценке фактического состояния горных машин, при этом весьма важно систематическое их применение, что позволит снизить вероятность возникновения внезапных отказов узлов и агрегатов машин повысив тем самым общую эффективность их эксплуатации.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *