Федеральное агенТство по образованию

Московский государственный строительный университет

кафедра «Механическое оборудование и детали машин»

Краткий конспект лекций по дисциплине

« Эксплуатация и ремонт механического оборудования »

Раздел I.

Эффективное использование современного оборудования предприятий стройиндустрии достигается путём выполнения организационно-технических мероприятий по технической эксплуатации, включающих эксплуатацию, техническое обслуживание и ремонт. Это особенно актуально, если учиты­вать, что развитие современного машиностроения направлено на интенсифи­кацию использования оборудования и машин для производства строитель­ных материалов и изделий, увеличение рабочих скоростей и рабочих давле­ний, повышение удельной мощности отдельных агрегатов, широкое приме­нение автоматического регулирования и управления.

Ремонт и эксплуатация оборудования требует значительных затрат средств и времени. В процессе эксплуатации оборудования затраты на техническое обслуживание (ТО), ремонт могут многократно превысить первоначальную его стоимость, а трудоёмкость ремонта в несколько раз превысить трудоёмкость изготовления нового оборудования. Кроме того, внезапные отказы отдельных машин или оборудования технологических линий, могут привести к полной остановке работы всей технологической линии по производству стройматериалов и изделий, что приведет к несоизмеримо большим убыткам.

Применение нового высокопроизводительного оборудования входящего в состав технологических линий и комплексов, требуют обращение большего внимания к комплексу мероприятий, связанных с организацией эксплуатации оборудования и решения связанных с этим технических и экономических вопросов, чтобы минимизировать количество простоев от отказа оборудования. Значительно возрастает роль ремонтных служб, связанных с организацией основного технологического процесса производства. Задача по поддержанию оборудования в рабочем состоянии при минимальных затратах на ремонт и техническое обслуживание становится особенно актуальной и важной. Решение этих задач невозможно без повышения надёжности вновь выпускаемого оборудования, а также без развития новых технологий и промышленных методов ремонта, повышения уровня технологического качества ремонта, технологической дисциплины проведения ремонта. Снижение затрат на ремонт, включающих снижение средств и материальных ресурсов, расходуемых на поддержание оборудования в технически исправном состоянии, является основной проблемой стоящей перед ремонтными службами на современном этапе.

Цель настоящего курса лекций является повышение уровня подготовки специалистов в области качества проектирования и эксплуатации оборудования, организации обслуживания и проведения ремонта оборудования.

В настоящем курсе будут рассматриваться главные причины износа и повреждения деталей и сборочных единиц. Будут даны основные сведения о обнаружении возможных дефектов деталей и способов их устранения, рассмотрены мероприятия по повышению износостойкости и надёжности деталей, рассмотрены основы проектирования ремонтно-механических цехов и предприятий.

Раздел II. Эксплуатационные свойства механического оборудования Основные понятия о качественных показателях оборудования

Качество механического оборудования по производству строительных материалов характеризуется комплексом эксплуатационных, свойств, которые определяют эффективность использования этого оборудования в определенных условиях эксплуатации.

Эксплуатационные свойства являются оценочными параметрами, позволяющими решать практические вопросы — возможность применения данного оборудования при различных технологических процессах и режимах (качество и вид перерабатываемого сырья, требования к готовому продукту и др.); экономическую целесообразность замены одного типа оборудования другим; создание нового высокопроизводительного оборудования.

Механическое оборудование должно отвечать комплексу требований, зависящих от его назначения, а также современного уровня развития науки и техники. Показатели качества механи­ческого оборудования подразделяются на следующие группы:

- эксплуатационно-технические, характеризующие эффективность применения оборудования по назначению (производитель­ность, энергоемкость, материалоемкость, трудоемкость);

- надежность, характеризующая свойства безотказности, дол­говечности, ремонтопригодности, сохраняемости;

- технологичность, характеризующая конструктивно-технологические решения с точки зрения обеспечения высокой производительности труда при изготовлении оборудования, его обслу­живании и ремонте;

- стандартизация и унификация, характеризующие степень стандартизации и унификации оборудования и его элементов;

- эргономичность, характеризующая систему «человек—ма­шина—среда» с точки зрения учета удобств работы человека с оборудованием, его обслуживанием и ремонтом;

- эстетичность, отражающая красоту и гармоничность обору­дования;

- экономичность, характеризующая затраты на разработку, изготовление и эксплуатацию оборудования;

- безопасность, характеризующая свойства оборудования, обеспечивающие при его эксплуатации безопасность обслужива­ющего персонала;

-­ патентно-правовые вопросы, характеризующие степень за­щиты оборудования в России и за рубежом.

Сравнение показателей качества оборудования проводят толь­ко для однотипных конструкций, имеющих одинаковые парамет­ры (область применения, вид и характер выполняемых работ, про­изводительность, режимы работы, скорости и др.).

К основному качественному показателю относится надежность — свойство оборудования, агрегата, механизма, сбороч­ных единиц сохранять во времени в установленных пределах зна­чения всех параметров, характеризующих способность выпол­нять требуемые функции в заданных режимах и условиях приме­нения, технического обслуживания, ремонтов, хранения и транс­портирования.

В процессе эксплуатации оборудование может находиться в одном из следующих состояний: исправном, работоспособном, не­исправном.

Исправное состояние — состояние машины (объекта), при ко­тором она соответствует всем требованиям нормативно-техничес­кой документации.

Работоспособное состояние — состояние машины (объекта), при котором значения всех параметров, характеризующих способ­ность выполнять заданные функции, соответствуют требованиям нормативно-технической документации.

Под предельным состоянием оборудования понимается такое его состояние, при котором дальнейшее применение оборудова­ния по назначению недопустимо или нецелесообразно либо вос­становление его исправного или работоспособного состояния не­возможно или нецелесообразно из-за неустранимого нарушения требований безопасности или неустранимых отклонений заданных параметров за установленные пределы, а также неустранимого снижения эффективности эксплуатации ниже допустимой.

Неисправное состояние — состояние оборудования, при кото­ром оно не соответствует хотя бы одному из требований, установленных нормативно –технической документацией.

Безотказность — свойство оборудования (объекта) сохранять работоспособное состояние в течение определенного времени или наработки. Показатели безотказности определяются вероятност­ными и средними характеристиками.

Вероятность безотказной работы (ВБР) — вероятность того, что пределах заданной наработки не возникнет отказа объекта. Это безразмерный показатель, который определяется из предпо­ложения, что в начальный момент времени (момент начала исчисления наработки) объект находился в работоспособном состоя­нии. Возникновение первого отказа — случайное событие, а наработка с момента начала ее исчисления до возникновения этого события — случайная величина. ВБР объекта в интервале от 0 до t включительно P(t) = Вер { > t}, т.е. она является функцией на­работки t. Обычно эту функцию принимают непрерывной и диф­ференцируемой.

ВБР P(t) с функцией распределения F(f), т.е. вероятностью отказа, и плотностью распределения наработки до отказа f(t):

F(t)=1-P(t); f(t)= ; F(t)= (1)

Вероятность отказа F(t) — это вероятность того, что объект откажет хотя бы один раз в течение заданной наработки, будучи работоспособным в начальный момент времени, т.е. F(t) = Вер{ > t}.

Точные статистические оценки для ВБР, функции распределения наработки до отказа и плотности вероятности отказа опреде­лимся следующим образом:

(t)=1- ; (t)= (t)= (2)

где N - число объектов, работоспособных в начальный момент времени (т.е. при t = 0); n(t), n(t + t) — число объектов, отказав­ших, соответственно, на отрезках времени от 0 до t и от 0 до t + t; n(t + t) - n(t) — разность, определяющая число отказов за малый интервал времени t, т.е. от t до t + t.

Отказ — событие, заключающееся в нарушении работоспо­собного состояния оборудования (агрегата, сборочной единицы).

Отказы оборудования подразделяются на две группы: отказы из-за разрушения или повреждения одного или нескольких эле­ментов (поломки, недопустимые деформации, износ, обрывы, ко­роткие замыкания и т.п.); отказы из-за нарушения качества функ­ционирования одного или нескольких элементов (нарушение ре­гулировок, загрязнения и засорения, течи, ослабление креплений, обрывы в электропроводках и т.п.).

Причинами отказов оборудования и их элементов являются: ошибки при конструировании (конструкционные отказы), нару­шение технологии при изготовлении, некачественное выполнение технического обслуживания и ремонтов (производственные отка­зы), несоблюдение правил и норм эксплуатации (эксплуатацион­ные отказы).

Отказы классифицируют по ряду признаков:

по частоте появления — единичные, появляющиеся за опреде­ленный период наработки один раз; повторяющиеся — появляю­щиеся за такой же период наработки несколько раз;

по результатам последствий — легкие, средние и тяжелые от­казы, т.е. такие, по результатам которых требуется мало или мно­го времени и средств для того, чтобы вернуть оборудование или его элементы в работоспособное состояние;

по сложности — отказы, устраняемые при технических обслуживаниях, при текущих и капитальных ремонтах;

по способности к восстановлению — отказы, устраняемые в эк­сплуатационных условиях, и отказы, устраняемые в стационар­ных условиях;

по внешним проявлениям — отказы явные, на обнаружение ко­торых затрачивается незначительное время, и отказы скрытые, на обнаружение которых затрачивается относительно продолжи­тельное время;

по взаимосвязи — отказы, появляющиеся по любым независи­мым причинам, и отказы, появляющиеся по зависимым причи­нам — как следствие появления других отказов;

по условиям возникновения — отказы, возникшие при выполне­нии основных функций, при холостом ходе, транспортировании, хранении;

по уровню внешних воздействий — отказы, возникающие при нормальных и ненормальных условиях эксплуатации;

по возможности прогнозирования — отказы, поддающиеся прогнозированию (появляющиеся при нормальных условиях эксплуатации оборудования в зависимости от возраста оборудования, его наработки, объема выполненных работ и др.); отказы, не поддаю­щиеся прогнозированию (появляющиеся при ненормальных усло­виях эксплуатации оборудования — неблагоприятных условиях на илуатации, случайные поломки и др.);

по характеру возникновения — отказы постепенные, появляю­щиеся в результате возрастающей потери работоспособности эле­ментов оборудования, и внезапные, появляющиеся в результате Полной потери работоспособности ряда или всех элементов обору­дования.

Интенсивность отказов — это условная плотность вероятности возникновения отказов объекта, определяемая при условии, что до рассматриваемого момента времени отказ не возникал, т.е.:

, (3)

Статистическая оценка интенсивности отказов:

(4)

где N(t) - число объектов, находящихся в работоспособном состоянии в начале рассматриваемого интервала времени, т.е. N(t)=N-n(t)

На рис. 1 показан характер изменения во времени вероятнос­тных показателей безотказности стареющих элементов, т.е. элементов с возрастающей интенсивностью отказов.

Гамма-процентная наработка до отказа — это наработка, в течение которой отказ объекта не возникнет с вероятностью , выраженной в процентах. Гамма - процентные показатели (наработку до отказа, ресурс, срок службы и др.) определяют обычно из уравнения

Средняя наработка до отказа – математическое ожидание наработки объекта до первого отказа:

, (5)

Статическая оценка средней наработки до отказа(при плане испытания всех объектов до отказа) производится по формуле:

(6)

где — наработка до первого отказа i-го объекта.

Для восстанавливаемых объектов показателями безотказно­сти являются также средняя наработка на отказ и параметр потока отказов.

Средняя наработка на отказ определяется отношением сум­марной наработки восстанавливаемого объекта к математическо­му ожиданию числа его отказов в течение этой наработки. Стати­стическая оценка средней наработки на отказ:

(7)

где r(t) — фактическое число отказов за суммарную наработку t.

Параметр потока отказов определяется отношением матема­тического ожидания числа отказов восстанавливаемого объекта за достаточно малую его наработку к значению этой наработки. Статистическая оценка параметра потока отказов в интервале времени от до :

(8)

а стационарных потоков

(9)

Долговечность — это свойство оборудования (объекта) сохра­нять работоспособность до момента наступления предельного со­стояния при выполнении установленных ТО и ремонта. Основной характеристикой долговечности является ресурс (технический ре­сурс), т.е. наработка изделия от момента начала эксплуатации или от момента ее возобновления после капитального ремонта до момента наступления предельного состояния. К показателям долговечности относятся средний (определяющий его математическим ожиданием) и гамма процентный ресурсы.

Гама процентный ресурс определяется суммарной наработкой, в течение которой объект не достигает своего предельного состояния с вероятностью , выраженной в процентах. Обычно принимают равной 50, 80, 90 %.

Для некоторых объектов предусматривается назначенный ресурс, определяемый суммарной выработкой при достижении который эксплуатация объекта должна быть прекращена независимо от его технического состояния исходя из требований безопасности или технико-экономических соображений.

Ремонтопригодность – это свойство, характеризующее приспособленность объекта к поддержанию и восстановлению его работоспособного состояния путем ТО и ремонта.

Ремонтопригодность машины определяется доступностью, легкосъемностью, взаимозаменяемостью и преемственностью уже имеющегося оборудования, а также числом регулировочных параметров и другими факторами.

Вероятность восстановления – это вероятность того, что время восстановления работоспособного состояния объекта не превысит заданное (нормативное) значение, т.е.

или (10)

где - заданное (нормативное) время обнаружение и устранения отказа.

Гамма (процентное время восстановления) - это время, в течение которого восстановление работоспособности объекта будет осуществлено с вероятностью , выраженной в процентах.

Среднее время восстановления определяется математическим ожиданием времени восстановления работоспособного состояния объекта после отказа.

Статистическая оценка среднего времени восстановления:

(11)

где - время устранения i-го отказа; m – число отказов (восстановлений).

Интенсивность восстановления — это условная плотность ве­роятности восстановления работоспособности объекта в рассмат­риваемый момент времени при условии, что до этого момента вос­становление не было завершено.

Статистическая оценка интенсивности восстановления может быть проведена по формуле

(12)

где — число восстановлений в интервале времени от t до t + t, т.е. в рассматриваемый промежуток времени t; (t) — число объектов, не восстановленных на момент t.

К показателям восстановления относятся также средняя трудо­емкость восстановления и средняя суммарная стоимость ТО и (или) ремонта за определенный период эксплуатации. Наряду со средними значениями этих показателей используются и удельные значения, т.е. отношения их абсолютных значений к соответству­ющему математическому ожиданию наработки изделия за данный период эксплуатации.

Сохраняемость — свойство оборудования сохранять значения показателей безотказности, долговечности и ремонтопригодности в течение времени, обусловленного технической документацией, а также после его хранения и транспортирования.

К показателям сохраняемости относится средний срок сохра­няемости (математическое ожидание срока сохраняемости) — ка­лендарная продолжительность хранения или транспортирования оборудования, в течение которой сохраняются заданные показа­тели его исправного состояния в установленных пределах.

Комплексные показатели надежности — это показатели, ха­рактеризующие несколько свойств — обычно безотказность и ре­монтопригодность. К ним относятся коэффициенты готовности и технического использования.

Коэффициент готовности определяет вероятность того, что объект окажется в работоспособном состоянии в произвольный момент времени (кроме планируемых периодов, в течение кото­рых применение объекта по назначению не предусмотрено). Ко­эффициент готовности может быть определен по формуле:

(13)

где — средняя наработка на отказ; — среднее время восста­новления.

Коэффициент технического использования определяется, как отношение математического ожидания суммарного времени пре­бывания объекта в работоспособном состоянии за некоторый период эксплуатации к математическому ожиданию суммарного примени пребывания объекта в работоспособном состоянии и простоев, обусловленных техническим обслуживанием и ре­монтом за тот же период:

(14)

Под обеспечением надежности оборудования понимается сово­купность организационно-технических и научно-методических мероприятий, направлен–ных на достижение или поддержание в за­данных пределах показателей надежности на всех стадиях его со­здания и эксплуатации.

Под оптимальной надежностью механического оборудования следует понимать такой ресурс (срок службы), который обеспечивает максимальную экономическую эффективность его использования.

К основным направлениям повышения надежности и долго­вечности оборудования относятся мероприятия, выполняемые: при проектировании — правильный выбор конструктивной схемы машины для использования ее в заданных условиях, а также выбор материалов, из которых должны быть изготовле­ны ее элементы; при изготовлении — качественное изготовле­ние элементов оборудования, их упрочнение, точность сборки и проверки; при эксплуатации — правильность эксплуатации с учетом особенностей выполняемых оборудованием работ, а также своевременность и высокое качество технического обслу­живания и ремонта.