Текст книги "Техническая эксплуатация и ремонт технологического оборудования"

8.5 Прогнозирование остаточного ресурса технологического оборудования

8.5.1 Общие сведения

Аппаратный поиск неисправностей, рассмотренный выше, необходим не только для устранения отказов, но и для прогнозирования остаточного и прогнозируемого ресурсов. Прогнозирование – это предсказание технического состояния, в котором объект окажется в некоторый будущий период времени. Это одна из важнейших задач, которую приходится решать при переходе на ремонт по техническому состоянию.

Решение задач прогнозирования весьма важно, в частности, для организации планово-предупредительного ремонта объектов по техническому состоянию (вместо обслуживания по срокам или по ресурсу). Непосредственное перенесение методов решения задач диагностирования на задачи прогнозирования невозможно из-за различия моделей, с которыми приходится работать: при диагностировании моделью обычно является описание объекта, в то время как при прогнозировании необходима модель процесса эволюции технических характеристик объекта во времени. В результате диагностирования каждый раз определяется не более чем одна «точка» указанного процесса эволюции для текущего момента (интервала) времени. Тем не менее, хорошо организованное диагностическое обеспечение объекта с хранением всех предшествующих результатов диагностирования может дать полезную и объективную информацию, представляющую собой предысторию (динамику) развития процесса изменения технических характеристик объекта в прошлом, что может быть использовано для систематической коррекции прогноза и повышения его достоверности.

Основой для определения остаточного ресурса являются результаты технического диагностирования и анализ условий его эксплуатации. Заключение, которое готовится по результатам диагностирования оборудования, должно содержать указания по допустимому сроку безопасной эксплуатации его или гарантированный остаточный ресурс. Этот ресурс должен определяться по самому неблагоприятному режиму предстоящей эксплуатации. Если остаточное время работы оборудования определяют параллельно по нескольким критериям (коррозия, циклические нагрузки, изменение механических характеристик конструкционного материала и т.д.), то остаточный ресурс берется по тому критерию, который дает наименьшее значение остаточного времени. Следует отметить, что если расчетный остаточный ресурс превышает 10 лет, то его принимают равным 10 годам.

8.5.2 Прогнозирование остаточного ресурса с помощью математических моделей

Математические методы расчета остаточного ресурса основаны на разработке и использовании математических моделей (закономерностей, зависимостей), описывающих происходящий в диагностируемом объекте процесс. Модель позволяет расчетным методом получить будущее техническое состояние объекта.

При прогнозировании ресурса оборудования, подвергающегося коррозии или эрозии расчет ресурса Т_К(Э) ведется по следующей зависимости:

T _к(э) = (S_ф – S_р) / а, (2)

где S_ф – фактическая минимальная толщина стенки, мм;

S _р – расчетная толщина стенки, мм;

а – скорость равномерной коррозии (эрозии), мм/год.

Величина а определяется по следующим зависимостям. Если имеется одно измерение контролируемого параметра S_ф(t1), полученное при обследовании оборудования, то

а = (S_и + С₀ – S_ф) / t₁, (3)

где S_и – исполнительная толщина стенки, мм;

С ₀ – плюсовой допуск на толщину стенки, мм;

t ₁ – время от момента начала эксплуатации до момента обследования, лет.

В том случае, если при очередном обследовании оборудования имеются два измерения контролируемого параметра S_ф(t2) и S_{ф (t1)}, то скорость коррозии определяют по выражению:

a = [S_ф(t2) – S_ф(t1)] / [(t₂ – t₁)] × K₁ × K₂, (4)

где S_ф(t1) и S_ф(t2) – фактическая толщина стенки соответственно при первом и втором обследовании;

t ₁ и t₂ – значение времени от начала эксплуатации оборудования до момента первого и второго обследования, соответственно, лет;

K ₁ – коэффициент, учитывающий отличие средней ожидаемой скорости коррозии (эрозии) от гарантированной скорости с доверительной вероятностью γ = 0,7…0,95;

K ₂ – коэффициент, учитывающий погрешность определения скорости коррозии (эрозии) по линейному закону в отличие от скорости, рассчитанной по более точным нелинейным законам изменения контролируемого параметра.

Коэффициенты K₁ и K₂ выбираются на основе анализа результатов расчета скорости коррозии (эрозии) для аналогичного оборудования. Если отсутствуют данные такого анализа, то принимают K₁ = 0,5…0,75 и K₂ = 0,75…1,0. При этом большие значения коэффициентов принимают при незначительной фактической коррозии (эрозии) – менее 0,1 мм/ год.

Остаточный ресурс деталей прогнозируют с применением способов и средств диагностирования. При этом учитывают значения диагностических параметров, предыдущую наработку и условия работы. В этом случае полагают, что скорость изнашивания или закономерность изменения диагностических параметров остаются постоянными. По причине того что 85 % деталей машин теряют работоспособность в результате изнашивания, наибольший интерес на практике представляет параметр износа.

Наибольшее распространение при прогнозировании остаточного ресурса деталей получил функционально-статистический способ, который основан на среднестатистических закономерностях изменения диагностируемых параметров во времени. Среднестатистический остаточный ресурс детали определяют по формуле

где t_Н – наработка детали с начала эксплуатации (или после восстановления) до диагностирования;

α – показатель степени (таблица 2);

Р_ПР – предельное значение параметра;

Р_НАЧ – начальное значение параметра;

Р_ИЗМ – значение параметра, измеренное при диагностировании.

Таблица 2 – Значения показателя α для различных деталей и элементов

Если наработка с начала эксплуатации новой или восстановленной детали неизвестна, то остаточный ресурс ее находят по наработке между двумя диагностированиями по формуле

Т_ОСТ=Rt_ОСТ, (6)

где R – коэффициент пропорциональности;

t_ОСТ – условный остаточный ресурс.

Предельное значение рассматриваемого параметра выбирают из руководства по капитальному ремонту соответствующего агрегата, а начальные размеры детали – из ее рабочего чертежа. При этом учитывают, что приработочный износ детали не превышает допуск на ее изготовление. Поэтому за начальный размер принимают для шейки вала наименьший предельный размер, а для отверстия – наибольший предельный размер.

Значение остаточного ресурса детали как вероятностной величины заключено в числовом интервале. Чем шире этот интервал, тем с большей вероятностью находится в нем значение оцениваемого параметра. Рассеяние остаточного ресурса деталей подчиняется закону распределения Вейбулла с коэффициентом вариации V=0,33…0,40. Величина смещения начала рассеяния равна 0,3. Доверительную вероятность принимают равной 0,8…0,9.

8.5.3 Прогнозирование остаточного ресурса методом экспертных оценок

При расчете остаточного ресурса чаще всего возникают трудности, связанные с отсутствием объективной информации, необходимой для принятия решений по методу математических моделей. В этом случае заключение об остаточном ресурсе оборудования принимается на основе учета мнений квалифицированных специалистов (экспертов) путем проведения экспертного опроса.

Существует несколько способов экспертной оценки, а именно:

– непосредственной оценки;

– ранжирования (ранговой корреляции);

– парного сопоставления;

– баллов (балльных оценок) и последовательных сопоставлений.

Все эти способы отличаются один от другого как подходами к постановке вопросов, на которые отвечают эксперты, так и проведением экспериментов и обработки результатов опроса. Вместе с тем их объединяет общее – знания и опыт специалистов в данной области.

Наиболее простым и объективным способом экспертной оценки являет способ непосредственной оценки, который широко применяется для определения остаточного ресурса на основе диагностирования технического состояния оборудования. Достоинством этого способа является достаточно высокая точность получаемых результатов, а также возможность одновременного прогнозирования ресурса сразу по нескольким типам (образцам) оборудования.

Для экспертной оценки ресурса оборудования на предприятии создается рабочая группа. В состав рабочей группы помимо непосредственных исполнителей целесообразно включать технических работников ОГМ и ОГЭ, старших механиков, механиков (мастеров) цехов, стаж которых по эксплуатации и ремонту данного оборудования составляет не менее пяти лет. В состав рабочей группы не следует включать начальников цехов, отделов, служб и т. д., авторитетные суждения которых могут повлиять на объективность экспертных оценок, а также на окончательное решение рабочей группы.

В обязанности рабочей группы входит:

– подбор специалистов-экспертов;

– выбор наиболее приемлемого метода экспертных оценок и в соответствии с этим разработка процедуры опроса и составления опросных листов;

– проведение опроса;

– обработка материалов опроса;

– анализ полученной информации;

– синтез объективной и субъективной информации с целью получения оценок, необходимых для принятия решений.

Руководитель рабочей группы перед организацией экспертного опроса должен представить экспертам максимально возможное количество объективных данных по диагностированию всех агрегатов, узлов, соединений и деталей по каждой единице оборудования, имеющихся в распоряжении рабочей группы, паспорта, ремонтные журналы и другую техническую документацию за весь срок службы оборудования. Путем проведения инструктажа необходимо информировать экспертов об источниках возникновения данного вопроса, путях решения сходных вопросов в прошлом на других предприятиях и оборудовании, т. е. повысить квалификацию (информативность) экспертов в данном вопросе.

Для проведения экспертного опроса подготавливаются специальные опросные листы. При отработке экспертных опросных листов следует особое внимание обратить на правильность задаваемых вопросов. Вопросы должны быть краткими (да, нет), не должны допускать двойного толкования.

После ознакомления экспертов с состоянием исследуемого вопроса руководитель рабочей группы раздает им опросные листы и пояснительные записки. При этом наиболее авторитетный сотрудник рабочей группы разъясняет экспертам те положения опросного листа, которые недостаточно хорошо ими поняты.

Получив заполненный опросный лист, руководитель рабочей группы при необходимости задает эксперту вопросы для уточнения полученных результатов. Это позволяет выяснить, правильно ли поняты экспертом вопросы опросного листа и действительно ли ответы соответствуют его истинному мнению.

В процессе опроса сотрудники рабочей группы не должны высказывать эксперту свои суждения о его ответах, чтобы не навязывать ему своего мнения.

После обработки результатов опроса проводится ознакомление каждого эксперта со значениями оценок, назначенными всеми другими экспертами, входящими в экспертную группу.

Каждый эксперт, ознакомившись с анонимными мнениями других экспертов, вновь заполняет опросный лист.

Допускается проведение и открытого обсуждения результатов опроса. Каждый эксперт при этом имеет возможность кратко аргументировать свои суждения и критиковать другие мнения. Для исключения возможного влияния служебного положения на мнение экспертов желательно, чтобы эксперты высказывались в последовательности от младшего к старшему (по служебному положению).

В подавляющем большинстве случаев двух туров опроса бывает вполне достаточно для принятия обоснованного решения. В случаях, когда требуется повысить точность оценок путем увеличения объема статистической выборки (количеством ответов), а также при низкой согласованности мнений экспертов, экспертный опрос может быть проведен в три тура.

Результатом опроса является определение искомого параметра прогнозирования на основе анализа ответов экспертов.

Полученный по экспертным оценкам показатель следует рассматривать как случайную величину, отражением которой является индивидуальное мнение эксперта.

9 Особенности технической эксплуатации и ремонта технологического оборудования АТП и СТОА

9.1 Общие положения

Потребность в проведении работ по ТО и Р технологического оборудования продиктована требованиями к его надежности, которые должны быть не ниже, а даже более жесткими, чем для автомобилей, обслуживаемых этим оборудованием. Это связано с тем, что частые отказы и неисправности технологического оборудования, приводят к дополнительным неоправданным простоям автомобилей в зонах ТО и Р, снижению качества выполняемых работ, к снижению техникоэкономических показателей работы АТП в целом.

Рекомендуемая к внедрению в АТП планово-предупредительная система ТО и Р технологического оборудования включает в себя следующие технические воздействия:

– ежесменное техническое обслуживание;

– профилактический ремонт;

– первый ремонт;

– второй ремонт.

При этом все указанные виды технических воздействий являются плановыми и обязательными.

Ежесменное обслуживание (ЕО) включает в себя визуальный осмотр и подготовка оборудования к использованию: обтирка; подключение к источникам питания; установка сборочных единиц и инструмента, снятых в прошедшую смену; обеспечение необходимыми материалами, приспособлениями; дозаправка агрегатов техническими жидкостями; проверка работоспособности; несложные регулировочные работы и устранение мелких неисправностей. Его выполняет персонал, эксплуатирующий данное технологическое оборудование. Ежедневное обслуживание не должно нарушать графика работы технологической зоны АТП, в которой установлено данное оборудование.

Профилактический ремонт (ПР) включает комплекс операций ТО профилактического назначения и ремонтные работы по устранению отдельных неисправностей оборудования. Профилактический ремонт иногда называют текущим ремонтом и совмещают с плановыми техническими обслуживаниями. Завершающим этапом профилактического ремонта средств технического диагностирования является метрологическая поверка. Исключение составляют случаи, когда неисправности и ремонтные воздействия после их устранения не влияют на изменение метрологических характеристик технологического оборудования.

Для механических систем технологического оборудования профилактический ремонт включает проверку функционирования, оценку герметичности пневматических и гидравлических приводов, крепежные и смазочно-заправочные работы, оценку степени износа трущихся поверхностей, замену узлов и отдельных элементов с регламентируемым сроком службы и т.д.

Для электронных средств технического диагностирования профилактический ремонт включает проверку напряжения источников питания, проверку электрической полярности между цепью питания и корпусом, проверку функционирования отдельных блоков, калибровку измерительных каналов, выявление и устранение неисправностей и т.д.

Первый ремонт (Р-1) включает работы, проводимые с разборкой и капитальным ремонтом или заменой отдельных узлов и механизмов технологического оборудования. Завершается первый ремонт углубленной проверкой технического состояния, испытанием и проверкой метрологических характеристик оборудования (при необходимости).

Второй ремонт (Р-2) включает работы по капитальному ремонту всех основных агрегатов и частей оборудования, в том числе демонтажно-монтажные, слесарно-механические, сварочные, кузнечные, электротехнические и другие, и предназначен для полного восстановления надежности и работоспособности оборудования до уровня, установленного нормативно-техническими показателями нового оборудования. Завершающей операцией второго ремонта технологического оборудования является его аттестация или метрологическая поверка.

Предлагаемая система является примерной и может конкретизироваться на каждом АТП в зависимости от технического уровня производства, способа организации обслуживания и ремонта оборудования и других факторов. При разработке системы должны быть учтены рекомендации заводов изготовителей, изложенные в эксплуатационных документах на конкретные образцы оборудования. Для упрощения организации выполнения ТР и Р, контроля и учета может быть принята единая периодичность для всех наименованных ниже образцов технологического оборудования:

– ЕО – каждосменная;

– ПР – ежеквартальная;

– P-1 – полугодовая;

– Р-2 – ежегодная.

Трудоемкость выполнения работ по ТО и Р оборудования определяется на основании опыта эксплуатации с учетом категории сложности выполняемых профилактических работ, данных хронометража и операционных норм времени на нормативы трудоемкости и стоимости проведения ремонтов основных моделей технологического оборудования (Приложение Ж).

9.2 Принципы дифференциации и оценки оборудования для составления системы технического обслуживания и ремонта

Составление систем ТО и Р отдельных образцов или однотипных групп оборудования требует индивидуального подхода. Для инструментов и простых устройств система ТО и Р не нужна, так как их обслуживание ограничивается одной – двумя операциями, выполняемыми эпизодически, например, протиркой или очисткой от загрязнений и пыли, смазкой трущихся деталей и др. В то же время по более сложному дорогостоящему оборудованию (например, автоматической установке для мойки автомобилей) система должна включать все виды ТО и Р и содержать ряд сложных операций, для выполнения которых требуются специалисты высокой квалификации и специальное оборудование.

Следовательно, сначала необходимо рассмотреть весь перечень технологического оборудования АТП и СТОА и выявить образцы, для которых разработка и соблюдение системы ТО и Р обязательны.

Затем по каждому из отобранных образцов установить:

– перечень, характер, частоту повторяемости основных неисправностей и отказов;

– содержание и трудоемкость работ по их устранению;

– состав системы ТО и Р;

– перечень и периодичность каждого вида обслуживания и ремонта.

При составлении перечня оборудования, подлежащего включению в систему ТО и Р, учитывают:

– значимость образца оборудования для производственного процесса АТП;

– сложность устройства и работы образца;

– трудоемкость и сложность работ по восстановлению технического состояния;

– первоначальная стоимость образца, сложность его монтажа, затраты на эксплуатацию;

– надежность работы образца;

– интенсивность использования.

Под значимостью образца подразумевается прежде всего его влияние на производительность и качество проведения ТО и ТР автомобилей, тяжесть последствий отказа, трудность замены неисправного образца новым, его монтажа, подключения к системам энерго-, водоснабжения и т.д.

По значимости и сложности оборудование и инструмент условно разделяют на три группы:

– простейшее оборудование, состоящее из одного или нескольких элементов, при повреждении которых образец заменяется новым или восстанавливается на АТП без существенного влияния на технологический процесс ТО и ТР;

– оборудование средней сложности, состоящее из нескольких специализированных узлов и механизмов, отсутствие которых заметно сказывается на условиях, качестве и производительности труда при выполнении комплекса операций ТО и ТР автомобилей;

– оборудование большой сложности, имеющее многокомпонентную конструкцию, в том числе систему специализированного управления, приводы и др., существенно влияющее на производительность и условия труда, качество работ, технологию и организацию ТО и ТР.

По степени сложности восстановления (СВ) технологическое оборудование делится на следующие категории:

– малая СВ, при которой для восстановления работоспособности образца достаточно выполнить по потребности смазочно-регулировочные и крепежные работы, изготовить детали на обычных металлорежущих станках или с помощью слесарных инструментов;

– средняя СВ, характеризующаяся необходимостью выполнения точечной сварки, запрессовки деталей, притирочных и других работ с применением специализированного или точного оборудования;

– большая СВ, при которой приходится выполнять ряд специальных регулировочных, юстировочных и других работ, изготовлять прецизионные пары деталей или сложные узлы, применять специальную технологию, дефицитные материалы, производить операции с применением высокоточного оборудования, металлообрабатывающих станков и т.п.

Используя представленные критерии, а также результаты обобщенной оценки оборудования и работ по его обслуживанию и ремонту весь перечень технологического оборудования можно разбить на три группы.

В первую группу отнесено оборудование, не сложное по устройству и восстановлению работоспособности. Для них не требуется никакой системы ТО и Р. При повреждении образца его заменяют новым или восстанавливают с помощью простейших средств и методов силами АТП. ТО не проводится или ограничивается рядом простейших операций.

К числу такого оборудования отнесены:

– гаечные ключи;

– все комплекты слесарно-монтажных инструментов;

– щетки с подводом воды для мойки автомобилей;

– пистолет для обдува сжатым воздухом;

– тележки для снятия и установки колес и рессор;

– приспособления для снятия и установки коробок передач;

– нагнетатели смазочные;

– маслораздаточные баки;

– бак для заправки тормозной жидкостью;

– наконечник с манометром для воздухораздаточного шланга;

– приборы для определения технического состояния цилиндропоршневой группы двигателей;

– прибор для проверки бензонасосов на автомобиле;

– линейка для проверки схождения передних колес;

– деселерометры;

– набор для проверки тормозной системы автопоездов;

– приборы для проверки рулевого управления;

– прибор для проверки свободного и рабочего хода педали тормоза и сцепления;

– комплект приборов и инструмента для ТО аккумуляторных батарей;

– механические стенды для разборки и сборки двигателей и агрегатов;

– дрель для притирки клапанов;

– приспособление универсальное для высверливания шпилек полуосей;

– электровулканизационные аппараты для ремонта повреждений покрышек и камер;

– привод шероховального инструмента;

– приборы для проверки якорей генераторов и стартеров;

– комплекты изделий для очистки и проверки свечей зажигания;

– переносные приборы для проверки электрооборудования автомобилей и др.

Во вторую группу отнесено оборудование средней сложности устройства и восстановления работоспособности. Для многих образцов система может быть необходима и включать все виды ТО и Р или некоторые из них. Причем для многих образцов оборудования система будет относиться главным образом к отдельным наиболее сложным их элементам и частям. Вследствие конструктивного различия и принципа действия образцов, содержание работ ТО и Р по каждому из них будет различным.

В эту группу оборудования отнесены:

– установки для мойки дисков колес легковых автомобилей;

– установки для ручной (шланговой) мойки автомобилей;

– установки для мойки деталей;

– одно– и двухплунжерные электромеханические и электрогидравлические подъемники;

– опрокидыватели;

– канавные подъемники;

– домкраты гидравлические;

– трансмиссионные стойки;

– установки для заправки агрегатов автомобилей техническими жидкостями;

– нагнетатели смазочные;

– маслораздаточные и воздухораздаточные колонки;

– посты для ручной мойки приборов системы питания;

– комплекты приборов для проверки топливной аппаратуры;

– простые и недорогие металлообрабатывающие и деревообрабатывающие станки;

– станки для шлифования клапанов автомобильных двигателей;

– прессы гидравлические;

– стенды для демонтажа и монтажа шин;

– стенды для балансировки колес;

– стенды контрольно-испытательные для проверки электрооборудования;

– приборы для проверки фар;

– установки для ускоренной зарядки аккумуляторных батарей;

– стенды для проверки гидроусилителей рулевого управления и др.

В третью группу отнесены образцы оборудования большой сложности, состоящие из ряда различных агрегатов и систем, требующие для восстановления работоспособности выполнения специальных и точных работ. Система ТО и Р включает все виды технических воздействий. Техническое обслуживание оборудования данной группы включает более расширенный комплекс подготовительных операций, выполняемых ежедневно, чем по второй группе, а также ряд дополнительных работ по обслуживанию наиболее сложных механизмов и рабочих органов, передаточных устройств, систем управления и др.

Ремонт, кроме перечисленных позиций по второй группе, может включать изготовление деталей с высокой точностью, устранение неисправностей и отказов электронных, сигнальных и измерительных систем, работы, связанные со сложными и точными настройками и отладками агрегатов, узлов и т. д.

В эту группу включены:

– установки и линии для мойки автомобилей и автобусов;

– стенды для испытаний и регулировки топливных насосов высокого давления;

– сложные и дорогие металлообрабатывающие станки;

– установки для окраски безвоздушным распылением с нагревом лакокрасочных материалов;

– окрасочно-сушильные камеры;

– молот ковочный пневматический;

– комплекс диагностического оборудования;

– стенды для проверки тягово-экономических качеств автомобилей;

– стенды для проверки тормозов;

– стенды для проверки углов установки колес;

– стенды для проверки амортизаторов и др.