Лекция №15 Основные методы и пути повышения надежности

металлургических маши­н

Срок службы многих видов технологических машин исчисляется десятками лет (металлургические краны, дробилки, мельницы и т. д.). Затраты средств, труда и материалов на поддержание и восстановление работоспособного и исправного состояния машины за полный срок службы в 5-10 раз и более превышают затраты на ее изготовление. Например, расходы на техническое обслуживание и ремонт некоторых типов мостовых кранов достигают их стои­мости за 15 мес., вагоноопрокидывателей и конусных дробилок, особенно крупного дробления - за один год. Стоимость ремонтов оборудования плавильного передела до капитального ремонта в среднем превышает его первоначальную стоимость в 4-5 раз. Аналогичная картина имеется в других отраслях тяжелой индустрии.

При недостаточной долговечности машины изготовляют в большем количестве, чем нужно, что ведет к перерасходу ме­талла, излишкам производственных мощностей, завышению рас­ходов на ремонт и эксплуатацию. Поэтому повышение надеж­ности объектов является одной из важнейших народнохозяй­ственных задач.

Особенностью надежности является ее связь со всеми эта­пами создания и эксплуатации объекта от момента формирова­ния и обоснования идеи создания объекта до его списания и сдачи в лом.

Надежность объекта закладывается при его разработке. Она определяется конструкцией объекта и его узлов, уровнем стан­дартизации и унификации, применяемыми материалами, термо­обработкой, методами защиты от вредных воздействий, приспо­собленностью к обслуживанию и ремонту и другими особенностями. Надежность объекта обеспечивается при его изготов­лении и зависит от уровня технологического процесса, который характеризуют: качество изготовленных деталей, качество сбор­ки объекта и его узлов, методы контроля и испытания объекта, трудоемкость, материалоемкость и себестоимость изготовления и другие показатели.

Надежность объекта реализуется и поддерживается при его эксплуатации, хранении и транспортировании. Надежность проявляется только при использовании объекта и зависит от условий и методов эксплуатации, режимов работы, методов технического обслуживания и других эксплуатационных фак­торов.

Надежность объекта восстанавливается при его ремонте. Эффективность восстановления надежности объекта опреде­ляется принятой системой ремонта и ремонтопригодностью объекта.

Необходимый высокий уровень надежности можно достиг­нуть только при высоком уровне качества каждого этапа соз­дания и использования объекта. Нельзя компенсировать недо­работки предыдущего этапа на последующем этапе. Рассмотрим основные направления и пути повышения надежности металлургических машин при их создании и использовании.

Надежность объекта закладывается при его проектирова­нии. Важным этапом проектирования является разработка и анализ технического задания, неглубокая проработка которого является одной из основных причин возникновения ошибок конструкторов. Поэтому для разработки и анализа технического задания должны привлекаться наиболее квалифицированные конструкторы и специалисты в различных узких вопросах про­ектирования.

Особое внимание должно уделяться начальному периоду проектирования - поиску принципа работы объекта, поиску схемы и структуры объекта, его узлов и механизмов, вариан­тов их конструктивных решений. Начальный период проектиро­вания требует больших творческих усилий конструкторов. Не­достаток времени на поиск наилучших технических решений, как правило, оборачивается значительными затратами в даль­нейшем. Допущенные на стадии проектирования принципиаль­ные просчеты не могут быть компенсированы на стадии про­изводства и приводят к снижению эффективности объекта в эксплуатации. Большое внимание при создании объекта должно быть уделено экспериментальным исследованиям и испытаниям опытных образцов машин и их узлов. Рассмотрим основные направления повышении надежности машин при их создании: агрегатирование, ограничение уровня действующих нагрузок, применение объектов с высокой надежностью по своей природе, резерв, а также структурные методы повышения надежности.

Агрегатирование является методом компоновки машин или комплексов машин из взаимозаменяемых, унифицированных агрегатов. Агрегатом называется укрупненный унифицирован­ный (нормализованный) узел машины или комплекса машин, обладающий полной взаимозаменяемостью, самостоятельно вы­полняющий отдельные функции. Характерными агрегатами являются электродвигатели, гидродвигатели, редукторы, на­сосы, тормозные устройства и т. п. Агрегатирование широко применяется при создании машин различного назначения и, в частности, при создании ПТМ и манипуляторов. Агрегатирова­ние способствует существенному повышению ремонтопригодно­сти машин.

Агрегатирование значительно упрощает и удешевляет сво­евременное и непрерывное совершенствование машин путем изменения конструкции морально устаревших узлов; позволяет наиболее рационально организовать производство машин, уве­личить серийность отдельных узлов и снизить стоимость их изго­товления на специализированных заводах благодаря более вы­сокой степени механизации и автоматизации производства.

Агрегатирование значительно улучшает эксплуатацию и ускоряет ремонт машин. Агрегатный метод ремонта заменой неисправных узлов новыми или отремонтированными широко распространен в народном хозяйстве и, в частности, при ре­монте машин металлургического производства.

Ограничение уровня действующих нагрузок является эффективным и широко применяемым методом повы­шения надежности машин.

Ограничение грузоподъемности металлургических кранов, транспортирующих ковши с расплавленным металлом, масса которых заранее неизвестна крановщику, регла­ментировано Правилами Госгортехнадзора (ст. 170 - 173). Эти краны должны быть оборудованы автоматическими огра­ничителями грузоподъемности, отключающими привод механи­зма подъема при превышении номинальной грузоподъемности крана. В свободно стоящих грузоподъемных кранах ограничи­тели грузоподъемности реагируют не на силу тяжести груза, а на грузовой момент, предотвращая опрокидывание крана.

Ограничение уровня действующих нагрузок в конвейерах производится, например, в случае заклинивания полотна конвейера на трассе. Ограничителем является калиброванный штифт из хрупкого материала, встроенный в привод­ную звездочку и срезающийся при превышении действующей нагрузкой допустимого уровня.

Применение объектов с высокой надеж­ностью по своей природе покажем на нескольких ха­рактерных примерах. Агрегаты без механических передач имеют практически неограниченный срок службы и нуждаются в зна­чительно меньшем техническом обслуживании. В шаровых и стержневых мельницах используются безредукторные привода, в которых приводная шестерня, либо непосредственно барабан мельницы приводятся непосредственно от вала низко­оборотного электродвигателя. В металлообрабатывающих стан­ках применяются электрошпиндели.

Детали, работающие при напряжениях ниже предела вы­носливости, имеют практически неограниченный срок службы, соответствующий полному сроку службы объекта. Поэтому при­менение таких деталей весьма желательно для повышения на­дежности объекта.

Электрическое торможение (динамическое, генераторный режим, противовключением) взамен фрикционного приме­няется в подъемно-транспортных машинах, железнодорожном подвижном составе для поглощения кинетической энергии движущихся масс. При этом механические тормоза исполь­зуются только как стопорные. Механический износ в таких тормозных системах практически отсутствует.

Система автоматического регулирования скорости при повороте конвертеров и миксеров, основанная на сложении механических характеристик трехфазного электродвигателя при­вода и тормозного устройства, может иметь в качестве тормоз­ного устройства или двухколодочный тормоз с электрогидро-толкателем, или электрическую тормозную машину (динами­ческое торможение). Обе разновидности системы имеют при­мерно одинаковые показатели назначения. Однако долговеч­ность электрической тормозной машины несравнимо выше долговечности механического тормоза, так как тормозной мо­мент в ней создается электрическим способом, в то время как механический тормоз нуждается в периодической замене фрик­ционных элементов.

В системах управления кантователями и манипуляторами в настоящее время все более широкое распространение находит бесконтакт­ное переключение как в цепях управления, так и в силовых цепях электроприводов. Бесконтактные переключающие устрой­ства не имеют подвижных частей, подверженных электроме­ханическому износу. В системах управления лифтами и штабелерами широко используются индукционные датчики пути, час­то в сочетании с транзисторными усилителями, взамен устройств с электромеханическими контактами. В качестве бесконтакт­ных датчиков угла все большее применение находят сельсины или вращающиеся трансформаторы взамен потенциометрических датчиков угла с электромеханическими контактами. Использование бесконтактных устройств позволяет существенно повысить надежность систем управления.

Структурные методы повышения надежности объектов заключаются или в уменьшении количества эле­ментов при их последовательном соединении, или в увеличении количества элементов при их параллельном соединении (в смы­сле надежности).

Литература:14 осн. [167-180].

Контрольные вопросы

1. На каких соответствующих этапах закладывается, реализуется и проявляется надежность?

2. В чем заключается сущность структурных методов резервирования?

3. Что включает в себя техническое диагностирование?

4. На чем основана единая система планово предупредительного ремонта?

5. Что представляет собой агрегат?