Шибаков В.Г., Исавнин А.Г., Малныч А.А.

Камская государственная инженерно-экономическая академия,

Набережные Челны, Россия.

УДК 658.588.2

Определение степени значимости узлов для вибрационной диагностики

Экспертная система является совокупностью программных и аппаратных средств. Аппаратные средства предназначены для съема и передачи сигнала в программные средства обработки сигнала. Результатом их работы и является определение сроков отказа узлов и деталей оборудования. Использование аппаратных средств или средств съема и передачи сигнала является целесообразным только в том случае, если затраты при аварийных остановках при ремонте, вышедших узлов и деталей из строя превышают 20% от стоимости оборудования. Так же во внимание можно брать тот факт, что простои от конкретного оборудования приносят убытки предприятию. Примером такой ситуации является дорогостоящее оборудование ОАО КАМАЗ по штамповке лонжеронов, аварийная остановка которого приведет полностью к остановке конвейера и, соответственно, к выпуску автомобилей КАМАЗ.

Современные системы технической диагностики позволяют определять дефекты на ранних стадиях и прогнозировать их развитие. Но стоимость таких систем на сегодняшний день порой превышает стоимость самого оборудования. Поэтому целесообразно применение нескольких моделей по определению сроков отказа оборудования: диагностическая, силовая, ресурсная, экспертная.

Чтобы учесть все факторы, влияющие на аварийные остановки, сложность проводимых ремонтов по определенным узлам, необходимо произвести классификацию узлов и деталей оборудования по моделям. В данной работе разработаны два метода классификации и даны рекомендации по её проведению.

Рекомендации. Классификацию нельзя для всех случаев и различных типов оборудования производить по определенному методу или рекомендациям. Так как на метод классификации зачастую влияют не столько конструктивные особенности конкретного оборудования, сколько такие факторы как: географическое место расположения предприятия, инфраструктура местности, организация ремонтных служб предприятия и т.д.

Для классификации по моделям определения сроков отказа были разработаны следующие рекомендации:

- наличие перечня и интенсивности возникновения всех дефектов на конкретное оборудование;

- сложность проводимых механической и электрической части ремонтных работ по устранению дефекта узла или детали;

- простота использования и высокая точность определения дефекта одной из четырех моделей под определенный узел или деталь оборудования;

- определение типа дефектной детали или узла: стандартное или не стандартное изделие;

- сложность доставки или изготовления детали или узла для конкретного предприятия;

- стоимость ремонтных работ по устранению дефектов узла;

- сроки и виды технического обслуживания на оборудование, указанные заводом изготовителем.

На основании изложенных рекомендаций ремонтные службы предприятия сами могут производить классификацию узлов и деталей КШМ в зависимости от определенных факторов, влияющих на данную классификацию.

Методы. При использовании данных методов необходим ввод входной информации, сама классификация будет производиться на основании определенных алгоритмов и формул без возможности вмешательства извне. Стоит отметить, что у таких методов есть как свои плюсы, так и минусы, которые будут рассмотрены ниже. Условно назовем данные методы нормальным и ускоренным.

Нормальный метод. Применяется в случае, когда имеется полная информация об оборудовании (характеристика оборудования, чертежи основных узлов и т.д.). При использовании нормального метода решается обратная задача проектирования, так для кузнечно-прессового оборудования необходимые формулы и методы изложены в [1-3].

Сначала определяется перечень и интенсивность возникновения дефектов оборудования. По этому перечню выделяются узлы, которые выходят из строя более одного раза между ремонтными циклами. Ремонтным циклом будем считать промежуток между «текущим ремонтом», установленным ППР. Срок отказа для таких узлов будет определяться по диагностической модели.

Затем производится кинематический и силовой анализ для узлов привода и исполнительного механизма в следующей последовательности:

1. Рассматривается принцип действия и определяются необходимые характеристики для расчетов;

2. Производится расчет кинематических параметров;

3. Производится силовой расчет.

Результатом такого расчета становится график усилий всех основных узлов на ползуне. График характеризует усилие на ползуне пресса в зависимости от угла поворота кривошипа. Так, например, для пресса КВ2132 график усилий на ползуне изображен на рисунке 1. Из данного графика видно, что наиболее слабым узлом является зубчатая передача, что соответствует данным из паспорта пресса [4];

Рисунок 1 – График усилий на ползуне для основных узлов пресса.

Именно эти узлы в наибольшей степени зависят от применяемых нагрузок к прессу, поэтому определение сроков отказа для этих узлов целесообразно проводить по силовой модели.

Все остальные узлы привода и исполнительного механизма рекомендуется проводить по ресурсной модели. При этом необходимо знать статистическую информацию о сроках проведения ранних ремонтов для этих узлов. Такая информация берется из перечня и интенсивности возникновения дефектов на данное оборудование. Такой перечень составляется на основании статистики поломок узлов и деталей оборудования, накопленной за время эксплуатации. Для узлов относящихся к вспомогательным механизмам, применяют экспертную модель, так как данные узлы в большей степени не влияют на работу оборудования.

Ускоренный метод. Целесообразно производить для нового оборудования в процессе монтажа. Данный метод базируется на составлении технологической схеме сборки оборудования, описанной в [5-7]. Последовательность сборки изделия определяется её конструктивными особенностями.

Изначально составляется схема технологической сборки оборудования. На основании данной схемы составляется зависимость узлов между собой при сборке на станину. Результатом проделанных операций является таблица, где количество строк – это количество зависимых между собой, а количество столбцов – независимых узлов при сборке на станину. Для пресса КВ2132 такая таблица изображена на рисунке 2.

Рисунок 2 – Схема зависимости узлов при сборке на станину.

Полученным ячейкам таблицы присваиваются значения. Пустым ячейкам присваивают значение «ноль», а ячейки, в которых находились узлы – значение удовлетворяющие условию . Для определения значений таких ячеек был разработан математический аппарат. При разработке были установлены следующие критерии:

1. сумма значений всех ячеек таблицы должна равняться единице, так как за единицу принимается оборудование в сборе:

где – i-ый узел в таблице (занятая ячейка),

– количество узлов в таблице (занятых ячеек).

2. в таблице размерами значения ячеек в строке должны быть равными между собой, но быть больше, чем в последующей строке :

где – количество строк в таблице;

– количество столбцов в таблице;

– количество ячеек в строке, удовлетворяющих условию .

3. интервал между значениями ячеек по столбцам должен быть одинаковым между собой:

где – количество ячеек в столбце, удовлетворяющих условию .

Принцип работы математического аппарата заключается в следующем:

1. Определяем значение в первой строке таблицы , так как в данной строке отсутствуют ячейки с нулевыми значениями за счет того, что размер таблицы формируется из зависимых и не зависимых узлов между собой при сборке на станину. Значение находится в интервале:

(1)

где – количество ячеек в первой строке.

Используя первый критерий, получаем:

(2)

После подстановки данных, получим интервал, в котором находится значение . Выбираем среднее значение интервала и используем первую половину второго критерия:

2. Для нахождения оставшихся значений таблицы будем использовать следующее выражение:

(3)

Значение для каждой последующей строки определяется как в первом случае, используя второй критерий. При количестве строк в таблице больше 2, после 3 строки проверяется третий критерий. Одинаковый интервал между строками достигается путем перебора значений при помощи ЭВМ.

3. После определения всех значений таблицы производится суммирование значений по каждому столбцу таблицы. Для пресса КВ2132 без учета третьего критерия такая таблица изображена на рисунке 3. Суммарное значение столбца будет показывать степень сложности между собой зависимых и независимых узлов при сборке и разборке для ремонтов на станину. Соответственно чем больше суммарное значение столбца, тем сложнее и дольше осуществляется разборка и ремонт узлов. Поэтому срок отказа узлов и деталей будет производится по диагностической модели.

Рисунок 3 – Степень сложности узлов при сборке на станину.

Разработанные рекомендации и методы классификации узлов по моделям являются неотъемлемой частью определения сроков отказа. Только правильная классификация узлов позволит определить с высокой точностью время отказа и сэкономить трудовые и материальные ресурсы. Входная информация, используемая для данных методов, является очень ценной для ремонтных служб – это что касается плюсов и минусов.

При использовании первого метода к плюсам бесспорно можно отнести расчеты, по которым определяются технологические усилия, так как они подразумевают знание большого количества входной информации о геометрических параметрах узлов и деталей. Такая информация позволяет своими силами заранее, до выхода из строя, изготовить дефектный узел или деталь. К минусам отнесем: невозможность использования данного метода при отсутствии входной информации, сложность расчетов и отсутствие возможности автоматизировать данную методику.

Использование второго метода подразумевает составление схемы технологической сборки оборудования, на основании которой и происходит классификация узлов и деталей. Наличие такой схемы позволяет в дальнейшем ремонтным службам использовать её, что естественно ускорит процесс разборки оборудования даже менее квалифицированными рабочими – это бесспорно плюс. Также к плюсам можно отнести возможность автоматизации данного метода под любое оборудование, что будет сделано в четвертой главе. Минусам является невысокая точность при классификации по моделям.

Вывод. Предложенные методы классификации узлов по моделям являются неотъемлемой частью определения сроков отказа в работе оборудования. Только правильная классификация узлов позволит определить с высокой точностью время отказа и сэкономить трудовые и материальные ресурсы. Предложенных два метода классификации узлов и рекомендации являются универсальными и могут быть адаптированы под любой вид оборудования. Выбор того или иного метода классификации зависит от входной информации для расчетов. Очень часто нужная документация для расчета по нормальному методу отсутствует, это, прежде всего, связано с тем, что завод изготовитель не дает такую документацию, поэтому приходится проводить классификацию по ускоренному методу или прибегнуть к рекомендациям.

Список литературы

1. Кузнечно-штамповочное оборудование. Учебник для машиностроительных вузов /А.Н. Банкетов, Ю.А. Бочаров, Н.С. Добринский и др.; Под редакцией А.Н. Банкетова, Е.Н. Ланского. – 2-е изд., перераб. И доп. – М.: Машиностроение, 1982. – 576 с.: ил.

2. Бочаров Ю.А. Кузнечно-штамповочное оборудование: учебник для студентов высших учебных заведений / Ю.А. Бочаров. – М.: Издательский центр «Академия». 2008. – 480 с.: ил.

3. Таловеров В.Н., Кукушкин С.Н. Курсовое и дипломное проектирование кузнечно-штамповочного оборудования: Учебное пособие для студентов специальности 12.04. – Ульяновск: УлГТУ , 1999 г. – 64 с.: ил.

4. Паспорт на пресс специальный однокривошипный открытый простого действия усилием 1600 кН модели КВ2132.

5. Лебедев В. А., Тамаркин М. А., Гепта Д. П. Технология машиностроения. – М.: Феникс, 2008 г. – 368 с.: ил.

6. Суслов А.Г. Технология машиностроения. – М.: Машиностроение, 2007 г. – 430 с.: ил.

7. Маталин А.А. Технология машиностроения: Учебник для машиностроительных вузов по специальности «Технология машиностроения, металлорежущие станки и инструменты». – Л.: Машиностроение, 1985 г. – 496 с.: ил.