Обгрунтування показників надійності та розроблення структури ремонтного циклу верстатів для подрібнення деревини

Размещено на http://www.allbest.ru/

Національний лісотехнічний університет України

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Обгрунтування показників надійності та розроблення структури ремонтного циклу верстатів для подрібнення деревини

Полоз Володимир Іванович

Львів - 2007

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Національному лісотехнічному університеті України Міністерства освіти і науки України

Науковий керівник:доктор технічних наук, професор

Шостак Володимир Васильович

Національний лісотехнічний університет України,

професор кафедри деревообробного обладнання

та інструментів

Офіційні опоненти:доктор технічних наук, професор

Марущак Ярослав Юрійович,

Національний університет „Львівська

політехніка", професор кафедри електроприводу

і автоматизації промислових установок, м. Львів

кандидат технічних наук, доцент

Дзюба Лідія Федорівна,

Львівський державний університет безпеки

життєдіяльності, доцент кафедри фундаментальних дисциплін, м. Львів

Захист відбудеться „ 3 " жовтня 2007р. о 14⁰⁰ годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 35.072.03 Національного лісотехнічного університету України за адресою: 79057, м. Львів, вул. Ген. Чупринки, 103, зал засідань.

З дисертацією можна ознайомитись в бібліотеці Національного лісотехнічного університету України за адресою: 79057, м.Львів, вул.Ген.Чупринки, 101.

Автореферат розіслано „ 23 " серпня 2007р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради

доктор технічних наук, професор П.А.Бехта

1. ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Виробництво стружкових плит (СП) на підприємствах України здійснюється на вітчизняному та імпортному обладнанні, що працює у безперервному режимі протягом тривалого часу (не менше місяця). Для забезпечення працездатного стану обладнання підприємства здійснюють профілактичні ремонтні заходи, вид яких вибирають суб'єктивно, без належного обґрунтування. Незважаючи на профілактики, кожної зміни виникають дві-три відмови обладнання, на усунення яких витрачається до 25% робочого часу та значні кошти. Обладнання для подрібнення деревини є першим в технологічному процесі виготовлення плит, й від його надійності залежить робота всього головного конвейєра. Часті відмови цього обладнання можуть звести нанівець всі економічні показники підприємства, незважаючи на повну механізацію і автоматизацію всього технологічного циклу. На сьогодні для обладнання з подрібнення деревини відсутні науково обґрунтовані та практично апробовані структури ремонтних циклів, критерії для їх оптимізації, математичні моделі для їх розроблення. Це зумовлює значні збитки від простоїв обладнання у ремонті, зниження якості стружки, перевитрати сировини та матеріалів. Тому питання обґрунтування показників надійності обладнання для подрібнення деревини, розроблення науково-обґрунтованих структур ремонтних циклів і критеріїв щодо їх оптимізації є важливими завданнями як теоретичного, так і практичного характеру, а роботи, направлені на їх вирішення, є актуальними.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Основні положення дисертаційної роботи виконані в рамках пріоритетного напрямку розвитку науки і техніки України - 04 - „Екологічно чиста енергетика та ресурсозберігаючі технології", підрозділу - 04.05 - „Підвищення надійності та довговічності машин та конструкцій". Вони спрямовані на вирішення завдань галузі з раціонального використання деревини та відходів деревообробки, підвищення надійності й довговічності обладнання підприємств, де виготовляють деревні плити, тісно пов'язані з науково-дослідною тематикою кафедри деревообробного обладнання та інструментів НЛТУ України в рамках програми „Ліс".

Мета і завдання дослідження. Вирішення науково-технічного завдання, яке полягає в обґрунтуванні показників надійності верстатів для подрібнення деревини з урахуванням роботи всього технологічного комплексу, як єдиної системи, і розроблення на цій основі структури ремонтного циклу цих верстатів.

Для досягнення поставленої мети необхідно було вирішити наступні основні завдання.

1. Проаналізувати, з погляду надійності, сучасний стан і конструктивні особливості верстатів для подрібнення деревини та обґрунтувати напрямки проведення теоретичних та експлуатаційних досліджень.

2. Визначити показники надійності цих верстатів і розробити рекомендації щодо їх підвищення.

3. Обґрунтувати критерії і визначити оптимальну тривалість міжремонтного періоду обладнання для подрібнення деревини, як елемента складної системи.

4. Визначити показники безвідмовності та ремонтопридатності обладнання головного конвейєра заводу з виробництва стружкових плит, як визначального елемента єдиної системи.

5. Розробити математичні моделі і алгоритми для визначення термінів служби деталей цих верстатів.

6. Розробити раціональні структури ремонтного циклу для окремих верстатів за єдиним критерієм.

Об'єкт дослідження - процес експлуатації обладнання для виробництва стружкових плит.

Предмет дослідження - верстати для подрібнення деревини, як об'єкти надійності.

Методи дослідження, які використовувалися в роботі:

- аналітичні методи, на основі яких створені математичні моделі термінів служби деталей рубальних машин і стружкових верстатів, цільова функція оптимізації тривалості міжремонтного періоду обладнання, запропоновані алгоритми програм для розрахунків на ПК;

- методи імітаційного моделювання напрацювань на відмову обладнання для подрібнення деревини;

- статистичні методи проведення експлуатаційних досліджень в умовах діючого підприємства і оброблення результатів цих досліджень.

Наукова новизна одержаних результатів. На основі виконаних теоретичних та експлуатаційних досліджень в роботі вирішено науково-технічне завдання обґрунтування показників надійності верстатів для подрібнення деревини та розроблення структури ремонтного циклу цих верстатів. верстат ремонтопридатність конвейер деталь

Науково обґрунтовано критерії оптимізації періодичності технічного обслуговування та ремонту обладнання з виробництва СП.

Вперше побудовано математичні моделі для визначення термінів служби деталей верстатів для подрібнення деревини з урахуванням діючих факторів, які можна використати і для інших машин.

Запропонована імітаційна модель експлуатації обладнання для подрібнення деревини, яка дозволяє моделювати напрацювання на відмову окремих деталей, що входять до складу цього обладнання.

Вперше теоретично обґрунтовано структуру ремонтного циклу рубальних машин і стружкових верстатів.

Обгрунтованість та вірогідність одержаних результатів і висновків дисертаційної роботи забезпечується великим обсягом експлуатаційних досліджень в умовах діючого підприємства, їх узгодженням із загальновизнаними уявленнями теорії надійності, перевіренням адекватності отриманих рівнянь регресії за критеріями Бартлетта і Фішера, використанням ПК для опрацювання всіх статистичних даних.

Практичне значення одержаних результатів полягає в розробленні, на основі обґрунтування показників надійності цього обладнання, методики складання структури ремонтного циклу для рубальних машин і стружкових верстатів.

Для визначення термінів служби деталей цих верстатів складені алгоритми та програми, які апробовані в умовах діючих підприємств.

Рекомендації щодо визначення оптимальних структур ремонтних циклів обладнання для подрібнення деревини впроваджені на ЗАТ „ЛК Інтерплит Надвірна" (підтверджено актами впровадження).

Особистий внесок здобувача. За результатами проведених досліджень в статтях [1, 2, 3] здобувачем складений план досліджень, проведений аналіз результатів, розроблені висновки. В статтях [4, 6, 7] здобувачем проведено збір статистичних даних, опрацьовані дані на ПК, зроблені висновки та дані рекомендації. Стаття [5] написана одноосібно автором.

Апробація результатів дисертації. Основні положення дисертаційної роботи та її окремі розділи доповідалися на науково-технічних конференціях УкрДЛТУ (2002, 2003, 2004, 2005р.р.). Дисертаційна робота в цілому доповідалася і обговорювалася на розширених наукових семінарах в Національному лісотехнічному університеті України (2006р.).

Публікації. За темою дисертаційної роботи опубліковано 7 статей.

Структура і обсяг дисертації.

Робота складається зі вступу, п'яти розділів, основних висновків, переліку використаних джерел і додатків. Основна частина викладена на 195 стор., з яких 135 стор. - основний текст, ілюстрації становлять 43 рисунки, таблиць 22, в бібліографії наведено 138 джерел. В додатку (145 стор., окрема книга) включено дані експлуатаційних досліджень, розрахунки ресурсу деталей верстатів, програма моделювання на ПК, акт впровадження результатів досліджень.

2. ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтована актуальність та доцільність проведення дослідження показників надійності верстатів для подрібнення деревини й розроблення структур ремонтних циклів для цих верстатів, поставлена мета та визначені основні завдання, які необхідно розв'язати для досягнення мети, сформульовано наукову новизну та практичну значимість роботи. Наведено інформацію щодо апробації роботи, публікації, структуру дисертації та результати впровадження досліджень.

У першому розділі наведено огляд літератури, в якому проаналізовано сучасні конструкції рубальних машин і стружкових верстатів, окреслено напрямки їх розвитку та вдосконалення, як об'єктів надійності. Проаналізовано стан питання й виконані науково-дослідні роботи щодо технічного обслуговування та ремонту. Розвиток теорії надійності в нашій країні відноситься до кінця 50-х років минулого століття. Перші роботи щодо надійності автоматичних ліній в машинобудуванні та деревообробленні відносяться до 1962-1968 років. Специфіка надійності лісопильного обладнання показана в роботах Іваніщева Ю.П., Бизова В.І. Надійність автоматичної лінії сортування та пакетування пиломатеріалів досліджувалась в роботі Амаліцького В.В. і Сіротова А.В. Ремонтопридатність конвейєрних механізмів подачі круглопилкових верстатів досліджувалась в роботі Сергачева Ю.А. Дослідження безвідмовності лінії формування і пресування стружкових плит (СП) проведені Амаліцьким В.В. і Піроговим В.А. Аналіз цих робіт показав, що дослідження проводились на незначному періоді експлуатації (не більше одного року). Це не дозволило авторам описати зміну технічного стану обладнання протягом ремонтного циклу. Для визначення показників надійності обладнання для виробництва стружкових плит у 1979р. була створена галузева служба надійності, яка охопила 10 підприємств (в тому числі в Україні Надвірнянський ЛК і Брошнівський ЛК). Матеріали, зібрані цією службою, показують характер зміни технічного стану обладнання для виробництва СП протягом двох років. Однак одержані лабораторією надійності результати не були доведені до логічного завершення. На основі багаторічних досліджень обладнання для виробництва СП, проведених в Українському державному лісотехнічному університеті (1990-1999рр.), були розроблені наукові основи прогнозування технічного стану та обґрунтування структури ремонтного циклу цього обладнання. У цих роботах основна увага приділена вивченню надійності обладнання головного конвейєра. Проблема ремонту обладнання розглянута в монографії Одінцова Є.М. Обладнання для подрібнення деревини залишилось поза увагою досліджень.

На підставі виконаного аналізу зроблено висновок щодо доцільності проведення досліджень надійності верстатів для подрібнення деревини, сформульовано мету та завдання досліджень.

Другий розділ присвячений теоретичним дослідженням і моделюванню напрацювань на відмову верстатів для подрібнення деревини.

Верстати для подрібнення деревини відносяться до відновних виробів. Процес відновлення таких виробів характеризується функцією відновлення , яка показує нагромаджену кількість відмов до напрацювання . Густина імовірності виникнення відмови відновного виробу є першою похідною від функції відновлення

де - імовірність -ї відмови;

- густина імовірності виникнення -ї відмови;

- параметр потоку відмов як функція від часу роботи верстата.

Якщо відомі значення функції відновлення, то середнє напрацювання на відмову на інтервалі визначається



Для оцінки надійності відновних виробів використовують такий показник, як імовірність безвідмовної роботи на інтервалі. За розподілу Вейбулла її визначають

,

де - параметр масштабу; - параметр форми.

Всі показники надійності відновних виробів можна визначити експериментально, проводячи експлуатаційні дослідження в умовах підприємств. На основі аналізу критеріїв оптимізації періодичності виконання планових ремонтних заходів встановлено, що для верстатів, які подрібнюють деревину найбільше підходить критерій продуктивності верстата за ремонтний цикл. Функція мети за цим критерієм має вигляд

де q - годинна технологічна продуктивність верстата;

- тривалість ремонтного циклу;

П - сумарні простої в ремонті за ремонтний цикл.

Сумарні простої визначаються як простої у планових П_П і непланових П_Н ремонтах

П= П_П+ П_Н

З врахуванням показників надійності функція мети має вигляд

де - тривалість міжремонтного періоду;

Т_П середній час простою у плановому ремонтному заході;

Т_кр середній час простою у капітальному ремонті;

- тривалість відновлення непланових відмов, як функція від часу роботи обладнання;

- параметр потоку відмов, як функція від часу роботи обладнання.

Для розроблення раціональної структури ремонтного циклу необхідно визначити ресурс окремих деталей верстатів. Для цієї мети запропоновано розрахунково-експериментальний метод з використанням моделювання за методом Монте-Карло. Для моделювання всі елементи (деталі, вузли) верстата розбивають на групи за їх ресурсом. Якщо елементи верстата логічно з'єднані послідовно, то напрацювання верстата на відмову визначається як мінімальне з усіх напрацювань

Для верстатів зі змішаним з'єднанням елементів (в якому один, або декілька елементів дубльовані) напрацювання верстата на відмову визначається за логічною залежністю

Використовуючи ці логічні залежності, створено алгоритм і програму для ПК, в якій за методом статистичного моделювання визначено напрацювання на відмову і показники надійності верстатів.

Для моделювання напрацювань на відмову підшипників кочення використано відому формулу для визначення імовірності безвідмовної роботи

де L- довговічність (заданий ресурс) підшипника, млн. обертів;

L₉₀- 90%-ий ресурс підшипника;

- параметр форми розподілу Вейбулла-Гніденка.

Якщо частота обертання підшипника постійна, то довговічність підшипника L_h у годинах, зручно розраховувати за формулою

де a₁ - коефіцієнт надійності;

a₂₃- узагальнений коефіцієнт, що характеризує спільний вплив якості металу деталей та умов експлуатації;

C - динамічна вантажопідіймальність підшипника;

P - еквівалентне динамічне навантаження на підшипник;

m - показник степеня (для кулькових підшипників m = 3, для роликових підшипників m = 3,333);

n- частота обертання внутрішнього кільця підшипника, об/хв.

Після перетворень напрацювання на відмову підшипника t=L_h визначили у вигляді залежності



де R(t) - імовірність безвідмовної роботи за час t.

Для моделювання напрацювань на відмову валів стружкових верстатів прийнято модель вала з регулярним навантаженням, для якого коефіцієнт асиметрії не змінюється до появи тріщини. Одночасно амплітуда циклу навантаження для кожної конкретної реалізації є випадковою величиною.

Руйнування вала наступає, коли границя втомної витривалості досягне певної кількості циклів навантаження N_HG. Тоді середній час напрацювання на відмову вала визначається за формулою

де N_HG - циклічна довговічність до руйнування вала;

c - число навантажень за один оберт вала;

n - частота обертання вала, об/хв.

Якщо середній час напрацювання відомий, то окремі напрацювання на відмову під час моделювання визначаються за формулою

де U_R- квантиль нормального розподілу для модельованої імовірності ;

S_t - середньоквадратичне відхилення напрацювань на відмову.

У рубальних машинах вал механізму різання передає значні зусилля. Амплітуда напружень, що діють на вал, змінюється в часі тому, що колоди подаються різних розмірів та мають різні фізико-механічні властивості. Для таких деталей необхідно мати математичну модель нагромадження втомних пошкоджень. Найпростішою лінійною моделлю сумування втомних пошкоджень є модель Майнера-Пальмгрена, за якою як міра нагромадження прийнята величина n_i /N_i, а критерієм є сума

де n_i - число циклів роботи з напруженнями;

N_i - число циклів до руйнування по кривій втоми на цьому рівні напружень.

Напрацювання на відмову вала рубальної машини визначається

де - тривалість блока навантаження, год.;

л - число блоків навантаження до руйнування.

Розподіл ресурсу логарифмічно нормальний і визначається за формулою

де L_R - ресурс вала, що відповідає імовірності руйнування R;

U_R - квантиль, що відповідає імовірності руйнування R;

S_lgL - середньоквадратичне відхилення логарифму ресурсу.

Під час роботи верстатів для подрібнення деревини значна кількість деталей відмовляє внаслідок абразивного тертя заготівок, тріски, стружки, мінеральних домішок з робочими поверхнями накладних листів, бігових доріжок, контрножів тощо. Цей процес відноситься до ударно-абразивного зношення. Напрацювання на відмову деталей, що піддаються ударно-абразивному зношенню, визначається за формулою

де - гранично допустиме зменшення розміру деталі;

S_h - середньоквадратичне відхилення початкового розміру;

S_I - середньоквадратичне відхилення інтенсивності зношення;

I - інтенсивність зношення;

- швидкість відносного переміщення поверхонь, що труться.

На основі наведених залежностей розроблено імітаційну модель зміни технічного стану верстата. Результати моделювання дали значення близькі до величин, отриманих за даними з підприємства.

У третьому розділі розглянуто методику проведення експлуатаційних досліджень на підприємстві ЗАТ „ЛК Інтерплит Надвірна". Описано конструкцію рубальної машини „Раума 8-3000", стружкових верстатів моделі MKZ-IV S „Майєр" і ДС-7 (Росія), а також дробарки PSKM-12 „Пальман". Джерелом статистичних даних про надійність верстатів служили журнали технічного нагляду, які ведуться на підприємстві. В журналах кожної зміни записують поточний час виникнення відмови, кількість відмов, тривалість відновлення, причину відмови з відміткою вузла, що відмовив. Обліку також підлягали планові ремонтні роботи. Спостереження проводилися протягом п'яти ремонтних циклів заводу СП (п'ять років). Зібрані дані оброблялися статистичними методами й отримували величини, що характеризували безвідмовність, ремонтопридатність і ресурс деталей верстатів. На основі одержаних результатів досліджень визначали регресійні моделі, що описують залежність показників надійності від часу оперативної роботи верстата. Регресійна модель є окремим випадком математичної моделі (рівняння регресії). Для одержання коефіцієнтів регресійної моделі користувалися методом найменших квадратів. Перевірення гіпотези щодо однорідності дисперсій проводили за критерієм Бартлетта. Це пов'язано з тим, що проведені дослідження є пасивним експериментом і мають неоднакову кількість повторень. Перевірення значимості коефіцієнтів рівнянь регресії проводили за критерієм Стюдента. Перевірення адекватності рівнянь регресії проводили за критерієм Фішера.

В цьому розділі вибрано методику розроблення та обгрунтування раціональної структури ремонтного циклу верстатів для подрібнення деревини. За ресурсом швидкозношуваних деталей верстата розробляли декілька структур ремонтного циклу, які порівнювалися між собою. Критерієм для вибору раціональної структури була питома трудомісткість ремонту верстата, що припадає на одиницю часу його роботи.

В четвертому розділі наведено результати експлуатаційних досліджень. Після статистичного оброблення цих результатів визначено показники надійності верстатів для подрібнення деревини (табл. 1).

Таблиця 1 Показники надійності верстатів для подрібнення деревини

Назва верстатів	Напрацювання на відмову, , год	Тривалість відновлення , год	Параметр потоку відмов , 1/год	Коефіцієнт готовності	Коефіцієнт технічного використання
Рубальна машина „Раума 8-3000"	141,8	6,61	0,00795	0,9555	0,8339
Стружковий MKZ-IV S „Майєр"	745,2	4,02	0,00134	0,9946	0,8439
Стружковий ДС-7	1366,3	3,93	0,00073	0,9971	0,8634
Дробарка „Пальман" PSKM-12	626,2	4,30	0,00160	0,9932	0,8575

На основі проведених досліджень рекомендовано заходи щодо підвищення надійності верстатів. Для рубальної машини необхідно підвищити зносостійкість захисних накладок ножового диска та кріпильних деталей за рахунок покриття поверхонь зносостійким матеріалом, передбачити очищення сировини перед її подачею в машину, вдосконаливши металошукач. Для стружкових верстатів потрібно вдосконалити пристрої для вилучення металевих предметів та мінеральних частин з тріски; підвищити зносостійкість контрножів і накладок між контрножами; для дробарок - підвищити зносостійкість ситових пластин і розмелювальних доріжок, довговічність приводних пасів і накладок лопатей.

Завод СП представляє собою комплекс автоматичних ліній, об'єднаних в одну систему, яка працює безперервно. Для таких систем проведення ремонтних заходів виконують, зупиняючи все обладнання одночасно. Визначальною лінією, яка має вплив на весь комплекс, є головний конвейєр заводу (лінія формування і пресування плит). За даними експлуатаційних досліджень було визначено залежність параметра потоку відмов від часу оперативної роботи головного конвейєра, що описується рівнянням регресії у вигляді полінома третього степеня (рис.1)

де t_p- час оперативної роботи лінії в годинах;

a₀= 0,11254, a₁= 1,3742·10^-3, a₂= -6,337·10^-6, a₃= 8,1667·10^-9 -

коефіцієнти рівняння регресії.

Показником ремонтопридатності головного конвейєра є середній час відновлення. Залежність середнього часу відновлення від часу оперативної роботи описується рівнянням регресії у вигляді полінома другого степеня

Використовуючи показники безвідмовності і ремонтопридатності t_e(t_p), побудовано графік функції мети (рис.2) за рівнянням (6).

З рис.2 бачимо, що оптимальна тривалість міжремонтного періоду не залежить від тривалості ремонтного циклу. Оптимальне значення тривалості міжремонтного періоду t_мр(opt) = 469 год.

За критерій оптимізації тривалості ремонтного циклу взято питомі видатки на придбання обладнання, технічне обслуговування та ремонти. Цільова функція оптимізації прийнята у вигляді

де a - початкова балансова вартість верстата;

b - вартість залишків після здачі верстата на брухт;

k - видатки на проведення капітального ремонту;

d - дисконтна ставка, що враховує рівень інфляції на верстат протягом року;

б - число періодів інвестування в роках;

c і д - коефіцієнт і показник степеня, що враховують прогресуючі видатки на технічне обслуговування та ремонти.

Для проведення розрахунків для кожного верстата використали дані з підприємства ЗАТ „ЛК Інтерплит Надвірна" за шість років. Результати розрахунків (рис.3) показують, що з часом питомі видатки на придбання верстата спадають, а питомі видатки на технічне обслуговування і ремонти зростають. Сумарні питомі видатки мають мінімум, який визначає оптимальну тривалість ремонтного циклу.

Оптимальна тривалість ремонтного циклу: для рубальної машини 17650 год (3,04 роки); стружкових верстатів „Майєр" - 16017 год (2,76 роки); стружкових верстатів ДС-7 - 17643 год (3,04 роки); дробарки „Пальман" - 15560 год (2,68 роки).

П'ятий розділ присвячений розробленню алгоритму імітаційної моделі роботи верстата, за допомогою якої визначено показники надійності верстатів для подрібнення деревини. Основна ідея цього алгоритму полягає в тому, що у початковий момент моделюється напрацювання на відмову (ресурс) всіх елементів верстата. З цієї сукупності визначається елемент, що має найменше напрацювання (див. (4), (5)). Воно присвоюється першому напрацюванню верстата на відмову. Після цього робота програми скеровується на підпрограму того елемента, що відмовив. Моделюється ресурс нового елемента, яким замінюється той, що відмовив. Напрацювання на відмову всіх інших елементів зменшується на величину напрацювання верстата. Після цього з нового масиву напрацювань знову вибирається мінімальне значення і цикли повторюються доти, доки сума напрацювань не досягне тривалості ремонтного циклу. Одночасно формуються масиви напрацювань верстата: механічної частини, електричної частини і кожного елемента. Після статистичного опрацювання цих масивів отримуємо середні напрацювання на відмови, середньоквадратичні відхилення, коефіцієнти варіації. Модель дозволяє повторювати дослідження для серій з будь-якої кількості верстатів. Результати статистичного моделювання напрацювань на відмову наведені в табл.2.

Напрацювання на відмову верстатів для подрібнення деревини мають розподіл Вейбулла-Гніденка. Імовірність безвідмовної роботи визначається за формулою (3).

Густина розподілу напрацювань на відмову визначається за формулою

Параметр потоку відмов визначається

де - час роботи для якого визначається f(t) і щ(t);

a - параметр масштабу;

b - параметр форми.

Таблиця 2 Результати статистичного моделювання і розрахунку показників надійності верстатів для подрібнення деревини

Назва верстатів	Сумарна к-сть відмов, шт	Середнє напрацювання на відмову, год	Середнє квадратичне відхилення у, год	Коефіц. варіації	Параметр форми, b	Параметр масш-табу, a
1. Рубальна машина „Раума" в т.ч. частина: механічна електрична	987 871 116	205,2 232,5 1745,1	160,5 171,4 1731,7	0,7823 0,73662 0,9920	1,296 1,382 1,009	222,14 255,00 1745,7
2. Стружковий „Майєр" в т.ч. частина: механічна електрична	286 254 32	782,6 886,7 6666,7	629,4 665,1 6466,7	0,8042 0,7501 0,9700	1,2586 1,3554 1,0325	842,62 967,14 6749,86
3. Стружковий ДС-7 в т.ч. частина: механічна електрична	179 159 20	1256,9 1415,1 1125,0	1018,1 1089,6 1080,0	0,81 0,77 0,96	1,249 1,3181 1,0438	1349,5 1535,87 1138,23
4. Дробарка „Пальман" в т.ч. частина: механічна електрична	275 245 30	654,5 734,7 6000,0	549,8 580,4 594,0	0,84 0,79 0,99	1,202 1,2826 1,0106	696,5 793,2 6025,0

Для розроблення структур ремонтного циклу за результатами моделювання і даних з підприємств визначені середні ресурси швидкозношуваних деталей для всіх верстатів. Всі деталі об'єднані в групи за середнім ресурсом і побудований граф, у якому для кожної групи деталей відмічений момент її заміни. На рис.4 і рис.5 показано два варіанти структур ремонтного циклу, розроблені для рубальної машини.

Критерієм для вибору оптимальної структури ремонтного циклу прийнято трудозатрати на виконання ремонтних заходів, що припадають на одну годину роботи верстата. Проведені розрахунки питомих трудозатрат для рубальної машини показують, що для дев'ятиперіодної структури ремонтного циклу вони становлять ф_a= 0,252 люд.год/год, а для шестиперіодної структури - = 0,297 люд.год/год. Перша структура є раціональніша бо ф_a < ф_b й вона рекомендується до впровадження. За цією методикою розроблені структури ремонтного циклу для всіх верстатів (табл.3).

Таблиця 3 Рекомендовані структури ремонтного циклу верстатів для подрібнення деревини

Назва верстатів	Марка	Тривалість ремонтного циклу, Tц, год	Структура ремонтного циклу	Параметри ремонтного циклу
				nок	nп	nс	nк	Міжоглядовий період	Міжремонтний період
Рубальна машина	Раума 8-3000	13500	17	1	6	2	1	500	1500
Стружковий „Майєр	MKZ-IV S	15000	19	1	7	2	1	500	1500
Стружковий	ДС-7	15000	19	1	7	2	1	500	1500
Дробарка „Пальман"	PSKM-12	12000	15	1	6	1	1	500	1500
Дробарка	ДМ-8	12000	15	1	6	1	1	500	1500

* - кількість оглядів, оглядів перед капітальним ремонтом, поточних, середніх та капітальних ремонтів у структурі ремонтного циклу.

У табл.3 тривалість міжоглядового та міжремонтного періодів дорівнює 500 год і 1500 год, що становить один і три місяці календарної роботи заводу СП. Тривалість ремонтного циклу для рубальної машини - 2,5; для стружкових верстатів - 2,7; для дробарок - 2,2 календарних роки.

ВИСНОВКИ

У дисертації наведено теоретичне узагальнення і нове вирішення важливого науково-технічного завдання, що полягає в обґрунтуванні показників надійності верстатів для подрібнення деревини з урахуванням роботи всього технологічного комплексу, як єдиної системи, та розроблення на цій основі раціональних структур ремонтних циклів цих верстатів. У результаті проведених досліджень та їх аналізу отримано такі висновки:

1. На підставі проведеного огляду літературних джерел і аналізу роботи підприємств з виготовлення стружкових плит встановлено, що на підприємствах змонтовані рубальні машини, стружкові верстати і дробарки різних типів, що експлуатуються 15...20 років, а то й більше. Вони забезпечують вимоги виробництва тільки завдяки наявності дублерів і частому виконанню ремонтів за потребою, які проводяться за суб'єктивними оцінками.

2. Вперше верстати для подрібнення деревини розглянуті як об'єкти надійності єдиної системи, якою є завод СП. За результатами статистичних даних з підприємства визначені фактичні показники надійності цих верстатів.

3. Досліджено безвідмовність обладнання головного конвейєра ЗАТ „ЛК Інтерплит Надвірна" і визначено параметр потоку відмов, як функцію від оперативного часу роботи. Установлено, що параметр потоку відмов адекватно описується рівнянням регресії у вигляді полінома третього степеня.

4. Узагальнено показники ремонтопридатності обладнання головного конвейєра заводу СП. Установлено, що імовірність відновлення цього обладнання має розподіл Вейбулла-Гніденка. Дослідним шляхом визначені параметри форми і масштабу цього розподілу. Параметр форми залежить від оперативного часу роботи. На початку міжоглядового періоду, параметр форми = 1,9...2,2, а в кінці досягає величини 2,8...3,0. Середній час відновлення протягом міжоглядового періоду також залежить від оперативного часу роботи і описується рівнянням регресії у вигляді полінома другого степеня.

5. Вперше науково обґрунтовано критерії та цільову функцію оптимізації періодичності проведення ремонтних заходів. Такою функцією є фактична годинна продуктивність верстатів за ремонтний цикл або коефіцієнт технічного використання верстатів, як функція оперативного часу роботи. Установлено, що тривалість ремонтного циклу не впливає на оптимальну тривалість міжоглядових та міжремонтних періодів. Для заводів СП, що працюють за безпіддонного способу пресування, тривалість міжоглядового періоду рекомендується 450...500 год або 25 календарних днів; тривалість міжремонтного періоду - 1500 год (3 місяці). З такою періодичністю рекомендується проводити ремонтні заходи для обладнання всього заводу СП, в тому числі і для верстатів з подрібнення деревини.

6. Установлено, що критерієм для обґрунтування тривалості ремонтного циклу необхідно брати економічний показник у вигляді питомих видатків на купівлю та утримання верстатів. За цим критерієм тривалість ремонтного циклу для верстатів з подрібнення деревини рекомендується кратною міжремонтному періоду в межах 2,6...3 років (15500...17650 год.).

7. На основі аналізу існуючих теоретичних залежностей для визначення імовірності безвідмовної роботи деталей машин, з врахуванням особливостей роботи верстатів для подрібнення деревини, вперше отримано аналітичні формули для визначення напрацювань на відмову деталей цих верстатів: підшипників кочення, зубчастих передач, валів рубальних машин, валів стружкових верстатів, захисних листів, контрножів та інших. У ці формули входить випадкова величина імовірності безвідмовної роботи, що враховує зміну умов навантаження та імовірнісний характер несучої здатності матеріалу, з якого виготовлено деталі верстатів.

8. Прогнозування ресурсу (термінів служби) деталей верстатів слід вести на імітаційних моделях. В роботі вперше за методом Монте-Карло розроблено імітаційну модель роботи верстата. На основі цієї моделі обґрунтовано показники надійності верстатів для подрібнення деревини і визначено ресурс деталей цих верстатів.

9. Вперше розроблено раціональні структури ремонтного циклу для рубальної машини, стружкових верстатів і дробарок. Для обґрунтування структур використано критерій питомої трудомісткості ремонту верстата. Для рубальної машини рекомендується структура, яка включає 27 ремонтних заходів: 18 - оглядів; 6 - поточних; 2 - середніх і 1 - капітальний ремонти. Для стружкових верстатів рекомендується структура, що включає: 20 - оглядів; 7 - поточних; 2 - середніх і 1 - капітальний ремонти. Для дробарок рекомендується структура: 16 - оглядів; 6 - поточних; 1 - середній і 1 - капітальний ремонти. В комплексі запропоновано методику розроблення структури ремонтного циклу на основі розподілу деталей на групи за їх ресурсом і побудови графа, в якому відмічаються моменти заміни кожної групи.

10. Встановлені закономірності зміни технічного стану верстатів для подрібнення деревини, раціональні структури ремонтного циклу, заходи з підвищення надійності у вигляді рекомендацій прийняті підприємствами і використовуються для складання циклових та річних графіків планово-запобіжних ремонтів і розрахунку необхідної чисельності робітників для технічного обслуговування і ремонту.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ

1. Полоз В.І., Шостак В.В. Обладнання для підготовлення технологічної стружки як об'єкт надійності // Наук. вісник: Збірник наук. техн. праць. - Львів: УкрДЛТУ. - 2003, вип.13.2. - С.252-256.

2. Полоз В.І., Шостак В.В. Безвідмовність обладнання головного конвейєра заводу „Інтерплит" // Наук. вісник: Збірник наук.-техн. праць. - Львів: УкрДЛТУ. - 2004, вип.14.4. - С.84-89.

3. Шостак В.В., Полоз В.І. Дослідження ремонтопридатності обладнання головного конвейєра лінії пресування деревностружкових плит // Наук. вісник: Збірник наук.-техн. праць. - Львів: УкрДЛТУ. - 2004, вип.14.7. - С.68-76.

4. Полоз В.І., Шостак В.В. Оптимальна періодичність технічного обслуговування та ремонту обладнання для подрібнення деревини // Наук. вісник: Збірник наук.-техн. праць. - Львів: УкрДЛТУ. - 2005, вип.15.1. - С.156-161.

5. Полоз В.І. Технічна експлуатація рубальних машин // Наук. вісник НЛТУУ: Збірник наук.-техн. праць. - Львів: НЛТУУ. - 2005, вип.15.4. - С.193-198.

6. Полоз В.І., Шостак В.В. Моделювання ресурсу деталей верстатів для подрібнення деревини різанням // Науковий вісник НЛТУУ: Збірник наук.-техн. праць. - Львів: НЛТУ України. - 2006, вип.16.1. - С.144-156.

7. Полоз В.І., Шостак В.В. Розроблення структури ремонтного циклу верстатів для подрібнення деревини // Науковий вісник НЛТУУ: Збірник наук.-техн. праць. - Львів: НЛТУ України. - 2006, вип.16.6. - С.120-124.

АНОТАЦІЯ

Полоз В.І. Обґрунтування показників надійності та розроблення структури ремонтного циклу верстатів для подрібнення деревини. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.05.07 - машини та процеси лісівничого комплексу.- Національний лісотехнічний університет України, Львів, 2007.

Дисертація присвячена вирішенню важливого науково-технічного завдання - обґрунтуванню показників надійності та розробленню структур ремонтних циклів верстатів для подрібнення деревини. В роботі обґрунтовано критерії та цільову функцію оптимізації періодичності проведення ремонтних заходів. Встановлено, що тривалість ремонтного циклу не впливає на тривалість міжремонтних періодів. Отримано аналітичні формули для визначення напрацювань на відмову деталей верстатів. Досліджено безвідмовність і ремонтопридатність обладнання головного конвейєра заводу стружкових плит. Отримано рівняння регресії у вигляді полінома третього степеня для визначення параметра потоку відмов, як функції від часу оперативної роботи. Встановлено, що імовірність відновлення обладнання має розподіл Вейбулла-Гніденка. Зміна середнього часу відновлення протягом міжоглядового періоду описується рівнянням регресії у вигляді полінома другого степеня. Запропоновано імітаційну модель для моделювання роботи верстатів. Розроблено раціональні структури ремонтного циклу для рубальної машини, стружкових верстатів і дробарок.

Ключові слова: деревина, подрібнення, верстат, надійність, безвідмовність, ремонт, цикл, структура, моделювання.

АННОТАЦИЯ

Полоз В.И. Обоснование показателей надежности и разработка структуры ремонтного цикла станков для измельчения древесины. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.05.07 - машины и процессы лесного комплекса. - Национальный лесотехнический университет Украины, Львов, 2007.

Диссертация посвящена решению важной научно-технической задачи - обоснованию показателей надежности и разработке структур ремонтных циклов станков для измельчения древесины. Установлено что на предприятиях по выпуску древесностружечных плит используются рубительные машины и стружечные станки, для которых не разработаны обоснованные показатели надежности и структуры ремонтных циклов. Ремонты выполняются по потребности и субъективному решению ремонтников. Для определения периодичности проведения профилактических ремонтных мероприятий в работе впервые научно обосновано критерии и целевую функцию оптимизации. Такой функцией является фактическая часовая производительность станка за ремонтный цикл или коэфициент технического использования станка. Установлено, что продолжительность ремонтного цикла не влияет на оптимальную продолжительность межосмотровых и межремонтных периодов. Для заводов по производству древесностружечных плит, работающих по бесподдонному способу прессования, продолжительность межосмотрового периода рекомендуется 450...500 часов. Получены аналитические формулы для определения наработки на отказ деталей станков для измельчения древесины: подшипников, передач, валов рубительных машин и стружечных станков, защитных листов, ножедержателей, контрножей и других. Исследовано безотказность оборудования главного конвейера завода древесностружечных плит. Параметр потока отказов определен в виде уравнения регрессии как функция оперативного времени работы и описывается полиномом третьей степени. Обобщены показатели ремонтопригодности оборудования главного конвейера. Установлено, что вероятность восстановления этого оборудования имеет распределение Вейбулла-Гниденко. Экспериментально определены параметры формы и масштаба этого распределения. За критерий обоснования продолжительности ремонтного цикла взят економический показатель в виде удельных затрат на приобретение и содержание станка. Впервые разработано иммитационную модель изменения технического состояния станка в процессе его работы. В основу этой модели положен метод Монте-Карло. Пользуясь этой моделью, обоснованы показатели надежности станков для измельчения древесины. Разработаны рациональные структуры ремонтных циклов для рубительной машины, стружечных станков и мельниц. Для обоснования выбора структуры использован критерий удельной трудоемкости ремонта станка. Установленные закономерности изменения технического состояния станков для измельчения древесины, рациональные структуры ремонтного цикла и мероприятия по повышению надежности, в виде рекомендаций, приняты предприятиями и используются для составления цикловых и годовых графиков планово-предупредительных ремонтов и расчетов численности рабочих для ремонтной службы участков подготовки стружки заводов древесностружечных плит.

Ключевые слова: древесина, измельчение, станок, надежность, безотказность, ремонт, цикл, структура, моделирование.

ANNOTATION

Poloz V.I. Justification of indexes of reliability and structures of repair cycles of rigs for a reducing of wood. - The manuscript

The thesis on obtaining of a scientific degree of Cand.Tech.Sci. on a speciality 05.05.07 - machines and processes of a wood complex. - National University of Forestry and Woodworking Technology of Ukraine, Lviv, 2007.

The dissertation is devoted to the decision of the important scientific and technical problem - to a substantiation of indices of reliability and elaborating of structures of repair cycles of machine tools for shredding of wood. This work substantiated criteria and goal function of optimization of periodicity of carrying out of repair measures. It is installed, that duration of a repair cycle does not influence on duration of the between-repairs periods. Analytical formulas for determination of work on failures of machine tool details are received. Non-failure operation and repairability of the equipment of the main conveyor of shaving-boards plant is investigated. For determination of parameter of a flow of failures the equation of regress in the form of a polynom of the third degree is received. It is determined, that the probability of restoring submits to the law of distribution Vejbull-Gnidenko. The change of the average time for restoring during the between viewing period is given by the equation of regress in the form of polynom of the second degree. The imitative model for modelling of work of machine tools is offered. Rational structures of repair cycles for chipping machines, shaving-breakers and chippers are developed.

Keywords: Wood, reduction, the machine tool, reliability, non-failure operation, repair, cycle, structure, simulation.

Размещено на Allbest.ru

...