Фгбоу во новосибирский гау инженерный институт кафедра механизации животноводства и переработки сельскохозяйственной продукции
 Скачать 1.2 Mb.
|
|
1. Основные понятия и термины теории надежности Надежностью называется свойство объекта выполнять заданные функции при постоянстве эксплуатационных показателей в заданных пределах в течение требуемого промежутка времени. Быстрое развитие науки о надежности связано с – задачами безлюдной технологии – непрерывным форсированием машин, уменьшением их металлоемкости, повышением их силовой, тепловой, электрической напряженности. Теория надежности является комплексной дисциплиной и состоит из разделов – математическая теория надежности – надежность по отдельным физическим критериям отказов (физика отказов – расчет и прогнозирование надежности – мероприятия по повышению надежности – контроль надежности ( испытания, статистический контроль, организация наблюдений) и техническая диагностика – теория восстановления – экономика надежности. 2. Законы состояния Законы состояния – это закономерности, описывающие взаимосвязи обратимых процессов, когда после прекращения действия внешних факторов материал (деталь) возвращается в исходное состояние. Классификация закономерностей, оценивающих изменения свойств и состояния материалов Законы старения – это закономерности, описывающие необратимые процессы, те. изменения начальных свойств материалов, происходящие в процессе эксплуатации изделия. Статические законы – функциональные зависимости, описывающие связь между входными и выходными параметрами без учета фактора времени (закон Гука, закон теплового расширения твердых среди др. Переходные законы – учитывают изменения выходных параметров во времени (колебания упругих систем, процессы теплопередачи и др. Законы превращения – зависимости, в которых время непосредственно не фигурирует, а связано с другими факторами, которые изменяются во времени (закон коррозии. Законы старения, оценивающие степень повреждения материала в функции времени, являются основным объектом рассмотрения в физике отказов. 3. Классификация процессов старения Процессы старения классифицируются по их внешнему проявлению наследующие. Объемные явления а) разрушение (хрупкое, вязкое б) деформация (пластическая, ползучесть, коробление в) изменение свойств материала (изменение структуры материала, механических свойств – пластичности, химического состава, загрязнение. Поверхностные явления а) разъедание (коррозия, эрозия, кавитация, прогар, трещинообразование б) нарост (налипание, нагар, заращивание в) изменение свойств поверхностного слоя (изменение шероховатости, твердости, отражательной способности, напряженное состояние. Общие зависимости теории надежности Рассмотрим эксплуатацию числа N элементов в течение времени t. Пусть к концу срока эксплуатации остается работоспособных и пот- казавших элементов. В этом случае относительное количество отказов Q(t) Q(t) = n/N. Если N достаточно велико, то Q(t) можно рассматривать как вероятность отказа. Тогда вероятность безотказной работы P(t) Р = N p /N= 1-n/N= 1- Q(t). Из этого следует, что 35 P(t) + Q(t) = 1. 5. Показатели надежности 5.1. Показатели безотказности Вероятность безотказной работы – вероятность того, что в пределах заданной наработки отказ не возникнет. Средняя наработка до отказа – наработка до отказа невосстанав- ливаемого изделия (подшипники качения, лампы накаливания. Средняя наработка на отказ – отношение наработки восстанавливаемого изделия к числу его отказов в течение этой наработки. Интенсивность отказов – показатель надежности невосстанавли- ваемых изделий, равный отношению среднего числа отказавших веди- ницу времени объектов к числу объектов, оставшихся работоспособными. Параметр потока отказов – показатель надежности восстанавливаемых изделий, равный отношению среднего числа отказов восстанавливаемого объекта за произвольно малую его наработку к значению этой наработки. 5.2. Показатели долговечности Технический ресурс – наработка объекта от начала эксплуатации до предельного состояния. Срок службы – календарная наработка до предельного состояния (в годах. Показатели ремонтопригодности и сохраняемости Комплексные показатели включают в себя – коэффициент технического использования n i i рем раб раб И Т Т Т Т k 1 , где Т раб – время работы машины за некоторый период эксплуатации n i i рем Т 1 – суммарная продолжительность ремонтов машины за тот же период – коэффициент готовности n i i рем с р с р Г Т Т Т k 1 ' , где Т р.с – время нахождения машины в работоспособном состоянии за 36 некоторый период эксплуатации n i i . рем ' Т 1 – суммарная продолжительность ремонтов машины за тот же период – коэффициент долговечности n i i i Д Т t k 1 1 1 , где T i – срок службы (наработка) до го отказа t i – продолжительность трудоемкость) го отказа. 37 Лекция 4 ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ И КИНЕМАТИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ МАШИН Под технологическим расчетом проектируемого объекта обычно понимают совокупность расчетов, связанных непосредственно с параметрами, видом и особенностями технологического процесса, осуществляемого этим объектом. Основной целью технологического расчета является определение исходных параметров, необходимых при выполнении графической конструкторской проработки проектируемого объекта, а также для проведения последующих специальных расчетов его отдельных элементов. Задачи, решаемые при проведении технологического расчета, обычно сводятся к определению основных технологических, конструктивных, силовых, кинематических и энергетических факторов, необходимых на начальном этапе проектирования и являющихся основой для последующего проведения конструкторских и расчетных работ по созданию поточной линии, агрегата, машины или устройства определенного технологического назначения. Результаты технологического расчета дают возможность, опираясь на передовую прогрессивную технологию, обосновать применение в промышленности выбранной поточной линии, агрегата, машины, устройства. При этом предусматривают применение наиболее интенсивных технологических процессов. При компоновке линии, агрегата, машины выбирают оптимальный вариант технологического процесса, транспортные и перегружающие устройства, планировку и т. д. Все эти вопросы решают так, чтобы при соблюдении всех требований к качеству продукции издержки производства были наименьшими, а оборудование имело высокие технико- экономические показатели. Основной характеристикой работы поточной линии, агрегата, машины или устройства является их производительность, под которой понимают количество (массовое, объемное, штучное) продукции, полученное в единицу времени. При выполнении курсовых и дипломного проектов эта задача приобретает особо важное значение, так как в этом случае студент имеет дело с реальной темой, заданием которой является конкретная разработка объекта или его существенная модернизация. Часто этот объект непосредственно связан с действующим производством водной из отраслей пищевой промышленности, являясь составной частью определенного производственного цикла, выполняя определенную функцию в общем технологическом процессе. При этом проектируемый объект, как правило, тесно связан технологически или кинематически с другим оборудованием, и их общее взаимодействие позволяет производить качественную продукцию в заданном количестве. Производительность проектируемого объекта должна быть выше 38 фактической (номинальной) производительности поточной линии, где устанавливается этот объект. Если не учесть при проектировании эксплуатационные потери, то заданная выработка продукции на том производственном участке, где устанавливается проектируемый объект, фактически не будет достигнута. Таким образом, производительность П, на которую должен быть рассчитан проектируемый объект, определяют следующим образом Э В П T G G П , где G T – требуемое количество продукции (массовое, объемное или штучное, шт П – сумма возможных потерь продукции (кг, м, шт В – время выдачи продукции (с, мин, ч Э – эксплуатационные потери времени. 1. Определение основных конструктивных параметров оборудования Определение основных конструктивных параметров проектируемого объекта (вместимости, емкости, рабочих объемов, размеров отдельных элементов конструкции и т. д) в значительной степени зависит от принципа его работы является ли объект машиной или устройством периодического или непрерывного действия, выдает готовую продукцию на своей стадии технологического процесса в виде отдельных порций (доз, поштучно) или в виде непрерывного потока. В первом случае конструктивные параметры зависят как отвели- чины производительности и времени обработки продукта, таки от времени загрузки и выгрузки. Во втором случае время загрузки и время выгрузки не учитывают, так как они совмещены с обработкой продукта, но при этом должна быть известна (задана или найдена) скорость потока продукта. Для определения конструктивных параметров обычно используют величину объемной производительности W мс, которую находят из отношения W = G/ρ, где G – массовая производительность (те. производительность по массе продукта, выданной в единицу времени, кг/с; ρ – плотность или насыпная масса продукта, кг/м 3 Зная объемную производительность W и суммарное время, затраченное на загрузку, обработку и выгрузку определенной рабочей емкости объекта, находят вместимость V м) этой емкости V=WΣτ. Полученную вместимость корректируют, умножая ее на соответствующий коэффициент, учитывающий определенные поправки (на запас емкости, расширение или вспенивание продукта, неравномерное его 39 распределение, а затем определяют габаритные размеры емкости, задаваясь ее формой и некоторыми размерами, исходя из конструктивных соображений. Для объекта непрерывного действия объем элемента, пропускающего поток продуктам, определяется величиной объемной производительности мс) и временем технологической обработки продукта в этом объеме τ (с) (или временем технологической операции V =Wτ. Для объекта непрерывного действия определяют скорость потока продукта. Эту величину берут из таблицы или принимают на основании опыта эксплуатации подобных устройств. При известной скорости потока можно определить его фактическое сечение F: F=W/υ, а также длину потока L, если при этом происходит его обработка L = υτ, где τ – длительность технологической операции. 2. Определение основных кинематических параметров рабочих органов Величина фактической производительности проектируемого объекта является исходным фактором для определения основных кинематических параметров рабочих органов. Обрабатывая продукт (непрерывно или периодически, рабочие органы должны иметь определенный ритм движения, двигаться с определенной скоростью или частотой вращения. Это необходимо для получения единицы продукта (или единицы массы) в строго определенный промежуток времени (рабочий цикл, который, как известно, является величиной, обратной производительности машины. Следовательно, определив рабочий цикл машины, можно найти нужный ритм работы ее отдельных рабочих органов, а при известных конструктивных параметрах последних определить их необходимые скорости движения. Такова общая схема определения кинематических параметров проектируемого объекта. Конкретные методы их расчета зависят как от конструктивных особенностей проектируемого оборудования, таки от свойств перерабатываемого продукта, особенностей осуществляемого в машине технологического процесса, видов используемых механизмов и многого другого. Общие рекомендации по определению кинематики машин 1. По заданной производительности машины определить ритм выдачи изделий. 2. Повремени рабочего цикла и известным величинам ходов или шагов исполнительных механизмов определить их скорости и частоту вращения ведущих звеньев. 40 3. Для машин, перерабатывающих массу продукта, можно определить указанные кинематические параметры, пользуясь формулами производительности. Следует помнить, что данные рассматриваемого технологического расчета по определению кинематических параметров являются основными, исходными для дальнейшего проведения кинематического расчета всех приводных кинематических цепей проектируемого объекта. 5. Полученные кинематические параметры основных рабочих органов машины необходимо проверить на оптимальные и критические значения. Например, установлены оптимальные значения скоростей различных жидкостей в трубопроводах. Следовательно, и рабочие органы машины, создающие эти скорости, сами должны иметь определенные параметры движения. Большое значение имеет величина ускорения рабочего органа, так как при большом ускорении возрастает сила инерции, действующая как на обрабатываемый объект, таки на рабочий орган. При большом значении силы инерции (критическом ускорении) может нарушиться запланированная связь рабочего органа и продукта, в результате чего технологическая операция будет выполнена некачественно. 3. Кинематические расчеты При выполнении курсового или дипломного проекта студент в той или иной степени сталкивается с конструкциями машин и аппаратов, имеющих подвижные рабочие органы или детали. Основные параметры их движения должны быть определены заранее. Затем выбирается электродвигатель для привода машины его типоразмер, мощность и частота вращения ротора. Чтобы передать движение от ротора электродвигателя на рабочий орган, необходима кинематическая цепь, расчет которой является целью кинематического расчета. В общем случае любая кинематическая цепь состоит из следующих частей двигателя, преобразующего электроэнергию в механическое вращательное движение ротора передаточных механизмов, распределяющих это вращательное движение между отдельными рабочими органами машины и задающих им требуемые скорости исполнительных механизмов, начальное ведущее звено которых соединено с передаточным механизмом, а конечное ведомое – с рабочим органом. Исполнительные механизмы служат для преобразования вращательного движения на ведущем звене в необходимое движение рабочего органа, присоединенного к ведомому звену согласно заданным законами параметрам движения механизмов управления, контроля и регулирования, выполняющих вспомогательные функции. Исполнительные механизмы задают определенные законы и параметры движения рабочему органу, который непосредственно воздействует на обрабатываемый объект, изменяя его форму, свойства состояния или положение. Существует большое разнообразие исполнительных механизмов технологических машин, выполняющих самые различные функции. Однако, несмотря на разницу в функциональных назначениях механизмов отдельных видов, в их строении, кинематике и динамике много общего. Это вызвано тем, что для привода рабочих органов в основном применяются типовые схемы простейших базисных механизмов, например кривошипно-ползунных, кулисных, четырехзвенных, кулачковых, храповых и т. п. Для проведения кинематического расчета необходима кинематическая схема машины, на которой изображены все элементы привода, начиная от электродвигателя до рабочих органов, их соединение и взаи- моположение, направленное на осуществление, управление, регулирование и контроль заданных законов движения. Элементы схемы изображают без соблюдения масштабов. Однако желательно соблюдать взаимоположение и соотношение между их размерами. Кинематический расчет привода машины предполагает определение всех основных кинематических параметров ее привода. Эти данные обычно должны быть указаны затем на кинематической схеме и, кроме того, необходимы для расчета элементов привода на прочность. Кинематический расчет исполнительных механизмов, составляющих кинематическую группу звеньев, предполагает определение параметров и характеристик основных исполнительных движений диапазонов изменения положений отдельных звеньев и рабочих органов пределов регулирования различных параметров движения размеров, определяющих пределы перемещений (длину перемещения или угол поворота исполнительного органа передаточные отношения отдельных кинематических пар, входящих в исполнительный механизм коэффициенты срабатывания направления вращения или перемещения элементов, от которых зависит получение заданных исполнительных движений и их согласованность (синхронность специальные режимы работы, от точного соблюдения которых зависит точность и надежность работы исполнительных механизмов. Кинематический расчет передаточных механизмов включает 1. Определение общего передаточного отношения общ отвала электродвигателя, имеющего частоту вращения п эл , до вала, на котором крепится ведущее звено исполнительного механизма n вд : общ =n эд /n вд 2. Распределение общего передаточного отношения всей кинематической цепи привода между отдельными передаточными механизмами, составляющими эту кинематическую цепь общ = u 1 u 2 u 3……. u n , 42 где u 1 , u 2 , u 3 ... и п – передаточные отношения соответственно начиная от электродвигателя, го, го, го ... го передаточных механизмов. Передаточные отношения отдельных механизмов выбирают по справочным данным. 3. Определение конструктивных параметров каждого передаточного механизма. Для зубчатых и цепных передач – определение числа зубьев u з.п =z вм /z вд , где М – число зубьев ведомой шестерни или звездочки z вд – число зубьев ведущей шестерни или звездочки. Для ременных передач – определение расчетного диаметра шкивов U р.п =D вм /D вд , где D вм и D вд – соответственно диаметры ведомого и ведущего шкивов. При этом меньшее число зубьев или меньший диаметр шкива выбирают с учетом допустимых норм, указанных в справочных материалах курса Детали машин в зависимости от вида передаточного механизма. Передаточные отношения и для различных понижающих передач Тип передачи Рекомендуемые значения Наибольшее значение Зубчатая передача в закрытом корпусе цилиндрическими колесами коническими колесами 3-6 2-3 12,5 6,3 Открытая зубчатая передача 3-7 15-20 Червячная передача закрытая открытая 10-40 10-60 80 120 Цепная передача 3-6 8 Фрикционная передача цилиндрическими катками 2-4 8 Ременная передача плоским ремнем, открытая тоже с натяжным роликом клиновым ремнем 2-5 4-6 2-5 6 8 7 4. Определение частоты вращения валов каждого из передаточных механизмов кинематической цепи из соотношений u з.п =z вм /z вд =n вд /n вм – для зубчатых и цепных передач U р.п =D вм /D вд = n вд /n вм |