Обоснование рациональной производительности экскаваторов-мехлопат в различных условиях эксплуатации на угледобывающих предприятиях
На правах рукописи
ХАЖИЕВ Вадим Аслямович
ОБОСНОВАНИЕ РАЦИОНАЛЬНОЙ
ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ЭКСКАВАТОРОВ-МЕХЛОПАТ
В РАЗЛИЧНЫХ УСЛОВИЯХ ЭКСПЛУАТАЦИИ
НА УГЛЕДОБЫВАЮЩИХ ПРЕДПРИЯТИЯХ
Специальность 05.05.06 – «Горные машины»
Специальность 05.02.22 – «Организация производства» (горная промышленность)
Автореферат
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Екатеринбург – 2010
Работа выполнена в ГОУ ВПО «Магнитогорский государственный
технический университет им. Г.И. Носова.
| Научный руководитель – доктор технических наук, доцент Кольга Анатолий Дмитриевич |
| Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Красников Юрий Дмитриевич доктор технических наук Андреева Людмила Ивановна |
| Ведущая организация – ОАО Институт «УРАЛГИПРОШАХТ» |
Защита диссертации состоится «07» октября 2010 г. в 10:00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.280.03 при ГОУ ВПО «Уральский государственный горный университет» в зале заседаний ученого совета по адресу: 620144,
г. Екатеринбург, ул. Куйбышева, 30.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО «Уральский государственный горный университет».
Автореферат разослан «06» сентября 2010 г.
| Ученый секретарь диссертационного совета |  | М.Л. Хазин |
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы. Техническое перевооружение экскаваторного парка, осуществляемое на большинстве отечественных угледобывающих предприятий, не приводит к ожидаемому повышению уровня эффективности использования экскаваторов. Установлено, что существующая система эксплуатации характеризуется следующими соотношениями: в среднем на 1 плановую ремонтную остановку приходится 12 отказов экскаватора, на 1 ч его работы в режиме выемки-погрузки горной массы – 1,5-2,0 ч простоя в системе ремонта. Значения этих показателей свидетельствуют о низкой эффективности как системы производственной эксплуатации, так и системы технического обслуживания и ремонта экскаваторов.
Практика показывает, что в зависимости от условий эксплуатации, оказывающих влияние на время работы машины в режиме выемки-погрузки горной массы, значения интенсивности отказов одного и того же элемента экскаватора различаются более чем в 5 раз. Недостаточно изученное влияние условий эксплуатации на надежность экскаваторов приводит к работе в аварийно-восстановительном режиме, перерасходу значительной части производственных ресурсов.
В связи с этим разработка методических положений по повышению эффективности работы экскаваторов-мехлопат путем обеспечения рациональной производительности, при которой достигается максимально возможная наработка между отказами элементов машин в конкретных условиях эксплуатации с приемлемыми затратами на ремонт, является актуальной научно-практической задачей.
Объект исследования – экскаваторы цикличного действия-мехлопаты, эксплуатируемые на угольных разрезах.
Предмет исследования – надежность и эффективность использования экскаваторов цикличного действия-мехлопат в различных условиях эксплуатации.
Цель работы – повышение эффективности работы экскаваторов посредством обеспечения их рациональной производительности в различных условиях эксплуатации.
Идея работы – повышение эффективности работы экскаваторов достигается путем регулирования времени работы этих машин в режиме выемки-погрузки горной массы в зависимости от различных условий эксплуатации.
Основные задачи исследования:
1. Обосновать критерий эффективности использования экскаваторов-мехлопат в различных условиях эксплуатации.
2. Выявить условия эксплуатации, существенно влияющие на надежность экскаваторов-мехлопат.
3. Исследовать влияние условий эксплуатации на надежность экскаваторов-мехлопат.
4. Разработать методику определения рациональной производительности экскаваторов-мехлопат при работе в различных условиях эксплуатации.
5. Разработать и обосновать методические положения по улучшению условий эксплуатации экскаваторов-мехлопат.
Научные положения, выносимые на защиту:
1. В качестве критерия эффективности эксплуатации экскаваторов-мехлопат предложен коэффициент технического использования, учитывающий функциональное время нахождения этого оборудования как в системе производственной эксплуатации, так и в системе технического обслуживания и ремонта (п. 3 Паспорта специальности ВАК 05.05.06 – «Горные машины»).
2. Постоянный оперативный учет влияния не только технологических, но и организационных условий эксплуатации при определении длительности межремонтного периода и объема ремонтных воздействий обеспечивает 85%-ную вероятность восстановления работоспособности машин до наступления отказа (пп. 3, 6 Паспорта специальности ВАК 05.05.06 – «Горные машины»).
3. Для различных условий эксплуатации экскаваторов-мехлопат существуют определенные значения рациональной производительности, при которых коэффициент вариации времени рабочих циклов является минимальным, а затраты на ремонт не превышают затрат на улучшение и поддержание технологических и организационных условий эксплуатации (п. 3 Паспорта специальности ВАК 05.05.06 – «Горные машины», п. 7 Паспорта специальности ВАК 05.02.22 – «Организация производства (горная промышленность)»).
Научная новизна:
- обоснован критерий эффективности эксплуатации экскаваторов-мехлопат – коэффициент технического использования, учитывающий функциональное время нахождения этих машин как в системе производственной эксплуатации, так и в системе технического обслуживания и ремонта;
- установлено влияние технологических и организационных условий эксплуатации экскаваторов-мехлопат на надежность этих машин;
- предложены показатели для определения рациональной производительности экскаватора: коэффициент вариации времени рабочих циклов; соотношение затрат на ремонт и на улучшение и поддержание технологических и организационных условий эксплуатации.
Методы исследования. В диссертации использован комплекс методов, включающий хронометражные наблюдения, аналитические расчеты, обобщение результатов выполненных исследований, статистические методы, экономико-математическое моделирование.
Научная и практическая значимость результатов исследования. Установленные зависимости, показывающие влияние технологических и организационных условий на эффективность эксплуатации экскаваторов-мехлопат; методики оценки этого влияния, расчета функционального времени в системах производственной эксплуатации и технического обслуживания и ремонта оборудования; выводы, содержащиеся в работе, расширяют научные представления о методах повышения эффективности эксплуатации горных машин. Практическая значимость состоит в разработке методики определения рациональной производительности экскаваторов-мехлопат в различных условиях эксплуатации, при использовании которой обеспечиваются максимально возможная в конкретных условиях наработка между отказами этих машин и приемлемые затраты на ремонт.
Достоверность и обоснованность научных положений, выводов и результатов подтверждаются корректным использованием положений теории вероятности и математической статистики; результатами анализа деятельности ремонтных служб угледобывающих предприятий за период 2004-2009 гг.; достаточным объемом экспериментальных данных, удовлетворительной сходимостью результатов теоретических и экспериментальных исследований, относительное расхождение которых не превышает 10-15%.
Личный вклад автора состоит в организации и проведении комплекса экспериментальных исследований, анализе их результатов; разработке методических положений по повышению эффективности эксплуатации экскаваторов-мехлопат, которые основаны на методике расчета функционального времени, методике оценки влияния технологических и организационных условий на эффективность работы экскаваторов в системе эксплуатации и методике определения рациональной производительности этих машин в различных условиях эксплуатации.
Реализация выводов и рекомендаций работы. Основные научные положения и рекомендации диссертации использованы при определении рациональной производительности экскаваторов-мехлопат в ОАО УК «Южный Кузбасс» («Разрез Сибиргинский»), ОАО «Белон», ОАО «Приморскуголь». Результатом реализации предложенных решений является повышение эффективности работы экскаваторов в 1,15 раза.
Область исследования. Диссертационная работа выполнена в рамках п. 3. – «Обоснование и оптимизация параметров и режимов работы машин и оборудования и их элементов», п.6. – «Разработка и совершенствование технологических процессов с целью обеспечения высокого качества горных машин на стадии проектирования, изготовления и эксплуатации с учетом специфики работы на горных предприятиях» паспорта специальности ВАК 05.05.06 – «Горные машины» и п.7. – «Анализ и синтез организационно-технических решений. Стандартизация, унификация и типизация производственных процессов и их элементов. Организация ресурсосберегающих и экологических производственных систем» паспорта специальности ВАК 05.02.22 – «Организация производства (горная промышленность)».
Апробация работы. Результаты и основные положения диссертационной работы докладывались на международном симпозиуме «Неделя горняка» МГГУ (Москва, 2007); на научных семинарах и конференциях УГГУ, ИГД УрО РАН (Екатеринбург, 2007-2010), КузГТУ (Кемерово, 2008-2009), ежегодных научно-технических конференциях МГТУ (Магнитогорск, 2006-2009); на научных семинарах и конференциях НТЦ-НИИОГР (Челябинск, 2006-2010).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 печатных работ, в том числе 4 статьи в изданиях, рекомендованных ВАК Министерства образования РФ.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложения. Изложена на 115 страницах машинописного текста, содержит 15 таблиц, 34 рисунка, список использованной литературы из 125 наименований.
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении обоснована актуальность темы диссертационного исследования, раскрыты научная новизна и практическая значимость работы.
В первой главе – «Современное состояние вопроса и формулирование задач исследования» – представлена научно-методическая база по исследованию влияния условий эксплуатации экскаваторов на эффективность их использования, произведен анализ существующих критериев и показателей системы эксплуатации.
Во второй главе – «Оценка влияния условий эксплуатации на эффективность использования экскаваторов-мехлопат» – обоснованы предлагаемые критерий и показатели эффективности эксплуатации экскаваторов-мехлопат. Оценено влияние условий использования экскаваторов в системах производственной эксплуатации и технического обслуживания и ремонта на эффективность эксплуатации этих машин.
В третьей главе – «Разработка методических положений по повышению эффективности эксплуатации экскаваторов-мехлопат» – представлены методика расчета рациональной производительности экскаваторов-мехлопат, а также методические положения по повышению эффективности использования этих машин в системах производственной эксплуатации, технического обслуживания и ремонта.
В четвертой главе – «Реализация методических положений по повышению эффективности эксплуатации экскаваторов-мехлопат» – показано применение разработанных методических положений и экономические результаты, обусловленные повышением эффективности работы экскаваторов.
В заключении представлены основные результаты исследования, приведены выводы и рекомендации по их использованию.
Основные научные положения, выносимые на защиту
1. В качестве критерия эффективности эксплуатации экскаваторов-мехлопат предложен коэффициент технического использования, учитывающий функциональное время нахождения этого оборудования как в системе производственной эксплуатации, так и в системе технического обслуживания и ремонта.
Сравнительный анализ структуры календарного фонда времени эксплуатации экскаваторов-мехлопат по отчетности предприятий и структуры календарного фонда времени эксплуатации этих машин, выявленной на основе хронометражных данных, позволил установить, что на этих угольных разрезах не учитывается значительная часть времени простоев горных машин и время технологически не обоснованного их использования как в системе производственной эксплуатации, так и в системе технического обслуживания и ремонта. Анализ использования экскаваторов-мехлопат в процессах производственной эксплуатации и технического обслуживания и ремонта позволил уточнить структуру календарного фонда времени их работы и выделить функциональное время использования этих машин. Это дает возможность выявить резервы повышения производительности оборудования.
Под функциональным временем производственной эксплуатации экскаватора (
) автором понимается время, в течение которого оборудование выполняет свою функцию с рациональными параметрами; под функциональным временем технического обслуживания и ремонта экскаватора (
) – время, в течение которого эти процессы осуществляются с рациональными параметрами.
Функциональное время производственной эксплуатации и функциональное время технического обслуживания и ремонта определяются следующим образом:
- Функциональное время производственной эксплуатации
экскаватора
 , ч, | (1) |
где V – фактически выполненные объемы экскавации, м3; 
– техническая производительность экскаваторов-мехлопат при рациональных параметрах технологических процессов в системе производственной эксплуатации, м3/ч.
 , м3/ч, | (2) |
где 
– продолжительность цикла, с; 
– коэффициент, учитывающий технологическое время обмена транспорта; 
– емкость ковша экскаватора, м3; 
– коэффициент экскавации горной массы; 
– коэффициент, учитывающий рациональное время перегона экскаватора, зачистки рабочей площадки, взрывания горной массы.
- Функциональное время технического обслуживания и ремонта экскаватора
 , ч, | (3) |
где 
, 
, 
– время нахождения машины, соответственно, в техническом обслуживании, плановых ремонтах, аварийных ремонтах, ч; 
, 
, 
– коэффициенты, учитывающие эффективность использования времени при техническом обслуживании, плановых и аварийных ремонтах.
Анализ структуры календарного фонда времени экскаваторов-мехлопат показывает, что эффективность его использования в системе производственной эксплуатации находится в интервале 0,30-0,34, а в системе технического обслуживания и ремонта – 0,12-0,15. В результате сравнения этих значений видно, что в системе производственной эксплуатации экскаваторов-мехлопат эффективность использования времени значительно (в 2,5-2,7 раза) выше, чем в системе технического обслуживания и ремонта. Это соотношение характерно для большинства отечественных угольных разрезов. Между тем значение показателя использования времени в системе производственной эксплуатации экскаваторов-мехлопат существенно меньше, чем на предприятиях экономически развитых стран, что свидетельствует о наличии значительных резервов его повышения на российских угледобывающих предприятиях.
Расчет функционального времени производственной эксплуатации, а также технического обслуживания и ремонта экскаваторов позволяет оценить не только эффективность работы этих систем в отдельности, но и эффективность эксплуатации машин в целом. Зная функциональное время экскаваторов в системах производственной эксплуатации и технического обслуживания и ремонта, можно рассчитать достигнутое (
) и максимально возможное в конкретных условиях (
) значения коэффициента технического использования, соотношение которых и будет характеризовать эффективность эксплуатации оборудования.
Достигнутое значение коэффициента технического использования экскаваторов целесообразно рассчитывать по формуле:
 , | (4) |
где 
– среднее функциональное время наработки между отказами, ч; 
– среднее календарное время наработки между отказами, ч; 
– среднее календарное время нахождения машины в системе технического обслуживания и ремонта, ч.
Максимально возможное значение коэффициента технического использования экскаваторов в конкретных условиях следует рассчитывать по формуле:
 , | (5) |
где 
– среднее функциональное время нахождения машины в системе технического обслуживания и ремонта, ч.
Сравнение достигнутого и максимально возможного в конкретных условиях значений коэффициента технического использования экскаваторов-мехлопат показывает, что эффективность эксплуатации экскаваторов составляет 0,24 от возможной (табл. 1).
Таблица 1
Сравнение методик расчета коэффициентов технического использования
(на примере экскаваторов-мехлопат РН-2300, разрез «Сибиргинский», 2006 г.)
| Показатель | Существующая методика | Предлагаемая методика | ||
Коэффициент технического использования  | Достигнутый коэффициент технического использования  | Максимально возможный коэффициент технического использования в конкретных условиях  | ||
| Исходные данные | Общее время производственной эксплуатации (из отчетности предприятия). Общее время нахождения экскаватора в системе технического обслуживания и ремонта (из отчетности предприятия). Количество отказов (из отчетности предприятия) | Функциональное время производственной эксплуатации (рассчитывается). Общее время производственной эксплуатации (из отчетности предприятия). Общее время нахождения экскаватора в системе технического обслуживания и ремонта (из отчетности предприятия). Количество отказов (из отчетности предприятия) | Функциональное время производственной эксплуатации (рассчитывается). Функциональное время нахождения экскаватора в системе технического обслуживания и ремонта (рассчитывается). Количество отказов (из отчетности предприятия) | |
| Значение коэффициента | 0,62 | 0,19 | 0,79 | |
Это свидетельствует о наличии существенного резерва повышения надежности экскаваторов-мехлопат в процессе их эксплуатации – более чем в 4 раза. Между тем результат расчета значения коэффициента технического использования по существующей методике указывает на наличие гораздо меньшего резерва: значение коэффициента 0,62 свидетельствует о возможности повышения эффективности только в 1,45 раза (в сравнении с передовыми зарубежными предприятиями, где значение коэффициента технического использования достигает 0,9).
Таким образом, применение показателя «функциональное время использования экскаваторов-мехлопат» позволяет более точно оценивать эффективность их эксплуатации, а также определять резервы в системах производственной эксплуатации и технического обслуживания и ремонта этих машин.
2. Постоянный оперативный учет влияния не только технологических, но и организационных условий эксплуатации при определении длительности межремонтного периода и объема ремонтных воздействий обеспечивает 85%-ную вероятность восстановления работоспособности машин до наступления отказа.
Имеющаяся научно-методическая база, а также проведенное автором исследование эксплуатации экскаваторов позволили охарактеризовать и сгруппировать технологические и организационные условия системы эксплуатации по степени их влияния на эффективность использования экскаваторов-мехлопат (табл. 2, 3). Исследовались экскаваторы, используемые на горных породах III и IV категории по трудности экскавации со средней плотностью горной массы при естественной влажности в целике, равной 2,3 т/м3.
Таблица 2
Характеристики и группы условий производственной эксплуатации экскаваторов
| Категория условий | Условия | |||
| технологические |  | организационные |  | |
| I | 1. Средний диаметр куска породы 0,2-0,3 м.[1] 2. Наклон рабочей площадки < 1°. 3. Рабочая площадка с 2 подъездами | 0,35-0,89 | 1. Эталонный уровень квалификации машинистов** [2]. 2. График ТОиР соблюдается. 3. Отсутствие простоев из-за ожидания автотранспорта, зачистка площадки бульдозером | 0,44-0,89 |
| II | 1. Средний диаметр куска породы 0,3-0,45 м. 2. Наклон рабочей площадки 1-3°. 3. Рабочая площадка с односторонним подъездом | 0,30-0,76 | 1. Высокий уровень квалификации машинистов. 2. График ТОиР периодически нарушается. 3. Простой из-за ожидания автотранспорта ~ 10% сменного времени, зачистка площадки бульдозером | 0,41-0,83 |
| III | 1. Средний диаметр куска породы 0,45-0,6 м. 2. Наклон рабочей площадки ~ 3°. 3. Рабочая площадка с односторонним подъездом | 0,23-0,60 | 1. Средний уровень квалификации машинистов. 2. График ТО нарушается периодически, плановых ремонтов – постоянно. 3. Простой из-за ожидания автотранспорта ~ 15% сменного времени, зачистка площадки экскаватором | 0,29-0,60 |
| IV | 1. Средний диаметр куска породы >0,6 м. 2. Наклон рабочей площадки > 3°. 3. Рабочая площадка с односторонним подъездом | 0,18-0,49 | 1. Низкий уровень квалификации машинистов. 2. График ТОиР постоянно нарушается. 3. Простой из-за ожидания автотранспорта ~ 20% сменного времени, зачистка площадки экскаватором | 0,18-0,40 |
Таблица 3
Характеристики и группы условий технического обслуживания и ремонта экскаваторов
| Категория условий | Условия | |||
| технологические |  | организационные |  | |
| I | 1. Техническое состояние экскаваторов контролируется техническими средствами. 2. ППР по техническому состоянию экскаваторов. 3. Контроль качества ремонта на стендах заводского изготовления | 0,20-0,83 | 1. Работа подготовлена и ведется круглосуточно. 2. Работа по стандарту на все операции. 3. Эталонная ответственность за техническое состояние экскаваторов | 0,31-0,83 |
| II | 1. Техническое состояние экскаваторов контролируется по факту наработки; 2. ППР по нормативу наработки с обезличиванием агрегатов, узлов, деталей. 3. Контроль качества ремонта на стендах заводского и собственного изготовления | 0,18-0,75 | 1. Работа в основном подготовлена и ведется круглосуточно. 2. Работа по стандарту на основные операции. 3. Высокая ответственность за техническое состояние экскаваторов | 0,24-0,66 |
| III | 1. Техническое состояние экскаваторов контролируется на основе личного опыта. 2. ППР по нормативу наработки с частичным обезличиванием агрегатов, узлов, деталей. 3. Контроль качества ремонта на машине | 0,12-0,46 | 1. Работа частично подготовлена и ведется в одну смену. 2. Работа по нормированному наряд-заданию. 3. Средняя ответственность за техническое состояние экскаваторов | 0,16-0,45 |
| IV | 1. Техническое состояние экскаваторов контролируется не регулярно. 2. Аварийно-восстановительный ремонт без обезличивания агрегатов, узлов, деталей. 3. Отсутствует контроль качества ремонта | 0,08-0,36 | 1. Работа не подготовлена и ведется в одну смену. 2. Работа по ненормированному наряд-заданию. 3. Низкая ответственность за техническое состояние экскаваторов | 0,08-0,25 |
Степень влияния рассматриваемых условий на эффективность эксплуатации экскаваторов-мехлопат определялась с помощью коэффициента эффективности использования времени этих машин.
Коэффициент эффективности использования времени экскаваторов в системе их производственной эксплуатации рассчитывается по следующей формуле:
, (6)
где 
– календарное время производственной эксплуатации
экскаватора.
Коэффициент эффективности использования времени в системе технического обслуживания и ремонта экскаваторов:
, (7)
где 
– календарное время технического обслуживания и ремонта экскаватора.
Анализ возможностей повышения эффективности использования времени экскаваторов посредством улучшения условий в системе их производственной эксплуатации показал, что улучшение технологических условий с IV категории до I позволяет повысить уровень использования времени этих машин в 1,8-1,9 раза, а соответствующее улучшение организационных условий – в 2,2-2,4 раза. Улучшение технологических условий обслуживания и ремонта с IV категории до I позволяет повысить уровень использования этих машин в 2,3-2,5 раза, а соответствующее улучшение организационных условий в этой системе – более чем в 3 раза.
Сравнение возможностей повышения эффективности использования времени экскаваторов, обеспечиваемых путем технологических либо организационных улучшений в системе эксплуатации этих машин, позволяет определять приоритетные направления улучшения категории условий эксплуатации, что актуально при планировании ресурсов. Установлено, что улучшение организационных условий эксплуатации экскаваторов-мехлопат в 1,2-1,6 раза эффективнее, чем улучшение технологических условий.
В ходе исследований установлено, что посредством улучшения условий только в одной из систем – производственной эксплуатации либо технического обслуживания и ремонта – обеспечивается повышение надежности экскаваторов-мехлопат, характеризуемое ростом значения коэффициента технического использования не более чем в 1,5 раза. Взаимообусловленное улучшение условий в обеих системах позволяет повысить значение коэффициента технического использования экскаваторов-мехлопат более чем в 3 раза (рис. 1).
 |
Рис. 1. Зависимость коэффициента технического использования
экскаваторов-мехлопат от эффективности использования времени
Хронометражные наблюдения за проведением ремонта ТР2 экскаватора ЭКГ-8И показали, что из 18 ремонтных операций по регламенту фактически было выполнено 8. Вместе с тем осуществлено 6 ремонтных операций вне регламента (рис. 2).
Рис. 2. Плановые и фактически выполненные операции и трудозатраты при проведении ремонта экскаватора ЭКГ-8И (ТР2, 5 дней) на разрезе «Сибиргинский»
Сравнение плановых и фактически выполненных операций показывает, что на 1 выполненную по регламенту ремонтную операцию приходится 0,75 операций вне регламента. При сравнении трудоемкости выявлено, что на 1 чел.-ч ремонтных операций, выполненных по регламенту, приходится 0,4 чел.-ч ремонтных операций вне регламента. Плановая и фактическая трудоемкости выполнения одной и той же ремонтной операции различаются в 1,5-14,0 раз. Время на выполнение операций, связанных с обеспечением работоспособности экскаватора, в среднем составляет 50% от календарного фонда времени нахождения этих машин в системе технического обслуживания и ремонта.
Столь значительные различия между планируемыми и фактически выполненными операциями характерны для большинства систем технического обслуживания и ремонта экскаваторов-мехлопат на отечественных угледобывающих предприятиях. Это во многом обусловлено недос-
таточной информированностью персонала, планирующего и осуществляющего ремонт оборудования.
Отсутствие системы учета необходимых данных о работе оборудования затрудняет поддержание работоспособности машин для обеспечения плановых производственных показателей.
В результате исследования выявлено, что различия в значениях показателей эксплуатации машин одной марки могут составлять более чем 5 раз, что в значительной степени предопределяется технологическими и организационными условиями эксплуатации. Отсутствие вероятностных показателей технического состояния машин при различных условиях эксплуатации приводит к работе с недоиспользованием рабочего ресурса деталей и в аварийно-восстановительном режиме. Это обусловливает значительные производственные затраты.
Имеющаяся научно-методическая база в области надежности горных машин и оборудования, выявленные технологические и организационные условия, значительно влияющие на работоспособность экскаваторов, позволяют с достаточной вероятностью прогнозировать изменение количественных показателей в течение времени эксплуатации.
В качестве примера определения надежности экскаваторов ЭКГ-8И на рисунке 3 представлен результат расчета вероятности их безотказной работы при изменении технологических условий в системе производственной эксплуатации на разрезе «Сибиргинский». При этом организационные условия системы производственной эксплуатации и системы технического обслуживания и ремонта, а также технологические условия системы технического обслуживания и ремонта соответствуют IV категории.
Рис. 3. Вероятность безотказной работы экскаваторов ЭКГ-8И
со сроком службы 19 лет на разрезе «Сибиргинский»
Из рисунка видно, что вероятность безотказной работы характеризуется экспоненциальной зависимостью. Расчет гамма-процентного ресурса показал, что суммарная наработка между отказами составляет, в зависимости от категории условий производственной эксплуатации, 2-10 дней выполнения выемочно-погрузочных операций с 85%-ной вероятностью. Это позволяет с достаточной точностью осуществлять восстановление работоспособности в плановом режиме при диапазоне возможных отказов в течение 8 дней выполнения выемочно-погрузочных операций.
Экскаватор имеет широкую номенклатуру агрегатов, узлов, деталей, процессы изменения физико-механических свойств которых развиваются по-разному. В связи с этим необходимо определять критичность состояния экскаваторов для корректировки решений, направленных на совершенствование условий эксплуатации, а также выявлять элементы экскаватора, долговечность и ремонтопригодность которых при изготовлении целесообразно повышать. По причине недостаточности эксплуатационных данных о работе экскаваторов признаками отнесения его элементов к критичным могут служить значения интенсивности отказов и времени восстановления. В качестве примера в таблице 4 представлены значения интенсивности отказов и времени восстановления работоспособности элементов экскаваторов ЭКГ-8И, которые наиболее подвержены износу в зависимости от условий эксплуатации.
Таблица 4
Интенсивность отказов и среднее время восстановления
элементов экскаваторов ЭКГ-8И в зависимости от технологических условий
производственной эксплуатации
| Системы и механизмы | Интенсивность отказов ( ), 1/ч | Среднее время восстановления, ч | |
| I категория | IV категория | ||
| Рабочее оборудование | 0,002 | 0,012 | 18,5 |
| Ходовое оборудование | 0,001 | 0,011 | 14,5 |
| Механизм поворота | 0,001 | 0,005 | 7,5 |
| Механизм подъема | 0,004 | 0,014 | 25,5 |
| Механизм напора | 0,001 | 0,003 | 22,5 |
| Электрооборудование | 0,011 | 0,055 | 3 |
| Пневматическая система управления | 0,003 | 0,006 | 13 |
| Итого в среднем | 0,003 | 0,015 | 15 |
Результаты расчетов показали, что интенсивность отказов элементов экскаваторов в условиях эксплуатации IV категории в среднем
в 5 раза выше, чем I категории, а по некоторым элементам различие достигает 10 раз.
Приведенные результаты исследования влияния технологических и организационных условий эксплуатации на угледобывающих предприятиях расширяют научные представления об изменении технического состояния экскаваторов при возникновении отказов в период
старения.
3. Для различных условий эксплуатации экскаваторов-мехлопат существуют определенные значения рациональной производительности, при которых коэффициент вариации времени рабочих циклов является минимальным, а затраты на ремонт не превышают затрат на улучшение и поддержание технологических и организационных условий эксплуатации.
Выемочно-погрузочные работы экскаваторов-мехлопат характеризуются значительным рассеянием фактического времени рабочих циклов по сравнению с регламентированным. При работе даже новых дорогостоящих экскаваторов в условиях IV категории коэффициент вариации времени рабочих циклов () достигает значения >0,5 (рис. 4).
Рис. 4. Фактическое время и вариация рабочих циклов экскаватора РН-2800
со сроком эксплуатации менее одного года на разрезе «Сибиргинский»
Результатом использования экскаватора в условиях эксплуатации IV категории является его нестабильная часовая производительность. Нестабильная производительность связана с простоями и нерациональным использованием экскаватора. Время простоев достигает более 50% сменного времени. Простои экскаваторов связаны с ожиданием автосамосвалов, бульдозеров, подготовкой рабочей площадки; нерациональное применение выражается в использовании этих машин для вспомогательных работ – строительства съездов, зумпфов, дренажных канав.
В условиях отсутствия достаточного времени для обеспечения плановой производительности машинист экскаватора вынужден сокращать время рабочего цикла: осуществлять поворот ковша одновременно с его подъемом, выгрузку породы без остановки вращения платформы, боковые движения ковша и др. Наличие негабаритов и их относительно большой диаметр предопределяют увеличение числа зачерпывания ковша и, соответственно, продолжительности напора, приходящихся на один цикл выгрузки горной массы из ковша в автосамосвал. Создаваемые усилия обусловливают появление дополнительных динамических нагрузок на экскаватор, что негативно влияет на его техническое состояние.
Экспериментально установлены диапазоны вариации времени рабочих циклов и соответствующие им диапазоны интенсивности отказов элементов экскаваторов при погрузке одинакового объема горной массы в различных условиях системы производственной эксплуатации (табл. 5).
Таблица 5
Вариация времени рабочих циклов и интенсивности отказов
элементов экскаваторов ЭКГ-8И, ЭКГ-5А при погрузке горной массы
в различных условиях производственной эксплуатации
| Категория условий производственной эксплуатации | |||
| I | II | III | IV |
| Коэффициент вариации времени рабочих циклов (по сравнению с регламентированным) | |||
| <0,15 | 0,15-0,30 | 0,30-0,50 | >0,50 |
| Интенсивность отказов относительно интенсивности при работе в условиях I категории | |||
| 1 | 1,3-1,8 | 2,0-2,5 | 3,0-4,7 |
Полученные данные позволили обосновать время рабочего цикла, при котором наработка между отказами элементов машины является максимальной. Для экскаваторов, в зависимости от категории условий производственной эксплуатации, в таблице 6 представлено время рабочего цикла, при котором коэффициент вариации времени рабочих циклов минимален (<0,15). Время рабочего цикла установлено для погрузки с углом поворота 90°.
Таблица 6
Значения времени рабочего цикла экскаваторов ЭКГ-8И и ЭКГ-5А
в различных категориях условий производственной эксплуатации, при которых
коэффициент вариации времени рабочих циклов является минимальным, с
| Экскаватор | Категория условий производственной эксплуатации | |||
| I | II | III | IV | |
| ЭКГ-8И | 26-35 | 35-40 | 40-47 | 47-68 |
| ЭКГ-5А | 23-28 | 28-34 | 34-40 | 40-50 |
Предложена формула для расчета производительности (
) экскаваторов-мехлопат, в соответствии с которой работа в различных технологических и организационных условиях эксплуатации характеризуется минимальной вариацией рабочих циклов и максимальной наработкой между отказами этих машин:
, м3/мес., (8)
где 
– календарный фонд времени, ч/мес.; 
– время простоя экскаватора, обусловленное существующей технологией и организацией работ в системе его производственной эксплуатации, ч; 
– интенсивность отказов экскаватора при минимальном коэффициенте вариации времени рабочих циклов, 1/ч; 
– среднее время восстановления экскаватора c учетом организации этих работ, ч; 
– время рабочего цикла в различных категориях технологических условий производственной эксплуатации, при котором коэффициент вариации времени рабочих циклов минимален, с (см. табл. 6); – емкость ковша экскаватора, м3; – коэффициент экскавации.
На рисунке 5 представлена зависимость количества отказов экскаватора ЭКГ-8И от месячной производительности при работе в различных технологических условиях системы производственной эксплуатации (при этом организационные условия системы производственной эксплуатации и системы технического обслуживания и ремонта, а также технологические условия системы технического обслуживания и ремонта относятся к IV категории).
Рис. 5. Зависимость количества отказов экскаваторов ЭКГ-8И от их месячной производительности на разрезе «Сибиргинский»
С использованием зависимости количества отказов экскаваторов-мехлопат от объема их работ в условиях эксплуатации различных категорий становится возможным определять рациональную производительность этих машин.
Рациональная производительность в конкретной категории условий эксплуатации устанавливается исходя из требований:
- производительность экскаватора не менее производительности, соответствующей времени рабочего цикла и категории условий эксплуатации (коэффициент вариации времени рабочих циклов минимальный) на всем промежутке времени работы (см. формулу 8);
- себестоимость работ при выбранной производительности меньше, чем себестоимость выполнения того же объема работ в более высокой категории условий эксплуатации.
Выполнение второго требования проверяется по формуле:
, (9)
где 
– производительность, рациональность которой проверяется, тыс.м3/мес.; 
, 
– суммарные эксплуатационные затраты при существующей и более высокой категориях условий эксплуатации для достижения выбранной производительности, тыс.руб.
, (10)
где 
– сумма «условно-переменных» затрат при существующей и более высокой категориях условий эксплуатации для достижения выбранной производительности, тыс.руб.; 
– сумма «условно-постоянных» затрат при существующей и более высокой категориях условий эксплуатации для достижения выбранной производительности, тыс.руб.; 
– сумма затрат для ремонта экскаватора при существующей и более высокой категориях условий эксплуатации для достижения выбранной производительности, тыс.руб.
В результате проведенных автором исследований были сформулированы методические положения по повышению эффективности эксплуатации экскаваторов-мехлопат:
1. Повышение эффективности эксплуатации экскаваторов основано на обеспечении их рациональной производительности в конкретных условиях работы путем регулирования времени в режиме выемки-погрузки горной массы.
2. Повышение эффективности эксплуатации экскаваторов основано на одновременном приведении организационных и технологических условий в системах производственной эксплуатации и технического обслуживания и ремонта к I категории условий.
Заключение
В диссертации на основе выполненного исследования влияния технологических и организационных условий эксплуатации экскаваторов-мехлопат на их надежность установлена зависимость коэффициента технического использования от условий эксплуатации, решена задача определения рациональной производительности этих машин и разработаны методические положения по улучшению их работы, что имеет существенное значение для угледобывающих предприятий страны.
Основные выводы, научные и практические результаты
работы:
1. Обосновано, что в качестве критерия эффективности эксплуатации экскаваторов-мехлопат целесообразно применять коэффициент технического использования, учитывающий функциональное время нахождения этих машин как в системе производственной эксплуатации, так и в системе технического обслуживания и ремонта.
2. Выявлено, что эффективность работы экскаваторов-мехлопат зависит как от технологических, так и от организационных условий эксплуатации. Обоснованы четыре категории технологических и организационных условий эксплуатации экскаваторов. Улучшение технологических условий эксплуатации с IV категории до I позволяет повысить эффективность использования этих машин в 1,5-2,0 раза, а аналогичное улучшение организационных условий – в 2,5-3,0 раза.
3. Обосновано, что улучшение условий только в одной из систем – производственной эксплуатации либо технического обслуживания и ремонта – обеспечивает повышение надежности экскаваторов-мехлопат, характеризуемое ростом значения коэффициента технического использования до 1,5 раз. Взаимообусловленное улучшение условий в обеих системах эффективнее в 2 раза, чем в каждой из систем в отдельности.
4. Установлено, что при погрузке одинакового объема горной массы экскаваторами ЭКГ-8И, ЭКГ-5А во II категории условий производственной эксплуатации значения интенсивности отказов элементов этих машин в 1,3-1,8 раза выше, чем при работе в I категории, в III – в 2,0-2,5, в IV – в 3,0-4,7. Это позволяет с достаточной вероятностью (85%) планировать восстановление работоспособности машин до наступления отказа.
5. Разработаны методические положения по повышению эффективности эксплуатации экскаваторов-мехлопат, суть которых заключается в следующем: повышение эффективности эксплуатации экскаваторов основано на обеспечении их рациональной производительности в
конкретных условиях работы путем регулирования времени в режиме выемки-погрузки горной массы, а также на приведении организационных и технологических условий в системах производственной эксплуатации и технического обслуживания и ремонта к I категории условий.
С использованием основных положений диссертации разработаны рекомендации по улучшению условий эксплуатации экскаваторов-мехлопат, реализация которых в ОАО УК «Южный Кузбасс» («Разрез Сибиргинский»), ОАО «Белон», ОАО «Приморскуголь» обеспечила повышение эффективности этих машин в среднем в 1,15 раза.
Основные научные результаты диссертации
опубликованы в следующих изданиях:
Статьи в научных изданиях, рекомендуемых ВАК РФ:
- Кольга А.Д., Хажиев В.А. Пооперационное планирование ремонтов горного оборудования // Вестник МГТУ им. Г.И. Носова, 2008. – №3. – С. 5-7.
- Довженок А.С., Лапаева О.А., Хажиев В.А. Оценка эффективности системы обеспечения работоспособности горного оборудования для принятия управленческих решений // Горный информационно-аналитический бюллетень – М.: МГГУ, 2008. – №5. – С. 300-304.
- Рябков Н.В., Довженок А.С., Хажиев В.А. Влияние регламентации ремонтных процессов на аварийность подземного рельсового транспорта на угольной шахте // Горное оборудование и электромеханика: научно-аналитический и производственный журнал, 2008. – №5. – С. 47-48.
- Хажиев В.А. Оценка влияния эксплуатационных факторов на эффективность использования экскаваторов-мехлопат на угольных разрезах // Горное оборудование и электромеханика: научно-аналитический и производственный журнал, 2009. – №6. – С. 21-26.
Статьи в сборниках научных трудов:
- Кольга А.Д., Хажиев В.А. Анализ эффективности функционирования службы ремонта горного оборудования на разрезе «Сибиргинский» // Молодежь. Наука. Будущее: сб. науч. тр. студентов. – №6. – Магнитогорск, 2006. – С. 328-331.
- Жуков А.Л., Захаров С.И., Хажиев В.А., Царегородцев Л.Л. Методика оценки использования технологических возможностей экскаваторов // Проблемы управления развитием регионов и муниципалитетов: матер. науч.-практ. конф. (Челябинск, 8 дек. 2006 г.) / Челяб. гос. ун-т. – Челябинск: Энциклопедия, 2007. – С. 145-151.
- Довженок А.С., Хажиев В.А., Захаров С.И. Зависимость стоимости технического обслуживания и ремонта горного оборудования от уровня организационно-технологического обеспечения // Технологическое оборудование для горной и нефтегазовой промышленности: сб. науч. тр. – Екатеринбург: ГОУ ВПО «УГГУ», 2008. – С. 367-370.
Подписано в печать 12.07.2010. Формат 60х84х 1/16. Бумага тип.№1.
Плоская печать. Усл.печ.л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ 550.
455000, Магнитогорск, пр. Ленина, 38
Полиграфический участок ГОУ ВПО «МГТУ»
[1] Определено для экскаваторов ЭКГ-8И.
** Квалификация определяется в зависимости от среднемесячного объема погрузки горной массы, количества заявок на ремонт, наработки между отказами и времени ремонта экскаватора в конкретных условиях эксплуатации.
