Кіяновський Микола Володимирович. Наукове забезпечення систем моніторингу процесів спрацювання механізмів гірничо-збагачувального обладнання

brief description

Кіяновський Микола Володимирович. Наукове забезпечення систем моніторингу процесів спрацювання механізмів гірничо-збагачувального обладнання: дис... д-ра техн. наук: 05.05.06 / Криворізький технічний ун-т. - Кривий Ріг, 2004. , табл.

Кіяновський М.В. Наукове забезпечення систем моніторингу процесів спрацювання механізмів гірничо-збагачувального обладнання. - Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.05.06 - «Гірничі машини». Криворізький технічний університет, Кривий Ріг, 2003.
Дисертація присвячена питанням підвищення ефективності використання і забезпечення працездатності обладнання гірничо-збагачувальних виробництв.
В роботі розвинуто новий напрям забезпечення працездатності гірничих машин шляхом обґрунтування доцільності впровадження моніторингових стратегії експлуатації за станом”, розробки її наукових засад, методу та засобів діагностичного моніторингу процесів спрацювання обладнання. В результаті досягнуто скорочення експлуатаційних витрат на відновлення працездатності обладнання на 30%.
Встановлено вплив конструктивно-технологічних та динамічних чинників обладнання на швидкість процесів його спрацювання, розроблено засоби зниження швидкості спрацювання шляхом моніторингу і керування енергетичним рівнем процесів спрацювання. Результати роботи застосовано в технологіях формування адаптивних до технічного стану обладнання гнучких регламентів експлуатації та ремонтно-профілактичного обслуговування, впровадження яких показало високу ефективність їх використання..

В дисертації дано теоретичне узагальнення і нове рішення важливої науково-технічної проблеми підвищення ефективності використання гірничо-збагачувального обладнання, яка полягає у розвитку теорії експлуатації, науковому обґрунтуванні принципів, методу та засобів систем моніторингу у реальному часі процесів спрацювання механізмів обладнання, як системоутворюючого елемента стратегії експлуатації обладнання за станом”.
Проведені дослідження дозволяють зробити наступні висновки:

Встановлено факт і знайдено докази функціональної невідповідності існуючих стратегій експлуатації гірничо-збагачувального обладнання задачам його ефективного використання (експлуатаційні витрати сягають до 30% собівартості, методичні втрати 30 -90% ресурсів обладнання, до 36% відмов раптові).
Опираючись на марковські властивості процесів експлуатації та технічного обслуговування розроблено методику дослідження закономірностей взаємозв'язку процесів експлуатації і об'єктивних процесів зміни технічного стану обладнання в ході його виробничого використання, встановлено теоретичні інструменти, що розкривають механізм впливу стратегії експлуатації, рівня надійності обладнання і ступеню діагностичного моніторингу на рівень ефективності його використання.
Для обґрунтування доцільності переходу до моніторингових стратегій експлуатації гірничо-збагачувального обладнання, визначення кількісних параметрів переваги цих стратегій, розроблено метод оцінки та порівняння ресурсів альтернативних 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 .
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”, з прогнозованим ТО за результатами діагностичного моніторингу технічного стану обладнання у реальному часі, забезпечує суттєвий приріст ефективності застосування обладнання до 20-35%, задовільну організаційну визначеність процесів ТО і це є вагомим доказом на користь впровадження стратегії експлуатації з моніторингом технічного стану” для підвищення продуктивності технологічних систем, зниження експлуатаційних витрат і досягнення максимально можливого використання ресурсу обладнання.

З метою підвищення ефективності використання обладнання, розроблено і обґрунтовано концепцію та принципи гнучких, динамічних стратегій експлуатації, побудованих на застосуванні систем моніторингу технічного стану обладнання за критеріями росту потужності деструктивних сил, які спричинюють процеси спрацювання механізмів, впровадженні ресурсно-коригуючих регламентів профілактичного обслуговування шляхом своєчасного виявлення та усунення причин зародження дефектів та пошкоджень, невластивих для нормальної експлуатації, прогнозування передвідмовних станів з проведенням адекватних ремонтних дій.
Для вибору найбільш придатних методів моніторингу працездатності, ідентифікації дефектів , прогнозування динаміки зміни технічного стану гірничо-збагачувального обладнання виконано систематизацію і аналіз всіх відомих у сучасній науці методів. Співставлення за розробленою методикою можливостей існуючих методів орієнтує на виконання функціонального моніторингу по методу накопиченої вибірки узагальнюючого параметра технічного стану, як часової функції, при умові безрозбірної ідентифікації технічного стану і без виводу обладнання з експлуатації. Ці параметри методу забезпечують найбільшу достовірність результатів, мінімальні витрати часу і мінімальну вартість визначення параметрів технічного стану при максимальній відповідності комплексному вектору конструктивно-функціональних характеристик технологічного обладнання збагачувальних виробництв .

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 узагальнюючий параметр технічного стану обладнання можна отримати за результатами вібродіагностичного моніторингу, у якому об'єкт діагностики має одномірний простір діагностичних ознак, а сам діагностичний параметр Х інтегрально виражає вплив на технічний стан обладнання багатьох його дефектів і несправностей, створює ефективний інструмент керування процесами спрацювання та відновлення працездатності на основі динамічної моделі відмов.

Встановлено, що для кожного процесу руйнування чи пошкодження деталей існують енергетичні межі, перехід за які обумовлює зростання інтенсивності швидкості спрацювання обладнання. В такому разі для моніторингу технічного стану обладнання існує 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 у часі спектральної щільності потужності енергетичного спектра коливального збудження зони взаємодії деталей механічних вузлів, а інтенсивність спрацювання має функціональну залежність від середньої густини потоку енергії коливального збудження зони взаємодії деталей механічних вузлів від дії конструктивно-технологічних дефектів та експлуатаційних пошкоджень. У разі сукупного впливу декількох дефектів поточне значення узагальнюючого параметру технічного стану механічних вузлів обладнання визначається сумою спектральних складових за рівнянням Парсенваля.

Експериментально досліджено і встановлено енергетичні критерії реєстрації початкових і гранично допустимих фаз процесів спрацювання деталей механізмів практично всіх видів збагачувального обладнання. Процеси пошкодження механічних вузлів розпочинаються і мають сталу швидкість, коли кратність приросту потужності коливальних процесів досягає -4, далі лінійність залежності втрачається і при кратності 10 і більше, починається катастрофічний розвиток пошкоджень. Енергетичні критерії доповнені методикою економічного обґрунтування граничних рівнів визначальних параметрів технічного стану за критерієм мінімального ризику.

Для оцінки адекватності діагностичної інформації в умовах безрозбірного моніторингу технічного стану встановлена закономірність втрат діагностичної інформації при побічних методах контролю. Встановлено, що зменшення рівня діагностичного параметру прямо пропорційне відстані від точки контролю до зони збудження, довжині хвилі, що генерується дефектом, і встановленим декрементом затухання діагностичного сигналу у всьому діапазоні робочих швидкостей збагачувального обладнання.
Розроблена методика і умови інваріантного використання методів діагностичного моніторингу, які легко адаптуються до конкретної технологічної машини, завдяки структурно-параметричної систематизації і уніфікації гірничо-збагачувального обладнання за критеріями макроструктури, що дозволяє у процесах ідентифікації технічного стану обмежитись п'ятьома типовими діагностичними моделями структуроутворюючих механічних вузлів (діагностична модель дефектів деталей роторного типу, дефектів опор ковзання, опор кочення, дефектів елементів кінематичного зв'язку, дефектів базових деталей).

Методика сприяє прискоренню впровадження методів оцінювання і ідентифікації технічного стану механічних вузлів збагачувального обладнання у масштабах галузі.

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. Названі результати стали основою створення наукових засад, методу та засобів безрозбірного моніторингу технічного стану для активного впливу на динаміку процесів спрацювання і забезпечення максимальних ресурсних параметрів механічних вузлів гірничо-збагачувального обладнання, засобами прогнозованої експлуатації та відновлення їх працездатності за станом”.
На основі виконаних досліджень, математичного, програмного і методичного забезпечення, з враховуванням різних технічних, організаційних і фінансових факторів сучасних виробництв гірничо-збагачувальної галузі, науково обґрунтовано і реалізовано систему технологій моніторингу для забезпечення стратегії експлуатації обладнання за станом”, а саме:

цифрові технології моніторингу технічного стану за рахунок ресурсів АСУ ТП, на основі енергетичних характеристик дефектів, які визначаються з допомогою ШПФ (Швидкого перетворення Фур’є) і забезпечують безаварійність і відновлення обладнання в реальному часі;
технології моніторингу на базі динамічних моделей відмови обладнання в двох варіантах: 1 варіант моніторинг, визначення і використання закономірностей зміни загального рівня визначального параметру технічного стану механізмів обладнання; 2 варіант - моніторинг, визначення і використання закономірностей зміни спектральних компонентів визначального параметру технічного стану механізмів обладнання для ідентифікації виду і ступеню розвитку дефекті та пошкоджень;
системи моніторингу на базі інтегральних моделей відмови в двох варіантах: 1 варіант - реалізація на основі мобільних засобів моніторингу і аналізу інтегральних даних стану (технічні, технологічні параметри + параметри ступеня коливального збудження від розвитку, дії деструктивних сил процесів спрацювання), 2 варіант - реалізація на основі автоматизованих комп'ютерних систем моніторингу і аналізу інтегральних даних стану (технічні, технологічні параметри + параметри ступеня коливального збудження від розвитку, дії деструктивних сил процесів спрацювання);
технології моніторингу на основі штучного інтелекту і експертних систем забезпечення експлуатації обладнання за станом”;
технології спеціальної підготовки і перепідготовки фахівців, а також відповідне їх математичне, інформаційне, програмне і нормативне забезпечення, які створюють систему знань і умови використання моніторингу процесів спрацювання для здійснення адаптивного забезпечення працездатності.

Економічний ефект від впровадження системи моніторингу у стратегіях експлуатації обладнання за станом” на підприємствах галузі (інститут Механобрчермет, ПівнГЗК, ПО «Іжорський завод», ПО «Кривбасруда», КрІА, КДЗРДА, КГГМК «Криворіжсталь», НЛМК, ДАК «Укррудпром», Укрметенерго Мінпромполітики) за підтвердженим даними, визначився за рахунок скорочення експлуатаційних витрат на підтримку працездатності обладнання в середньому на 25 % щорічно.