CC BY
143
УДК 621:62-531.7:658.58 Д. Л. АХТУЛОВ
Л. Н. АХТУЛОВА А. В. ШИМОХИН
Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия,
г. Омск
ПРИМЕНЕНИЕ ВИБРОДИАГНОСТИКИ В УСЛОВИЯХ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ СИСТЕМЫ ТЕХНИЧЕСКОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ И РЕМОНТА ОБОРУДОВАНИЯ_________________________________________
В статье рассмотрены проблемы потери ресурса оборудования, система плановопредупредительных ремонтов и концепция всеобщего обслуживания оборудования TPM, предложено применение концепции обслуживания оборудования TPM с методом вибродиагностики, обоснован выбор полигармонической модели колебаний роторных механизмов для диагностики.
Ключевые слова: вибродиагностика, мониторинг оборудования, TPM, персонал, система планово-предупредительных ремонтов.
В стоимость оборудования для организации входит не только его цена для покупки, но и все расходы на его установку, обслуживание, ремонт. Дешевое оборудование, как правило, не обладает нужными характеристиками и, в конечном счете, обходится достаточно дорого. Но и при покупке дорогого оборудования организация несет потери, связанные с его эксплуатацией.
В процессе эксплуатации машин происходит потеря их работоспособности, главным образом из-за износа и разрушения отдельных деталей или их поверхностных слоев, вследствие чего оборудование теряет точность, уменьшается его мощность и производительность. Восстановление этих важнейших показателей эксплуатационных характеристик оборудования в организации осуществляется путем ремонта. При ремонте машин производится замена или восстановление изношенных деталей, регулировка механизмов.
Сущность системы планово-предупредительного ремонта оборудования заключается в том, что после отработки каждым агрегатом определенного количества часов производятся профилактические осмотры и различные виды плановых ремонтов этого агрегата (капитальный, средний, малый), чередование и периодичность которых определяются назначением агрегата, его конструктивными и ремонтными особенностями, габаритами и условиями эксплуатации.
При этом не всегда учитывается фактическое состояние оборудования, которое может отличаться в зависимости от условий работы.
Все больше и больше производственных компаний как в Японии, так и за ее пределами сегодня используют на практике так называемый подход «всеобщий уход за оборудованием» (TPM), который в основном служит улучшению качества оборудования и ориентирован на его максимально эффективное использование, благодаря всеобщей системе профилактического обслуживания, охватывающего
весь жизненный цикл станков и механизмов.
TPM — система всеобщего ухода за оборудованием, в которой совместно участвуют операторы и ремонтники, обеспечивающие повышение надежности оборудования. Подход TPM значительно продлевает срок службы оборудования и локализует проблемы на начальной стадии, предотвращая дорогостоящие аварии [1].
TPM предполагает перераспределение обязанностей между эксплуатационной и ремонтной службами. Ежедневная проверка, выполняемая операторами, заключается в смазке, чистке, контроле, а также мелком ремонте оборудования, например, в затягивании болтов [1].
В TPM предполагается непрерывный мониторинг за состоянием оборудования, который позволит адекватно прогнозировать потребность в том или ином виде обслуживания, т.е. ведется история обслуживания и эксплуатации каждой единицы оборудования. Только из анализа истории можно почерпнуть закономерности появления тех или иных неисправностей [2].
Для регистрации и учета неисправностей на оборудовании могут быть установлены системы диагностики и непрерывного мониторинга, которые должны быть понятными и простыми в применении для эксплуатирующего персонала.
Одним из эффективных методов по получению подробной информации о состоянии подвижных частей оборудования является вибродиагностика.
Вибродиагностика [3 — 6] — это метод неразрушающего контроля, основанный на анализе комплекса параметров вибрации для определения состояния оборудования.
Вибродиагностика позволяет выявлять самые разнообразные дефекты оборудования [3, 7], такие как дисбаланс, несоосность и непараллельность валов, нежесткость и ослабление опор, обрыв анкерных болтов, нарушение геометрии линии вала,
ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 3 (113) 2012 МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ
МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 3 (113) 2012
Рис. 1. Совершенствование системы мониторинга посредством применения вибродиагностики в условиях функционирования системы технологического обслуживания и ремонта оборудования
а также различные дефекты подшипниковых узлов, включая проблемы со смазкой. На основании полученной информации, можно оптимизировать планирование текущего и капитального ремонта, увеличить межремонтный интервал, уменьшить затраты на закупку запчастей и расходных материалов. Для проведения вибродиагностики существует различная измерительная аппаратура, как стационарная, так и переносная [5]. На рис. 1 приведена блок-схема организации подхода TPM с вибродиагностикой, как методом непрерывного мониторинга оборудования.
Проведенный анализ литературы в области вибродиагностики систем позволил выделить следующие классы моделей [3, 6]:
— импульсных моделей вынужденных и собственных колебаний;
— моделей огибающей акустического сигнала;
— полигармонических моделей;
— квазиполигармонических моделей.
Из всех моделей для поставленной задачи диагностики металлообратывающего оборудования выбираем полигармоническую модель, которая описывает колебания роторных механизмов в низкочастотном и среднечастотном диапазонах:
X(t) = ^ At cos(wit + j), (1)
где Af — амплитуда колебаний; mi — угловая частота; i — сдвиг по фазе; ф( — порядок гармоники; t — время.
Полигармоническая модель колебаний роторных механизмов является удобной формой представления колебательного процесса, позволяющего сконцентрироваться на определенных частотах ю f, кратных основной частоте возбуждения колебаний диагностируемого узла механизма. Модель используется в задачах локализации источников повышенной виброактивности механизма и диагностирования дефектов, которые вызывают существенное увеличение уровня акустического сигнала на определенных частотах. Модель также отвечает одному из требований — простоте.
Таким образом, подход TPM с использованием метода вибродиагностики позволяет находить скрытые дефекты, возможность обнаружения неисправностей на этапе их зарождения. В результате можно предположить, что снизится число случайных поломок и аварий, количество дефектов, приводящих к браку, а благодаря изменению отношения персонала, через подход TPM, к эксплуатации и обслуживанию оборудования улучшится культура производства.
Библиографический список
1. Пшенникова, М. В. Чистка и уборка, совмещаемые с проверкой, — первый шаг к идеальному состоянию оборудования / М. В. Пшенникова // Методы менеджмента качества. — 2004. - № 9. - С. 9-11.
2. Пшенникова, М. В. Повышение квалификации персонала в системе TPM / М. В. Пшенникова // Методы менеджмента качества. — 2004. — № 11 — С. 24-27.
3. Генкин, М. Д. Виброакустическая диагностика машин и механизмов / М. Д. Генкин, А. Г. Соколова. - М. : Машиностроение, 1987. - 288 с.
4. Захаров, С. И. Повышение достоверности значений остаточного ресурса деталей механизмов при акустической диагностике / С. И. Захаров // Вестник машиностроения. -2008. - № 9. - С. 88-91.
5. Технические средства диагностирования : справ. / В. В. Клюев [и др.] ; под общ. ред. В. В. Клюева. - М. : Машиностроение, 1989. — 672 с.
6. Павлов, Б. В. Акустическая диагностика механизмов / Б. В. Павлов. - М. : Машиностроение, 1971. - 224 с.
7. Петрухин, В. В. Экспериментальные исследования распределения вибрации по длине корпуса модуль-секции электро-центробежного насоса с частотно-регулируемым приводом / В. В. Петрухин // Нефтепромышленное оборудование. - 2009. -№ 8. - С. 80-82.
АХТУЛОВ Алексей Леонидович, доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой «Управление качеством и сертификация», действительный член Международной академии авторов научных открытий и изобретений и Академии проблем качества,
почетный работник высшего профессионального образования.
Адрес для переписки: аМиІоу-а! [email protected] АХТУЛОВА Людмила Николаевна, кандидат технических наук, доцент (Россия), профессор кафедры «Управление качеством и сертификация».
ШИМОХИН Антон Владимирович, аспирант кафедры «Управление качеством и сертификация».
Статья поступила в редакцию 08.11.2011 г.
© А. Л. Ахтулов, Л. Н. Ахтулова, А. В. Шимохин
удк 62i.9i.oi в. А. БЕЛОЗЁРОВ
А. А. СИЛИЧ М. х. УТЕШЕВ
Тюменский государственный нефтегазовый университет
КОНТАКТНЫЕ ПРОЦЕССЫ В ЗОНЕ РЕЗАНИЯ ПРИ ТОНКОМ ТОЧЕНИИ ИНСТРУМЕНТАМИ ИЗ СТМ_____________________________________
Рассматриваются особенности протекания контактных процессов и возникновения контактных напряжений на передних и задних поверхностях резцов из СТМ при тонком точении жаропрочных сплавов на станках с ЧПУ.
Ключевые слова: точение, станок с ЧПУ, жаропрочные сплавы, контактные напряжения, динамическая прочность.
Процесс резания инструментами из СТМ (сверхтвердых материалов) на основе кубического нитрида бора (КНБ) осуществляется с малыми сечениями среза и отличается от резания быстрорежущим и твердосплавным инструментом благодаря особым физико-механическим, теплофизическим свойствам и структуре СТМ.
Контактные характеристики процесса тонкого точения, когда коэффициент укорочения стружки К (усадка стружки), изменяется от 1-го до 2-х, не исследовались авторами научной школы М. Ф. Поле-тика [1]. Г. Ф. Андрейченко [2] рассматривает контактные характеристики точения с малыми сечениями среза твердосплавными резцами. Но процесс резания инструментами из СТМ на основе КНБ жаропрочных никелевых сплавов имеет ряд особенностей, связанных с физико-механическими и теплофизическими характеристиками СТМ.
Необходимо всестороннее экспериментальное исследование контактных процессов (в том числе контактных напряжений) тонкого точения жаропрочных никелевых сплавов резцами из СТМ на основе КНБ.
Одной из особенностей тонкого точения резцами из СТМ является то, что толщина среза и толщина стружки в несколько раз меньше ширины среза и ширины стружки, то есть резание производится радиусной частью резца и прямолинейной частью на главной режущей кромке. Например, при толщине среза а = 0,0142 мм (подача 8 = 0,02 мм/об.) и ширине среза в = 0,22 мм (глубине резания 1 = 0,05 мм) отношение в/а составляет 15,5.
При тонком точении резцами из СТМ, когда резание производится радиусной частью резца, наибольшая толщина среза атах возникает при врезании резца на главной режущей кромке, а наименьшая
толщина среза а на вспомогательной режущей кромке, тогда как коэффициент утолщения стружки имеет наибольшее значение Ктаха у вершины резца на его радиусной части, что оказывает влияние на величины контактных напряжений при их распределении вдоль режущей кромки резца из СТМ.
Тонкое точение с малыми сечениями срезаемого слоя (сечения среза) а = 0,0142 мм (Б = 0,02 мм/об.), а = 0,0284 мм (Б = 0,04 мм/об.), а = 0,057 мм (Б = = 0,08 мм/об.), а = 0,107 мм (8 = 0,15 мм/об.) резцами из СТМ жаропрочных сплавов и определение контактных напряжений на передней и задней поверхностях этих резцов имеет большое значение для определения областей эффективного использования этих инструментов на автоматизированном оборудовании — станках с ЧПУ, обрабатывающих центрах и гибких производственных модулях (ГПМ).
Необходимо установить экспериментальные зависимости контактных характеристик при тонком точении жаропрочных сплавов на никелевой основе резцами из СТМ: 1) длины контакта стружки на передней поверхности резца в зоне контакта от скорости резания; 2) значения средних нормальных дЫ и касательных дБ контактных напряжений на передней и задней — чЫ1, дБ1 — поверхностях резцов из СТМ от параметров режима резания в широком диапазоне изменения режимов резания.
Учитывая, что тонкое точение резцами из СТМ проводится с малыми толщинами срезаемого слоя, процесс резания в большей степени определяется контактными температурами и напряжениями на задней поверхности. Одной из основных особенностей тонкого точения жаропрочных сплавов и закаленных легированных сталей резцами из СТМ является то, что по мере увеличения фаски износа резца по задней поверхности контактная температура
ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 3 (113) 2012 МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ
