Определение единичных показателей надежности 2 страница

- снижение концентрации нагрузки в узлах трения (например, за счет уменьшения перекосов валов и увеличения благодаря этому размеров пятен касания зубьев);

- снижение нагрузки (например, применением нескольких дисков вместо двух в предохранительных муфтах, муфтах сцепления);

- использование при конструировании обратных пар в подшипниках скольжения (рис.1, а), когда втулки из антифрикционного материала устанавливают на шейки вала, а закаленные стальные втулки – в корпус;

- изготовление составных деталей – основной неизнашивающейся части и небольшой сменной изнашивающейся (сменные венцы зубчатых колес и звездочек);

- оптимизация формы изнашивающейся поверхности с приближением ее к форме естественного износа (например, профиль зубьев передач с зацеплением М.Л. Новикова);

- самокомпенсация износа (например, за счет прижатия пружиной монтажного уплотнения к изнашивающейся поверхности вала);

- увеличение запаса на износ (например, толщины стенки проушины в направлении износа);

- обеспечение благоприятных условий трения (замена трения скольжения трением качения, обеспечение жидкостного трения вместо граничного или граничного вместо сухого, защита сопряжения от внешней среды, уменьшение перекосов с целью обеспечения трения качения вместо качения с проскальзыванием, обеспечение достаточного смазывания и эффективной защиты от абразивного загрязнения узлов трения типа зубчатых и червячных передач, подшипников качения и скольжения, применение специальной смазки для открытых и полузакрытых узлов трения типа шарниров приводных цепей и их зацеплений).

Технологические методы повышения триботехнической надежности машин:

- применение покрытий, предохраняющих поверхности от схватывания и фретинг-коррозии. Применение различных методов чистовой обработки поверхностей особенно эффективно для снижения усталостного изнашивания в зубчатых передачах, подшипниках качения и др.

Предотвратить схватывание поверхностей можно фосфатированием в комбинации с покрытием молибденом, сульфидированием (насыщением серой), сульфоцианированием (насыщением азотом, углеродом и серой). Покрытия такого типа не только повышают сопротивление схватыванию, но и снижают коэффициент трения. При микроперемещениях в условиях фретинг-коррозии с целью ее предотвращения на поверхность наносят электролитические покрытия медью или оловом, которые, наоборот, повышают коэффициент трения.

Упрочнение поверхностных слоев деталей технологическими методами (табл. 2) эффективно при трении всех видов, встречающихся в механизмах машин и оборудования сельскохозяйственного назначения. Закалка при абразивном изнашивании повышает износостойкость примерно в два раза, но ее эффективность выше при других видах изнашивания, особенно при заедании.

Таблица 8.1 Некоторые методы упрочнения деталей машин и их

Способ	Технологические возможности	Назначение и эффективность процессов и способов
НRC, HV, Мпа	σ_о, МПа	δ_y, мм
Термическая обработка
Объемная закалка	НRC 40…55	Нет изменений	Нет ограниче ний	Повышение прочности углеродистых сталей в 1,5…2 раза, легированных в 2…3 раза. Упрочнение отливок, поковок, штамповок, механически обработанных деталей, проката, сварных элементов и т.д.
Поверхностная закалка с нагревом ТВЧ и газовым пламенем	НRC 40…70	300…800	0,2…10	Повышение усталостной прочности На 4…100% и износостойкости в 2 раза и более. Упрочнение поверхностей зубьев зубчатых колес, звездочек и муфт, шлицев, тормозных шкивов, осей, деталей, шарниров тяговых цепей и других деталей ПТМ из средне-, высокоуглеродистых и цементируемых сталей
Термохимическая обработка
Цементация	НRC 60…65	400…1000	0,5…2	Повышение пределов выносливости при изгибе до 3 раз, а износостойкости в 1,5…2 раза по сравнению с закалкой ТВЧ
Азотирование	НV 9000…11000	400…1000	0,5…0,6	То же, и повышение коррозионно-усталостной прочности
Нитроцементация (газовое цианирование)	НRC 60…75	400…1000	0,05…2,5	То же, что и при цементации, но достигаемый эффект более значителен усталостная прочность шестерен выше в 2…3 раза, а износостойкость - в 1,5…1,9 раза
Алитирование	-	-	0,5	Повышение долговечности деталей из сталей обыкновенного качества, работающих при повышенной температуре, до уровня долговечности деталей из дорогих жаростойких сталей
Хромирование (высокотемператур-ное термодиффузионное)	НV 16000…20000	-	0,02…0,03	Повышение ударной и коррозионно-усталостной прочности. износостойкость в 3…4 раза выше, чем при цементации, и в 1,5…2,8 раза по сравнению с нитроцементацией
Силицирование	-	-	0,02…0,03	Повышение коррозионной стойкости и износостойкости при хорошей пластичности
Сульфидирование	Нет изменений	-	0,05…1	Повышение сопротивления схватыванию как при сухом трении, так и при наличии смазочного материала (шестерни, втулки, гайки, плунжеры, клапаны и др.)
Дробеструйная обработка	Увеличение на 20…40%	400…800	0,4…1,5	Упрочнение деталей сложной формы. Повышение усталостной долговечности рессор в 2…7 раз, пружин в 3…10 раз, осей в 3…5 раз, зубчатых колес (после закалки ТВЧ) в 8…12 раз
Центробежно-шариковый наклеп	То же на 15…60%	400…800	0,3…1,5	Упрочнение наружных и внутренних цилиндрических поверхностей (коленчатые и тормозные валы, гильзы цилиндров, поршневые кольца, вкладыши подшипников и др.)
Обкатка роликами	на 20…50%	До 1000	1…35	Упрочнение цилиндрических и винтовых поверхностей. Повышение усталостной долговечности штоков в 3…4 раза, болтов и шпилек (обкатка резьбы) в раза
Чеканка	на 20…50%	До 1000	0,5…35	Упрочнение деталей сложной формы м крупногабаритных. Повышение усталостной прочности крупномодульных зубчатых колес (впадины), крупных валов (галтели), сварных металлоконструкций (швы и околошовные зоны)
Термомеханическая обработка
Высокотемпературная ТМО (ВТМО)	-	-	Все сечение	Упрочнение проката, поковок, штамповок, изделий, полученных волочением и выдавливанием (экструзией)
Низкотемпературная ТМО (НТМО)	-	-	То же	Повышение пределов прочности легированных сталей в 5…6 раз (до 3100 МПа) при увеличении пластических свойств стали (относительное сужение до 45%)

У с л о в н ы е о б о з н а ч е н и я: НRС, HV – твердость поверхности; σ_о – остаточные напряжения сжатия в поверхностном слое; δ_y – толщина упрочненного слоя; ТВЧ – токи высокой частоты; ПТМ – подъемно-транспортирующие машины; ТМО – термомеханическая обработка.

Цементация и газовое цианирование с последующей объемной или поверхностной закалкой и низкотемпературным (200⁰ С) отпуском обеспечивают при абразивном изнашивании дополнительное повышение износостойкости по сравнению с обычной закалкой углеродистой стали в 1,5…3 раза. Термодиффузионное насыщение поверхностей трения одним из карбидов хрома, титана или бора обеспечивает поверхностную твердость HV≥14000 МПа и повышает износостойкость при абразивном изнашивании по сравнению с цементацией в 3…4 раза.

При усталостном изнашивании и заедании повышение износостойкости достигается применением легированных сталей и термической обработки, обеспечивающей получение высоких механических свойств не только в тонком поверхностном слое, но и на достаточной глубине под ним.

Для повышения твердости поверхностей деталей начали применять высокоэнергетические методы обработки (лазерную, плазменную и др.), а также нанесение износостойких и антифрикционных покрытий ионными методами (в тлеющем разряде, катодным распылением и т. п.).

Наличие смазки значительно снижает механический износ, т.к. при достаточной толщине смазочного слоя трение деталей одна о другую заменяется трением слоев смазки. Например, для пары сталь-бронза износ при наличии смазки уменьшается примерно в 30 раз по сравнению с износом, имеющим место при отсутствии смазки. Даже кратковременное отсутствие смазки приводит к резкому повышению износа и заеданию деталей. Выделение больших количеств теплоты при трении без смазки приводит к выплавлению баббита из подшипников скольжения и заклиниванию. Смазка тем самым уменьшает износ трущихся деталей. Поэтому назначение смазки заключается в сохранении работоспособности и точности оборудования, увеличении его долговечности.

Основная характеристика смазочного материала – вязкость. В большинстве случаев сырьем для синтеза смазок служат продукты перегонки нефти. В зависимости от вязкости смазки могут быть жидкими (текучими), консистентными (густые, пластичные смазки) и твердыми (в качестве твердой смазки используется графит).

Смазка оборудования осуществляется в соответствии с заводскими инструкциями. Составляется карта смазки. Карта смазки – это схематический чертеж машины с позициями смазываемых узлов, для которых указывается способ и периодичность смазки. Смазка проводится в основном в период межремонтного обслуживания как основными рабочими. Так и дежурным персоналом ремонтной службы. Графики смазки и замены масла, инструкции и карты смазки должны находиться у дежурного персонала на рабочем месте.

Вид смазки для каждой машины указывается заводом-изготовителем для нормальных условий эксплуатации. Однако при изменении условий работы машины приходится заново подбирать вид смазки.

Прочность масляного слоя определяется вязкостью масла, поэтому подбор смазки осуществляется в основном по вязкости. Чем выше удельное давление в паре трения, тем более вязким должно быть масло. При малой вязкости будет происходить выжимание масло из зазора и разрыв смазочного слоя. Чем больше рабочая tº, тем выше должна быть вязкость масла. Объясняется это тем, что с повышением tº вязкость падает. Чем больше скорость относительного перемещения поверхности, тем меньше должна быть вязкость.

Конструкции узла трения и условия эксплуатации также оказывают влияние на выбор вида смазки. Для вертикальных и наклонных поверхностей трения во избежание вытекания предпочтительны не масла, а консистентные смазки.

В период приработки необходимо использовать масло, имеющее повышенную вязкость. Увеличение зазора в результате износа вызывает вибрацию и разрушение сплошного масляного слоя, поэтому при повышении износа нужно также использовать масла повышенной вязкости. Масло требуемой вязкости обычно получают путем смешения в определенных пропорциях 2-х масел с различной вязкостью.

Смазочное хозяйство находится в подчинении главного механика завода. Непосредственно в цехах смазку оборудования осуществляют станочники, аппаратчики слесари по обслуживанию и ремонту оборудования или специально выделенные смазчики.

Надежность – это не только способность оборудования работать без аварий в течение определенного гарантированного срока, но и возможность наработки определенного количества продукции при устранении, за короткий ремонтный срок, отдельных неполадок и аварий. Следовательно, в понятие надежности входит и понятие ремонтопригодности.

Ремонтопригодность входит в понятие надежности. Однако высокая надежность не всегда означает высокую ремонтопригодность. Поэтому при разработке оборудования приходится обращать особое внимание на обеспечение достаточного уровня ремонтопригодности. Ремонтопригодность может быть предусмотрена при проектировании, для существующего оборудования способ повышения ремонтопригодности намечается в процессе ее эксплуатации и осуществляется как модернизация, направленная на повышение эксплуатационных характеристик.

Повышение ремонтопригодности существующего оборудования выполняется силами ремонтных служб. Во многих случаях высокая стоимость ремонта объясняется не только отсталостью ремонтного хозяйства, но и неприспособленностью конструкций оборудования к своевременному выявлению и ликвидации отказов, к выполнению ремонта с min затратами. Для некоторых видов сложного оборудования выявление неисправности занимает 50% всего времени ремонта.

Ремонтопригодность характеризуется 1) приспособленностью к выявлению повреждений, 2) ремонтодоступностью, 3) ремонтоспособностью. Приспособленность к определению повреждений, к диагностике технического состояния без разборки зависит от конструкции оборудования, от наличия предохранительных, сигнальных, измерительных устройств и открытых для обозрения узлов. Иногда приспособленность к отысканию повреждений называют также контролепригодностью. Контролепригодность – это свойство конструкции машины, обеспечивающее возможность удобного контроля состояния узлов или контрольно – измерительного инструмента.

Ремонтнодоступность определяется доступностью и легкосъемностью. Доступность оценивается легкостью доступа к узлам и отдельным деталям для осмотра и ремонта и зависит от наличия открываемых люков и крышек, необходимости демонтажа других узлов и деталей. Легкосъемность определяется способом крепления узлов и деталей, конструкцией разъемов, весом снимаемых деталей. Необходимо стремиться к тому, чтобы все детали, подверженные интенсивному износу, были легкосъемными. Одним из средств обеспечения легкосъемности является сокращение типоразмеров крепежных деталей, используемых в машине. Агрегатирование, т. е. расчленение машины на агрегаты (узлы), также обеспечивает легкосъемность, хотя при этом не всегда удается добиться малого веса снимаемых узлов.

Ремонтноспособность определяется способностью машины к замене деталей и способностью деталей к восстановлению. Для обеспечения ремонтноспособности важное значение имеет взаимозаменяемость деталей, регулируемость узлов компенсируемость износа и т. д.

Повышение ремонтнопригодности существующего оборудования выполняется в период модернизации совмещаемой с ремонтом. Модернизацией называется внесение в конструкцию машины частичных изменений и усовершенствований с целью приближения общего технического уровня к уровню современных моделей оборудования аналогического назначения. Таким образом, модернизация предотвращает моральный износ. В настоящее время при ремонте осуществляется модернизация 50% всех крупных технологических установок. Основная цель модернизации оборудования – повышение их производительности, однако ремонтная служба может выполнять модернизацию, направленную на повышение эксплуатационных характеристик оборудования. Модернизация с целью упрощения разборки – сборки предполагает обеспечение свободного доступа к крепежным деталям, возможность легкой запрессовки и выпрессовки из корпусной детали втулок, стаканов, пальцев, возможность легкого и независимого демонтажа узлов. Для быстровращающихся деталей должно предусматриваться возможность быстрой балансировки деталей и узлов.

Основные требования к ремонтопригодности оборудования можно разделить на 2 группы.

1) к первой группе относятся требования, обеспечивающие ремонтопригодность оборудования при осмотре и ремонте на месте а) свободный доступ к узлам и деталям, подлежащим осмотру, регулировке или замене; б) быстрая замена изнашивающихся деталей; в) проверка качества смазки, ее замена или пополнение на месте работы, оборудования, г) быстрое определение причин аварии и отказов в работе оборудования и их устранение.

Сборка и разборка элементов оборудования, осмотр и замена деталей и смазки, наладка должны проводиться с помощью не большего количества простых инструментов и приспособлений. Ремонтопригодность оборудования будет тем выше, чем ближе к оптимальной величине работоспособность всех деталей.

Ко второй группе относятся требования, обеспечивающие ремонтопригодность при ремонте оборудования в РМЦ предприятий. Для этого в конструкции должны быть предусмотрены: простота разборки и сборки узлов, а также их комплексов; применение простых средств механизации на операциях разборки и сборки; максимальная возможность восстановления номинальных размеров изнашивающихся элементов корпусов, сложных и базовых деталей; экономически оправданная возможность восстановления номинальных размеров изнашивающихся элементов остальных деталей, простота способа проверки состояния деталей и узлов после стендовых испытаний; возможность проверки взаимодействия всех частей оборудования после ремонта.

Примером повышения ремонтопригодности в период ремонта может служить реконструкция концевого подшипника реакционного аппарата с мешалкой. Привод мешалки аппарата состоит из двигателя, редуктора, вала и концевого подшипника. Такая конструкция привода принята как типовая и обеспечивает достаточную работоспособность аппарата лишь для определенных условий, при которых концевой подшипник редко выходит из строя. Однако при работе с сильно коррозионными средами, когда концевой подшипник выходит из строя через 2-3 недели, эта конструкция дает очень низкое значение коэффициента ремонтопригодности, что связано с большой относительной затратой времени на разборку-сборку привода. Для смены пары трения в концевом подшипнике приходится снимать редуктор, поднимать вал и только после этого снимать плиту концевого подшипника, в которую запрессована неподвижная втулка пары трения. При сборке работы проводятся в обратном порядке. Для уменьшения продолжительности сборки-разборки было спроектировано и изготовлено несколько конструкций концевого подшипника, в которых плита подшипника снимается без предварительного демонтажа редуктора и вала. В первом варианте концевой подшипник остается на днище внутри аппарата, а плита концевого подшипника заводится на вал и опору подшипника снизу. Во втором варианте концевой подшипник крепится к днищу с наружной стороны аппарата с вырезкой отверстия в днище и установкой герметического колпака вокруг концевого подшипника. В третьем варианте концевой подшипник крепится непосредственно на фланце, устанавливаемом в середине днища. Все указанные варианты позволяют резко увеличить коэффициент ремонтопригодности, хотя имеют свои достоинства и недостатки.

Другой пример повышения ремонтопригодности за счет сокращения времени на сборку-разборку-использование разъемной звездочки в цепных передачах, в которых звездочка часто выходит из строя вследствие износа зубьев. Звездочка, изготовленная из двух половинок, снимается с вала и устанавливается на вал при ремонте без разборки подшипниковых опор и передаточных устройств, установленных на валу. Замена сплошной звездочки составной позволяет при ремонте изготовлять заново венец при сохранении старой ступицы, что приводит к экономии материалов и затрат времени на ремонт.

Модернизация звездочки усложняет ее конструкцию и оправдана только в том случае, если при усложнении достигается существенный экономический эффект от повышения ремонтопригодности детали, т.е. усложнение конструкции экономически эффективно только для быстроизнашивающихся деталей. Общим правилом при повышении ремонтопригодности является упрощение конструкции и использование унифицированных узлов и деталей.

В труднодоступных местах для уменьшения времени на замену сальниковой набивки применяются разъемные нажимные втулки. В аппаратах, подвергаемых частой чистке, внутренние ребра жесткости заменяются наружными. Этот вид модернизации также повышает ремонтопригодность аппаратов за счет уменьшения времени на чистку аппаратов.

В некоторых типах вентиляторов для замены подшипников на валу необходимо снимать рабочее колесо с вала. В большинстве конструкций вентилятора не предусмотрена возможность облегчения этой операции. В период ремонта к рабочему колесу приваривается кольцо, за которое укрепляется специальный съемник. Таким образом, в конструкции машины могут появиться дополнительные детали, не мешающие основному назначению машины и отличающие только ремонтные работы.

Ремонтопригодность, безотказность и долговечность является свойствами или показателями надежности. В большинстве случаев в первую очередь должны обеспечиваться безотказность и долговечность, а ремонтопригодность рассматривается как второстепенный фактор. Ремонтная служба при достаточном уровне безотказности и долговечности машины и аппарата наибольшее внимание обращает на обеспечение ремонтопригодности.

Устранение следующих недостатков в конструкции позволяет повысить ремонтопригодность машин и аппаратов:

1) отсутствие подвесных устройств для деталей весом более 200 Н (20КГС);

2) Отсутствие свободного доступа к соединениям, требующим периодической проверки и подтяжки к местам регулировки, уровнемерами, сливным и другим устройствам;

3) Отсутствие фиксации одной из деталей крепежной резьбовой пары при трудном доступе к соединению;

4) Необходимость использования нестандартного инструмента;

5) Отсутствие контрольных и сигнальных устройств, указывающих на нарушение нормальной работы машины или аппарата;

6) Отсутствие легкосъемных щитков и люков для контроля и ремонта аппарата, а так же отсутствие устройств для защиты ответственных узлов от пыли и грязи;

7) Совмещение быстроизнашивающихся и не изнашивающихся поверхностей в одной крупной детали.