CC BY
36УДК 622.276:663.6
Г.О. Заляева, М.М. Голубенко
Камчатский государственный технический университет, Петропавловск-Камчатский, 683003 e-mail: lenarza@mail.ru, maxgolubenko@gmail.com
ОЦЕНКА ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ НАДЕЖНОСТИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ЛИНИИ
РОЗЛИВА МИНЕРАЛЬНОЙ ВОДЫ
Приведена методика определения показателей эксплуатационной надежности оборудования, входящего в технологическую линию розлива минеральной воды. Разработан алгоритм исследования и определены основные этапы проведения расчета.
Ключевые слова: надежность; технологическая линия; закон распределения; вероятность безотказной работы; наработка на отказ; статистические методы расчета.
G.O. Zalyaeva, M.M. Golubenko
Kamchatka State Technical University, Petropavlovsk-Kamchatskу, 683003 e-mail: lenarza@mail.ru, maxgolubenko@gmail.com
OPERATIONAL RELIABILITY EVALUATION OF MINERAL WATER BOTTLING
TECHNOLOGICAL LINE
The technique of equipment maintainability indicators determining which is included in the mineral water bottling technological line is given. An algorithm for research has been developed and the main stages of the calculation have been determined.
Key words: reliability, technological line, law of distribution, probability of no-failure operation, mean time between failures, statistical methods of calculation.
В настоящее время все чаще возникает вопрос о надежности технологического оборудования. Есть надежность, закладываемая при конструировании, обусловленная особенностями конструкции, применяемыми материалами и т. п. В процессе эксплуатации на надежность влияет вид выпускаемой продукции, климатические условия в месте эксплуатации, квалификация персонала, эксплуатирующего оборудование. В связи с этим необходимо вносить корректировки в планы технического обслуживания, так как оборудование не способно отработать заявленный заводом-изготовителем срок и зачастую выходит из строя раньше установленного, приводя к дополнительным затратам, связанным с ремонтом и простоем технологических линий и создавая аварийные ситуации, которые негативно влияют на производство. Здесь и возникает вопрос об оценке эксплуатационной надежности оборудования.
Эксплуатационная надежность машин (узлов) обусловливается совершенством их конструкции, технологии производства и ремонта, условиями и уровнем их использования. Правильное техническое обслуживание и ремонт машин позволяют поддерживать их эксплуатационную надежность в заданных пределах [1].
Сроки надежной работы машин, как было отмечено ранее, обусловливаются предельными величинами и темпами износа узлов, деталей или периодами нарушения регулировок.
Следовательно, надежность машин зависит от минимального срока безотказной работы какого-либо узла (сопряжения, детали), входящего в данную машину; от надежности, или иначе равностойкости к износу деталей и узлов машины. Чем выше эта равностойкость и чем больше период работы узлов и деталей до предельных величин износа, тем выше эксплуатационная надежность машины.
Рассмотрим оценку эксплуатационной надежности технологического оборудования на примере технологической линии розлива в ПЭТ-бутылки предприятия АО «Камчатское пиво» (рис. 1).
Рис. 1. Схема технологического оборудования: 1 - автомат для производства ПЭТ-бутылок; 2 - триблокрозлива; 3 - этикетировочная головка;
4 - автоматический упаковочный комплекс
Минеральная вода от скважины до завода доставляется по трубопроводу. Затем она проходит несколько стадий очистки: фильтры разной структуры и облучение инфракрасным излучением.
Для розлива продукции используются бутылки, полученные из разогретых преформ методом вытяжки и двухстадийного раздува в автомате для выдува ПЭТ-бутылок 1. В месте выхода бутылок из автомата стоит оператор, который следит за качеством выдутых бутылок, изымая бракованные с технологической линии [2].
Затем бутылки поступают в триблок розлива 2. Там они ополаскиваются и наполняются продукцией. Уровень наполнения бутылок контролируется автоматикой с помощью датчиков. После этого бутылки закупориваются крышками. При этом имеется специальное устройство, которое выявляет перевернутые крышки на линии подачи и возвращает их в нужное положение.
Потом бутылки, наполненные продукцией, поступают в этикетировочную головку 3. Там на них одеваются этикетки из термоусадочной пленки и обжимаются с помощью горячего водяного пара. Бракованные этикетки выявляются и убираются с помощью специального устройства, также оснащенного датчиками.
Для упаковки готовые к продаже бутылки поступают в автоматический упаковочный комплекс 4. Там они группируются в блоки по шесть штук. Блоки с продукцией оборачиваются в термоусадочную пленку, с последующей сваркой и обрезкой пленки. При задвигании очередного блока с продукцией в термоусадочную пленку предыдущий обандероленный блок проталкивается в термотоннель для усадки пленки [3].
Общая продолжительность производства одной бутылки от подачи сырья в очистные устройства до получения готовой продукции обычно составляет 3-4 минуты.
Производительность и экономичность работы машин в значительной мере зависят от их эксплуатационной надежности.
Надежность машины (узла) - это ее свойство выполнять заданные функции, сохраняя свои эксплуатационные показатели в заданных пределах в течение определенного времени или требуемой наработки.
Данное оборудование находится в работе 8 лет, наступил период постепенных отказов. При оценке надежности оборудования применяется статистический метод: собраны данные о наработках и отказах. Оценка надежности технологического оборудования проводится согласно схеме исследования (рис. 2).
1. ОЦЕНКА НАДЕЖНОСТИ НА ОСНОВЕ СТАТИСТИЧЕСКОИ ИНФОРШЦИИ
1.1 Технологическая схема производства
1.2. Принцип действия и особенности конструкции машин в линии
1.3. Технические характеристики применяемого оборудования
2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ СТА ТИСТИЧЕСКИХДАННЫХ О НАРАБОТКЕ МАШИН В ЛИНИИ
3. ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ
3.1. Анализ полученных результатов
3.2. Анализ причин отказов технологических машин
4. РАЗРАБОТКА РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПОВЫШЕНИЮ НАДЕЖНОСТИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ МАШИН
Рис. 2. Схема проведения исследования
Оценка надежности на основе статистической информации. Оценка надежности технологического оборудования проводится на основе статистических данных, собранных из жур-
налов обслуживания оборудования, включающих в себя наработки и отказы оборудования за весь срок работы.
Технологическая схема производства (рис. 1), принцип действия, особенности конструкции и технические характеристики применяемого оборудования
Автомат для производства ПЭТ-бутылок. Автомат выдувной предназначен для производства ПЭТ-бутылок из разогретых преформ методом вытяжки и двухстадийного раздува в четырехместной пресс-форме. На оборудовании можно изготовить бутылки емкостью до 2,0 л.
Производительность - до 3700 бут/час.
Установленная мощность - 21,25 кВт.
Автоматический упаковочный комплекс. Упаковщик предназначен для оборачивания блока с продукцией в термоусадочную пленку, с последующей сваркой и обрезкой пленки. При задвигании очередного блока с продукцией в термоусадочную пленку предыдущий обандероленный блок проталкивается в термотоннель.
Производительность - до 10 упак/мин.
Установленная мощность - 25,5 кВт.
Триблок розлива. Оборудование должно быть уставлено на ровном и твердом полу. Прочность пола должна соответствовать нагрузке, с учетом массы оборудования. Нельзя устанавливать оборудование в помещениях с повышенной влажностью, более 80%, и температуре ниже 18°С, а также в сильно запыленных помещениях.
Оборудование не приспособлено для работы во взрывоопасной атмосфере - имеется угроза взрыва.
Помещение, в котором будут установлены машины, должно быть снабжено достаточным освещением. В зоне управления и работы требуемое освещение не менее 300 люкс.
Триблок предназначен для ополаскивания бутылок, розлива по ним продукции и закупоривания бутылок.
Производительность - до 3000 бут/час.
Установленная мощность - 8,5 кВт.
Этикетировочная головка. Этикетировочная головка предназначена для нанесения само-клеющихся этикеток на поверхность тары различной формы и размеров в автоматическом режиме. В зависимости от модели этикетировочной головки можно использовать этикетки шириной от 20 мм до 130/250 мм. Благодаря модульной структуре, этикетировочная головка легко адаптируется.
Производительность - максимум 30 шт/мин.
Питающая электросеть - 50-60 Гц; 115/230/240 V.
Определение статистических данных о наработке машин в линии. Статистические данные о наработке машин указаны в таблице.
Машина Наработка, ч
Автомат производства ПЭТ-бутылок 5568; 5714; 5903; 6142; 6399; 6670; 6962; 7262; 7598; 7948; 8316; 8790
Триблок розлива 5650; 5878; 6131; 6467; 6810; 7171; 7542; 7920; 8298; 8866
Автоматический упаковочный комплекс 5743; 6093; 6475; 6882; 7303; 7756; 8209; 8670; 9145; 9723; 10486
Этикетировочная головка 5675; 5907; 6189; 6478; 6835; 7203; 7585; 8081; 8577
Обработка результатов. Методика расчета взята из [4]. Определение показателей надежности технологической линии:
1. Для каждого объекта вычисляется среднее арифметическое значение хср выборки без учета сомнительных наблюдений:
хср ,
где х7 - наработка 7-го объекта до отказа.
2. Для каждого объекта определяется среднеквадратическое отклонение
с =
Е (х7 - хср )2
п -1
где о - среднеквадратичное отклонение случайной величины.
3. Определяется рекомендуемое число интервалов по формуле:
К,= 1 + 3,321^,
где N - количество отказов.
4. Определяется шаг для каждой выборки к числу интервалов:
X - X
АХ = -
тах Ш1П
К
5. Определяются границы интервалов группирования, количество отказов в каждом интервале и вероятность попадания случайной величины в заданный интервал.
6. Определяются середины интервалов группирования по формуле:
= t, +
'ср " 2
t . =-' 1+1
7. Определяется количество отказов п(,ср. ,), произошедших в каждом интервале к моменту времени ,ср,-.
Подсчет этих величин производится в следующем порядке:
, , пЩ.), , , ,, , пШ.)2 , , ^ , ,, , пЩ.)
, 3
5 . . . ,
где 1, 2, 3 ... - порядковые номера интервалов.
8. Определяется количество изделий Л^срг-), работающих исправно к моменту времени ,ср,-:
N ы=^ (0)-п (а
9. Определение вероятности безотказной работы:
р I, )=
{ср,) N ( 0)
10. Определение интенсивности отказов:
п (А,)
Г ( , ■ ):
V сР ■ )
N (, .) - А,.
\ ср.I г I
11. Определение вероятности отказов:
Я (, ■ ) = пМ-
ч \ср-) * (0)
12. Определение частоты отказов:
а* (, . ) = 4А^.
{ср,) N ( 0)А,,
13. Определение эмпирической плотности распределения:
п (А,)
/(,) =
N ( 0)-А,,'
По результатам расчета графически определяется принадлежность генеральной совокупности к нормальному распределению, распределению Вейбула или логарифмическому. Далее в соответствии с найденным распределением определяется аналитическая зависимость функции. Расчет сводится к поиску значений параметра в табличном массиве по вычисленной величине. После определения аналитической формы теоретической функции распределения определяется зависимость для расчета вероятности безотказной работы и интенсивности отказов.
Анализ полученных результатов, прочих отказов и разработка рекомендаций по повышению надежности технологических машин. По результатам обработанных статистических дан-
ных о наработках машин технологической линии предполагается определить численные значения вероятности безотказной работы оборудования, значения наработок до отказа и суммарную надежность технологической линии. Далее полученные данные будут проанализированы, и выработаны рекомендации по повышению надежности оборудования технологической линии.
Литература
1. ГОСТ 27.002-2015. Надежность в технике. Термины и определения.
2. Антипов С.Т. и др. Машины и аппараты пищевых производств: Учебник для вузов. В 2 т. - М.: Высшая школа, 2001.
3. Кретов И.Т., Антипов С.Т. Технологическое оборудование предприятий бродильной промышленности: Учебник. - Воронеж: Изд-во гос. ун-та, 1997. - 624 с.
4. Быков И.Ю., Ивановский В.Н. Эксплуатация и ремонт машин и оборудования нефтяных и газовых промыслов: Учебник. - М.: Центрлитнефтегаз, 2012. - 366 с.
