Размещено на http://www.allbest.ru/

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук

НАУКОВЕ ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ СИСТЕМ МОНІТОРИНГУ ПРОЦЕСІВ СПРАЦЮВАННЯ МЕХАНІЗМІВ ГІРНИЧО-ЗБАГАЧУВАЛЬНОГО ОБЛАДНАННЯ

КІЯНОВСЬКИЙ Микола Володимирович

УДК 621.192

Спеціальність 05.05.06 - “Гірничі машини”

В першому розділі “ Стан і оцінка ефективності експлуатації обладнання гірничо-збагачувальних виробництв за результатами моніторингу його надійності ” показано, що сучасна збагачувальна галузь чорної металургії України являє собою структуру технологічних систем з великим потенціалом, реалізація якого залежить від можливості забезпечення ефективності технологічного обладнання. До цього часу ефективність експлуатації дуже часто оцінювалася, як практично так і в науковій літературі, за допомогою комплексних показників надійності Кг і Кт.в., не надаючи належного значення визначенню і здійсненню відповідної стратегії експлуатації обладнання. Розглянувши стан забезпечення надійності збагачувального обладнання, як основної складової ефективності його використання, потрібно відмітити наявність досить потужної теоретичної бази і задовільної множини прикладних досліджень: Барзиловича Є.Ю., Бермана В.М., Бикова В.І., Васильєва Ю.Н., Гнеденко Б.В., Генкіна М.Д., Гетопанова В.М., Гуляєва В.Г., Дедкова В.К., Дружиніна А.А., Іцковича А.А., Кантовича Л.І., Картавого М.Г, Каштанова В.А., Коваленка І.Н., Королюка В.С., Кравченка В.М., Краснікова Ю.Д., Кузнецова В.І., Морозова В.І, Надутого В.П., Потураєва В.М., Рахутіна Г.С., Рудь Ю.С., Рунова Б.Т., Русихіна В.І., Седуша В.Я., Семенченко А.К., Смирнова Н.Н., Сокура М.І, Солода В.І., Солода Г.І., Франчука В.П., Цапко В.К., Учителя О.Д. та ін.), завдяки яким для підприємств галузі характерні високі значення цих показників, при досить невисокій ефективності використання обладнання. Пояснення такого результату може бути знайдено при припущені про невідповідність стратегій експлуатації збагачувального обладнання умовам застосування. Сучасний світовий досвід створення умов досягнення ефективності використання обладнання приходить до перегляду принципів системи ППР і побудові стратегії технічного обслуговування на основі моніторингу технічного стану у реальному часі. У існуючій практиці ТОіР стратегія ППР за напрацюванням була і є основною незалежно від рівня її ефективності, від рівня надійності обладнання і прийнятої стратегії експлуатації. Для отримання висновку відносно ефективності стратегії ТО “за напрацюванням”, як інструменту забезпечення ефективності використання гірничо-збагачувального обладнання, виконано оцінку ефективності існуючих стратегій експлуатації та відновлення працездатності обладнання гірничо-збагачувальної галузі. Зважаючи на існування залежності ефективності використання обладнання і рівня його надійності, в межах прийнятої стратегії експлуатації, систематизовано кількісні показники надійності обладнання основних промислових підприємств галузі (ПівнГЗК, ЦГЗК, НКГЗК, ПівдГЗК, ВО “Кривбасруда”, ДАК “Укррудпром”, ССГЗК, КачГЗК, ПолтГЗК, ЛебГЗК, КДГМК “Криворіжсталь”), які зібрані, узагальнені і розглянуті з врахуванням вимог по забезпеченню достовірності отримання та усереднення інформації. Математичне та програмне забезпечення цих досліджень створювалось на базі сучасних математичних методів надійності.

Реальна надійність цього обладнання вбирає досвід формування властивостей його надійності, забезпечений доробками сучасної школи надійності, зусиллями проектних та дослідних організацій, практичною роботою виробничих колективів (ІГТМ, ІЧМ НАН України, НГУ, КТУ, ДонНТУ, МГУ, інституту Механобрчермет, ДНДГРІ, НДПІрудмаш, ІГД ім. Скочинського).

Результати цих досліджень показали кількісний рівень елементної та схемної надійності обладнання та технологічних систем і встановлено, що конструктивно-технологічні фактори та умови експлуатації гірничо-збагачувального обладнання обумовлюють наступні експлуатаційні властивості:

моделі надійності більшості систем технологічного обладнання базуються на експоненційному законові;

потік відмов технологічної системи має властивості простішого потоку випадкових явищ;

кількість відмов технологічної системи на проміжку часу визначається за законом Пуасона;

перебування обладнання технологічних систем у станах експлуатації створює випадковий процес з марковськими властивостями;

відновлення працездатного стану системи технологічного обладнання утворює у часі потік випадкових явищ з напівмарковськими властивостями;

механізми збагачувального обладнання мають моделі надійності, які відповідають нормальному, логарифмічно-нормальному, Гама та Вейбула розподілам його напрацювань. Кратність середнього часу напрацювань для обладнання технологічних систем досягає 80, що свідчить про суттєву нерівнонадійність технологічного обладнання, яке складає технологічну систему і створює великі ускладнення у побудові регламентів технічного обслуговування “за напрацюванням” і робить його неефективним.

Однак для систем збагачувального обладнання характерні високі значення Кг і Ктв, що є обов'язковою умовою сталого виконання виробничих процесів. Так, наприклад, для обладнання фабрик згудкування і агломерації Кг =0.99, млинів Кг =0.96, класифікаторів Кг =0.8-0.9, конічних дробарок Кг =0.83-0.94, магнітних сепараторів 0.78-0.99, але досягаються вони не за рахунок високої надійності обладнання, як елементів технологічних систем, де мінімальні напрацювання на відмову для фабрик обкотишів Тmin =12 ч., млинів Тmin =20 ч., дробарок Тmin =122 ч., класифікаторів Тmin = 63.3 ч., магнітних сепараторів Тmin =75 ч., а за рахунок багаторазового резервування технологічних схем, і утримання великої інфраструктури ремонтних організацій для забезпечення високого значення Кг методом мінімізації Тв ( середнього часу відновлення працездатності обладнання), що доводить витрати на відновлення працездатності обладнання в структурі собівартості до 30%. При цьому системи експлуатації не орієнтовані на активізацію факторів зниження інтенсивності спрацювання ресурсу, тобто збільшення напрацювання на відмову (Ті). І цей напрямок залишається невикористаним резервом у практиці підвищення ефективності використання обладнання.

Нарівні з цим попереджувальний ефект існуючих систем ТОіР, як показують дані досліджень, не досягається, оскільки інтенсивність аварійних відмов для обладнання фабрик обкотишів мах =0.1-0,5 [1/година], агломераційних фабрик мах=0,13[1/год], млинів мах=0.65[1/добу], магнітних сепараторів мах=7.5[1/міс], класифікаторів мах=3.8 [1/міс]. Крім того існуючі методики формування періодичності і змісту ремонтних циклів обладнання збагачувальних виробництв націлені на пошук ефективної кратності параметрів моделей його надійності. Однак реалізація цієї умови без серйозних поступок точності, як свідчать дані досліджень, скрутна, а часто і неможлива, оскільки напрацювання на відмову обладнання технологічних схем не кратні і відрізняються для обладнання агломерації в 80 разів, згрудкування в 62 рази, збагачувальних фабрик в 20 разів, дробильного обладнання в 30 разів.

Це відбувається тому, що процеси експлуатації обладнання, як субелементів технологічних систем, вже втрачають марковські властивості. Для них є характерним ефект післядії у потоках відмов, як раптових подій процесу експлуатації. По цій причині використання математичних методів, які розроблені для процесів з марковськими властивостями (теорія масового обслуговування, лінійне програмування, мережне планування та інш.)для розробки і наукового обґрунтування регламентів ТОіР стає неадекватним і приводить до встановлених наслідків. У цій ситуації потрібна стратегія експлуатація обладнання, яка базується на більш адекватній моделі процесу експлуатації.

В другому розділі “ Наукове обгрунтування доцільності переходу до стратегії експлуатації гірничо-збагачувального обладнання на основі моніторингу процесів його спрацювання” з метою підвищення ефективності використання обладнання, розроблено і обґрунтовано концепцію та принципи гнучких, динамічних стратегій експлуатації, побудованих на застосуванні: 1- систем моніторингу і оцінки технічного стану обладнання за критеріями зміни факторів, які спричинюють процеси спрацювання механізмів, 2 - впровадженні ресурсно-коригуючих регламентів профілактичного обслуговування на підставі своєчасного виявлення та усунення причин зародження дефектів та пошкоджень, 3 - плануванні і проведенні ремонтних дій адекватних динаміці розвитку передвідмовних станів.

Для обгрунтування доцільності впровадження моніторингових стратегій експлуатації виконані аналітичні дослідження закономірностей взаємозв'язку суб'єктивних процесів експлуатації і об'єктивних процесів зміни технічного стану механізмів обладнання у ході виробничого використання.

При моделюванні взаємодії цих двох процесів допущено, що обладнання гірничо-збагачувального виробництва складається з n-механічних елементів і має кінцеву рахункову множину W технічних станів wi, зміна яких у часі утворить стохастичний процес w (t). Передбачається, що об'єднання відповідних станів wi утворять підмножини працездатних (i=1) і непрацездатних станів (i=2) обладнання, що складає технологічну схему. Процес експлуатації збагачувального обладнання характеризується скінченою множиною станів j. Вважається, що стани експлуатації j або їх можливі об'єднання утворить підмножини станів використання об'єкта: за призначенням (j=1), технічного обслуговування і ремонту (j=2), очікувань (j=3).

При цьому стан j призначається відповідно деякому стану wi. Тоді процес експлуатації (t) утвориться за рахунок послідовної зміни станів j. Технічні стани обладнання wi визначається з одного боку від швидкості спрацювання ресурсу (тобто факторами процесу експлуатації), з другого боку швидкістю відновлення ресурсу (тобто факторами організації технічного обслуговування і ремонту). При прийнятій класифікації подій стан обладнання протягом часу t можна описати схемами переходів від стану обслуговування до стану експлуатації і навпаки (рис. 1), а дослідження ймовірностей переходів дозволить дослідити вплив стратегії обслуговування на ефективність використання обладнання.

Закономірності переходів при існуючій стратегії ТОіР “за напрацюванням” на принципах ППР досліджено на прикладі технологічних систем НКГЗК. Для тривалих процесів з властивостями марковських, що характерно для збагачувальних технологічних систем, існують за теоремою О.О. Маркова, фінальні імовірності станів експлуатації і станів обладнання (таблиця 1).

Таблиця 1

Ймовірності станів гірничо-збагачувального обладнання (НКГЗК-99)

Незначні величини Pj=1, Pi=1 засвідчують відсутність стимулюючого впливу стратегії ТОіР “за напрацюванням” на ефективність використання обладнання, що спричинило пошук і перехід до більш адекватних моделей процесу експлуатації обладнання з немарковськими властивостями, на основі теорії скінчених процесів з сполученими станами, що дозволяє, скориставшись теоремою Смітта, оцінити силу взаємозв'язку і взаємовпливу процесів спрацювання і відновлення ресурсу за величиною використання обладнання у стані j=1.

де j - індекс стану використання за призначенням, Тj - середній час перебування процесу в стані j=1, N=3 - число станів експлуатації, t k - середній час повернення в стан j=1; j - імовірність перебування в стані j; k - імовірність перебування в стані kj.

Виходячи з цього і досліджуючи Рj=1 розроблено показник ефективності використання обладнання, який оцінює часові та вартісні втрати технологічних систем, як наслідок дії стратегії експлуатації . (2)

, ,

Використовуючи показник j=1 розрахунковим шляхом доведено, що для збагачувальних виробництв НКГЗК завдяки впровадженню моніторингових стратегій експлуатації і, відповідно, збільшенню b, ймовірність перебування обладнання у стані експлуатації зростає до 30% (Рис.2).

Такий результат досягається шляхом збільшення Тj=1 , для чого потрібно усунути недоліки сучасних методів керування надійністю “за напрацюванням”, які передбачають недовикористування індивідуальних ресурсів деталей і вузлів обладнання при визначені величини міжремонтного обслуговування, що видно на прикладі нормальної моделі надійності елементів ремонтної групи (Рис.3).

Величина недовикористання індивідуального ресурсу деталей сягає від 30 до 90 % і цей факт стає основним джерелом збільшення ефективності використання обладнання при стратегії експлуатації з моніторингом технічного стану

Для обгрунтування доцільності переходу до альтернативних моніторингових стратегій експлуатації гірничо-збагачувального обладнання розроблено метод оцінки та порівняння ресурсів стратегій ТОіР для забезпечення ефективності використання обладнання у реальному часі, за критерієм максимального прибутку у кожному циклі регенерації обладнання, при моделюванні процесів його експлуатації, як генеруючих випадкових процесів.

Функцією мети оптимізації F(S) вибрано показник приросту ефективності використання обладнання при застосуванні альтернативних стратегій ( стратегія прогнозованого технічного обслуговування “за станом” - S1 і комбінована стратегія ТО “за напрацюванням” і по факту відмови -S2) по відношенню до існуючої стратегії ППР -S3, який визначено за наступним виразом

Размещено на http://www.allbest.ru/

де - інтенсивність відмов; - інтенсивність відновлення; - ступінь контролю технічного стану обладнання технологічної системи, Те - величина напрацювання, TП - середній час профілактики, tr - середній час відновлення, n- кількість ремонтних циклів за час експлуатації t, n = t/ (TП + tr ).

Размещено на http://www.allbest.ru/

Математична модель цього критерію є досить гнучкою і дозволяє поєднати у одному досліджені вимоги функції мети оптимізації при різному рівні діагностичного контролю () параметрів технічного стану обладнання. За допомогою цього критерію можна оптимізувати параметри альтернативних систем ТО, порівняти їх за критерієм ефективності, вибрати найбільш досконалу і забезпечити керування ресурсами цієї системи ТО у режимі реального часу для досягнення найбільшої ефективності експлуатації обладнання.

Порівняння альтернативних стратегій виконано для всіх видів збагачувального обладнання виконано за методикою наступного прикладу.

Порівнюючи результати досліджень вперше встановлено функціональну залежність показника ефективності використання обладнання (середнього прибутку) від параметрів стратегії експлуатації і стану надійності обладнання, завдяки якій досліджено і встановлено, що перехід до стратегії експлуатації “за станом” без моніторингу технічного стану з ТО за фактом відмови приводить до незначного збільшення ефективності використання гірничо-збагачувального обладнання на 10-15%, з втратою організаційної визначеності процесів ТО.

При дослідженні процесів експлуатації обладнання “за станом” з прогнозованим ТО, за результатами діагностичного моніторингу у реальному часі технічного стану, встановлено суттєвий приріст ефективності застосування обладнання до 20-35%.

В третьому розділі “Визначення засобів та стратегії систем моніторингу технічного стану гірничо-збагачувального обладнання у реальному часі” зроблено систематизацію і аналіз всіх відомих у сучасній науці методів моніторингу працездатності, ідентифікації дефектів, прогнозування динаміки зміни технічного стану обладнання та розроблено методику визначення максимальної придатності методів моніторингу і практичного використання параметрів процесів спрацювання та відновленню ресурсу для впровадження систем моніторингу технічного стану гірничо-збагачувального обладнання. Співставлення можливостей наведених методів орієнтує на виконання моніторингу тільки на основі функціональних методів, які забезпечують безрозбірну ідентифікації технічного стану обладнання без виводу його з експлуатації за методом накопиченої вибірки узагальнюючого параметра технічного стану як часової функції. Виходячи з вимог до вибору методу моніторингу технічного стану встановлено, що найбільш інформативним, найбільш чутливим методом оперативної оцінки у режимі реального часу процесів спрацювання механізмів є метод оцінки ступеню і інтенсивності спрацювання за критеріями росту потужності коливального збудження зони взаємодії деталей механізмів при появі, розвитку дефектів та накопичення пошкоджень від їх дії. З огляду на цей висновок визначено, що методи віброакустичної діагностики найбільш відповідають встановленим вимогам, забезпечуючи контроль технічного стану оперативно, без розбирання і дешевше альтернативних методів. Метод вібродіагностичного моніторингу зручний тим, що об'єкт діагностики в цьому випадку має одномірний простір діагностичних ознак, а сам діагностичний параметр Х інтегрально виражає вплив на технічний стан обладнання багатьох його дефектів і несправностей.

Для визначення процесів спрацювання механізмів технологічного обладнання доцільно розкрити механізм впливу дефектів та пошкоджень на технічний стан обладнання. При розвитку дефекту, який спричиняє темп процесу спрацювання, динамічна модель механізмів трансформується до виду

М(х+х) **+ К(х+х) * + С(х+х) = G+G

Поява дефектів на різних стадіях їх існування (зародження, розвиток, катастрофічний вплив) має одну особливість: вони не змінюють динамічну рівновагу елементів механізмів, але відповідно принципу Даламбера - Лагранжа змінюють енергетичний рівень процесів взаємодії цих елементів при появі примусових сил G від дії відповідних дефектів.

З метою більш глибокого розкриття закономірностей спрацювання обладнання встановлено, що для кожного процесу руйнування чи пошкодження деталей існують енергетичні межі, перехід за які обумовлює зростання інтенсивності швидкості його спрацювання. Для збагачувального обладнання встановлена одна спільна особливість для всіх процесів спрацювання, яка полягає у тому, що кількісною мірою появи і зростання дефекту чи пошкоджень механізмів обладнання може бути рівень і темп зміни спектральної щільності потужності енергетичного спектра коливального збудження зони взаємодії деталей механічних вузлів.

На цій підставі встановлено, що діагностичною ознакою граничного стану може бути енерговизначальна характеристика коливального збудження, наприклад Vмах, у разі, коли кінетична енергія коливального збудження від дії конструктивно-технологічних дефектів та експлуатаційних пошкоджень, перевищить потенційну енергію (еквівалент міцності) конструктивних матеріалів деталей механічних вузлів

Vмах= Vмin нб /міn = Vмin нб /[] = Vмin n,

де Vмin, Vмах - швидкість коливального збудження відповідно еталонного і граничного стану, нб ,міn ,[], n - небезпечне і допустиме напруження та запас міцності матеріалів зони взаємодії.

Цей висновок сприяє розкриттю одного із основних механізмів спрацювання деталей механічних вузлів від дії дефектів та пошкоджень. Швидкість спрацювання розглядається, як сума двох складових

U= k qn Vm +

де q - питомий тиск і V- відносна швидкість взаємодії деталей механізмів, n, m - коефіцієнти, які враховують умови роботи деталей механізму, k,к1 - константи, які залежать від матеріалу та умов зносу, - щільність матеріалу, А, - амплітуда і частота коливальних збуджень зони пошкодження.

Перша складова визначає швидкість спрацювання механічного вузла, технічний стан якого не ускладнений наявністю дефектів та пошкоджень. Друга частина, спираючись на визначення густини потоку енергії коливального руху, визначає швидкість спрацювання механічного вузла від дії дефектів та пошкоджень.

Для прискорення рішення задачі побудови уніфікованих систем моніторингу у масштабах галузі, розроблено методики і умови інваріантного використання методу моніторингу технічного стану, на основі структурно-параметричної систематизації і уніфікації конструктивних схем машин збагачувальних виробництв. Встановлено, що конструктивні схеми збагачувального обладнання складаються з механізмів, які мають стійку структурну формулу: базова деталь - роторний елемент (ротор або робочий орган роторного типу), опори роторного елемента (підшипники кочення бо ковзання), елементи кінематичного зв'язку. Тому надійність збагачувального обладнання в режимі реального часу визначається на основі уніфікованої формули (9):

що дозволяє у процесах ідентифікації технічного стану обмежитись п'ятьома типовими діагностичними моделями (дефектів деталей роторного типу, дефектів опор ковзання, дефектів опор кочення, дефектів кінематичних передач, дефектів базових конструкцій).

Застосування систем моніторингу процесів спрацювання неможливо без економічно обґрунтованих граничних рівнів визначальних параметрів технічного стану механізмів обладнання. Тому, враховуючи імовірну природу параметра технічного стану, вимоги до безвідмовності механізму і “ціни" наслідків прийняття помилкових рішень, пропонується наступний метод визначення граничного рівня діагностичного параметра за критерієм мінімального ризику

де Vck.1 - середнє значення параметра нормального технічного стану механізму, x1, x2 - середнє значення параметра для станів D1 , D2, - середнє квадратичне розсіювання параметру, Р2-допустима імовірність раптової відмови, Р1 - імовірність справного стану, що нормується, С11, C 12, С21, С22 - відповідно “ціни" правильного рішення про відсутність відмови, пропуску несправності, помилкової тривоги, правильного рішення про наявність несправності.

В четвертому розділі “ Експериментальне дослідження закономірностей утворення та адекватності діагностичної інформації процесів спрацювання гірничо-збагачувального обладнання ” виконані експериментальні дослідження для вивчення можливостей безрозбірної ідентифікації технічного стану типових конструктивних елементів збагачувального обладнання. На першому етапі цих досліджень вивчалась достовірність діагностичної інформації про дефекти механізмів і характер поширення коливань, які генерують ці дефекти по конструкціях механізму до місця установки датчика.

У ході експерименту зафіксовано зменшення амплітуди коливань при проходженні передавального середовища - Д=Аф/Ад. Цей результат засвідчує той факт, що акустична діагностика постачає відносну інформацію про технічний стан механізмів і для її ідентифікації потрібно дослідити закономірності її втрати і спотворення експериментально в теоретичному аспекті.

Експеримент проводився по наступній схемі (рис.6.):

Коливальні рухи, які виникають в цих машинах під впливом дефектів, розповсюджуються від місця виникнення у вигляді пружних хвиль стиснення з швидкістю поширення для конструктивних матеріалів гірничо-збагачувального обладнання: С1=3080 м/с (хвилі зтиснення), С2=3160 м/с (хвилі зсуву).

З такою швидкістю інформація про дефекти механізмів і динаміку їх розвитку передається в точки зйому . На шляху поширення діагностичного сигналу він буде спотвореним у разі появи на шляху пружної хвилі демпфуючого середовища з характеристикою поглинання коливальної енергії R, яка може бути визначена як R=m, де - визначає ступінь поглинання коливальної енергії. За результатами експерименту встановлено кількісне значення = 0,13 і 0,26 відповідно для подовжніх і згинальних хвиль на підставі залежності про зменшення амплітуди сигналу в точці безрозбірного діагностичного контролю

DП = 13,65 R / m і DЗ = 27,3 R / m

Цей результат дає змогу визначити втрати діагностичної інформації для всього діапазону робочих швидкостей і частотних спектрів гірничо-збагачувального обладнання.

Основні висновки проведених досліджень наступні: зменшення рівня корисного сигналу, який несе інформацію про технічний стан механізму прямо пропорційно залежить від відстані від між точкою зйому інформації і дефектом структури механізму, довжини хвилі що генерується дефектом, параметрів поглинання енергії пружної хвилі “передавальним середовищем” і може бути кількісно врахована згідно з встановленим для збагачувального обладнання декрементом затухання діагностичного сигналу в усьому діапазоні його робочих швидкостей (Таблиця 2).

Таблиця 2

Параметри втрати діагностичної інформації для типових механізмів обладнання гірничо-збагачувального

Для попередження розвитку процесів спрацювання, потрібні діагностичні моделі за допомогою яких можливо моделювати, досліджувати і своєчасно виявляти процеси розвитку пошкоджень, зносу і попереджувати їх засобами технічного обслуговування. Такі моделі повинні відображати енергетику процесів функціонування обладнання як коливальних систем і фіксувати відхилення, які пов'язані з появою початкових фаз процесів зносу, пошкоджень і т. п. Якщо функціональну модель механізму G(w,t)-----H(w,t)-------X(w,t) описати за допомогою рівняння Н'ютона або Даламбера G=mx**+kx*+cx, то розвиток процесів спрацювання супроводжується спочатку ростом вихідного параметру Х(t) за схемою: G+g=m(x+x)**+k(x+x)*+c(x+x), а потім за схемою G+g= m(x+x)**+ (k+к)(x+x)*+(c+с) (x+x). Але параметри G(,t), H(j,t) інструментально не контролюються в процесі експлуатації і тому доцільно контролювати енергетичний спектр вихідного сигналу G (x,t) зміна якого відповідно за рівнянням Парсенваля, де /Х(f)/ 2 = G(x,t) , повинна фіксувати початковий приріст енергії як свідоцтво зародження деградаційних процесів.

Закономірності процесів спрацювання за критеріями приросту енергії деградаційних процесів отримано в ході дослідження на експериментальній установці, де були змодельовані і реалізовані найбільш характерні дефекти монтажу (перекоси і неспівосність валів), дефекти пошкоджень підшипників кочення і ковзання, дефекти контактуючих поверхонь передач, враховуючи ступінь розвитку дефекту і різні умови навантаження.

В ході експерименту встановлено закономірності зміни енергетичного рівня процесів спрацювання в залежності від фази розвитку процесу (Рис.8).

Для використання інформації діагностичного сигналу в режимі реального часу, розроблені, випробувані і впроваджені методи автоматичного (або автоматизованого) знімання, цифрового перетворення і передачі діагностичних сигналів безпосередньо в ЕОМ з його наступною обробкою з заданою точністю, з використанням програмних засобів ШПФ (швидкого перетворення Фур'є).

По експериментальним даним виконані розрахунки і побудовані графіки спектральних функцій щільності діагностичного сигналу, на змодельовані в умовах експериментальної установки, дефекти типових вузлів і деталей.

Узагальнення результатів виконаних досліджень дозволяє впровадити інваріантні енергетичні критерії реєстрації початкових фаз процесів спрацювання механізмів гірничо-збагачувального обладнання. Процеси пошкодження механізмів гірничо-збагачувального обладнання від дії типових для цього обладнання дефектів розпочинаються і мають сталу швидкість коли кратність приросту потужності коливальних процесів (KG=Gx,t/Gx,еталон ) на вимушених частотах деградаційних процесів досягає - 4 (KG =4, =0,33). Найбільш інтенсивне (катастрофічне) спрацюванні деталей механізмів розпочинається при KG =10 ( =1.5) і більше.

В п'ятому розділі “Визначення діагностичних параметрів процесів спрацювання механічних вузлів збагачувального обладнання у ході його промислової експлуатації” виконані дослідження і систематизація закономірностей формування узагальнюючих параметрів технічного стану деталей та вузлів механізмів основних технологічних машин збагачувальних виробництв на появу та розвиток дефектів та пошкоджень. Розроблено методики контролю, аналізу параметричних моделей працездатності і оцінки діагностичних параметрів механічних вузлів збагачувального обладнання засобами контролю коливального збудження зони взаємодії деталей механізмів .

Вперше на прикладі дробильно-подрібнювального обладнання (щокові, молоткові та конусні дробарки; збагачувального обладнання (млини, класифікатори, сепаратори та інш.; обладнання агломераційних фабрик; обладнання фабрик згрудкування; транспортних засобів збагачувальних технологічних систем; обладнання технологічних систем (димососи, ексгаустери, насоси, вентилятори, компресори, турбіни, електричні двигуни та ін.) узагальнено і систематизовані закономірності розвитку процесів спрацювання для типових механічних вузлів основного збагачувального обладнання, а саме: визначено перелік і проведена класифікація характерних конструктивно-технологічних дефектів та експлуатаційних пошкоджень. Розроблено технології їх спектральної та статистичної ідентифікації для оцінки динаміки їх розвитку у режимі реального часу.

У промислових дослідженнях встановлено, що гранично допустиме значення узагальнюючого параметру технічного стану визначається, як гранично допустимий рівень потужності коливального збудження механічного вузла від дії його пошкоджень і кількісно дорівнює у середньому десятикратному зростанню потужності від рівня еталонного стану (Рис. 9).

За результатами досліджень встановлено: вплив дефектів та пошкоджень на параметри коливального збудження механізмів обладнання з виявленням робочих рівнів, спектрального складу, динамічних діапазонів діагностичних сигналів, закономірності зміни рівнів та характеру сигналу, по мірі спрацювання ресурсу та розвитку дефектів , ознаки граничного стану обладнання.

Встановлення закономірності процесів спрацювання механізмів дозволило створити банки їх діагностичних даних, на підставі яких здійснюється параметричний моніторинг і розробляються регламенти технічного обслуговування “за станом” для основних видів гірничо-збагачувального обладнання.

В шостому розділі “Діагностичне визначення та попередження появи і розвитку конструктивно-технологічних дефектів та експлуатаційних пошкоджень гірничо-збагачувального обладнання” виконані теоретичні і промислові дослідження і узагальнення закономірностей коливального збудження елементів механічних вузлів збагачувального обладнання від впливу дефектів виготовлення, складання, монтажу, експлуатації.

Таким чином в першу чергу встановлено вплив неврівноваженості ротора роторних механізмів збагачувальних машин на параметри їх коливальної активності, а відповідно і швидкість витрачання ресурсу. Так, наприклад, для механізмів роторного типу встановлено залежність ресурсу від ступеня їх неврівноваженості, що показано на рис.10.

Вивчаючи залежності приведені на рис. 10 встановлено, що приріст ресурсу є функцією статичного ексцентриситету і величини коливального збудження ротора Т=f (1 / ест V) . Так як вертикальні коливання центра маси ротора характеризуються зміщенням y(t)=[eстw02 / (w02-wr2)]cos(wrt-) від дії суми сил діючих на ротор mrwr2(eст + e) - cre = 0, де mr - маса ротора, wr - частота обертання, сr - згинальна жорсткість ротора. Величина деформації ротора е= естwr2 / (w02 - wr), де w0=(cr / mr)1/2 власна частота згинальних коливань ротора на жорстких опорах (1-я критична частота). З цього аналізу витікає, що в умовах експлуатації запобігти скороченню ресурсу, можна за рахунок зменшення величини статичного ексцентриситету, так як змінити інші параметри неможливо, чи більш складно.

Аналогічні дослідження виконані для інших типових елементів конструктивних схем обладнання, а саме: опори роторних елементів (кочення, ковзання), елементи кінематичних сполучень, базові деталі) при наявності, зародженні і зростанні впливу дефектів виготовлення, збирання, монтажу, експлуатації.

Для названих елементів механічних вузлів визначено: 1 - перелік характерних для кожного виду обладнання конструктивно-технологічних дефектів та експлуатаційних пошкоджень; 2 - закономірності їх впливу на працездатність обладнання; 3 - розроблено технології безрозбірної ідентифікації і розпізнавання цих дефектів у режимі реального часу; 4- розроблено заходи для усунення негативного впливу дефектів, мінімізації швидкості процесів спрацювання завдяки побудові гнучких регламентів ТО адекватних технічному стану обладнання, в яких враховано наступне:

1. В умовах експлуатації механізмів гірничо-збагачувального обладнання існує степенева залежність впливу неврівноваженості робочих органів і деталей роторного типу на працездатність їх опор. Для забезпечення максимальних ресурсних показників опор розроблено методи ідентифікації і коригування неврівноваженості за рахунок зменшення величини статичного ексцентриситету ротору на підставі нових принципів нормування його залишкового дисбалансу (Рис.11).

2. Встановлено причину зростання швидкості спрацювання опор технологічних роторних машин ( до 8-30 разів), як наслідку монтажних дефектів, при яких величина радіального зазору у сполучені вал-підшипник стає меншою величини ексцентриситету центру мас ротора.

3. Доведено, що рівні коливального збудження при моментній неврівноваженості деталей роторного типу не менш ніж у два рази вище чим при статичній. Це пояснюється тим, що частота власних кутових коливань у два рази нижче відносно частоти власних коливань статично неврівноваженого ротору. При цьому в два рази зменшується активний опір коливальної системи і відбувається приближення до зони резонансу. Так як швидкість спрацювання і пошкодження опор обладнання знаходиться у степеневій залежності від рівня їх динамічної неврівноваженості, гнучке коригування моментної неврівноваженості ротору є запорукою запобігання зниженню строку служби обладнання до 30 разів і попередження аварійних відмов.

4. Встановлено закономірності кінематичного збудження ротора з боку опор при наявності зносу шийок вала роторних технологічних машин і появі їх овальності або гранності. При розвитку цього дефекту віброактивність технологічної машини збільшується прямо пропорційно до росту величини ексцентриситету.

5. Встановлено функціональну залежність відношення розмахів коливань вала і опори механізмів від наступних параметрів: відносини маси опори і ротора Мо / Мр; - відстроювання частоти примусової сили (w) від критичної частоти w/wкр; - відношення жорсткості опори до приведеної жорсткості ротора і масляної плівки со / с., що створює умови моніторингу і попередження дотиків і інтенсивного зносу та пошкоджень ущільнень і деталей системи ротор-опори (насосів, вентиляторів, компресорів, димососів).