CC BY
43
ДЕРЕВООБРАБОТКА. ХИМИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ
контролируемой поверхности, что способствует выявлению дефектов покрытия. Если при освещении контролируемой поверхности светильником, расположенным над столом, не было обнаружено дефектов покрытия, включают вспомогательный светильник, расположенный от наблюдателя с противоположной стороны стола. Контролируемую поверхность осматривают при освещении двумя светильниками. Для этого изменяют положение стола поворотом на определенный угол, осуществляя осмотр поверхности в скользящем свете, при этом увеличивается вероятность обнаружения дефектов покрытия. Затем деталь или изделие поворачивают на столе в горизонтальном направлении на угол 90 градусов и повторяют наблюдения контролируемой поверхности покрытия для этого положения, используя сначала освещение поверхности верхним светильником
и затем вспомогательным. Рекомендуемые параметры условий осмотра поверхности покрытий для выявления дефектов определенного вида приведены в табл. 1. В табл. 2 приведены нормативные показатели качества внешнего вида различных поверхностей покрытий, сформированных лакокрасочными материалами. В основу нормативных показателей положены данные ГОСТ 24404-80 «Покрытия лакокрасочные. Классификация и обозначения».
Авторы надеются, что данная работа поможет производителям мебели в определении требований к внешнему виду поверхностей защитно-декоративных покрытий при создании технических условий на определенный вид продукции или отражение требований в соответствующих разделах договоров на поставку или покупку комплектующих деталей (изделий).
ВЫБОР МЕТОДА ДЛЯ ОЦЕНКИ ОСТАТОЧНОГО РЕСУРСА СТАНКА
Р.В. ЗАЙЦЕВ, асп. МГТУ им. Н.Э. Баумана
Тенденции в развитии техники таковы, что постоянно происходит усложнение функций технических устройств, ужесточаются условия работы, повышается ответственность за результаты труда. Все больше работа отдельных технических объектов объединяется в системы со сложными взаимодействиями и взаимозависимостями.
Системы усложняются в конструкторском плане. Это приводит к их удорожанию как в производстве, так и в эксплуатации. Отказ одного из элементов приводит к отказу всей системы. Последствия отказа носят не локальный, а лавинообразный характер. Кроме прямого действия, например экологической катастрофы, последствия касаются и здоровья людей и экономических потерь.
В силу того, что отказы, как правило, возникают «неожиданно», последствия бывают более тяжелые, чем в том случае, когда о наступлении отказа становится известно заранее. В этой связи возникло и развивается такое понятие, как остаточный ресурс (ОР).
При длительной эксплуатации технических объектов возникают повреждения. Повреждения накапливаются в результате нормальной эксплуатации, даже если отсутствовали дефекты при изготовлении и соблюдении правил эксплуатации.
«Остаточным ресурсом называют запас возможностей наработки оборудования после моментов контроля его технического состояния (или ремонта), в течение которого обеспечивается соответствие требованиям НТД всех его основных технико-эксплуатационных показателей и показателей безопасности» [1].
Начало развития ОР относится к таким отраслям, где последствия отказов связаны с безопасностью людей. Это в первую очередь транспорт. Затем последовали работы, связанные с воздействиями на экологию. В последние 20-30 лет такая проблема затронула технологию механосборочного производства и, в частности, станкостроения [2].
Станкостроение развивается в русле обозначенных выше тенденций развития тех-
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 1/2010
131
ДЕРЕВООБРАБОТКА. ХИМИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ
ники, но основные негативные последствия - это моральные и экономические потери.
В данном случае рассмотрению подлежит станок токарной группы, среднего типоразмера, класса точности Н, П, В, универсального назначения, включая станки с ЧПУ
Ресурс станка, как и срок службы, определяют одно и то же явление, но ресурс измеряют в отработанных часах, а срок службы - в календарной продолжительности [3]. Определяют работоспособность станка две группы параметров. Одна группа характеризует функционирование станка. Это диапазон скоростей резания и подач, габариты обрабатываемых заготовок и т.д. Другая группа, более ответственная и в значительной степени определяющая предельное состояние станка, представляет собой показатели свойств, изменяющихся за время эксплуатации. Это показатели качества функционирования: точность получаемых деталей и производительность процесса резания.
Основным в станках универсального назначения является требование точности, в то время как производительность является требованием подчиненным.
Точность станка представляет сложное явление и состоит из следующих основных частей. Это погрешность размера, отклонение формы получаемых поверхностей на детали, отклонение расположения обработанных поверхностей, волнистость, шероховатость.
Погрешность размера в большей степени зависит от таких факторов, как погрешность наладки, базирования, закрепления. Те факторы, которые изменяют погрешность размера во времени, такие как жесткость, тепловые деформации, вибрационные процессы, изнашивание, рассматриваются при анализе отклонений. Такое явление, как шероховатость, зависит в большой степени от обрабатываемого материала, инструмента, режимов обработки, а станочное влияние учитывается при рассмотрении образования отклонений.
Показатели отклонения формы и расположения в конечном итоге определяют предельное состояние станка. Отклонения формы при токарной обработке рассматриваются в двух направлениях. Вдоль оси вала -отклонение от цилиндричности, поперек оси
- отклонение от круглости. В зависимости от конструкции станка, от условий эксплуатации определяющим может быть тот или иной показатель. Каждый из этих показателей, являясь интегральной оценкой, состоит из нескольких элементарных составляющих.
Круглость оценивается овальностью, трехгранкой и т.д. Цилиндричность характеризуется конусообразностью, бочкообразностью и седлообразностью. Для характеристики предельного состояния наиболее представительными будут: овальность, конусообразность и бочкообразность/седлообразность.
Оценку остаточного ресурса, как показывает анализ публикаций, осуществляют посредством двух разных подходов. Первый из них основан на установлении непосредственного времени ОР. В частности, это система ППР [4], а также оценка по бухгалтерским документам. Второй подход основан на оценке текущего состояния и сравнении с предельным состоянием. Из чего следует вывод о величине остаточного ресурса. Как показывает практика, первый подход достаточно прост в исполнении, но имеет крайне низкий уровень достоверности. Второй подход более сложен как в методическом плане, так и в практике применения. Но результат отличается от предыдущего более высокой достоверностью оценки.
Под достоверностью будем понимать близость оценки при прогнозировании ОР и реального времени эксплуатации до предельного состояния. Достоверность в данном случае понятие более широкое, чем точность. Кроме инструментальной точности в понятие достоверности входят такие аспекты, как набор показателей, определяющих предельное состояние, знание/незнание законов деградации этих показателей и т.п. В этом плане достоверность в значительной степени зависит от технического объекта, его свойств, назначения.
На сегодняшний день не обнаружено каких-либо положений или рекомендаций общего характера по оценке ОР. В зависимости от конкретных потребностей создаются методы применительно к конкретным ситуациям.
Требования к методу оценки ОР для рассматриваемого технического объекта можно сформулировать в следующем виде:
- достоверность оценки не менее 60 %;
132
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 1/2010
ДЕРЕВООБРАБОТКА. ХИМИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ
- время проведения процедуры оценки ОР не более одной рабочей смены (6 час.);
- материальные затраты по стоимости соизмеримы с затратами на плановый осмотр;
- квалификация работников, проводящих оценку не выше инженера;
-материально-техническое обеспечение основано на средствах и техническом арсенале предприятия, эксплуатирующего данное оборудование;
- методика строится на возможности оценки индивидуального ОР конкретного станка.
С позиции наибольшей достоверности следует отметить метод, основанный на постоянной диагностике состояния технического объекта [5]. В этом случае по мере эксплуатации формируются закон деградации и количественные значения параметров закона. Такая информация поступает оперативно во время эксплуатации. Однако такой подход требует значительных затрат на приобретение соответствующей аппаратуры, на поддержание ее в рабочем состоянии во время эксплуатации. Такие системы применяют в случаях с серьезными последствиями отказов. Это АЭС, авиационный транспорт.
Существуют объекты с применением диагностических систем периодического действия. Такие системы вырабатывают диагностический сигнал периодически. Системы такого типа применяют для оценки состояния объектов, у которых определяющим является один признак, но сигнал поступает из нескольких мест. Это контроль состояния, например, сварных швов. Стоимость снижается за счет сокращения времени работы диагностической системы и за счет охвата многих мест контроля одной системой.
Следующий класс объектов, у которых закон деградации известен, т.к. известна причина деградации. В этом случае можно выделить две группы объектов. Одна группа характеризуется тем, что деградация зависит от одной причины: усталость металла конструкции, изнашивание, коррозия. В данном случае значение остаточного ресурса зависит от условий эксплуатации. Другая группа - тем, что причин несколько. В этом случае закон деградации описывается экспонентой [6].
В первом случае это наиболее характерные трубопроводные системы. Во втором случае это сложное технологическое оборудование. Как в первом, так и во втором случае основная причина - непредсказуемость параметров нагружения системы во время эксплуатации, т.е. накопления повреждения. Оценка текущего состояния в количественном выражении производится как отношение значения реакции к значению параметров возмущения. В данном случае возникают две возможности. Одна состоит в том, чтобы имитировать возмущение [7]. Другая возможность состоит в том, чтобы возмущение обеспечивать рабочим процессом [8]. Достоверность оценки отличается принципиально. В случае с имитацией можно получить дезинформацию вместо ожидаемой информации. Вопрос в том, как осуществлять имитацию. Метод имитации возмущения подкупает незатейливостью, простотой осуществления, малыми материальными затратами, возможностью управления полученными результатами.
Оценка реакции объекта на нормированное возмущение, будь то имитация или рабочий процесс, требует определенной и достаточно высокой точности в оценке как параметров возмущения, так и реакции, что должна обеспечить методика измерения, средства измерения и преобразование данных эксперимента в результат.
Для того чтобы обосновать направление исследований по формированию метода оценки ОР с заданными требованиями, произведем оценку экспертным методом возможности основных подходов, представленных в технических источниках. Причем осуществим приведение этих показателей к показателям из эксплуатации станочных систем.
За стопроцентные значения информации об изучаемом объекте используем данные, получаемые из эксплуатации станка, достигшего предельного состояния. В этом случае точно известна форма закона, значение параметров этого закона. Свойства конструкции определены достоверно, т.к. она подверглась воздействию всего диапазона возмущений, причем неоднократно. Оценка точности реакции в виде годных деталей доказана практикой. Во время эксплуатации наблюдались
ЛЕСНОИ ВЕСТНИК 1/2010
133
ДЕРЕВООБРАБОТКА. ХИМИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ
все параметры как функционирования, так и определяющие качество функционирования, т.е. производительность и точность. И вся эта информация может быть получена для данного индивидуального станка. Подобное обстоятельство лишает возможности переносить эти значения на другие станки.
Вопрос, сформулированный вначале, требует разработки метода, учитывающего положительные моменты в известных методах.
Метод оценки остаточного ресурса, основанный на оценке текущего состояния объекта с переводом этого состояния во время его эксплуатации и сравнение с заданным ресурсом, требует знания закона деградации. В случае сложных объектов, т.е. с многими причинами деградации, с несколькими параметрами, определяющими предельное состояние, суммарным законом, хорошо описывающим процесс деградации, является экспоненциальная зависимость. В этом случае достоверность оценки может составить 0,99ч0,97. Оценка количественного значения параметров закона основана на знании параметров состояния объекта в начале эксплуатации и в предельном состоянии. Значения этих параметров знать абсолютно точно не дано, но с уверенностью 0,95ч0,96 возможно.
В том случае, если наблюдаемый параметр, определяющий ОР, один, то достоверность можно оценить в 0,92, приняв линейную зависимость изменения достоверности от количества наблюдаемых параметров. Можем допустить, что в нашем случае при 4 параметрах 0,95.
При оценке текущего состояния необходимо производить возмущения как силовые, так и термические, вибрационные и в продолжение длительного времени. Кроме силовой картины требуется знать влияние размеров рабочего пространства. За отведенные 6 часов экспериментов можно воспроизвести силовую картину, термические возмущения, вибрационные в урезанном варианте, да и в ограниченном пространстве. Оценим в этом случае достоверность оценки состояния как 0,4. Оценку точности измерения реакции в виде полученных деталей со стопроцентной достоверностью получить навряд ли удастся. Отведем на эту составляющую 0,8.
В этом случае, если такой подход будет обеспечен, интегральная оценка достоверности составит следующее значение:
Д = 0,98Ю,95Ю,95Ю,4Ю,8 = 0,26,
т.е. при предложенном раскладе уровень достоверности составляет около 30 %, что в два раза меньше, чем требуется. Возможным путем повышения достоверности является увеличение достоверности при проведении экспериментальной оценки свойств станка. Для достижения поставленного процентного уровня достоверности потребуется повысить этот уровень до 0,85, вместо 0,4.
Выводы
1. Обзор публикаций обнаружил отсутствие общих подходов к разработке методов в оценке ОР.
2. Предлагаемые методы ориентированы на конкретный технический объект.
3. Предлагаемые методы, как правило, не показывают основных свойств - уровня достоверности.
4. Предлагаемая структура анализа дает возможность обнаружить те направления исследования при разработке метода, которые могут обеспечить требуемый результат.
Библиографический список
1. Методические указания. Прогнозирование остаточного ресурса оборудования по изменению параметров его технического состояния при эксплуатации. РД 26.260.004-91. Дата введения 01.01.92.
2. Методика изучения надежности металлорежущих станков в эксплуатации / А.С. Лапидус, Л.В. Марголин, В.Т. Портман. - М.: ЭНИМС, 1969. - 188 с.
3. Надежность в технике. Основные понятия и определения. ГОСТ 27.002-89.
4. Единая система планово-предупредительного ремонта и рациональной эксплуатации технологического оборудования машиностроительных предприятий / Под ред. М.О. Якобсона. - М.: Машгиз, 1962. - 735 с.
5. Применение методов вероятностной механики разрушения для оценки ресурса и риска эксплуатации конструкций АЭС / В.Т. Алымов, В.М. Маркочев // Контроль. Диагностика. - 2009. - № 5. - С. 14-15.
6. Базовский, И. Надежность. Теория и практика / И. Базовский. - М.: Мир. - 1965. - 373 с.
7. Проников, А.С. Программный метод испытания металлорежущих станков / А.С. Проников. - М.:
- Машиностроение. 1985. - 287 с.
8. Брауде, В.И. Надежность портальных и плавучих кранов / В.И. Брауде. - Л.: Машиностроение, 1967.
- 155 с.
134
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 1/2010
