litceysel.ru
добавить свой файл
1
Kk – 12


МОДЕРНИЗАЦИЯ ГОРНОГО МАШИНОСТРОЕНИЯ КАК ОСНОВА ИНДУСТРИАЛЬНО-ИННОВАЦИОННОГО РАЗВИТИЯ ГОРНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ МИРА И КАЗАХСТАНА

Аннотация: Анализируется современное состояние горного машиностроения в мире и Казахстане. Уделяется внимание проблемам повышения надежности горных машин и механизмов. Выделяется приоритетность развития нефтегазового машиностроения. Обосновывается общее направление развития горнорудного машиностроения.

The current state of mountain mechanical engineering in the world and Kazakhstan is analyzed. The attention to problems of increase of reliability of mountain cars and mechanisms is paid. Oil and gas mechanical engineering developments priority is allocated. The general direction of mining mechanical engineering development is proved.

Ключевые слова: Горное машиностроение; надежность; техника; технология; оптимизация; качество; конкурентоспособность; завод; развитие.

Вступительная часть работы:

Объектом настоящего исследования является изучение актуальных проблем современного состояния и перспектив развития горного машиностроения, которое характеризуется широкой номенклатурой изделий, что обусловлено не только большим разнообразием горных машин, но и стремлением приспособить их к разнообразным горно-геологическим условиям эксплуатации.

Цель исследования – проанализировать современное состояние горного машиностроения, показать значимые проблемы его становления, обосновать приоритетные направления модернизации данной отрасли как основы динамичного развития горной промышленности в мире и Казахстане.

Значимость настоящего исследования предопределяется тем, что основой концепции развития новейших инновационных технологий должно стать обеспечение и поддержание национальной технологической безопасности, важнейшим элементом которой является производство экологи­чески чистых машин и механизмов как базы реше­ния проблемы качества и конкурентоспособности продукции отечественного машиностроения на миро­вом рынке.


Современное состояние решения рассматриваемой проблемы можно охарактеризовать следующим образом. НТП в горной промышленности определяется значительным увеличением выпуска существующих горных машин и комплексов, освое­нием новых высокопроизводительных машин. Боль­шое внимание при этом должно уделяться повыше­нию их качества, надежности и долговечности. По­вышение надежности – одна из важнейших задач современности, что связано с непрерывным ростом интенсификации технологических процессов горного производства, повышением производительности обо­рудования и увеличением воздействующих на него нагрузок.

Методы исследования: в процессе исследования применялись такие научные методы, как абстракции, сравнительного и экономического анализа, синтез и т.д.

Основная часть работы

Сегодня технико-экономические показатели ос­новных технологий производства горной техники, ее надежности не соответствуют современным требова­ниям энерго- и ресурсосбережения, негативно влия­ют на экономику, не обеспечивают достаточного экс­портного уровня продукции из-за отсутствия эффе­ктивных ресурсов и энергосберегающих технологий. Это в первую очередь связано с несоответствием применяемых материалов и способов их обработки условиям эксплуатации, являясь результатом малодостоверных методов расчета.

У производителей горной техники традиционно велика тяга к использованию дефицитных низко- и среднелегированных марок сталей. Однако известно, что применение высокопрочного чугуна в горном машиностроении в качестве несущих конструкций вме­сто различных марок сталей снижает по основным показателям стоимость производства в среднем на 18-20% при одновременном увеличении срока службы машин на 30-40%. Об этом свидетельствует опыт использования этого материала в США, Герма­нии, Японии [1;16].

На качестве выпускаемой горной техники в странах СНГ во многом сказался тот факт, что в горном машиностроении республик бывшего СССР произошел передел сфер производства и сбыта горного оборудования в связи с приобретением республиками суверенитета. Казахстан, Украина, Белоруссия, Узбекистан предприняли шаги по ограничению экспорта горно-машиностроительной продукции из России, развивая одновременно свою машиностроительную базу.


Украинские производители горной техники произвели перепрофилирование ряда своих предприятий на выпуск ранее не характерных для них видов техники. В рамках подпрограммы «Горные машины и обо­рудование» (республиканская программа «Машины и оборудование для топливно-энергетического комплекса) были подготовлены и реализованы соответствующие изменения. На Днепропетровском заводе горно-шахтного оборудования освоен выпуск ленточных конвейеров типа КШЛТ, КШЛП, ранее выпускавшихся Артемовским машиностроительным заводом (Россия). Начато производство рудничных вагоне­ток ВГ-15 с глухим кузовом и ВБ-4А с откидным бортом, ра­нее закупавшихся украинскими предприятиями на Пермском заводе горно-шахтного машиностроения [2;62].

В Казахстане после обретения суверенитета также возникли серьезные проблемы, связанные, в первую очередь, с глубокими внутриотраслевыми диспропорциями, недостаточным развитием за­вершающих переделов, нарастающим отставанием сырьевой базы, несвоевременным обнов­лением основных средств и ис­пользуемых технологий, высо­кой ресурсоемкостью произ­водства, низкой конкурентоспо­собностью выпускаемой про­дукции.

В сложившихся условиях одним из путей решения вышеуказанных проблем может стать развитие горного машиностроения в Казахстане. которое должно быть ориен­тировано на комбинирован­ную стратегию: постепенный переход к организации соб­ственного производства горных машин и механизмов в сочетании с импортом недостающего оборудования лучших зару­бежных образцов.

В последние годы угольные компании стран Запада, Австралии, Китая освоили так называемые супертехнологии с добычей из лавы порядка 5 млн. т угля в год и производительностью труда в 5-10 раз выше, чем на шахтах стран СНГ, в том числе и Казахстана. Это обеспечивается за счет унифицированной очистной и проходческой техники, поставляемой практически всего двумя мировыми производителями: JOY и DBT [6;6].

Структура угольного машиностроения в каждой стране имеет свои специфические особенности. Так, в связи с принятием Правительством США мер по обеспечению национальной экономики местными энерго­ресурсами спрос на уголь и оборудование для его добычи в дальнейшем будет непрерывно возрастать. Ожидается рост спроса на горношахтное оборудование и на внешнем рынке, причем наиболее значительно возрастут, как полагают, потреб­ности в крупных машинах и установках для добычи угля, руд и мине­ралов, в том числе с низким содержанием полезного ископаемого.


Значительная часть продукции угольного машиностроения в ФРГ предназначена на экспорт, в частности во Францию, Италию, страны Бенилюкса, а также в СНГ и ПНР (Польская Народная Республика). При этом обращает на себя внимание тот факт, что при увеличении общего производства в ФРГ машин для добычи полезных ископае­мых подземным способом в тоннах абсолютное количество их в единицах уменьшается. Это свидетельствует о создании и производстве более мощных и металлоемких комплексов машин и оборудования.

На предприятиях английских фирм, производящих угольные машины и горношахтное оборудование, внедрены прогрессивные технологические процессы, обеспечивающие высокую точность изготовления сложных узлов и деталей, большую надежность и долговечность оборудования в эксплуатации.

Технический прогресс в угольном машиностроении Казахстана, сосредоточенного в основном в Карагандинской области (завод РГТО УД АО «Арселор Миттал Темиртау», машиностроительный завод №1, завод им. Пархоменко и др.), развивается по двум основным направлениям:


  1. непрерывный рост мощностей, скоростей и производительности каждого агрегата и в связи с этим постоянное усложнение конструкций машин, снижение их массы;

  2. переход от отдельных машин к агрегатам и комплексам оборудования.

В угольном машиностроении Казахстана новый смысл обретает такое понятие, как оптимизация конструкции. Если раньше оптимизации поддавались только конструктивные параметры, то теперь к ним должны быть добавлены и параметры материалов, которые варьи­руются в достаточно больших пределах. Это открывает широкие возможности для повышения качества и надежности горношахтного оборудования, позволяет существенно удешевить производство.

Надежность – наиболее общий показатель качества горной техники. Если качество определяется многими составляющими (рис. 1), то надежность характеризует их изменение во времени, стабильность и устойчивость.





Рисунок 1 – Классификация свойств качества изделия

(Примечание. Составлен автором на основе обобщения литературных источников)

Современные горные машины очень сложны в конструктивном отношении, поэтому вопросы удобства обслуживания техники при эксплуатации приобретают исключительное значение. Ремонтопри­годность – одно из свойств изделия, которое характеризует его приспособленность к предупреждению, обнаружению и устранению отказов путем проведения технического обслуживания и ремонтов.

Произведенная статистическая оценка влияния каждой из входящих в систему машин (комбайна, конвейера и крепи) на на­дежность работы оборудования лавы на шахтах УД АО «Арселор Миттал Темиртау» показала, что наибольшее влияние на вероятность безотказной работы (обеспечение надежности) оказывают угледобывающий комбайн и доставочный конвейер (рис. 2).




Рисунок 2 – Степень влияния отдельных машин на показатели надежности механизированных комплексов

(Примечание. Составлен автором по данным работы очистных забоев шахт УД АО «Арселор Миттал Темиртау»)


Обобщение опыта работы заводов угольного машиностроения республики показывает, что в целом реализация мероприятий по дальнейшему повышению надежности, долговечности ГШО и экономному использованию металла должна осуществляться в следующих направлениях:


  1. на стадии проектирования и разработки конструкций задачи повышения ресурса ГШО должны решаться за счет применения лучших компоновочных решений, прогрессивных методов расчета на прочность, унификации узлов и деталей;
  2. улучшение структуры применения конструкционных материалов предполагает дальнейшее увеличение низколегированных материалов, термически упрочненного проката, специальных профи­лей, прогрессивных неметаллических конструкционных материа­лов.


Предприятиям угольного машиностроения совместно с инсти­тутами отрасли следует активнее развернуть работу по разработке и внедрению экономичных видов металлопродукции: горячекатаных, горячепрессованных и холодногнутых профилей; профилей высокой жесткости; калиброванных труб.

В будущем необходимо улучшать работу конструкторских и технологических служб по более широкому использованию экономичных видов металлопродукции на всех стадиях, начиная от проектирования опытного образца и кончая серийным выпуском.

В Казахстане научными коллективами ТОО «Компания «Жайлау» и ТОО «Научно-внед­ренческий центр «Алмас», имеющими экспериментально-производственную базу и человеческие ресурсы, практи­чески с первых дней обретения нашей страной суверенитета совместно с гео­логическими организациями ведутся системные работы по разработке, ос­воению выпуска и внедрению в произ­водство комплекса наукоемких средств сооружения скважин, составляющих структурную основу зарождающейся отрасли – бурового машиностроения.

На принципиально новой идейной базе созданы алмазные буровые коронки, комплекс снарядов со съемными керноприемниками, средства направленного бурения (серии инклинометров МИГ для определения положения скважин и мно­гофункциональная компоновка МФК), керноориентаторы, буровые установки УБГ-800, БШ-25/1 и БШ-25/2, а также первая отечественная буровая установка высокой проходимости УПНП-1-100, предназначенная для бурения, ремонта и ликвидации скважин на нефть, забойные гидродвигатели и многое другое [3;43].

Известно, что одним из эффективных средств бурения скважин являются забойные двигатели, то есть машины, преобразую­щие гидравлическую энергию потока жидкости в механическую, необходимую для вращения буровой коронки.

Основные недостатки существую­щих зарубежных забойных двигателей – сложность конструкции, повышенный расход рабочего агента (промывочной жидкости), низкие значения выходных рабочих параметров (крутящего момента и частоты вращения).


Отсюда вытекает важный вывод: оптимальная конструкция забойных двигателей, лишенных этих недостатков, могла быть создана с привлечением новых, ранее не использованных ресурсов, физических явлений и гидравлических эффектов. Так была разработана конструкция отечественного забойного двигателя ЗД-73, предусматривающая периодическое возобновление гидравлических ударов жидкости и их преобразования в кру­тящий момент. Сравнительные данные отечественных и зарубежных забойных двигателей приведены в табл. 1.

Таблица 1

Сравнительные данные отечественных и зарубежных забойных двигателей

Параметр

Отечественный двигатель

Зарубежный двигатель

Масса

19,8 килограмма

130-350 килограммов

Расход жидкости

90-120 л/мин

420-495 л/мин

Число оборотов

1600-1800 об/мин

150-600 об/мин

Примечание. Данные работы [3;44]


Из табл. 1 видно, что отечественные забойные двигатели благодаря идейной новизне – вне конкуренции по сравне­нию с аналогичной техникой зарубеж­ного производства.

В целом масштабы и значимость выполненных научных разработок в области техники бурения скважин дают право утверждать, что за годы суверенитета Республики Казахстан в стране создана научно-производственная база бурового машиностроения, конкурентоспособ­ность которой основана на идейной но­визне продукции, научно обоснованной и проверенной практикой.


Республика Казахстан пока не обладает достаточно развитой базой горнорудного машиностроения. Горнорудные машины выпускались и выпускаются (более или менее серийно) только несколькими машиностроительными заводами.

Заводы горного машиностроения ориентированы в основном на выпуск технических средств для механизации буровзрывных работ и машин вспомогательного назначения на подземных работах. Остальные виды машин (погрузочные, транспортные, бурильные) им­портируются из стран СНГ и дальнего зарубежья.

В целом горные машины, поставляемые по импорту, игра­ют решающую роль в процес­сах добычи руды подземным способом.

Машины для открытых работ в Казахстане не производятся, что также обусловливает необхо­димость их импорта из стран СНГ и дальнего зарубежья.

В свете реализации Госпрограммы форсированного индустриально-инновационного развития Казахстана в течение 2010-2014 гг. [5] основной задачей в развитии горнорудного машиностроения должно стать создание образцов горных машин и комплексов высокого технического уровня экспортной направленности с использо­ванием имеющихся заделов по добыче руд во все усложняющихся ус­ловиях выемочно-добычных работ и путем увеличения зарубежных технологий по созданию совместных предприятий. В сотрудничестве с ведущими машиностроительными корпорациями, прежде всего с Рос­сией, в республике может быть организован серийный выпуск продукции горнорудного машиностроения.

Таким образом, в будущем общее направление развития горнорудного машиностроения Казахстана должно предус­матривать своей конечной це­лью достижение уровня пози­ций высокоразвитых госу­дарств, т.е. машиностроительная база должна (в перс­пективе) обеспечить потреб­ности горнорудных предпри­ятий достаточным количе­ством горных машин, а недостаток оборудования будет пополняться его импортом. В свою очередь, Казахстан мо­жет экспортировать удачные конструкции своих горных ма­шин, компенсируя тем самым часть расходов по импорту. Такая «комбинированная» стра­тегия развития горнорудного машиностроения является, на наш взгляд, наиболее рацио­нальной.


Проведенное исследование позволяет нам сформулировать следующие выводы и рекомендации:

1. Сегодня принципиально важное значение приобретает развитие отечественного горного машиностроения до уровня фирм JOY, DBT, Caterpillar и ряда других, которые, в связи с кризисным положением на большинстве заводов угольного машиностроения Казахстана, стали -доминирующими на казахстанском рынке горного оборудования. Чтобы выйти из этого зависимого положения, а также для быстрой реализации достижений НТП в практике отечественного горного машиностроения необходимо правильно выбрать приоритетные направления его развития. Как показывает мировой опыт, к таким направлениям относятся разработка и внедрение высоких технологий с максимальной концентрацией интеллектуального потенциала специалистов.

2. В перспективе исходным пунктом должно стать развитие тех направлений машиностроения, в которых научно-технический потенциал республики может быть уже сейчас в полной мере реализован при производстве современной горной техники. Это касается разработки и освоения принципиально новых технологических решений, направленных на повышение надежности и долговечности горного оборудования, применения новых прогрессивных материалов, слоистых трещиностойких конструкций современных средств информационного обеспечения производства. Таким образом, к числу важнейших научно-технических мер по значительному обновлению технологической структуры производства горных машин и комплексов следует отнести:

- освоение сложных наукоемких технологий, характеризующихся значительным информационным содержанием с широким использованием достижений микроэлектроники и ЭВМ новых поколений;

- внедрение новых средств измерения и методов активного контроля параметров технологических процессов;

- расширение стандартизации, унификации и типизации горных машин и оборудования;

- сокращение объемов механической обработки и внедрение прогрессивных методов формообразования деталей машин пластическим деформированием;


- обновление технологического оборудования, использование техники с учетом опыта достижений мирового станкостроения.

3. Необходимы поиск и применение альтернативных методов обработки деталей с использованием высокомодульных источников энергии (взрыв, плазма, лазер, магнитные поля высокой напряженности). Предстоит обеспечить рост масштабов электронизации и автоматизации производства; освоить использование многопозиционной технологической оснастки с пневмо- и гидрозажимами; интенсифицировать режимы резания с использованием многократных, неперетачиваемых твердосплавных пластин на основе плотных модификаций кубического нитрида бора, синтетических алмазов, новых видов керамики; внедрить систему автоматизированной смены инструмента и подналадки его в ходе технологического процесса обработки.

4. В целом из проведенного исследования вытекает важный вывод о том, что новые подходы для перехода отечественной горной промышленности на индустриально-инновационный путь развития должны определяться перемещением источников и движущих сил социально-экономических преобразований из материальной в интеллектуальную сферу. Следует отметить, что до сих пор отсутствие гуманитарного аспектов невнимание к ценностям и целям отечественной горной науки, пассивное восприятие накопленного научно-технологического потенциала - едва ли не основной недостаток нынешней индустриально-инновационной практики в отраслях горнодобывающего сектора экономики.


Список литературы


  1. Дидык Р.П. Проблемы и перспективы развития горного машиностроения // Горный журнал. – 1999. - №6. – С.16-17.

  2. Земсков А.Н. Пути улучшения ситуации в горномашиностроительной промышленности России // Горная промышленность. – 2005. - №3(58). – С.59-62.

  3. Мендебаев Т., Городецкий И., Исмаилов Х., Изаков Б. Конкурентоспособность бурового машиностроения // Промышленность Казахстана. – 2007. - №3(42). – С.43-45.

  4. Муканов Д. Казахстан: прорыв в инновационную экономику. – Алматы: Центрально-Казахстанское правительство Ассоциации «Деловой Совет ЕврАзЭС », 2007. – 272с.


  5. Новое десятилетие – новый экономический подъем – новые возможности Казахстана: Послание Президента Республики Казахстан Нурсултана Назарбаева народу Казахстана // Мысль. – 2010. - №3. С.2-14.

  6. Современная горная техника и высококвалифицированные кадры – определяющие факторы повышения эффективности и безопасности горных работ // Горная промышленность. – 2007. - №6(76). – С.5-8.