CC BY
44
УДК 658.82.018
Стратегии технических воздействий, направленных
на повышение работоспособности технологических машин
фабрик-прачечных
Даниил Вадимович Шумов, аспирант, e-mail:[email protected]
ФГБОУ ВПО «Российский государственный университет туризма и сервиса», Москва
Рассмотрены закономерности изменения технического состояния машин фабрик прачечных и дан анализ усредненных показателей интенсивности отказов их невосстанавливаемых элементов; предложена система стратегий технических воздействий и ее структурные составляющие; установлено, что основным назначением технического воздействия является поддержание работоспособности машины путем непрерывного наблюдения за ее работой; показано, что при реализации рациональной системы стратегии технического воздействия необходимо знать периодичность операций технического обслуживания машины и смены недолговечных деталей и агрегатов.
The article considers regularities in commercial laundry's machine technical state change and analyzes the average indicator of the nonrecoverable element failure intensity. The article offers the system of technical action strategy as well as its structural components. The author discovered that the main technical action aim is machine efficiency maintenance by constant supervision of its operation and showed that with rational technical action strategy system implementation one should know the periodicity for machine maintenance work and for short-life part and aggregate change.
Ключевые слова: стратегия, неисправность, отказ, работоспособность, диагностика. Keywords: strategy, defect, failure, efficiency, diagnostic operation.
Постоянно возрастающая потребность в услугах по восстановлению потребительских и гигиенических свойств загрязненного белья вызвала оборудование фабрик-прачечных, салонов самообслуживания, специальных прачечных и приемных пунктов современными технологическими машинами. Оснащение сервисных предприятий зависит от производственной мощности (программы). В производственном процессе обработки белья основным видом машин являются стирально-отжимные и сушильные. Стирально-отжимные машины одинаковы по конструктивному исполнению, но, в зависимости от мощности предприятия, отличаются только загрузочной массой или производительностью. Для сушки после стирки белья применяют оборудование различных типов: сушильные катки, прессы, манекены и др.
Эти машины, являясь сложной технической системой, состоят из ряда подсистем-агрегатов, узлов, элементов, деталей и обладают многими свойствами, среди которых особое место занимают свойства, характеризующие их преимущества при эксплуатации. К таким преимуществам относятся не только заданный уровень безотказности и долговечной работы, но и минимальные трудовые затраты на содержание. Для определения этих величин необходимо знать закономерности изменения технического состояния машины (агрегатов,
узлов, деталей) под влиянием различных факторов в процессе эксплуатации, а также по изменению начальных значений основных показателей работы агрегатов, элементов и деталей косвенно оценивать характер технического состояния агрегатов и машины в целом
В процессе эксплуатации техническое состояние машины, определяющее ее относительную способность и потенциальную возможность качественно и экономично выполнять заданные функции, постепенно ухудшается. Количественно эти изменения можно оценить совокупностью отклонений от начальных технических параметров, определяющих уровень работоспособности. Так, в процессе потребления технические параметры изменяются от номинальных значений Пн1, Пн2, ..., Пш- до предельных Пп1, Пп2, ..., Пш-, обусловленных технико-экономической целесообразностью эксплуатации. Разность между текущими и номинальными значениями этих величин АПг- = Пг- - Пнг-определяет отклонение работоспособности от номинала. Вредные остаточные изменения могут вызвать быстрый выход машины из строя или, постепенно накапливаясь, через определенный промежуток времени привести ее к предельному состоянию. Количественно величина вредных остаточных изменений, накопившихся за время существования, может быть определена из равенства
t
B0(t) = jv(t)dt,
0
где v(t) - скорость накопления остаточных вредных изменений, представляющих собой непрерывную случайную величину.
Но это равенство справедливо для неремон-тируемых изделий. В действительности для ремонтопригодной машины данные изменения носят прерывный (дискретный) характер: до проведения очередного технического воздействия значение параметров снижены, после проведения - повышаются. С увеличением срока службы интенсивность нарастания изменений возрастает. Таким образом, нормальное функционирование возможно в течение такого периода эксплуатации, при котором величина накопившихся остаточных изменений превосходит допустимый предел Пд, т.е. B0(t)< Пд. Когда B0(t) > Пд, машина неисправна и требует проведения мероприятий по устранению накопившихся вредных остаточных изменений [3].
Анализ опыта эксплуатации показал, что надежность машин характеризуется таким параметром, как поток отказов W(t), который определяет среднее число отказов в единицу времени для рассматриваемого периода эксплуатации машины. Величина параметра потока отказов изменяется в различные периоды эксплуатации. Для большинства элементов (агрегатов) в начальный период (период приработки) значение параметра потока отказов несколько выше, затем его величина снижается до установившейся величины, характерной для периода нормальной эксплуатации. Отказы в это период носят случайный, внезапный характер.
В период нормальной эксплуатации, когда значение параметра потока отказов постоянно и имеет место экспоненциальный закон распределения вероятности безотказной работы, параметр потока отказов практически равен интенсивности отказов -X, т.е. числу отказов в определенном интервале времени, отнесенному к числу изделий, оставшихся исправными к началу этого интервала. В этом случае выражение вероятности безотказной работы имеет наиболее простой вид:
P(t) = е-Л .
В настоящие время наиболее изучены отказы машин в гарантийный период, так как заводы-изготовители располагают данными по отказам, которые получены по рекламации. По сведениям, приведенным в [1], интенсивность отказов машины за гарантийный период колеблется в весьма незначительных пределах - от 0,2 до 0,6.
Стирально-отжимная и сушильная машины представляют собой систему с последовательной схемой соединения элементов, в которой выход из строя одного из них приводит к отказу всей системы. Поэтому при определении потребности технических воздействий необходимо рассматривать интенсивность отказов не машины в целом, а интенсивность отказов ее невосстанавливаемых элементов, таких как, например, электронагревательных элементов, клапанов, уплотнительных устройств и др.
По усредненным данным, соотношение числа отказов (в %) отдельных элементов стирально-отжимных и сушильных машин следующее: микровыключатели и распределительные краны с электромагнитным управлением - 15... 20%; клапаны предохранительные и обратные - 4.8%; фильтры - 12.20%; трубопроводы металлические - 1,3.1,4%; гибкие трубопроводы (шланги) -2,5.3%; пружинные подвески - 7.7,8%; нагревательные элементы - 4.6%; уплотнительные элементы - 15.20%; ремни клиноременной передачи - 8.16%; подшипники качения - 2,0.2,5%; электродвигатели - 2,2.2,6%.
По своему характеру неисправности элементов распределяются таким образом (в %):
• микровыключатели и краны с электромагнитным управлением: негерметичность - 60; заедание золотников 10; нарушение электрической части - 21.30;
• клапаны предохранительные и обратные: негерметичность - 70.80; усадка пружины, выработка седла; трещины корпуса - 10.20;
• фильтры: засорение - 50.60; негерметичность по уплотнениям крышки и штуцеров -76.78; трещины сетки по месту пайки и обрыв проволочных нитей - 21.23;
• трубопроводы металлические: разрушение по местам крепления и потертости - 20.28; разрушение крепежных соединений (трещины в ниппеле и гайке) - 34.50; негерметичность - 8.12; деформации - 8.10;
• гибкие трубопроводы (шланги): негерметичность в заделке - 65.68; расслоение и растрескивание - 25.33;
• пружинные подвески: осадка пружины -70.80; трещины в витках и поломка пружины - 20.25;
• нагревательные элементы: окисление и накипь - 40.50; перегорание спирали - 50.60;
• уплотнительные элементы (резиновые или ре-зино-фторпластмассовые кольца, набивки и
др.): изменение свойств кольца с течением времени, т.е. уменьшение контактных напряжений вследствие процесса релаксации - 80...90; растрескивание вследствие старения - 15.20;
• ремни клиноременной передачи: износ -50.60; вытягивание ремня - 15.20; расслоение и разрыв - 27.32;
• подшипники качения: выработка на беговых дорожках колец и тел качения - 50.55; трещины и выработка в местах прилегания к сепаратору тел качения - 20.25; усталостное выкрашивание рабочих поверхностей тел качения и беговых дорожек колец - 20.30;
• электродвигатели: изменение и неустойчивость частоты вращения и вращающего момента -50.65; износ и повреждение подшипников -20.25; недопустимо высокий или местный перегрев - 15.26; изменение структуры и электроизоляционных качеств обмоток - 8.12. Отказы могут быть внезапными и постепенными. Внезапный отказ характеризуется скачкообразным изменением, например, отказ сигнальной лампы включения. При постепенном отказе изменение заданного параметра происходит не сразу, а шаг за шагом, например, появление разрыва клинового ремня привода барабана. В большинстве случаев причинами отказов являются ускоренные процессы изнашивания и старения, а также нарушение правил эксплуатации.
Восстановление работоспособности объекта после возникновения отказа планировать сложно, и поэтому устранимые отказы удаляют по мере их появления. Отказы, причиной возникновения которых является нарушение установленных норм и правил эксплуатации, а также характер и последствия каждого из них рассматриваются и учитываются отдельно.
Анализ работы технологических машин показывает, что причиной потери работоспособности является одновременное воздействие постепенных процессов изнашивания и старения, а также случайных повреждений элементов и деталей машины. В результате изменяются основные эксплуатационные качества машин и их элементов, снижается эффективность их работы. Процесс, направленный на восстановление эксплуатационных качеств машин и приведение их в состояние годности для дальнейшего использования по назначению, может быть обеспечен рациональной системой технических воздействий.
Также стратегия технических воздействий предусматривает контроль и поддержание работо-
способного состояния машин на различных стадиях их эксплуатации.
При этом требуется непрерывное наблюдение за работой машин, что позволит учитывать возникновение неисправностей в результате возможных случайных отказов. Организация такого непрерывного наблюдения возможна благодаря оценке технического состояния машины по косвенным показателям работы ее агрегатов и элементов. По косвенным показателям можно не только определить заданный уровень вероятности безотказной работы механизмов, но и обеспечить минимальные затраты на содержание машины.
В общем случае система стратегий должна включать в себя следующие виды технических воздействий: ежедневные по автономному диагностированию, плановые (по наработке) и воздействия по устранению отказов.
В соответствии со стратегией технических воздействий, ежедневно должны выполняться операции по подготовке машины к работе, соблюдению режимов технологического процесса и правилам эксплуатации машины, а в конце смены -проводиться уборка машины.
Технические воздействия по автономному диагностированию определяются характером результатов неисправностей, выявленных в данный момент или при постоянном измерении сведений о техническом состоянии изделия. Эта задача решается путем автономного (точечного) поэлементного диагностирования.
В основу метода автономного диагностирования положен непрерывный контроль за состоянием и изменением технического состояния элемента машины (узла) с помощью встроенных в конструкцию изделия датчиков или дополнительного устройства, фиксирующего кинематические, динамические и другие параметры исходного состояния изделия. Нормативными значениями диагностического параметра, необходимыми для определения технического состояния, являются начальный и предельный параметры, определенные паспортными данными заводов-изготовителей. Пользуясь диагностическими признаками, можно определить стратегию технических воздействий на то или иное изделие или машину в целом и своевременно предупредить появление отказов.
Экономическая эффективность усложнения конструкции машины в результате встраивания в механизмы (детали) датчиков и фиксирующих аппаратов будет определяться сокращением времени простоя при выполнении профилактического об-
служивания и трудовых затрат на восстановление работоспособности машины.
Для изделий, обладающих высокой надежностью, диагностику достаточно проводить периодически. Так, для диагностики подшипников качения в целях определения остаточной долговечности используют, например, прибор ФВД-АЛ-2-3МТ. С помощью этого прибора можно получить мгновенную оценку технического состояния подшипника на работающей машине.
Для определения остаточного ресурса необходимо знать нормативные (начальное 8н и предельное 8п) значения диагностического параметра. Тогда остаточный ресурс можно вычислить по формуле
где I - наработка, ч; а - показатель, характеризующий изменение диагностического параметра по мере наработки; - величина параметра в момент измерения.
Сравнивая фактическую величину параметра Бг исправного в данный момент механизма с 8п, можно определить, остается ли механизм исправным до следующей плановой диагностики или нет [4].
Чтобы система стратегий технических воздействий могла своевременно улавливать изменения состояния машины и периодически возобновлять потерявшие годность детали или агрегаты, обязательно должны быть предусмотрены плановые технические обслуживания и ремонт. В настоящее время машины выпускаются расчлененными на агрегаты и узлы, поэтому ведущее место в стратегии технических воздействий занял агрегатный ремонт. Также общепринятое деление ремонтов на текущий, средний и капитальный не находит в настоящие время применения. Кроме того, не следует придавать особого значения названию отдельных видов ремонтов и нет никакого смысла
ставить в особое положение тот или другой вид ремонта. Когда одну изношенную деталь (агрегат) заменяют другой такой же, но новой, то сам факт замены не означает проведения ремонта.
При построении рациональной системы технических воздействий необходимо следующее:
• определить периодичность всех операций технического обслуживания и ремонта;
• определить периодичность смены всех недолговечных деталей и агрегатов;
• сгруппировать операции технического обслуживания и ремонта машины с операциями смены недолговечных агрегатов и деталей.
Таким образом, в данной работе показано следующее:
1. Износ машины в период эксплуатации происходит непрерывно и складывается из износа отдельных деталей, узлов и агрегатов за весь срок службы машины.
2. Основным назначением рассмотренной системы стратегий технических воздействий является контроль и поддержание работоспособного состояния машины на различных стадиях эксплуатации.
3. Особенности построения рациональной системы стратегий технического воздействия позволяют производить комплексную оценку всех взаимосвязей рассматриваемой стратегии и обеспечивать достижение максимального эффекта от ее внедрения.
ЛИТЕРАТУРА
1. Болгов И.В., Голиков А.М. и др. Инженерное обеспечение ремонта технических машин и оборудования предприятий сервиса. М.: Наука. 2000.
2. Болгов И.В. Точные системы диагностирования технического состояния бытовых машин и технологического оборудования // Мат. XI Междунар. науч.-практ. конф. «Наука - сервису». М. 2006.
3. Болгов И.В. Ремонт оборудования предприятий химической чистки и прачечных. М.: Легпромиздат. 1989.
4. Петросов С.П., Алехин С.А., Кожемяченко А.В. и др. Диагностика и сервис бытовых машин и приборов. M.: Издательский центр «Академия». 2003.
Поступила 30.07.12
