Научные предпосылки технологического обеспечения качества восстановления и повышения надежности пищевых машин Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

УДК 664.002 (075.8)

Б.И.Коган, А.Л.Майтаков

НАУЧНЫЕ ПРЕДПОСЫЛКИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ КАЧЕСТВА ВОССТАНОВЛЕНИЯ И ПОВЫШЕНИЯ НАДЁЖНОСТИ

ПИЩЕВЫХ МАШИН

Для технологического обеспечения надежности функциональных модулей поверхностей элементов кинематических пар и ферм в процессе ремонта после отказов путем создания информационных моделей технологических ремонтных блоков [1] необходимо выполнить идентификацию элементов среды эксплуатации, объектов отказа и трибохарактеристик вышеуказанных модулей.

Среда эксплуатации пищевых машин и аппаратов - это объекты биологического происхождения, свойства которых изменяются в процессе пе-

реработки. Эти свойства исследовались П.А.Ребиндером, A.B.Горбатовым, И.А.Роговым, В.Д.Косым, Л.А.Остроумовым, В.М. Позняков-ским, В.Н.Иванцом.

Основными параметрами твердых тел являются размеры, форма, плотность и, как следствие, прочность, которая, в определённой мере, зависит от температуры, влажности, энергии разрушения

[2].

Основными параметрами сыпучих материалов (зерна, крупы, муки, крахмала, сахара) являются: средние размеры частиц, соотношение веса частиц

Таблица 1. Коды показателей элементов растительной среды эксплуатации пищевых машин и аппаратов

Наименование группы Код группы Характеристика Показатели Единицы измерений Код показателя Интервалы - & 15 g я а ч «

Несвязные 1 Размеры частиц более 3 Средние раз- мм 01 0,15-6 1

кусковые мм, вес частиц значитель- меры частиц 6-12 2

но превосходит силы сцеп- 12-18 3

ления между ними 18-24 4

24-30 5

Несвязные 2 Мелкодисперсные сухие Усилие раз- МПа 02 0,025-0,12 1

зернистые сыпучие материалы. Обра- давливания 0,12-0,21 2

зуют углы естественного 0,21-0,3 3

откоса. Способны к гид- 0,3-0,4 4

равлическому истечению 0,4-0,9 5

через отверстия, в 5-7 раз Плотность 103 03 0,3-0,54 1

превосходящие размер укладки кг /м3 0,54-0,78 2

частиц 0,78-1,02 3

1,02-1,26 4

1,26-1,5 5

Связнотекучие, 3 Сухие, сыпучие по- Влажность % 04 10,8-17,2 1

стабильные, рошкообразные ма- 17,2-23,7 2

неуплотняю- териалы с низким коэффи- 23,7-30,1 3

щиеся циентом внутреннего тре- 30,1-36,5 4

ния, не уплотняющиеся, не 36,5-43 5

меняющие свойств при Коэффициент 05 0,34-0,45 1

естест-венном длительном внешнего 0,45-0,56 2

хранении трения по 0,56-0,67 3

стали 0,67-0,78 4

0,78-0,9 5

Связные силь- 6 Материалы, легко уплот- Коэффициент 06 0,47-0,49 1

но уплотняю- няющиеся под действием внутреннего 0,49-0,51 2

щиеся, неста- собственного веса, с гид- трения 0,51-0,53 3

бильные ростатическими связями 0,53-0,54 4

между частицами 0,54-0,55 5

Температура °с 07 20-56 1

56-92 2

92-128 3

128-164 4

164-200 5

и сил поверхностного взаимодеиствия между ними, плотность укладки, влажность, твёрдость частиц, когезия, адгезия и температура (табл.1).

Характеристиками жидкообразных, вязкопластичных материалов являются: вязкость (внутреннее трение), консистенция (степень плотности), твёрдость, адгезия, когезия, липкость. Для идентификации показателей элементов животной среды может быть составлена таблица, аналогичная табл. 1.

Идентификация элементов среды эксплуатации выполняется по схеме на рис.1.

На рис.2 показана схема связей среды эксплуатации машин и аппаратов с видами отказов.

Теоретическими и экспериментальными исследованиями [3] установлена взаимосвязь эксплуатационных показателей деталей машин со стандартизованными (ГОСТ 2789 - 73) параметрами шероховатости их функциональных поверхностей (табл.2).

В научной школе, возглавляемой

проф.А.Г.Сусловым, установлены параметры три-бохарактеристик, определяющие герметичность соединений, усталостную прочность, износостой-

Группа элементов среды

XX XX

эксплуатации

Показатель элемента среды

эксплуатации

Код интервала показателя

элемента среды эксплуатации

Рис.1. Схема кодирования элементов среды эксплуатации

кость, коррозионную стойкость, прочность посадок и методы их технологического обеспечения

[3]. Сформулировано понятие «равновесное состояние поверхности трения» и предложен безразмерный комплексный параметр С для его оценки [3], аналитические выражения и значения для некоторых процессов:

п „ п „к 4

С

Ж Я

р ’’ р р

Б6ти

12

н

6

(1)

где Нр - высота сглаживания макроотклонения,

Система среды эксплуатации

Система рабочих и базирующих модулей поверхностей кинематических пар и ферм [2,8]

Система отказов

Начальное касание тел

Относительное

перемещение

Типовой пример

Наиболее характерный вид разрушения поверхностей

Коды видов отказов

Соприкосновение без перемещения

Соприкосновение по линии или в одной точке

Смятие, фреттинг-процесс

Скольжение

V

Износ, выкрашивание

Внедрение, удар

Износ, смятие, поломка

Скольжение

Соприкосновение по поверхности

Износ, выкрашивание

Соприкосновение без перемещения

Смятие, фреттинг-процесс

Обкатка (качение без скольжения)

Усталость, смятие, поломка

Соприкосновение по линии или в одной точке

Качение со скольжением

Отслаивание, износ и усталость, выкрашивание

Объемный контакт со средой

Обтекание

Контакт с технологической средой

Коррозия

Рис. 2. Схема связей среды эксплуатации машин и аппаратов с видами отказов

9

Таблица 2

Параметры шероховатости по ГОСТ 2789-73 Параметры шероховатости, рекомендуемые для обозначения на чертеже (ГОСТ 2.309-73)

Эксплуатационные свойства Яа Ятах Бт Б

Усталостная прочность + + + * + * 0 + Яшах, Бш

Износостойкость + * + + + * + + * Яа, Бш, 1р, направление неровностей

Контактная жесткость + * + + + * + + * Яа, Бш, 1р, направление неровностей

Прочность посадки + * + + + 0 + * Яа, 1р

Герметичность соединений + * + + + * + + * Яа, Бш, 1р, направление неровностей

Коррозионная стойкость + * + + + * + * 0 Яа, Бш, Б

Контактная прочность + * + + + * + + * Яа, Бш, 1р

Прочность сцепления + + * + + * + + Яг, Бш,

Электропроводность и теплопроводность + * + + + * + * + * Яа, Бш, Б, 1р, направление неровностей

Отражательная способность + * + + + * + * + * Яа, Бш, Б, 1р

Примечание: звездочкой отмечены параметры, оказывающие особое влияние на данное эксплуатационное свойство; 0 - данный параметр не влияет на соответствующее эксплуатационное свойство._________________________

мкм;

- высота сглаживания волнистости, мкм; К„- высота сглаживания профиля шероховатости, мкм;

8т - средний шаг неровностей профиля, мм; ин - степень наклёпа, %;

X - коэффициент, учитывающий влияние на износ поверхностных остаточных напряжений:

/ \

(2)

где Ов - предел прочности материала, МПа;

Оост - поверхностное остаточное напряжение, МПа;

Оа - действующее значение амплитудного напряжения на поверхности трения, МПа;

t у- параметр фрикционной усталости при уп-

Код х

_^^_^^Несоответствие^^^елостносг^_|

21 Несоответствие 0...0.5

22 По размерам 0.5 ...2.0

23 мм свыше 2.0

XX XX

31 Несоответствие 0.0.5

32 По размерам 0.5 .2.0

33 мм свыше 2.0

4 Наличие 1 и 2

5 нескольких 1 и 3

6 дефектов 2 и 3

7 1, 2, 3

8

По шероховатости

Рис. 3. Схема кодирования видов дефектов модулей поверхностей и детали в целом

ругом контакте.

Авторами разработана идентификационная матрица кодов видов взаимодействия (контакта) модулей функциональных поверхностей со средой эксплуатации (табл.3).

В табл. 4 даны значения кодов интервала параметра Сх (1) (фрагмент), вычисленные для комплекса параметров качества поверхностного слоя, полученных при различных методах обработки.

В данной работе ставятся задачи установления в аналитической форме зависимостей видов и интенсивности отказов идентифицированных объектов эксплуатации от среды эксплуатации, трибо-характеристик, выраженных через комплексный параметр, и обоснования оптимальных методов технологического обеспечения качества модулей поверхностей деталей машин - объектов восстановления.

Использование кодов интервалов Сх вместо комплексов три-бохарактеристик, число которых до 13, позволяет сократить ёмкость информационных моделей.

На рис.3 дана схема кодирования видов дефектов (отказов) модулей поверхностей и детали в целом.

Обычный код объекта восстановления и упрочнения, например, шнека для перемешивания и транспортировки продуктов выглядит так:

- среда эксплуатации: . 1.01.4, табл.1

- вид отказа:......3, рис.2;

X X

Таблица 3

Вид модуля поверхностей Код Вид взаимодействия со средой эксплуатации

Подвижный контакт Неподв. контакт

продольный односторонний продольный маятниковый вращательный односторонний вращательный с реверсом вращательный продольно-поперечный вращательный и продольный вращательный продольный маятниковый вращательный с реверсом и продольный вращательный с реверсом маятниковый ударный с твердой сыпучей средой (абразивный) с жидкой средой (коррозионный и абразивный) с газообразной средой (коррозионный) за счет трения за счет вспомогательных деталей (шпонок, штифтов, заклепок и др.)

Плоский наружный 112 001 002 003 004 005 006 007 008 009 010 151 152 153 - -

Плоский внутренний 111 011 012 013 014 015 016 017 018 019 020 - 155 156 - -

Цилиндрич. наружный 122 021 022 023 024 - 026 027 028 029 030 - - - 197 198

Цилинриче-ский внутр. 121 031 032 033 034 035 036 037 038 039 040 - 161 162 199 200

Винтовой наружный 211 - - 043 044 - 046 047 - 049 050 163 - - 201 -

Винтовой внутренний 212 - - 053 054 - 056 057 058 059 060 166 - - 203 -

Винтовой ко-нич. наруж. 221 - - - - - - - - - - - - - 205 -

Винтовой ко-нич. внутр. 222 - - - - - - - - - - - - - 207 -

Шлицы 317/311 - 092 - - - - - - - 100 - - - - 210

Шпонка 313/314 - 102 - - - - - - - 110 - - - - 212

РК и К профиль 315/316 111 112 - - - - - - - 120 - - - - -

Клин 311 121 122 123 - - 126 127 128 129 130 - - - - -

Шар 411 - - - 134 135 136 137 138 139 140 - - - - -

Резервуар (лунка) 511 190 191 192 - -

- модуль поверхности:.....211; - виды дефектов: . . 1.22.31.4, рис.3.

- вид взаимодействия со средой эксплуатации: Такой код принимается за основу при даль. . 163, табл.3; нейшем построении (синтезе) виртуальной ин-

- интервал комплексного параметра: .. . 0217, формационной модели технологического ремонт-

табл.4; ного блока [1].

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Коган Б.И., Майтаков А.Л. Основы формирования информационных моделей технологических блоков для обеспечения качества машин и аппаратов пищевых производств/ Новые материалы в технологии машиностроения. Сб. научных трудов БГИТА, Брянск, 2007. - С.58-62.

2. Руднев С.Д. Теоретические аспекты и методы исследований физико-механических свойств материалов биологического происхождения. - Кемерово: КемТИПП, 2006. - 130 с.

3. Технологическое обеспечение и повышение эксплуатационных свойств деталей и их соединений. Под ред. проф. А.Г.Суслова. - М.: Машиностроение, 2006. - 448 с.

□ Авторы статьи:

Коган Майтаков

Борис Исаевич Анатолий Леонидович

-докт. техн. наук, проф. каф. техно- - канд. техн. наук, зав.

логии машиностроения каф.технологии металлов

КемТИПП

Тлбтшд 4

Метод обработки 1Ьш;рЕа]ы значений всиийчекшого параг.мра С (фрагмент)

КодыннрерЕапш

О 'О 1—Г 1—1 О ,о 1—1 ■±. 5 -Г О 'О о г( Н г-гГ 3 я Ё '■м гП 1—1 й-Г о ■о тК тК £ 2 о 5 'О ■=' 'О 'о '-о тда 1—1 Щ I—1 Н 'О чЗ О 'О о Г-: Г-Г «; Щ Р & 'О о осГ Т'Г щ $ 3 а ■-Ч срГ сй 'О о -г 1—1 1—1 Л £ а

ОБтмне ание: 1 ЧвфНОЕОЙ 2 ПОЛЬШЕ ТОБОЙ

0211 0212 0115 0213 0214 0215 0116 0117 0115 0216 0217 0215 0119 0120 0219 0220 0121 0122 0221 0222 0123 0124 0223 0224

3 тактслое 4 тонкое 1В04 0305 0403 0404 0305 0307 0309 0310 0311 0312 0313 0314 0315 0315

РистаниЕ анне: 5 черновое 5 ПО П^ЛИСТОВОе

0611 0612 0515 0613 0614 0615 0516 0517 0515 0616 0617 0615 0519 0520 0521 0522 0523 0524

7 ЧИСТОЕОе 5 тонкое 0705 0504 0005 0706 0707 0806 0507 0505 0709 0809 0710 0711 0510 0511 0712 0512 0713 0714 0715 0513 0716 0717

Торцевое ттчепе: 9 черного* 05)16 0317 0915 0919 0920

10 ЧИСЛЕ се 11 тонкое 1105 1109 1011 1110 1111 1012 1112 1013 1014 1015 1113 1015

12 Алмазгсое ТОЧСНЕК 1204 1205

ТортеЕое фрезерование: 13 чернотое 1316 1317 1315 1319 1320 Б21 1322 1323 1324

14 ЧИС-’ОЕ 15 тонкое 1404 1405 1504 1505 1406 1407 1511 1412 1512 1413 1414 1415 1513 1514 1515 1415 1417

00

и)

Технология машиностроения