Оценка качества ремонта деталей горно-шахтного оборудования с помощью коэффициента равноресурсности

 

Остановский А.А. (ШИ ЮРГТУ (НПИ), г. Шахты, РФ)

 

The article deals with the qualitative evaluation of merits and demerits of restoration methods which cause lowering surface hardness of the most typical details of the equipment on the base of the analysis of the existing technology of capital repayment of mining shaft equipment. For the evaluation of the efficiency of capital repayment the coefficient of equal resource ness is suggested to be used on the level of the detail restored.

It will give the possibility to make a reasonable technical solution on using the proper method of restoring on the stage of working out technological process of capital repayment.

 

По мере создания горных комплексов значение надежности оборудования постоянно возрастает. Это связано с тем, что при комплексной работе горных машин или поточной технологии горного производства поломка одной какой-либо детали приводит к простою не одной машины, а всего комплекса, всей технологической линии, что наносит значительный материальный ущерб. В последние годы многочисленные  исследования были направлены на повышение ресурса деталей за счет снижения трения в зоне их контакта и повышения их износостойкости при обеспечении заданной геометрии изделия. Современные технологии производства высоконагруженных и интенсивно изнашиваемых в процессе эксплуатации конструкций во многом базируются на опыте их аналогов и возможностях применяемого оборудования.  

Важным условием работоспособности горно-шахтного оборудования (ГШО) является своевременное и безусловное выполнение всех регламентированных работ по техническому обслуживания и ремонту этого оборудования, в том числе и выполнение графика планово-предупредительного ремонта (ППР).

При этом методика определения структуры ремонтного цикла сводится к следующему.

На основании изучения результатов испытании серии однотипных машин, опыта их эксплуатации и других данных устанавливают ресурс деталей и узлов этих машин. При одинаковых ресурсах деталей ремонтный цикл имел бы про­стейшую структуру (рис. 1а). Все ремонтные работы можно было бы пополнять при капитальных ремонтах, а в период между ними проводить только работы по техническому обслуживанию. Однако ресурсы деталей реальных машин неодинаковы (рис. 1б).

 

Рисунок 1 – График изнашивания деталей ГШО: а) - трущихся пар  с одинаковыми ресурсами деталей; б) - трущихся пар  с разными и некратными ресурсами деталей; ∆ - величина износа трущихся пар

 

Из рис. 1б следует, что если ремонт или замену каждой детали приурочить к моменту выхода ее из строя, то количество ремонтов было бы чрезвычайно большим и частые остановки машины на ремонт привели бы к дезорганизации производства. Поэтому система ППР предусматривает группирование деталей с приблизительно одинаковыми и кратными ресурсами и проведение их совместного ремонта или замены.

При этом продолжительность ремонтного цикла определяется ресурсом наиболее долговечных базовых деталей машин (корпусов, оснований, рам и др.), а межремонтный период – ресурсом наименее износостойких и часто заменяемых деталей.

Анализ конструктивных особенностей восстанавливаемых поверхностей деталей и узлов ГШО показывает, что наиболее подвержены износам, такие контактирующие поверхности как корпуса комбайнов и погрузочных машин, втулки (дистанционные, распорные и др.), вал-шестерни этих машин, различные типы осей и валы, испытывающие значительные знакопеременные и динамические нагрузки. Особенностью восстановления подобных деталей заключается в том, что они изготавливаются из различных марок сталей, имеют различную поверхностную и объемную твердость рабочих поверхностей, которую получают различными способами её упрочнения, в том числе термической или химико-термическую обработкой деталей. Методы восстановления деталей ГШО на специализированных ремонтных предприятиях Восточного Донбасса (наплавка под слоем флюса или в среде углекислого газа) снижают поверхностную прочность из-за образования зоны термического влияния (рис. 2).

Заводы-изготовители горно-шахтного оборудования в «Инструкциях по капитальному ремонту…», рекомендуя для восстановления тот или иной метод, не всегда учитывают фактор снижения износостойкости поверхности после таких операций.

Поэтому уже на стадии восстановления изношенных деталей закладывается их более низкая надежность в сравнении с деталями горного оборудования, изготовленных с выполнением всех технических требований на машиностроительных заводах, которые устанавливают конструкторы и технологи.

Современные передовые методы восстановления изношенных поверхностей, например электроконтактная и плазменная наплавки, обладают рядом недостатков – высокими энергозатратами,  необходимость тщательной подготовки восстанавливаемой поверхности и т.д.

Рисунок 2 – Распределение твердости в сечении вал-шестерни редуктора привода добычного комбайна К103: I – для заводского изготовления; II – после наплавки под слоем флюса

 

Особенностью любого ремонтного производства, использующего тот или иной метод восстановления, состоит в том, чтобы применяемые методы восстановления были универсальными и позволяли быстро производить переналадку из-за относительно большой номенклатуры восстанавливаемых деталей.  Кроме того, особенностью любого ремонтного производства, использующего тот или иной метод восстановления, состоит в том, чтобы применяемые методы восстановления были универсальными и позволяли быстро производить переналадку из-за относительно большой номенклатуры восстанавливаемых деталей. Также общеизвестно, что весьма затруднительно для различных типов деталей горных машин, изготовленных из разных марок сталей,  производить подбор требуемых режимов при наплавке, обеспечивать соответствие марки используемой присадочной (наплавочной) проволоки и флюса составу металла восстанавливаемой детали машины.

В связи с вышеизложенным целесообразно на уровне детали равноресурсность рабочих поверхностей целесообразно оценить по коэффициенту равноресурсности. Однако чтобы решить вопрос равноресурсности  отдельной детали, необходимо знать, какими резервами обладает материал, из которого она изготовлена, т.е., как использованы физико-механические свойства материала на каждой его рабочей  поверхности. Имея данную информацию, можно назначить мероприятия, которые позволят повысить уровень использованных физико-механических свойств материалов. Решение этого вопроса на этапе капитального ремонта требует создание базы данных о достижении максимально возможной твердости, получаемой при соответствующем методе восстановления.

 Поэтому до настоящего времени процесс восстановления не решал главного вопроса в стратегии ремонта – выполнение всех технических требований к детали при минимальных затратах с использованием имеющегося оборудования и технологии на ремонтных предприятиях.

Значительное повышение надежности деталей может быть до­стигнуто при комплексном подходе к решению вопроса, заключающемся в разработке и осуществлении мер по предупреждению дефектов на каждой стадии технологического процесса (обеспечение безотказности), а также совершенствовании технологических: процессов (обеспечение долговечности).

Пока в практике восстановления изношенных поверхностей нет универсального метода, с который бы удовлетворял условиям эксплуатации ГШО.

Хотя обобщающих наблюдений за изменением характера получаемых сопрягаемых посадок после проведенного капитального ремонта в деталях ГШО не производится, все же можно с достаточной уверенностью предположить, что в процессе эксплуатации из-за снижения этих показателей их долговечность будет ниже, чем в случае изготовления их на машиностроительных заводах по полноценной технологии.

Поэтому для устранения отмеченных недостатков при проведении восстановительных операций капитального ремонта деталей ГШО необходимо помимо прочего максимально использовать в полной мере апробированные и известные методы, обеспечивающие необходимую поверхностную твердость подбором режимов обработки.

Исходя из этих особенностей, существенному повышению надежности используемого горного оборудования будет способствовать решение вопроса равноресурсности машин. Эта проблема для отдельной машины в настоящее время трудноразрешимая, так как до сих пор не решен вопрос равноресурсности первичного элемента машины – ее детали.

На уровне восстанавливаемой детали ГШО для оценки её равноресурсности рабочих поверхностей можно оценить с помощью коэффициента равноресурсности

≤1,

где Kв – коэффициент, учитывающий снижение поверхностной твердости восстанавливаемой детали в зависимости от  используемого метода восстановления;  – фактический ресурс рабочей поверхности детали ГШО после восстановления;  – расчетный ресурс её рабочей поверхности.

В качестве расчетного ресурса рабочей поверхности для ремонтных предприятий на данном этапе может быть принят ресурс базовой детали горной машины – .

Для определения предложенного коэффициента при эксплуатации ГШО после проведенного капитального ремонта необходимо в состав эксплуатационной документации указывать рабочую поверхность детали, повреждение которой явилось причиной отказа или сбоя в работе и наработку – .

Предупреждение повреждений и отказов горного оборудования является проблемой, решение которой особенно актуально сейчас и будет более актуально в будущем. Это объясняется возрастающим уровнем автоматизации очистных механизированных комплексов, усложнением горно-геологических условий, ростом нагрузки на оборудование комплекса. Общая тенденция развития техники показывает, что с ростом ее сложности и производительности требования к надежности элементов становятся более жесткими.

Основу таких совместных работ должны составлять мероприятия по повышению ресурса лимитирующих как рабочих поверхностей деталей, так и самих деталей и по обеспечению равноресурсности деталей после капитального ремонта горно-шахтного оборудования.