Средневзвешенный износ экскаваторного парка по сроку службы, эксплуатируемого на железорудных карьерах РФ, превышает 1,1÷2,5 раза. Значительный износ имеют экскаваторы ЭКГ-8И, который составляет 85-100%, как и у экскаваторов ЭКГ-5 (5А) [1, 2].

В последнее время наблюдается увеличение случаев разрушения элементов металлоконструкций экскаваторов, влекущих длительные простои и необходимость проведения долгосрочного ремонта техники.

Основными причинами отказов рукояти экскаваторов с зубчато-реечным напором типа ЭКГ являются: динамические нагрузки, превышающие допустимый уровень; форма конструкции, приводящая к высокой концентрации напряжений; последствия ремонтных воздействий; относительно низкая квалификация машинистов.

Значительное число отказов металлоконструкций экскаваторов типа ЭКГ-5А приходится на отказ рукояти – 27 % (рис. 1) [1].

Рис. 1. Структура отказов металлоконструкций экскаваторов типа ЭКГ-5А

Оценка влияния квалификации машинистов на надежность рукояти экскаваторов типа ЭКГ-5А подробно рассмотрена в работе [1] обработаны данные хронометражных наблюдений за работой экскаваторов типа ЭКГ-5А при экскавации горной массы в конкретных условиях эксплуатации (рис. 2.).

Рис. 2. Распределение отказов рукояти экскаваторов типа ЭКГ-5А

В работах [1, 2, 4, 5], в ходе проведенных исследований установлено, что наибольшее количество отказов связано с проявлением пиковых нагрузок вследствие низкой квалификации машинистов (табл. 1).

Таблица 1. Результаты исследований

Необходимо также отметить, что в настоящее время методика, позволяющая, продлевать срок безаварийной эксплуатации  экскаваторов или управлять их долговечностью при разработке взорванных горных пород отсутствует. Существуют лишь методы расчета статической, динамической и усталостной прочности металлоконструкций экскаваторов, которые используются на стадии их проектирования. За основу в этих расчетах принимается положение о нормативных нагрузках значительно отличающихся от фактических, действующих на оборудование [3].

Для наиболее точных расчетов и решении задач прогнозирования ресурса металлоконструкций экскаваторов, разработана компьютерная программа, в которой в полной мере учтено: влияние  квалификации машинистов, характеристики горных пород и подготовленность горной массы к экскавации; характер формирования нагрузок во времени (рис. 3).

Функциональные возможности разработанного программного продукта позволяют: выбирать тип экскаватора; учитывать стаж работа машинистов по специальности; характеристики горной массы при экскавации в ковше; емкость ковша; сечение балки рукояти.

Рис. 3. Интерфейс программы

Таким образом, полученные данные позволяет определить режимы эксплуатации экскаватора, при которых будет достигаться максимальная долговечность конструкции рукояти.

Внедрение нового информационно-диагностического оборудования в систему “человек–горная машина–среда” современных экскаваторов позволяет улучшить качество управления и повысить уровень контроля над основными механизмами, такими как: напорный, подъема ковша, торможения, и др. Экскаваторы, эксплуатируемые на карьерах и разрезах, обладают электромеханическими системами большой единичной мощности и значительными габаритами, поэтому с внедрением нового оборудования, происходит повышение и требований к машинистам экскаваторов. Современный машинист, взаимодействуя с техническими системами должен, кроме управления в сложных горнотехнических условиях, также контролировать систему показателей внутренних систем и визуально контролировать рабочий цикл экскавации и погрузки горной массы в транспортное средство [1, 2, 3, 4, 5].

Для адаптации  машинистов (операторов) с малым опытом работы, во время обучения используются  современные тренажеры и программы, которые имитируют на экране рабочий цикл по экскавации горной массы. Современные учебно-тренировочные устройства способствуют закреплению теоретических знаний и повышению навыков управления  экскаватором [6].

После прохождения обучения, машинист (оператор) в соответствии с требованиями по эксплуатации должен пройти стажировку под руководством опытного машиниста экскаватора (продолжительностью от 2 до 5 смен) [7].

Основанием данной работы послужило сопоставление результатов приводимых исследований представленных в работах [1, 8, 9]  (табл. 1) с оценками уровня подготовки операторов после обучения, рассчитанные в работах [10, 11] (табл. 2), где P_глоб. – оценки уровня подготовки,

Результаты работ (табл.1, табл.2) соотнесены на рисунке.

Таблица 1. Значения коэффициентов определяющих  эффективность эксплуатации  и управления карьерных экскаваторов

Таблица 2. Результаты  оценок деятельности операторов

Рисунок. Соотношение уровней подготовки со значениями коэффициентов деятельности операторов

На основе анализа (табл.1), уровня подготовки (табл.2) и их сопоставления на рис., можно сделать вывод, что достаточный уровень подготовки соответствует стажу машиниста меньше года и допустим только к решению типовых задач. Тогда как высокий уровень подготовки соответствует стажу 5-10 лет. Такие специалисты могут выполнять различные технические задачи и нести ответственность за их выполнение. Данный уровень достигается при условии, что работник имеет большой наработанный опыт при выполнении типовых задач, а также имеет опыт работы на технических системах меньшей мощности.

Это подтверждает требование руководства по эксплуатации карьерных экскаваторов большой единичной мощности (более 15 м³), что машинист должен иметь опыт работы на подобном оборудовании с вместимостью ковша более 4 м³ не менее 5 лет, перед управлением экскаватором большой единичной мощности [12, 13].

Таким образом, сопоставление коэффициентов квалификации машиниста с уровнем подготовки позволяет соотнести уровень подготовки специалиста с его эффективностью, стажем, умением управлять экскаватором, но и определить его место в производственном процессе.