Надежность ГИиО. Г. А. Боярских, И. Г. Боярских НАДЁЖНОСТЬ ГОРНЫХ МАШИН. И. Г. Боярских надёжность горных машини оборудования екатеринбург 2008
 Скачать 1.23 Mb.
|
|
5.3. Поддержание и восстановление надежности машин В процессе эксплуатации машин в деталях и узлах накапливаются физические и геометрические изменения (изнашивание, усталость, изменение размеров и зазоров и т. п. Все это постепенно увеличивает вероятность появления отказов. По табл. 5.5 явно видно увеличение параметра потока отказов по мере увеличения наработки машин. Потеря машиной работоспособности в процессе ее эксплуатации - неотвратимый процесс, протекающий в зависимости от конструкции машины и условий ее использования с большей или меньшей интенсивностью. В целях поддержания надежности машины при эксплуатации проводятся мероприятия технического обслуживания, а в целях восстановления надежности выполняются ремонтные работы. Таблица 5.5 Эксплуатационные данные Наработка, мото-ч Условное число машин Среднее число отказов за отрезок Средняя наработка, ч Параметр потока отказов, 1 /мото-ч 0–81 16,44 2,04 39,8 0,0255 81–162 12,12 3,8 102,3 0,0467 162–243 8,53 4,04 182,2 0,0496 243–324 8,0 4,3 261,8 0,0528 324–405 6,06 4,48 342,3 0,0552 405–486 4,14 4,51 425,0 0,0555 486–567 3,7 4,71 503,2 0,0579 567–648 3,0 4,71 584,2 0,0579 648–729 3,0 4,71 665,2 0,0579 729–810 2,11 5,18 744,8 0,0645 r ср (810) = 3,86 T ср (810) = 645,2 ч ω (810) = 0,0476 = = 1 /мото-ч Система ремонта и технического обслуживания, которая регламентирует периодичность и объемы ремонтных работ, в значительной степени определяет показатели эксплуатационной надежности машин. Эта система применительно к горным машинам должна строиться на основании введения периодических остановок машин для профилактических мероприятий и ремонта через заданные промежутки времени (или после выполнения заданного объема работы. Длительность остановок выбирается с учетом особенностей протекания процессов старения машин в данных условиях эксплуатации и начальных показателей их надежности. 93 Так как многие узлы и детали горных машин имеют большой разброс случайных величин, определяющих показатели надежности, интервалы профилактических замен могут значительно различаться между собой. Свойство изделия, заключающееся в приспособленности к предупреждению и обнаружению причин отказов и устранению их последствий путем ремонтов и технического обслуживания, как известно, называется ремонтопригодностью. Показатели этого свойства рассмотрены в главе 3. Можно сформулировать требования к показателям ремонтопригодности с учетом требований к комплексным показателям надежности машины. Обычно коэффициент готовности машин г = 0,9 — 0,95 и коэффициент технического использования K ти = 075 — 0,9. Если воспользоваться выражениями В 1 г − ≤ К и В 1 ти − ≤ К где в и об - соответственно средняя суммарная оперативная продолжительность ремонтов и технического обслуживания, можно записать уравнения 0,1 Т ср ≥ τ ∑ B ≥0,05Т ср и 0,25Т ср ≥τ об ≥0,1Т ср Разность между в и об есть величина средней объединенной оперативной продолжительности плановых ремонтов и технического обслуживания 0,15 Т ср ≥ τ ПЛ ОБ ≥ 0,05Т ср Поскольку тор пл об ∑ ∑ + = τ τ τ то, задавшись значением средней суммарной продолжительности технических обслуживании то, получим значение средней суммарной продолжительности плановых ремонтов в ремонтном цикле, которое не должно превышать значения ) 05 , 0 то ср р ∑ ∑ − ÷ ≤ τ τ Т Профилактическое и аварийное обслуживание тесно связаны с надежностью оборудования и отличаются характером этой связи и экономическими 94 последствиями. Повышение затратна профилактическое обслуживание приводит к сокращению числа аварий, к уменьшению затрат, связанных сих ликвидацией, и убытков из-за простоев. При внезапных отказах часто простаивают и другие машины, связанные технологической цепочкой с отказавшей машиной. В ряде случаев убытки из-за простоев оборудования и затраты на ликвидацию отказов значительно превышают стоимость профилактики. Поэтому и возникает вопрос о выборе оптимального интервала плановых замен деталей, который можно определить, используя следующую формулу ст з з ср с.з К Р Т Т K + τ − = где K с.з. - коэффициент суммарных затрат Т ср - средняя наработка элемента до отказа з - интервал профилактических замен элемента Р(τ з ) вероятность безотказной работы элемента за период з ст - коэффициент стоимости, равный отношению средней стоимости одной профилактической замены элемента к средней стоимости отказа. Интервал профилактических замен должен выбираться таким, чтобы величина K с.з. была минимальной. С увеличением срока эксплуатации машины увеличивается накопление различных повреждений в деталях, исчерпывается ресурсу большего числа деталей машины, в связи с этим межремонтные сроки должны сокращаться. Межремонтный период с учетом старения машины может быть определен по формуле з к ) 1 )( 1 ( 3 , 0 2 1 ст τ − β − β + = τ Q Q где к и Q 1 - трудоемкость капитального ремонта текущего и первого соответственно- коэффициент возрастания времени на сборочно-разборочные работы. Чем больше узел приспособлен к замене и демонтажу отдельных деталей, чем меньше времени требуется на отладку и настройку узла после замены или ремонта его деталей, тем ближе значение β к единице и тем больше возможностей для сохранения надежности машины. Проведение ремонтно-профилактических работ даже при оптимальной их организации не исключает возможности появления внезапных отказов элементов машин до истечения времени з. Поэтому весьма важным для поддержания надежности машин является правильное определение необходимого количества запасных частей для замены отказавших элементов и обеспечение их наличия. Эти вопросы относятся уже больше к курсу Ремонт горных машин, где рассматриваются более подробно. Действенной мерой поддержания надежности горных машин во многих случаях может быть своевременное выявление их технического состояния, своевременная техническая диагностика. Это важно из-за большого разнообразия условий и режимов эксплуатации, различных экземпляров горных машина также различия в начальных показателях надежности каждого экземпляра, что приводит к значительным рассеяниям скоростей старения и соответственно времени достижения той или иной машиной предельного состояния. Техническая диагностика изучает признаки изменений технического состояния машина также методы и средства, обеспечивающие возможность своевременного определения этих нарушений. В связи с развитием механизации и автоматизации технологических процессов, насыщением производства высокопроизводительным оборудованием, форсированием режимов работы и т. п. техническая диагностика приобретает все большее значение. Применение средств и методов диагностики технического состояния машин, своевременное установление причин нарушения их работоспособности позволяют значительно снизить затраты на обслуживание, текущий и капитальный ремонт оборудования и изменить соотношение этих затрат в сторону уменьшения доли их на непроизводительные текущие работы. Для различных изделий могут быть различными число и характер признаков (параметров, по которым можно судить об их техническом состоянии. Эти признаки можно разделить натри группы. 1. Состояние выходных параметров изделия или его узлов, которые определяют его работоспособность Обычно эти параметры могут быть измерены теми же способами, которые применяются для контроля готового изделия. Однако поэтому признаку нельзя определить место и вид повреждения, приводящего к отказу. 2. Наличие повреждений, которые приводят или могут привести к отказу изделия (износы, деформация, коррозия и т.п.). Выявление повреждений является обычно вторым этапом диагностики машины после контроля ее выходных параметров. 3. Степень исправности изделия, определяемая по косвенным признакам (акустическим сигналам, изменениям температуры, давлению в системе, наличию в смазке продуктов износа, уровню вибрации и т. п. Существенным преимуществом использования косвенных признаков является возможность оценки состояния изделия в процессе его работы. При осуществлении процесса диагностирования машины выбираются те признаки и параметры, контроль которых дает наиболее объективные сведения о состоянии машины при наименьших затратах на создание средств диагностики. Возможность полноценной диагностики при нормальной эксплуатации определяется тремя факторами наличием средств диагностики, встроенных в оборудование квалификацией обслуживающего персонала организацией ежесменного технического обслуживания. Процесс диагностирования — операция контрольная, результаты диагностирования должны быть использованы для принятия правильных и своевременных решений о проведении технического обслуживания или ремонта в целях восстановления работоспособности отдельных элементов или машины в целом. Уравнение для определения оптимальной периодичности диагностирования имеет вид (при экспоненциальном законе распределения наработки на отказ) , 1 - в.р. д = ωτ − ω − С C e t где τ - периодичность диагностирования С д - затраты на выполнение плановой диагностики С в.р - затраты на внеплановые ремонты рекомендуется принимать С д / С в.р ≈ 0,3. 5 .4. Основные правила обеспечения надежности на этапе эксплуатации 1. Эксплуатация сложных технических систем должна соответствовать техническим условиями специальным руководствам. 2. Для сложных ответственных изделий должна быть разработана система технической диагностики, которая должна выдавать сигналы о состоянии узлов, правильной работе системы смазки, появлении недопустимых вибраций, нагрузок и т. п. 3. Система обслуживания должна содержать регламентные работы, профилактические осмотры и ремонты, которые должны выполняться квалифицированными рабочими, знакомыми с особенностями данной конструкции машины. 4. Техническое обслуживание может включать принудительную замену отдельных деталей и узлов после определенной наработки или календарного времени. 5. В пределах общего срока службы изделия могут быть предусмотрены промежуточные ремонты, сроки которых определяются соображениями надежности и экономической целесообразности. 6. Надежность отремонтированных изделий должна подтверждаться специальными испытаниями. 98 7. Должны проводиться исследования конструкционной прочности деталей и узлов с эксплуатационными повреждениями (коррозия, забоины, износит. п, на основании которых устанавливаются нормы и эталоны на допустимые повреждения. Задача для самостоятельной работы На основании данных эксплуатации тракторных дизелей (N o - 25 шт) табл. 5.5) определить показатели надежности отдельных узлов и всего дизеля, построить гистограмму значений параметров потока отказов дизеля, кривую вероятности безотказной работы дизеля и график наработки на отказ дизеля. При решении задачи необходимо воспользоваться порядком расчета, рекомендованным в нижней части табл. 5.6, и замечаниями, указанными ниже. 99 Таблица 5.6 Расчет показателей надежности Наименование отказавших узлов Интервал наработки, тыс. ч. (Н) 0- 0,35 0,35- 0,7 0,7- 1,05 1,05- 1,4 1,4- 1,75 1,75- 2,1 2,1- 2,45 2,45- 2,8 2,8- 3,15 3,15- 3,5 Коленчатый вал – 1 – 1 – – – – – – 2 Поршневая группа – – – – – – 2 5 2 6 15 Выходные клапаны – – 1 – – – – – – – 2 Турбокомпрессор – – – 1 1 1 – – – – 3 Топливный насос 3 1 1 3 1 – 1 1 – – 11 Трубопровод 2 1 1 – – 2 – – – – 6 Регулятор – – – – – – 1 – – – 1 Кронштейн топливного фильтра – – – – – – 1 – – – 1 Насос подкачки топлива Маслоподкачивающий насос 1 – – – 1 – – – – – 2 Насос заборной воды – – – – – – 1 – – – 1 Реверс – редуктор 2 – – 1 – – – – – – 3 t i i i i i i e t P T H n N n n N n ω − = ω = = ω = ∑ ∑ ) ( 1 0 0 Примечание Н – длина интервала = 0,35 тыс.ч. Контрольные вопросы 1. Понижается ли надежность горных машин в процессе эксплуатации Какие методы могут поддерживать надежность машин, какие повышать надежность их в процессе эксплуатации 2. Какая информация позволяет определить показатели надежности горных машин в процессе эксплуатации Каковы требования к этой информации. Какие показатели применяются при оценке надежности горных машин на этапе эксплуатации 4. Для чего нужна проверка правильности выбранного закона распределения времени безотказной работы по критериям согласия Для чего определяются доверительные интервалы 5. Сформулируйте основные правила обеспечения надежности на этапе эксплуатации. Глава 6 ПУТИ ПОВЫШЕНИЯ НАДЕЖНОСТИ ГОРНЫХ МАШИН Современное горное производство характеризуется высоким уровнем механизации с применением сложных высокопроизводительных машин. К надежности машин и оборудования, используемых в горной промышленности, предъявляются повышенные требования, что вызывается особенностями эксплуатации горной техники, обусловленными сезонностью работ с кратким сроком добычи полезных ископаемых, сильно зависящим от погодных условий, и выполнением работ комплексами машин, вследствие чего отказ одной горной машины влечет за собой простой всех машин, работающих в данном технологическом процессе добычи полезных ископаемых. Вследствие низкой надежности горных машин затрачиваются огромные средства на ремонт, техническое обслуживание и запасные части. Для повышения эффективности использования горных машин необходимо- дальнейшее совершенствование горной техники - повышение надежности горных машин - улучшение материально-технического обеспечения и повышение уровня технической эксплуатации оборудования. 101 6.1. Конструктивные мероприятия повышения надежности 1. Выбор оптимальных материалов деталей и рационального сочетания их в парах трения - одно из основных направлений при конструировании или модернизации машин. Детали современных горных машин в зависимости от назначения изготавливают из конструкционных, износостойких, антифрикционных, фрикционных, антикоррозийных и других материалов. Например, в тракторах наиболее широко используются качественная конструкционная сталь (35—48 %), низколегированная сталь (45—60 %), серый чугуна также сплавы на основе алюминия, цветные сплавы (5—7 %). Из качественных конструкционных сталей наиболее широкое распространение получила сталь 45; из низколегированных - стали ХА, 18ХГТ, 20ХНЗА, 25ХГТ, ЗОХГТ, Хи др из серых чугунов : СЧ 15-32, СЧ 18-36, СЧ 21-40. Перспективными материалами для деталей горных машин считаются низколегированные цементуемые стали 25ХГТ, 20ХСНТ, 18ХНТФ (для шестерен и шлицевых валов, среднеуглеродистые низколегированные закаливаемые стали 39ХГСА, 45ХНМФА, 45ХМФА, 50ГСШ, 50ХФАШ для подшипников скольжения, полимерные материалы (для втулок, подшипников скольжения, сальников, шестерен, крышек и т. п. Так, например, износостойкость сталей 40, Х, 39ХГСА соотносится как 1:2,5: 7. Замена обычно применяемой для изготовления зубчатых колес стали 18ХГТ на сталь 25Х2ГНТА увеличивает срок службы колес в 3—4 раза. Работоспособность и надежность работы трущихся сочленений в большой степени зависят оттого, как в них расположены материалы. Опыт эксплуатации машин и стендовые испытания трущихся деталей показывают, что так называемые обратные пары трения (Н 1 <Н 2 ; S 1 2 , где Н - твердости поверхностей- площади поверхностей трения) имеют большую износостойкость. Оправдывает себя метод облицовывания резиной поверхностей деталей, подвергающихся абразивному износу. Для режущих деталей горных машин 102 наиболее эффективное средство повышения долговечности - это метод само- затачивания - слоистое расположение металлов на режущей кромке твердый металла за ним — мягкий, который компенсирует износ режущей кромки. 2. Снижение концентрации напряжений при выборе формы и размеров деталей. Возле отверстий, галтелей, кольцевых выточек, у шпоночных или шлицевых пазов, у основания резьбы и зубьев шестерен, а также там, где деталь резко меняет конфигурацию в условиях схватывания поверхностей трения, напряжения распределяются неравномерно, те. возникает концентрация напряжений. Отношение наибольшего напряжения σ m ах в зоне концентрации к номинальному напряжению ном называют концентрацией напряжений ном max σ σ = а Номинальные напряжения рассчитывают по формулам сопротивления материалов, максимальные - методами теории упругости или же определяют экспериментально. Установлено, что при растяжении пластинки с отверстием а = 3; для пластин с надрезами а = 2÷2,5; для металла у основания зуба шестерни аи т. д, что может резко снизить долговечность детали и всей машины в целом. Поэтому при конструировании напряженных деталей необходимо предусматривать меры по снижению концентраций напряжений (вынесение отверстий из опасной зоны, вальцовка кромок отверстий создание гал- телей и радиусов в местах переходов, а также их упрочнение пластической деформацией чеканка основания зуба шестерни и др. 3. Регламентация показателей качества поверхностного слоя, как показывают данные табл. 4.1, обеспечивает эксплуатационные свойства поверхностного слоя, а следовательно, и всей детали. Для точных деталей (шейки валов, внутренние отверстия втулок, эвольвентные поверхности шестерен, элементы подшипников и т. п) необходимо регламентировать кроме шероховатости волнистость поверхностного слоя. Для деталей, работающих на усталость, необходимо кроме шероховатости регламентировать направление штрихов, степень и глубину наклепа и знаки величину остаточных напряжений. Как показывает табл. 5.1, не регламентируемые в настоящее время параметры качества поверхностного слоя могут враз повысить долговечность отдельных ответственных деталей и, следовательно, значительно повысить надежность горных машин. 4. Создание эффективных устройств для смазывания трущихся поверхностей деталей - обязательное требование обеспечения длительной их работы. За последние годы значительно повышено качество смазочных материалов за счет использования различных присадок к маслами добавок в смазку. У современных двигателей все основные сопряжения, как правило, смазываются принудительно под давлением, такая же смазка все шире применяется в условиях трения деталей трансмиссии (износ при этом снижается в 2—3 раза. Перевод пар трения с консистентной смазки на жидкостную (втулки цапфы рам, подшипники опорных катков и др) может резко сократить износ трущейся пары, например, суммарный износ колец подшипника при переходе со смазки Литол-24 на Веретенное снижается с 1,67 до 0,21 мм (за одинаковый отрезок времени. 5. Как показывают данные наблюдений за эксплуатацией тракторов игорных машин, основными причинами выхода из строя подшипников ходовой части и трансмиссии при работе в условиях горных предприятий являются абразивный износи изменение качества масла из-за попадания в него воды вследствие нарушения герметичности. Поэтому улучшение конструкции и материалов уплотнительных устройств и герметизация сборочных единиц и агрегатов горных машин имеют большое значение в деле повышения долговечности, поскольку эти машины длительный период времени работают в атмосфере, насыщенной абразивными частицами. Для предотвращения попадания абразивных частиц желательно, чтобы конструкция стыка имела минимальный радиус закругления фасок на кромке стыка, минимальную шероховатость плоскостей в стыке и поверхностей трения. Кроме этого, следует применять ограждающие набивки, козырьки, лабиринтные уплотнения. Так, лабиринтные уплотнения в шарнирах литой гусеницы повышают износостойкость пальцев и втулок в 2,5 раза. Кроме того, рекомендуется на трущихся поверхностях прорезать канавки, соединяющиеся общим каналом в каждом из тел трущейся пары. Абразивные частицы, оказывающиеся в зоне трения, могут быть удалены через систему отверстий промывкой или продувкой. 6. Можно перечислить еще множество путей повышения надежности на основе конструкторских решений - применение компенсаторов износа, регулируемых по мере износа детали - создание податливости деталей, позволяющей приспособиться к неточностям геометрической формы - применение точных пар трения с использованием метода избирательного износа, разработанного ДМ. Гаркуновым и ИВ. Крагельским; - применение гасителей колебаний (демпферов, маховиков) и предохранительных муфт - создание эффективных устройств для очистки воздуха, топлива и смазки - обеспечение достаточной жесткости базовых деталей машин и устойчивости их к вибрации - введение динамической балансировки деталей двигателя, сцепления, карданных валов и др - применение различных мероприятий по снижению коррозии устранение щелей, острых граней, углов электроизоляция разнородных металлов металлические и лакокрасочные покрытия и т. п - совершенствование методов расчетов деталей на статические, динамические, экстремальные нагрузки и прогнозирование надежности создаваемой или модернизируемой машины. 105 |