Исследование эксплуатационной надежности гидросистемы установки ло-15а Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

УДК 62.822+627.8

В. А. ДОРОШЕНКО О. В. ЗАЛОГИН

№

Уральский федеральный университет им. первого Президента России Б. Н. Ельцина, г. Екатеринбург

ИССЛЕДОВАНИЕ

ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ НАДЕЖНОСТИ ГИДРОСИСТЕМЫ УСТАНОВКИ ЛО-15А

В статье произведена оценка надежности работы гидропривода раскряжевочной установки ЛО-15А по статистическим данным об отказах оборудования при различных режимах загрузки машины в реальных погодных условиях работы. Статистические данные получены в результате наблюдений за работой трех однотипных установок в течение 4-х лет на лесоперерабатывающих комплексах Урала. Оценки производились путем обработки вероятностно-статистическими методами информации об отказах по 13 основными показателям как отдельных элементов гидросистемы, так и гидропередачи в целом. Установлены основные источники отказов, законы распределения отказов по элементам гидрооборудования установки, дана оценка интенсивности отказов, установлены самые слабые звенья гидропередачи, снижающие ее общую надежность.

Ключевые слова: надежность гидравлического оборудования, лесообрабатывающее оборудование и машины, статистические данные по эксплуатации.

Гидропривод широко используется в машинах лесной и деревообрабатывающей промышленности, и в перспективе большинство вновь создаваемых станков, машин и полуавтоматических линий ориентировано на применение гидрофицированных агрегатов [1]. Поэтому от надежности работы гидропривода во многом зависит качество выпускаемой продукции и экономическая эффективность производства. Проблемы эффективного использования технологического гидрооборудования в лесоперерабатывающем комплексе не могут быть успешно решены без оценки надежности его работы современными статистическими методами [2].

Раскряжевочная установка ЛО-15А является наиболее распространенным средством механизации выработки круглого лесоматериала из хлыстов на лесозаготовительных предприятиях. Она предназначена для раскряжевки хлыстов со средним объемом до 0,75 м3 различного породного состава деревьев на нижних складах лесозаготовительных предприятий, биржах сырья и лесопильных заводах с годовым объемом раскряжевки не менее 50 тыс. м3. Особенностью эксплуатации этих машин в нижнескладском технологическом потоке является их работа при разных режимах загрузки, под воздействием температурных, влажностных и др. погодных условий, на стационарном фундаменте, что предъявляет особые требования к организации технического обслуживания и ужесточает требования к безотказности работы оборудования в установленном производственном цикле [3].

Для оценки надежности гидрооборудования установки ЛО-15А была проведена обработка статистическими методами [4] данных по отказам гидрооборудования, собранных в течение четырех лет на лесоперерабатывающих комплексах уральского

региона (ЗАО «Лесмаш», Новэк (Н.Тагил) и др.) и полученных в результате наблюдений за работой трех аналогичных установок. В качестве критериев надежности были выбраны: вероятность безотказной работы, среднее время безотказной работы, интенсивность отказов, плотность распределения времени до отказа.

Установка ЛО-15А содержит 6 основных узлов (сборочных единиц) (табл. 1) и выполняет следующие операции:

— поштучная поперечная подача хлыстов манипулятором 1 на продольный транспортер блока раскряжевки;

— продольная подача хлыста под пилу продольным транспортером;

— торцовка комля хлыста пилой;

— отмер длины отпиливаемого сортамента на приемном столе;

— разделка хлыста на заданный сортамент пилой;

— сброс отходов распиловки с приемного стола;

— уборка отходов раскряжевки транспортером отходов 5.

Система гидрооборудования установки состоит из гидропривода манипулятора и узла раскряжевки. Гидропривод манипулятора состоит из мас-лостанции и двух маслонасосов, исполнительных гидроцилиндров и трубопроводной системы. Гидрооборудование узла раскряжевки также включает маслостанцию, исполнитеьные гидроцилиндры и подводящие трубопроводы. Все три маслостанции унифицированы, как и гидроцилиндры.

Принципиальная гидравлическая схема узла раскряжевки дана на рис. 1. Оценка надежности гидропривода раскряжевочной установки производилась путем обработки вероятностно-статистическими методамиинформации об отказах, полученной

Таблица 1

Сборочные единицы установки ЛО-15А

№ Наименование узла Обозначение

1 Манипулятор двухстреловой Л0-15А.10.000

2 Блок раскряжевки Л0-15А.20.000

3 Стол приемный Л0-15А.30.000

4 Гидросистема Л0-15А.40.000

5 Транспортер отходов Л0-15.А.50.000

6 Система электрооборудования Л0-15.А.60.000

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

ки, являются: 1 — гидроцилиндр стрелы манипулятора; 2 — гидроцилиндр рукояти манипулятора; 3 — гидроцилиндр надвигания пилы; 4 — гидроцилиндр приемного стола; 5 — гидроцилиндр прижимного ролика; 6 — гидрораспределитель манипулятора; 7 — гидрораспределитель пилы; 8 — насос НШ-100; 9 — маслопровод; 10 — штуцер плиты маслостан-ции; 11 — предохранительный клапан гидроцилиндра манипулятора; 12 — рукав высокого давления; 13 — перепускной клапан пилы.

В результате обработки данных по отказам и неисправностям были установлены законы распределения времени до отказа перечисленных выше элементов (табл. 3):

— Экспоненциальное распределение: Ехр(Х), когда вероятность безотказной работы за время t равна P(t) = eи X = 1/ Tcp характеризует интенсивность отказов элемента, Т — средняя наработка элемента до отказа; в этом распределении интенсивность отказов постоянна, а функция ресурса Л = Xt — линейная, плотность распределения f(t) = Xe" .

— Усеченное нормальное распределение: TN(mg,a0), где mg — значение случайной величины, соответствующее максимальному значению плотности f(t), определяемой по выражению:

f t)

70Л/2Й

здесь: коэффициент с = 1/[0,5 + Ф0(т0 / ст0)] , где Ф0 — функция Лапласа, значения которой выбираются из таблиц [3]; остальные величины

равны m = m0 + ka0.

а = а,

k =

V2n

m2 / 2а0

1 + km.

а0

- k2

Равномерное U(a,b), a> b, в котором i 1

при a < t < b

Рис. 1. Принципиальная гидросхема узла раскряжевки

Таблица 2

Карта показателей работы гидрооборудования

Содержание показателей:

1 — наименование отказавшей или поврежденной детали, узла; 2 — описание повреждения, отказа; 3 — предполагаемая причина повреждения, отказа; 4 — наработка на отказ, маш.ч; 5 — средняя производительность за смену, м3. 6 — способ устранения отказа; 7 — продолжительность устранения отказа, ч; 8 — трудоемкость устранения отказа, чел-час; 9 —заводской сертификат и дата поставки машины; 10 — дата ввода в эксплуатацию; 11 — предприятие и исходящий номер письма, дата; 12 — меры, принятые заводом; 13 — примечания.

из анализа эксплуатационных данных, которые заносились в специальные карты по показателям, перечисленным в табл. 2.

Основными элементами (узлами) гидросистемы ЛО-15.А, отказы которых влияли на работу установ-

m = jb- a

[0 при t < a, t > b

b -1

P(t) =- при a < t < b;

b-a

1 при t < a; 0 при t > a .

Расчетные показатели надежности — среднее время безотказной работы Тр и среднее квадра-тическое отклонение а для перечисленных узлов и элементов также приведены в табл. 3.

В соответствии с установленными законами распределения времени до отказа элементов гидросистемы были рассчитаны вероятности безотказной работы узлов и установки. Табулируя функцию вероятности безотказной работы в диапазоне от 0 до 2000 часов с шагом 100 час, получили значения вероятностей, которые приведены в табл. 4. Вероятность безотказной работы установки определялась как произведение всех вероятностей

Pc(t) = П I'™

Среднее время безотказной работы гидросистемы в итоге составило примерно 78,5 час; вероятность безотказной работы системы гидропривода равняется Р(t) = 0,37. Полученные результаты в целом подтверждаются опытом эксплуатации установок [3].

Обработка статистических данных по отказам в системе гидропривода раскряжевочной установки ЛО-15А позволяет сделать следующие выводы:

с

(t-m0 Г /2а

c

Таблица 3

Законы распределения времени до отказа узлов гидропривода

№

элемента 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

Закон распределения TN(2000;1118) ^2000;6000) TN(2125;1111) Exp(0,0007) TN(2833;1247) Exp(0,0009) Exp(0,002) Exp(0,001) Exp(0,0009) Exp(0,002) Exp(0,002 TN(2100;1020) Exp(0,002)

Т , час ср 2075 1000 2125 1500 2833 1167 500 1000 1167 500 500 2167 500

а, час 1181 1000 1111 1500 1247 1167 500 1000 1167 500 500 1085 500

Таблица 4

Вероятность безотказной работы элементов и гидросистемы

Ь ч Р1 Р2 Р3 Р4 Р5 Р6 Р7 Р8 Р9 Р,0 Рц Р12 Р,3 Рс

0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

100 0,99 0,91 0,99 0,93 0,99 0,91 0,82 0,91 0,82 0,82 0,82 0,99 0,82 0,309

200 0,98 0,82 0,98 0,87 0,99 0,84 0,67 0,82 0,84 0,67 0,67 0,99 0,67 0,095

300 0,97 0,74 0,98 0,81 0,99 0,76 0,55 0,74 0,76 0,55 0,55 0,98 0,55 0,029

400 0,96 0,67 0,97 0,76 0,98 0,67 0,45 0,67 0,7 0,45 0,45 0,97 0,45 0,009

500 0,95 0,61 0,96 0,71 0,98 0,64 0,37 0,61 0,64 0,37 0,37 0,96 0,37 0,0026

600 0,93 0,55 0,94 0,66 0,97 0,58 0,30 0,55 0,58 0,30 0,30 0,95 0,30 0,0008

700 0,91 0,50 0,93 0,61 0,97 0,53 0,25 0,50 0,53 0,25 0,25 0,93 0,25 24,10-5

800 0,89 0,45 0,91 0,57 0,96 0,49 0,20 0,45 0,49 0,20 0,20 0,92 0,20 72,10-6

900 0,87 0,41 0,89 0,53 0,95 0,45 0,17 0,41 0,45 0,17 0,17 0,90 0,17 21,10-6

1000 0,85 0,37 0,87 0,50 0,94 0,41 0,14 0,37 0,41 0,14 0,14 0,88 0,14 61,10-'

1100 0,82 0,33 0,85 0,46 0,93 0,37 0,11 0,33 0,37 0,11 0,11 0,85 0,11 18,10-'

1200 0,79 0,30 0,82 0,43 0,92 0,34 0,09 0,30 0,34 0,09 0,09 0,83 0,09 5,10-7

1300 0,76 0,27 0,79 0,40 0,90 0,31 0,07 0,27 0,31 0,07 0,07 0,80 0,07 14,10-8

1400 0,73 0,25 0,77 0,38 0,88 0,28 0,06 0,25 0,28 0,06 0,06 0,77 0,06 4,10-8

1500 0,7 0,22 0,73 0,35 0,87 0,26 0,05 0,22 0,26 0,05 0,05 0,74 0,05 1,10-8

1600 0,66 0,20 0,70 0,32 0,85 0,24 0,04 0,20 0,24 0,04 0,04 0,70 0,04 28,10-9

1700 0,63 0,18 0,67 0,30 0,83 0,22 0,03 0,18 0,22 0,03 0,03 0,67 0,03 75,10-10

1800 0,59 0,17 0,63 0,28 0,80 0,2 0,03 0,17 0,20 0,03 0,03 0,63 0,03 2,10-10

1900 0,56 0,15 0,60 0,26 0,78 0,18 0,02 0,15 0,18 0,02 0,02 0,59 0,02 5,10-11

2000 0,52 0,14 0,56 0,25 0,76 0,17 0,02 0,14 0,17 0,02 0,02 0,55 0,02 12,10-12

Рис. 2. Вероятность безотказной работы гидроцилиндров ЛО-15А

— плотность распределения времени до отказа гидросистемы больше всего соответствует экспоненциальному закону, что свидетельствует о преобладании дефектов, имеющих случайный характер. При этом анализ карты отказов показал, что в гидросистеме преобладают отказы, связанные с на-

рушением герметичности уплотнений и разрывами рукавов высокого давления, что возможно связано с низким качеством комплектующих и деталей;

— интенсивность отказов гидросистемы на этапах приработки и нормальной эксплуатации остается примерно постоянной, что также свидетельствует

о случайном характере причин возникновения отказов (скрытые дефекты при изготовлении деталей, внешние ненормированные воздействия, преждевременное старение материалов и др.). На этапе старения происходит возрастание интенсивности отказов, связанных с длительностью эксплуатации, износом и иными стандартными причинами [1, 5].

Вероятность безотказной работы гидроцилиндров приведена на диаграмме (рис. 2).

Библиографический список

1. Тюкавкин, В. П. Повышение надежности лесозаготовительной техники / В. П. Тюкавкин, Ф. П. Попов. — М. : Лесная промышленность, 1978. — 173 с.

2. Половко, А. М. Основы теории надежности / А. М. По-ловко, С. В. Гуров. — 2-е изд., перераб. и доп. — СПб. : БХВ-Петербург, 2006. - 704 с.

3. Темкин, В. Э. Привод машин и механизмов лесной промышленности / В. Э. Темкин, К. Г. Суетин. — М. : Лесная промышленность,1990. - 208 с.

4. Барышев, В. И. Надежность и диагностика гидропривода : учеб. пособие / В. И. Барышев. — Челябинск : ЮУрГУ, 2003. — 154 с.

5. Сырицын, Т. А. Надежность гидро- и пневмопривода / Т. А. Сырицын. — М. : Машиностроение, 1981. — 216 с.

ДОРОШЕНКО Виктор Александрович, кандидат технических наук, доцент кафедры гидравлики. Адрес для переписки: [email protected] ЗАЛОГИН Олег Валерьевич, аспирант кафедры гидравлики.

Адрес для переписки: [email protected]

Статья поступила в редакцию 19.01.2015 г. © В. А. Дорошенко, О. В. Залогин

УДК 621.924.56 О. С. ЛОМОВА

Омский государственный технический университет

АНАЛИЗ ВЛИЯНИЯ ПРЕЦЕССИИ ОСИ ОБРАБАТЫВАЕМОЙ ЗАГОТОВКИ НА ТОЧНОСТЬ КРУГЛОГО ШЛИФОВАНИЯ

В статье математически описана связь погрешностей исполнения и положения технологических баз круглошлифовального станка с прецессией оси вращения заготовки и точностью обработки. Полученные зависимости позволяют прогнозировать точность обработки в случае погрешности исполнения центровых отверстий или несоосности центров и производить при необходимости корректировку режимов резания с целью стабилизации динамической точности станка.

Ключевые слова: процесс шлифования, точность обработки, радиальное смещение оси, отклонение формы, точки контакта.

Надежность и долговечность функционирования различных технологических машин зависят от точности изготовления их ответственных деталей, многие из которых представляют собой тела вращения (валы, роторы, гильзы, золотники и т.д.). Прогноз показывает, что уже в ближайшие годы допуски на размеры прецизионных деталей изделий будут соответствовать 1Т2-1Т4, отклонение от плоскостности 0,2 — 2 мкм, отклонение от округлости 0,2—1 мкм, шероховатость в пределах Яа 0,0075 — 0,1 мкм [1].

Эксплуатационные свойства цилиндрических деталей формируются в основном при финишной обработке на круглошлифовальных станках. Шлифование является сложным процессом, на который оказывают влияние многие факторы [2]. Одним из условий точного шлифования является правильное исполнение и расположение технологических баз, которыми для деталей типа валов являются их центровые отверстия и центры станка. Считается, что базирование в центрах станка обеспечивает стабильное положение оси детали при вращении. Однако детальное рассмотрение реальной формы и расположения поверхностей этих элементов

не подтверждает этот факт, особенно при оценке точности обработки прецизионных деталей [3].

Некоторые авторы отмечали смещение оси заготовки при обработке [4, 5]. Однако количественная связь между смещением, первичными погрешностями и точностью обработки поверхностей практически не исследована. В то же время в ряде работ показано, что, несмотря на погрешность технологических баз, ось детали в центрах не смещается, однако отклонение формы обработанных реальных поверхностей, а не экспериментальных образцов указывает на возможность этого смещения.

При установке заготовки в центры станка большую трудность представляет определение оси её вращения. Траектория перемещения оси может быть круговой или по линии в зависимости от погрешности исполнения центровых отверстий заготовки или изменения положения заднего центра станка. Так как радиальные смещения оси заготовки имеют переменный характер, то отклонение формы обработанной поверхности в различных сечениях неодинаково. Влияние только двух погрешностей, таких как перекос центров станка и погрешность