Согласно п.6 Приказа Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору № 538 от 14.11.2013 г. «Об утверждении федеральных норм и правил в области промышленной безопасности «Правила проведения экспертизы промышленной безопасности» техническое устройство, применяемое на ОПО подлежит экспертизе:

• до начала применения на ОПО;
• по истечении срока службы или при превышении количества циклов нагрузки такого технического устройства, установленных его производителем;
• при отсутствии в технической документации данных о сроке службы такого технического устройства, если фактический срок его службы превышает двадцать лет;
• после проведения работ, связанных с изменением конструкции, заменой материала несущих элементов такого технического устройства, либо восстановительного ремонта после аварии или инцидента на ОПО, в результате которых было повреждено данное техническое устройство.[2]

Согласно п.28 Правил по результатам экспертизы технического устройства, зданий и сооружений ОПО в заключении экспертизы дополнительно приводятся расчетные и аналитические процедуры оценки и прогнозирования технического состояния объекта экспертизы, включающие определение остаточного ресурса (срока службы), с указанием в выводах условий и сроков дальнейшей безопасной эксплуатации объекта экспертизы. [2]

Полученный в результате расчетов остаточного ресурса объекта экспертизы срок дальнейшей безопасной эксплуатации устанавливает промежуток времени, в период которого повторная экспертиза не проводится, если не наступают случаи, предусмотренные п.6, а именно: после аварии или инцидента на ОПО, в результате которых было повреждено такое техническое устройство.

Обнаружить в период проведения экспертизы причины частичного или полного отказа /инцидента (инцидент – отказ или повреждение технических устройств, применяемых на ОПО, отклонение от установленного режима технологического процесса) объекта экспертизы зачастую невозможно. К таковым причинам можно отнести скрытые дефекты при изготовлении узлов или деталей, подробная диагностика которых, зачастую с разборкой и проведением неразрушающего контроля (далее – НК) не предусмотрена нормативной документацией. Это связано с тем, что проведение НК или разборки такого узла с целью проведения диагностики делает невозможным дальнейшую эксплуатацию объекта экспертизы в целом.

Приведем пример экспертизы промышленной безопасности шагающего экскаватора ЭШ10/70. (Здесь и далее авторы основываются на своем опыте работы в горнорудной и обогатительной промышленности, являющейся одной из основных областей их аттестации).

При проведении экспертизы промышленной безопасности шагающего экскаватора ЭШ10/70 был выполнен расчет остаточного ресурса, в соответствии с которым назначен срок дальнейшей безопасной эксплуатации. В вышеупомянутый период произошел полный отказ – отказ, до устранения которого использование экскаватора по назначению стало невозможно в результате практически одномоментного разрушения оси установки головных блоков. Причиной явился или внутренний дефект, возникший при изготовлении и развившийся в процессе эксплуатации или предельное состояние металлоконструкции узла, возникшее вследствие усталости металла. Необходимо констатировать: нормативной документацией, предусматривающей требования к проведению диагностирования шагающих экскаваторов, не конкретизируются требования к проведению диагностирования узла установки головных блоков.

Другими причинами частичного или полного отказа объекта экспертизы можно назвать нарушение условий и требований эксплуатации, применение несоответствующих материалов и некачественных комплектующих.

В следующем примере рассматривается проведение экспертизы промышленной безопасности шахтной подъемной машины типа ШПМ 1х4х2,5.

После проведения технического диагностирования в ходе экспертизы промышленной безопасности шахтной подъемной машины типа ШПМ 1х4х2,5 был выполнен расчет остаточного ресурса, в соответствии с которым назначен срок дальнейшей безопасной эксплуатации. В указанный период при проведении очередных наладочных работ был предотвращен неизбежный полный отказ машины вследствие разрушения роликов подшипника главного вала. При анализе произошедшего установлено применение некачественного подшипника.

В приведенных примерах не просматривается прямой вины экспертов, не обнаруживших причин приведших или тех, которые могли бы привести к отказам оборудования, однако ответственность, в том числе и уголовную, за безопасную эксплуатацию объекта экспертизы в назначенный период они несут.

В качестве причин отказов можно назвать недобросовестное проведение проектов производства работ (далее – ППР) по причине халатности, безответственности либо низкой квалификации их разработчиков.

Рассмотрим пример проведения экспертизы промышленной безопасности экскаватора типа ЭКГ-5.

В ходе проведения экспертизы промышленной безопасности экскаватора типа ЭКГ-5 было рекомендовано при проведении ППР заменить боковые оттяжки стрелы в виду их состояния близкого к предельному и усилить проушины подвески. Однако выполнено это не было. Не было произведено и повторной экспертизы экскаватора после окончания назначенного срока безопасной эксплуатации. В результате произошло разрушение боковой оттяжки, повлекшее падение стрелы.

Безусловно, причинами аварий являются также грубые нарушения требований правил безопасности при ведении работ.

Приведем следующий пример.

При ведении работ по проходке наклонного ствола шахты произошел наезд технологической тележки наклонного подъема на рабочего забоя. При установке причин произошедшего несчастного случая была отвергнута версия о возможном неисправном оборудовании управления, якобы вызвавшим самопроизвольное движение тележки. Причинами несчастного случая явилось грубое нарушение требований правил производства работ. Установить истину помог штатный регистратор параметров, предусмотренный конструкцией подъемной лебедки.

Считаем нужным сделать несколько предварительных выводов.

Первый вывод: стремление владельцев оборудования к экономии, выражающееся в сокращении сроков ТО, нарушении ППР, сокращении штатов обслуживающего персонала, привлечение к работам на сложном оборудовании специалистов не обладающих необходимым опытом и квалификацией, применение несоответствующих материалов, некачественных комплектующих является косвенными причинами возникновения отказов, аварийных ситуаций.

Второй вывод: в условиях возросшей ответственности эксперта при проведении экспертиз промышленной безопасности необходимо озаботиться о разработке мер по усилению контроля за эксплуатацией объекта экспертизы в межэкспертизный период, назначенный по результатам расчета остаточного ресурса.

С нашей точки зрения усиление контроля за эксплуатацией объекта экспертизы в период между экспертизами возможно решить внедрением дополнительных средств технического контроля и диагностики ответственных узлов, установки регистраторов параметров по примеру шахтных подъемных установок.

С целью регистрации основных параметров работы подъемных установок был разработан и внедрен в практику эксплуатации ряд устройств. Так регистратор РПУ-03.х. обеспечивают регистрацию всех циклов и контроль всех режимов работы подъемной установки, определение причин возникновения аварийных ситуаций, контроль выполнения работ по техническому обслуживанию и ремонту, определение и регистрацию положения, скорости и направления движения подъемных сосудов, контроль состояния тормозной системы подъемной машины. Дополнительная обработка информации с этих устройств позволяет давать объективную оценку технического состояния элементов ШПУ. Непрерывный автоматизированный контроль нагрузок и остаточного ресурса элементов ШПУ повышает эффективность и безопасность эксплуатации установки.

К слову сказать, во многих ГОСТ, определяющих технические условия для различного оборудования, конкретно оговаривается возможность применения подобных систем.

Осуществление мониторинга на практике – техническая задача, которая в условиях существования на сегодняшний день разнообразных систем контроля температур, давления, вибрации, динамических нагрузок, а так же внедрения всеобщей компьютеризации и систем видеонаблюдения не представляется неразрешимой.

Необходимо отдавать себе отчет в том, что работа по внедрению систем постоянного (периодического) контроля ответственных узлов оборудования – задача долгосрочного плана, разрешение которой требуется планомерный подход, время и затраты. Однако, своевременный, постоянный мониторинг состояния ответственных узлов поможет предотвратить возникновение отказов оборудования, оптимизирует сроки и стоимость его ремонта, а также даст возможность экспертам выборочно или полно на постоянной основе или с заранее оговоренной периодичностью осуществлять контроль оборудования в период времени, назначенный как период безопасной эксплуатации.

Задачей экспертов, по нашему мнению, на сегодняшний день, в условиях отсутствия соответствующих законодательных требований, является активное сотрудничество с владельцами оборудования по внедрению таких систем контроля, диагностики, диктуемое реалиями современного производства, экономической ситуацией.

Она осуществляется путем проведения экспертизы промышленной безопасности ОПО.

Федеральный закон N 116-ФЗ от 21.07.1997 г. устанавливает требования промышленной безопасности к ОПО. Определение соответствия ОПО предъявляемым к ним требованиям безопасности – экспертиза промышленной безопасности (далее – ЭПБ) [1].

ФНиП в области промышленной безопасности «Правила безопасности в нефтяной и газовой промышленности» [2] устанавливают требования промышленной безопасности к организациям и работникам, осуществляющим деятельность в области промышленной безопасности на ОПО нефтегазодобывающих производств.

ЭПБ трубопроводной арматуры (задвижек клиновых и шиберных, обратных затворов) объектов магистральных нефтепроводов является одним из важных элементов системы промышленной безопасности ОПО.

На основании опыта проведения экспертного технического диагностирования можно сделать вывод о том, что более половины обследованной трубопроводной арматуры большинства предприятий и объектов, введенных в действие в 60-70 гг. 20-го века, имеют срок эксплуатации 40 и более лет и по техническому состоянию близки к полному исчерпанию ресурса.

Основным вопросом экспертизы является оценка технического состояния арматуры и возможности продления срока ее эксплуатации. В итоге экспертная организация дает ответ на вопрос о безопасности арматуры в течение продлеваемого срока ее эксплуатации и, при необходимости, предлагает эксплуатирующей организации определенные рекомендации технического и организационного характера.

Система оценки технического состояния арматуры, которая представлена в нормативно-технических документах [3, 4], основывается на результатах всестороннего анализа получаемых в процессе диагностирования трубопроводной арматуры количественных и качественных значений характеристик изделия, связанных с критериями его предельного состояния.

Предельными состояниями трубопроводной арматуры являются:

- нарушение герметичности по отношению к внешней среде (к, примеру, по сальниковым узлам, сильфонным уплотнениям и уплотнениям корпус-крышка, представляющее реальную опасность в условиях эксплуатации на взрыво-пожароопасных, ядовитых и токсичных средах);

- изменение свойств материалов конструкции, определяющих ее прочность и плотность;

- нарушение герметичности в затворе, что приводит, в частности, к замораживанию арматуры, лишая ее работоспособности.

Для этих состояний определены критерии, позволяющие судить о достижении арматурой предельного состояния. Однако средства контроля и диагностирования величины протечек среды через уплотнения и элементы запорного узла арматуры, когда она эксплуатируется в непрерывном безостановочном технологическом процессе, в большинстве конструкций не предусмотрены, а выполнить необходимые замеры при экспертизе оказывается не возможным.

Как получить необходимые данные, когда арматура не доступна для диагностики, остается открытым вопросом.

Одним из возможных решений в подобных ситуациях может быть оценка технического состояния по результатам мониторинга параметров функционирования арматуры на протяжении всего срока эксплуатации, в процессе плановых работ по техническому обслуживанию, продлению сроков эксплуатации, среднего и капитального ремонта путем их периодического диагностирования с помощью технических средств.

Задачами диагностирования при этом должны быть:

- оценка технического состояния трубопроводной арматуры на основе сравнения значений измеренных параметров со значениями параметров диагностической модели арматуры;

- поиск места и определение причин неисправностей путем анализа зарегистрированных значений диагностируемых параметров;

- прогнозирование технического состояния на заданный интервал времени путем отслеживания измерений диагностических параметров (тренда данных) в процессе эксплуатации при периодическом диагностировании.

Одним из основных факторов, определяющих остаточный ресурс, долговечность и, в целом, техническое состояние трубопроводной арматуры, является состояние материалов элементов конструкции и, прежде всего, корпусных деталей. Для принятия заключения о состоянии материалов, как правило, анализируются механические свойства и химический состав, наличие неметаллических включений, пор и пустот, внутренних и поверхностных трещин и тп., получаемые на основе результатов обследования в ходе экспертизы. Для арматуры, находящейся в эксплуатации в составе технологических систем, допустимыми являются только неразрушающие методы контроля, с помощью которых определить все требуемые для анализа механические свойства металла корпуса невозможно.

Нельзя не отметить и тот факт, что принятая в ряде отраслевых нормативных документах методика контроля и анализа механических свойств металла арматуры путем измерения твердости не совершенна, не позволяет судить о фактических величинах ударной вязкости металла корпусных деталей, не предусматривает оценку кинетики изменения прочностных характеристик за время эксплуатации. Для повышения диагностической информативности такого рода измерений необходимо проведение отдельной работы по исследованию закономерностей изменения свойств и состояния металла корпусных деталей арматуры магистральных и технологических трубопроводов при длительной эксплуатации (40 лет и более). По результатам этой работы для конкретных конструкционных марок сталей должны быть построены зависимости значений прочности и пластичности от твердости для внесения соответствующих дополнений в нормативные документы.

Требуется дальнейшее совершенствование неразрушающих методов диагностики свойств металлов и методик оценки свойств металлов по результатам диагностирования.

После длительного застоя экономика России встала на путь стабильного развития. Наиболее конкурентоспособной продукцией экономики РФ являются продукция горнодобывающей отрасли промышленности. Самым распространенным видом оборудования, в этой отрасли, а также при гражданском строительстве и строительстве дорог является землеройная техника и, прежде всего, экскаваторы с циклическим характером работы. В обороте находится большое количество отечественной техники, исчерпавшей свой срок службы. Находит применение также большое количество зарубежной техники, бывшей в употреблении. Вся эта техника подпадает под действие федерального закона N 116–ФЗ от 21.07.1997 г. «О промышленной безопасности опасных производственных объектов» [1].
Главной задачей экспертизы промышленной безопасности таких технических устройств, является ответ на вопрос о возможности их дальнейшей, безопасной эксплуатации и периоде времени этой безопасной эксплуатации. Этим объясняется важность и актуальность вопросов, связанных с теорией и практикой расчетов остаточного ресурса безопасной эксплуатации оборудования. Следует отметить отсутствие на сегодняшний день доступных и понятных в использовании методических материалов на эту тему.
Назначение разрабатываемой методики
Методика предназначена для определения остаточного ресурса эксплуатации экскаваторного оборудования, исчерпавшего свой нормативный срок службы. 
Согласно п. 31 РД06-565-03 в качестве базовой концепции определения остаточного ресурса оборудования предлагается подход, согласно которому оценка технического состояния объекта производится по параметрам его технического состояния. Определение остаточного ресурса экскаватора предлагается осуществлять по величине отклонения его технических параметров начиная от нормативных и до их предельных значений.
Ознакомление с конструкцией и условиями работы экскаваторов показывает, что она (работа) носит строго циклический характер, при этом продолжительность цикла является одним из важных элементов технической характеристики экскаваторов.
Величина цикловых нагрузок (суммарная), а также характер ее изменения во времени в пределах цикла практически постоянны. Постоянным является плоскость действия этих нагрузок со стороны исполнительного оборудования на поворотную платформу, центральную цапфу, поворотный круг и нижнюю тележку экскаватора [2]. 
Динамические нагрузки, возникающие при экскавации и разгрузке носят знакоперемеменный характер.
Таким образом, можно утверждать, что экскаватор представляет собой такую металлоконструкцию, детали и узлы которой при каждом цикле испытывают следующие нагрузки:
нагрузки, имеющие постоянный характер изменения в пределах цикла и постоянный вектор действия в пределах цикла;
нагрузки, имеющие знакопеременный вектор действия в пределах цикла.
Учитывая, описанный характер работы экскаватора, можно с достаточной степенью точности, утверждать, что при длительном режиме работы, элементы исполнительного оборудования и металлоконструкция экскаватора подвержены не только действию износа, но также и усталостному разрушению. При этом следует отметить, что в ходе технического обслуживания устраняются дефекты износа (как наиболее просто определяемые), а усталостные дефекты накапливаются.
На основании вышеизложенного авторы методики, приняли концептуальное для нее допущение, а именно:
Полный срок службы экскаватора с момента его ввода в эксплуатацию и до списания на полную утилизацию равен периоду времени, в течении которого металлоконструкция экскаватора, выдерживает напряжение равное его пределу текучести, не достигая необратимого потока поломок, отказов, который не остановить ремонтом отдельно взятой детали. Этот период времени для стальных изделий равен 107 циклов.
Это допущение является главной отличительной чертой этой методики, ее «новизной».
Использованные в методике понятия и символы
Усталостное разрушение – разрушение материала под действием повторно-переменных напряжений.
Усталость материала – постепенное накопление повреждений в материале под действием переменных напряжений, приводящих к образованию трещин в материале и разрушению.
Выносливость – способность материала сопротивляться усталостному разрушению.
Предел выносливости (усталости) σ_R – наибольшее (предельное) напряжение цикла, при котором не происходит усталостного разрушения образца после произвольно большого числа циклов. 
Обозначение предела выносливости для симметричного цикла – σ_–1.

Рисунок 1. Кривая усталости. Кривая Велера.

Кривая усталости, рис.1, показывает, что с увеличением числа цикла максимальное напряжение, при котором происходит разрушение материала, значительно уменьшается. При этом для многих материалов, например, углеродистой стали, можно установить такое наибольшее напряжение цикла, при котором образец не разрушается после любого числа циклов (горизонтальный участок диаграммы), называемое пределом выносливости (σ_R).
Так как испытания нельзя проводить бесконечно большое время, то число циклов ограничивают некоторым пределом, который называют базовым числом циклов. В этом случае, если образец выдерживает базовое число циклов, то считается, что напряжение в нем не выше предела выносливости. 
Для черных металлов базовое число циклов N_б = 10⁷ [3].

Длительность цикла нагружения (Т_ц) исполнительных элементов рабочего оборудования экскаватора, при заданном угле поворота стрелы (90 или 135) в секундах.
Отработанный ресурс экскаватора (N_от.р.)

N_от.р =  К_в К_т (циклов), где

Q_от.об. – объем отработанной экскаватором породы, м³;
m – объем ковша экскаватора, м³;
К_н – коэффициент наполнения ковша;
К_в – коэффициент использования экскаватора во времени;
К_т – коэффициент, учитывающий характер пород, отрабатываемых экскаватором;
К_р – коэффициент, учитывающий результат рыхления пород, подлежащих экскавации;
Остаточный ресурс эксплуатации экскаватора (N_ост.р.)

Кд – коэффициент долговечности, учитывающий однородность элементов экскаватора по годам службы;
Ки – коэффициент износа, учитывающий износ экскаватора на момент проведения обследования;
Для получения величины остаточного ресурса в единицах времени необходимо перемножить значение остаточного ресурса в циклах на продолжительность цикла.

Т_ост.р. =  (лет), где

3,1х10⁷ – количество секунд в году (60 сек х 60 мин х 24 часа х 365 дней =3,1х10⁷).
Принятые в методике допущения и корректирующие коэффициенты
Основные допущения, на основании которых построена настоящая методика, следующие:
Экскаватор циклического действия представляет собой конструкцию, элементы оборудования которой испытывают циклические нагрузки.
Экскаватор представляет собой техническое устройство, которое более чем на 90% по весу состоит из стальных деталей.
На основании допущений принимаем, что срок службы экскаватора (от начала эксплуатации до списания на утилизацию) равен базовому числу циклов, в ходе которых не возникает необратимых поток поломок, который не остановить ремонтом одной, отдельно взятой детали. Этот период времени по продолжительности равен времени достижения экскаватором предела выносливости (или усталости) и равен N_б = 107 циклов.
При определении удельного веса элементов используются параметры массы, хотя данная величина вычисляется исходя из параметров стоимости. Такая замена параметров обусловлена тем, что в условиях рыночной экономики цены на одно и тоже изделие могут существенно отличаться друг от друга. При укрупненной оценке стоимости того или иного изделия на горнорудных предприятиях нашла применение практика оценки стоимости исходя из массы изделия. Приблизительно стоимость 1 кг = 1 уе.
Перечень коэффициентов, используемых для корректировки расчетных значений показателей:
К_н – коэффициент наполнения ковша- степень заполнения объема ковша экскаватора разрыхленным материалом. Определяется отношением объема занятого горной массой к геометрической вместимости ковша. Находится в пределах 0,9 – 1,05 и зависит от свойств горных пород.

d_ср – крупность кусков породы, находится в диапазоне 0,1÷0,6 м.
Значение коэффициента наполнения ковша в зависимости от категории пород приведены в таблице 1.

Таблица 1 – Коэффициенты наполнения ковша

Категория пород по трудности экскавации	Расчетная плотность породы в массиве, кг/м3	Коэффициент разрыхления горной массыКр	Коэффициент наполнения ковша экскаватора, Кн
			Прямая лопатаДраглайн
I	1600	1,15	1,051,00
II	1800	1,25	1,051,00
III	2000	1,35	0,950,90
IV	2500	1,50	0,900,85
V	3500	1,60	0,90-

К_р – коэффициент, учитывающий результат рыхления пород, подлежащих экскавации – отношение объема породы в разрыхленном (насыпном) виде к ее объему в массиве.
Чем лучше рыхление породы, тем меньше усилия, действующие на рабочее оборудование экскаватора в процессе копания. Кр для ковша объемом 8 м³ принимается равным 1,2-1,6.

Значение коэффициента разрыхления горной массы в зависимости от категории пород приведены в таблице 1.
К_в – коэффициент использования экскаватора во времени.

К_в= , где

Т_р – время работы экскаватора;
t_пр – время простоев экскаватора на устранение его поломок и неисправностей и по организационным причинам.
К_в = 0,55 – 0,9. Чем больше К_в тем больше эксплуатационная надежность экскаватора, тем больше отработанный ресурс (N_отр.р) и, соответственно меньше остаточный ресурс (N_ост.р.).
К_т – коэффициент, учитывающий характер пород, отрабатываемых экскаватором.
Остаточный ресурс экскаватора в определенной степени зависит от крепости отрабатываемых им пород. Чем больше крепость отрабатываемых пород, тем больше усилия, прикладываемые к исполнительным органам в процессе работы. Соответственно возрастает износ элементов экскаватора и, как следствие уменьшается остаточный ресурс. Коэффициент К_т является эмпирическим и определен на основании информации о данных расхода запчастей на ведущих ГОКах, а также с учетом рекомендаций завода-изготовителя. Принимается по таблице 2. 

Таблица 2 – Значение коэффициента Кт

К_д – коэффициент долговечности, учитывающий однородность элементов экскаватора по годам службы.

К_д = , где

К_д – частный коэффициент долговечности для отдельного узла.
n – количество рассмотренных узлов.

К_д =, где

а – количество одноименных элементов в экскаваторе;
Qо_т.об. – объем отработанной экскаватором породы, м³;
N_ср – средняя норма смены элементов, исходя из нормы выработки.
В этом коэффициенте отражены объем и повторяемость смены элементов экскаватора. В процессе эксплуатации экскаватора годность всей машины, как и отдельных ее элементов, снижается из-за различного рода износов происходящих во время работы, транспортировки и хранения. Однако годность экскаватора периодически восстанавливается за счет ремонта или замены изношенных элементов. Это происходит столько раз, сколько предусмотрено конструкцией, при условии выполнения заданных проектом объемов работ и обеспечения надлежащего технического обслуживания. Каждый раз при ремонте или замене изношенных элементов экскаватор претерпевает целый комплекс регулировок, настроек, подгонок и т.п., которые адаптируя вновь установленные или отремонтированные детали в общем объеме экскаватора стремятся, в конечном счете, приблизить его техническое состояние к состоянию новой машины.
Другими словами, коэффициент долговечности К_д определяет способность экскаватора сохранять первоначальные свойства в процессе эксплуатации.
К_и – коэффициент, учитывающий износ экскаватора на момент проведения обследования.

К_и =,%, где

_i – удельный вес элемента экскаватора, %;
P_i – износ элемента, %.

_i = ,%, где

m_i – масса узла;
М_экс. – масса экскаватора.
Коэффициент износа отражает действительное состояние экскаватора, прошедшего обследование и определяет остаточный ресурс отдельных элементов до достижения ими предельного состояния. Является комплексным показателем, отражающем в себе основные виды износа такие как износ трением и коррозионный износ. В общем случае коэффициент износа корректирует остаточный ресурс, пропорционально общему износу экскаватора.
Последовательность действий при определении остаточного ресурса экскаватора
1. Определяется отработанный ресурс в циклах:

N_{от. р.}=  К_в К_т

2. Определяется остаточный ресурс в циклах:

3. Определяется остаточный ресурс в годах:

Т_ост.р. = 

При отработке карьеров автомобильный транспорт был и остается основным видом транспорта, обеспечивающим ведение горных работ. Техническое состояние каждого самосвала является фактором, определяющим эффективность его работы и соответственно эффективность работы и экономические показатели предприятия в целом.

Согласно требованиям п.5 статьи 7 Федерального закона «О промышленной безопасности опасных производственных объектов» от 21.07.97 N 116-ФЗ (ред. от 04.03.2013) технические устройства, применяемые на опасном производственном объекте, в процессе эксплуатации подлежат экспертизе промышленной безопасности в порядке, установленном федеральным органом исполнительной власти в области промышленной безопасности, если иная форма оценки соответствия таких технических устройств обязательным требованиям к ним не установлена техническими регламентами.

Специалистами в области Промышленной безопасности в рамках экспертизы промышленной безопасности (далее – ЭПБ) опасных производственных объектов (далее – ОПО) в период с 2008 г. по 2014 г. были обследованы карьерные самосвалы с истекшим нормативным сроком эксплуатации. В объеме ЭПБ проводилось техническое диагностирование самосвалов с применение методов неразрушающего контроля. Техническое диагностирование самосвалов производилось ежегодно, что позволило отслеживать динамику и повторяемость дефектов.

Особое внимание уделялось состоянию рам самосвалов, как к наиболее ответственным элементам конструкции самосвала.

Рама является основной несущей конструкцией самосвала. Состояние рамы во многом определяет общее техническое состояние автомобиля. Рамы современных карьерных автосамосвалов представляют собой высоконагруженные несущие конструкции, к которым предъявляются повышенные требования надежности. Систематически возникающие случаи трещинообразования могут привести к разрушениям рам и имеют своим следствием значительные материальные потери как из-за снижения объемов транспортирования полезного ископаемого, так и из-за большой стоимости ремонта крупногабаритных узлов и конструкций. Таким образом, рамы карьерных автосамосвалов необходимо рассматривать как конструкции повышенной ответственности, методы диагностики которых следует совершенствовать для обеспечения надежности и повышения эффективности эксплуатации машин в целом, исключения тяжелых повреждений и разрушений.

В связи с этим актуальным является анализ и систематизация повреждений рам карьерных самосвалов, эксплуатируемых на предприятиях горнодобывающей промышленности для своевременного выявления возникающих в них дефектов и проведения последующего ремонта.

В данной статье проанализированы результаты технического диагностирования карьерных самосвалов, эксплуатируемых на открытых горных работах, которое проводили специалисты в объеме ЭПБ, и обозначены на схемах рам самосвалов зоны появления наиболее часто встречающихся дефектов.

Данная работа может быть полезна при проведении обследования рам карьерных самосвалов.

За период с 2008 по 2014 г.г. ЭПБ прошли более 35 карьерных самосвалов следующих моделей:

• самосвалы EUCLID R170 производства фирмы Euclid- Hitachi Heavy Ecuipment inc, Япония 1998÷2001 г.в.;
• самосвалы Caterpillar 785С производства фирмы Caterpillar, США 2002÷2007 г.в.;
• самосвалы БелАЗ 75131 производства ПО «БелАЗ», Беларусь 2004÷2007 г.в.

Краткая техническая характеристика карьерных самосвалов, прошедших ЭПБ приведена в таблице 1.

Таблица 1 – Техническая характеристика карьерных самосвалов

Условия эксплуатации карьерных самосвалов приведены в таблице 2.

Таблица 2 – Условия эксплуатации карьерных самосвалов

Обнаруженные в ходе проведения ЭПБ самосвалов дефекты рам анализировались и систематизировались, что позволило определить участки рам самосвалов с наиболее часто повторяющимися дефектами.

Результаты представлены в таблицах 3 – 8 и на рисунках 1 – 3.

Таблица 3 – Распределение дефектов металлоконструкции рамы самосвалов EUCLID R170

Таблица 4 – Характерные дефекты рамы карьерного самосвала EUCLID R170

Рисунок 1. Рама автосамосвала Юклид Р-170. Зоны металлоконструкции с наиболее часто повторяющимися дефектами

Таблица 5 – Распределение дефектов металлоконструкции рамы самосвалов Caterpillar 785С

Таблица 6 – Характерные дефекты рамы карьерного самосвала Caterpillar 785С

Рисунок 2. Рама автосамосвала Caterpillar 785. Зоны металлоконструкции с наиболее часто повторяющимися дефектами

Таблица 7 – Распределение дефектов металлоконструкции рамы самосвалов БелАЗ 75131 ОАО «Карельский окатыш»

Таблица 8 – Характерные дефекты рамы карьерного самосвала БелАЗ 75131

Рисунок 3. Рама автосамосвала БелАЗ 75131. Зоны металлоконструкции с наиболее часто повторяющимися дефектами

Выводы

В результате анализа характерных дефектов, выявленных в процессе технического диагностирования рам карьерных самосвалов, можно сделать следующие выводы.

В настоящее время карьерные автосамосвалы вырабатывают свой ресурс на 80÷90%. При этом автосамосвалы БелАЗ 75131, будучи сравнимыми с EUCLID R170 и Caterpillar 785С по грузоподъемности и производительности, несколько уступают им по надежности. Как показывают эксплуатационные наблюдения первые трещины на рамах самосвалов БелАЗ 75131 обычно наблюдаются после пробега 100÷200 тысяч километров в зависимости от условий эксплуатации. Трещины на рамах самосвалов Caterpillar 785С образовываются после 200÷300 тыс. км., а на рамах самосвалов EUCLID после 300÷400 тыс. км.

Количество дефектов рам карьерных самосвалов и их повторяемость закономерно уменьшаются с увеличением срока эксплуатации техники.

Зависимость количества и вида дефектов рамы самосвала от величины его наработки (пробега) показывает, что на образование дефектов имеет влияние не только наработка, а и ряд других факторов, таких как условия и жесткость эксплуатации, целесообразность и качество проведения ремонтов или замены узлов и агрегатов и др.

Каждый конкретный самосвал имеет свою динамику изменения технического состояния, что диктует необходимость индивидуального подхода к его ремонту в течение срока его службы с целью наибольшего продления этого срока.

Рекомендации

Для обеспечения длительной и безотказной работы несущих конструкций самосвалов необходимо соблюдать правила их эксплуатации. Не допускать перегруза самосвала, использовать дорожное полотно с характеристиками, согласно требований эксплуатационной документации. В процессе эксплуатации самосвала периодически проводить контроль технического состояния рамы.

Для получения качественного сварного соединения при ремонте важное значение имеет качество применяемых электродов и подготовка поверхностей к сварке.

Перед проверкой технического состояния рамы самосвал необходимо вымыть водой или паром под высоким давлением, установить на хорошо освещенную площадку. Это обеспечит осмотр и поиск повреждений. Многие трещины легко заметить на чистом металле, иногда можно прибегнуть к помощи красителя. Можно для поиска трещин воспользоваться методом незначительного прогрева (до 300⁰С) предполагаемого участка с помощью газовой гарелки. При этом трещина расширится. Данный метод позволит также определить, является ли предполагаемый дефект трещиной или небольшой царапиной. При осмотре следует обращать особое внимание на состояние кронштейнов и мест их приварки, поскольку они являются наиболее нагруженными и наиболее ответственными участками конструкции. Следует проверить состояние сварных швов. Трещины обычно появляются в местах, находящихся под действием растягивающих напряжений. Местонахождение таких участков показано на рис. 1-3. Трещины, как правило, увеличиваются, если самосвал продолжает оставаться в работе. Поэтому, наиболее предпочтительным является ремонт на начальных стадиях образования трещин. Если все же после обнаружения трещины самосвал не может быть поставлен на ремонт, следует применить метод «остановочного сверления», который состоит в следующем: определите конечные точки трещины и просверлите там отверстия. Это уменьшит величину напряжения на концы трещины и временно остановит ее увеличение.

Одной из основных задач экспертизы промышленной безопасности является определение соответствия объектов экспертизы промышленной безопасности, предъявляемым к ним требованиям промышленной безопасности. [1, ст.1, аб. 9] Одним из пунктов проведения экспертизы промышленной безопасности является определение срока дальнейшей безопасной эксплуатации объекта экспертизы, его остаточного ресурса. На сегодняшний день определение остаточного ресурса объектов экспертизы устанавливается требованиями нормативной документации в определенных областях промышленности, как-то: для подъемных сооружений, объектов нефтехимической промышленности, объектов котлонадзора и т.д. Вместе с тем при существующих методических указаниях по проведению экспертных обследований объектов горнорудной и обогатительной промышленности практически нет требований и единых подходов по определению остаточного ресурса этих объектов.

Для того чтобы унифицировать подход при определении остаточного ресурса объектов экспертизы в горнорудной промышленности, предлагается ввести понятие базового элемента оборудования или элемента «свидетеля», по состоянию которого и можно судить об остаточном ресурсе самого объекта. В целях конкретизации рассуждений рассмотрим несколько примеров технических устройств, применяемых на опасных производственных объектах.

Каким требованиям должен отвечать этот элемент «свидетель»? Во-первых, несомненно это должен быть узел, без которого работа всего устройства невозможна даже при малейшей его неисправности. Во-вторых, безопасная эксплуатация устройства напрямую зависит от состояния этого узла, а от работоспособности устройства напрямую зависит безопасность всего объекта (например: установки главного проветривания). В-третьих, это должен быть узел достаточно важный в смысле обеспечения безопасной эксплуатации. Например, без леерного ограждения земснаряд работать может, хотя и небезопасно, а с течью понтонов – нет. И, в-четвертых, стоимость ремонта или замены этого узла должна быть просчитана с точки зрения экономической выгодности (целесообразности).

Достоверное определение такого элемента «свидетель» является одним из ключевых факторов определения остаточного ресурса. По результатам обследования должно определяться его состояние, наличие или отсутствие критических/некритических дефектов и на основе полученных результатов определяется  период времени достижения предельного состояния этого базового элемента и объекта экспертизы в целом.

В эксплуатации на объектах горнорудной промышленности находится достаточно большое число разнообразных технических устройств. Понятно, что не для всех из них можно применить подход по определению остаточного ресурса с применением элемента «свидетель».  Например, экскаваторы гусеничные карьерные (электрические) при всей своей сложности и дороговизне отдельных узлов являются машинами ремонтопригодными и при правильных и вовремя проводимых работах по техническому обслуживанию и планово-предупредительному ремонту могут эксплуатироваться достаточно продолжительный период времени, значительно превышающий нормативный срок эксплуатации. Относительно этих машин возможно определение узла, ремонт которого вызывает наиболее долгосрочный простой машины, несущий издержки, которые вместе со стоимостью собственно ремонтных работ являются достаточно убыточными, и, соответственно, прогноз по сроку службы этого узла несомненно является важным условием для дальнейшей безопасной эксплуатации устройства в целом. Считаем, что для карьерных экскаваторов таким узлом является поворотное устройство, включающее в себя роликовый круг, верхний и нижний рельсы, зубчатый венец (мнение авторов индивидуально, базируется на практическом опыте, авторы готовы обсуждать другие точки зрения). Вместе с тем при определении такого дорогостоящего узла у гусеничного гидравлического экскаватора задача становится практически неразрешимой, т.к. реальный срок эксплуатации таких экскаваторов совпадает с заявленным изготовителем, по достижении которого машина начинает разрушаться, и ремонт становится дорогостоящим и нецелесообразным. Для таких технических устройств выявление элемента «свидетель» является нецелесообразным.

В случае со стационарными машинами или крупными агрегатами, ремонт которых является длительным и финансово затратным, приведем несколько примеров элемента «свидетель» и определим ключевые факторы для расчета остаточного ресурса:

1. Земснаряд. В качестве базового элемента несомненно выступает его корпус, понтоны. Ремонт или замена их сопряжена с большими трудностями и финансовыми расходами, так как для ремонта и замены малых земснарядов необходимо вытаскивание базового элемента на берег, а  для ремонта крупных требуется устройство и наличие сухих доков. Поэтому мы предлагаем судить о наступлении предельного состояния всего земснаряда по состоянию толщины металлоконструкции понтонов.

2. Агрегат главного проветривания. В целом агрегат главного проветривания  весь ремонтопригоден, включая фундамент и аппараты, но наступление предельного состояния главного вала может привести к разрушению всего агрегата. Определение наступления этого состояния предлагаем вести по наработке. Вал агрегата крутится в одну сторону, постоянно подвергаясь на изгиб знакопеременным нагрузкам. Подсчитав наступления критического количества циклов и зная необходимое количество для материала вала, можно рассчитать остаточный ресурс всего агрегата.

3. Шаровая мельница. Все основные узлы мельницы являются либо заменяемыми, либо ремонтопригодными, в том числе и барабан, но эксплуатация барабана ограничена величиной предельного износа его металлоконструкции. Соответственно, рассуждая о скорости достижения этой величины, можно прогнозировать срок эксплуатации и мельницы в целом.

Выводы

Таким образом, введение нового понятия элемента «свидетель» и его определение в технических устройствах позволит с высокой степенью точности прогнозировать срок службы технического устройства в целом.

Предложенный метод поможет при проведении экспертизы промышленной безопасности определить остаточный ресурс технических устройств, эксплуатируемых в горнорудной, обогатительной и других областях промышленности.