6.5. Восстановление утраченной работоспособности машины

Потеря машиной работоспособности (старение) в процессе ее эксплуатации - необратимый процесс, протекающий в зависимости от конструкции машины и условий ее эксплуатации с большей или меньшей интенсивностью. Предельным состоянием машины будет такое, при котором вероятность выхода его параметры за допустимые пределы достигнет установленного уровня. Начиная с этого момента, машина нуждается в восстановлении утраченной работоспособности. Это достигается путем ремонта узлов и элементов машины, заменой износившихся частей запасными, регулировкой механизмов и другими методами, которые для краткости называются одним термином - ремонт. Необходимость периодического восстановления работоспособности машины ставит перед эксплуатационниками очень сложную задачу о выборе периодов времени между ремонтами и об установлении объемов ремонтных работ.

Система ремонта и технического обслуживания, которая и определяет периодичность и объемы ремонтных работ, строится на основании следующих принципов:

• для удобства эксплуатации машины и планирования ремонтов предусматриваются периодические остановки машины для ее ремонта и профилак­тических мероприятий через заданные, как правило, равные промежутки времени (или после выполнения заданного объема работы);

• объемы периодических ремонтных работ и соответственно длительность простоя машины в ремонте неодинаковы, так как должно быть обеспечено восстановление работоспособности машины при протекании разнообраз­ных процессов старения.

Анализируя процесс потери машиной работоспособности, К.Маркс писал, что «чем больше вышла она за пределы своего среднего возраста, следова­тельно, чем более возрастает действие нормального изнашивания, чем больше используется и старчески ослаб материал, из которого она сделана, тем многочисленнее и значительнее становятся ремонтные работы, необходимые для того, чтобы поддержать существование машины до конца перио­да средней продолжительности ее жизни; совершенно так же старому чело­веку, чтобы не умереть преждевременно, приходится делать больше расхо­дов на медицинскую помощь, чем человеку, полному юношеских сил»¹.

При разработке системы ремонта и технического обслуживания необходимо также учитывать следующее:

• современные технические возможности позволяют осуществить ремонт и восстановить утраченную работоспособность для любых отказов машин;

• система ремонта назначается для машины в целом, поэтому вероятность отказа отдельных узлов и механизмов машины и их регламентированные сроки службы (наработки) должны назначаться с учетом периодичности ремонтов, принятой данной системой;

• при разработке технологических процессов ремонтных работ необходимо учитывать их влияние на качественные показатели отремонтированных машин.

Для восстановления работоспособности и создания условий для замедле­ния процессов старения применяют разнообразные виды ремонта и техниче­ское обслуживание, классификация которых приведена на рис. 6.1. Основу любой системы ремонта составляют периодические плановые ремонты, которые производятся через равные, заранее назначенные промежутки времени. Последним основным ремонтом в цикле является капитальный ремонт, при котором ставится задача полного восстановления работоспособности машины. Время до капитального ремонта машины, выраженное в отработанных часах, называется длительностью ремонтного цикла Т_к, а время между двумя последовательно проведенными ремонтами Т₀ - межремонтным периодом. Выбор этих периодов Т_к и Т₀ является одной из основных задач при построении рациональной системы ремонта. Рациональная система ремонта должна обеспечить предупреждение всех основных отказов при наиболее полном использовании потенциальных сроков службы элементов и узлов машины. Наличие большого объема межремонтного обслуживания, частые аварийные ремонты свидетельствуют о несоответствии принятой системы ремонта фактическим потребностям машины, а большой суммар­ный объем ремонтных работ - о неправильных методах эксплуатации машин.

Методика расчета оптимальных межремонтных сроков и рациональ­ной системы ремонтов будет подробно рассмотрена в дисциплине «Ремонт горных машин». К сожалению, любая система ремонтов не может восстановить полностью былую работоспособность машины: каждый ремонт восстанавливает лишь те детали, работоспособность которых иссякла (произошел отказ) или приблизилась к нулю (критический износ). Большинство других деталей, у которых накопились повреждения внутренние (усталостные явления) или внешние (деформация, износ в допустимых пределах), остаются без ремонта. Это явление и есть проявление старения машины. Считается, что после первого капитального ремонта работоспособность восстанавливается на 85-90 %, после второго - на 70-80 % и т.д. (рис. 6.2.).

Р ис 6.2. Изменение работоспособности машины

При ремонте машины детали после промывки и контроля делят на три группы:

• годные детали, износ которых лежит в пределах допускаемой величины;

• детали, износ и повреждения которых могут быть устранены;

• детали, окончательно забракованные вследствие полного износа или серь­езных повреждений, восстановление которых невозможно или экономиче­ски нецелесообразно.

От соотношения этих групп зависит объем предстоящих ремонтов, а, сле­довательно, и ремонтопригодность машины, которая связана с долговечно­стью машины, и, следовательно, влияет на процесс старения машины.

Каждая из этих групп по своему влияет на старение машины.

Первая группа деталей пригодна для повторного использования, т.к. их повреждения лежат в допустимых пределах. Но дело в том, что не всегда можно определить внутренние накопления повреждений (усталостные), и, оставив такие детали для дальнейшей эксплуатации, можно получить сни­жение потенциальной работоспособности машины, т.е. продолжится про­цесс старения машины.

Вторая группа - восстанавливаемые детали. Восстановление производится механической обработкой, сваркой или наплавкой, металлизацией или электролитическим покрытием. Любой из этих методов не может полностью восстановить потенциальные возможности детали: по данным некоторых исследователей остаточная годность деталей перед первым ремонтом со­ставляет 65-80 %, перед вторым - 45-55 %, перед третьим - 35-45 % и т.д. Та­ким образом, чем больше в машине восстановленных деталей, тем интен­сивнее идет процесс старения машины.

Третья группа - детали полностью израсходовали свой ресурс и подлежат замене. Заменяемые детали могут быть различного уровня качества: полностью восстанавливающие работоспособность детали (узла) - детали (узлы), изготовленные на специализированных предприятиях (например, подшипники качения, изготовленные на подшипниковом заводе) и детали (узлы), изготовленные в кустарных условиях (в мастерских предприятия, эксплуатирующего машину), - такие детали очень часто изготавливаются из материала-заменителя. Такие детали имеют пониженный ресурс, большее рассеяние сроков службы и значительно интенсифицируют процесс старения машины. При эксплуатации машины с такими восстановленными деталями возможны следующие варианты:

1. После ремонта детали сохраняется межремонтный период на прежнем уровне - в этом случае при изменении ресурса с до увеличится вероятность отказа детали с _н до _восст, что будет недопустимо для машины.

2. Уменьшение цикла ремонта на один период уменьшит вероятность от­каза детали до _восст, и если эта величина допустима, т.е. _восст=1 - _восстP_доп(t), то этот вариант, может быть принят.

3. Если величина _восст - вероятность отказа - недопустима, необходимо сократить цикл ремонта данной детали еще на один период. Но в этом случае при ремонте детали ресурс ее окажется нереализованным. Мож­но произвести контроль степени повреждения данной детали для уста­новления ее фактического ресурса.

Для обнаружения неисправностей деталей машин применяются неразру­шающие методы контроля: ультразвуковой, магнитоакустический, люминес­центный, электромагнитный и др. Каждый из них имеет свою область при­менения, однако все они выявляют уже появившиеся дефекты детали (тре­щины). Поэтому и эти тонкие методы контроля не могут гарантировать вы­явление медленно накапливающихся отклонений внутренних строений и свойств металла, которые могут привести ее к аварийному разрушению. Очевидно, что система ремонтов машины должна строиться по принципу предупреждения аварийных поломок деталей, прежде чем они окончательно выйдут из строя.

Такой системой является система планово-предупредительных ремонтов (ППР). Система ППР включает межремонтное техническое обслужива­ние (ТО) и плановые ремонты. Содержание и виды работ, выполняемых при техническом обслуживании, рассмотрены на рис. 6.1.

При текущем ремонте производят частичную разборку машины и заменяют быстроизнашивающиеся детали и узлы, выверяют точность сочетания наиболее ответственных элементов машины, очищают, проверяют крепление механизмов, заменяют смазку. Текущий ремонт крупного, малоподвижного оборудования (комбайнов, экскаваторов, дробилок и т.п.) осуществляется обычно на месте его работы, а мелкого и маневренного (отбойных молотков, перфораторов, вагонеток, погружных машин и т.п.) - в специально оборудованных мастерских. В зависимости от объема ремонтных работ и их продолжительности текущие ремонты подразделяют на первый (Т₁), второй ремонт (Т₂) и т.д. При первом текущем ремонте заменяют наименее стойкие детали, и чем больше индекс текущего ремонта, тем выше его сложность. Каждый текущий ремонт заканчивается наладкой и испытанием машины в работе.

Капитальный ремонт предназначен для полного восстановления работоспособности оборудования на период всего очередного ремонтного цикла при условии своевременного и качественного выполнения текущих ремонтов. При капитальном ремонте производят полную разборку машины, мойку, дефектацию и сортировку деталей по пригодности, восстановление базовых деталей (рам, оснований, шасси, корпусов и т.п.), замену изношенных деталей, после чего производят сборку, наладку и испытание машины под нагрузкой. Как правило, машины, требующие капитального ремонта, заменяют заранее отремонтированными, а подлежащие ремонту - отправляют в ремонтные цехи или на заводы. Межремонтный период - промежуток времени между двумя любыми очередными ремонтами - принимают численно равным плановому сроку службы группы наименее стойких деталей. Длительность ремонтного цикла - периода между двумя очередными капитальными ремонтами - принимают, как правило, равной плановому сроку службы наи­более износостойких деталей.

Структура ремонтного цикла определяется очередностью выполнения различных видов ремонтов и может быть такой:

Т₁-Т₁-Т₂-Т₁-Т₁-Т₃-Т₁-Т₁-Т₂-Т₁-Т₁-К.

Возможны три метода организации планово-предупредительных (профилак­тических) ремонтов: послеосмотровой, периодический и стандартный.

Метод послеосмотровых ремонтов основан на периодических осмот­рах машин. Если состояние машины окажется неудовлетворительным, то ее останавливают на ремонт. Элементы, подлежащие замене, определяют в процессе осмотра машины.

Метод периодических ремонтов заключается в том, что очередные осмотры и ремонты машины производят согласно заранее составленному графику. Необходимость замены тех или иных элементов также устанавливают в процессе осмотра машины, и, следовательно, тоже невозможно заранее получить достаточно точные данные о сроках замены элементов, что затрудня­ет организацию подготовки ремонтов.

Метод стандартных ремонтов, называемый иначе планово-принудительным, основан на обязательном периодическом обновлении машины путем замены части элементов. Для этого по известным ресурсам работы заранее рассчитывают сроки замены элементов и объем работы для каждого из ремонтов. Ресурс элемента (детали, узла) - наработка от момента его установки на машину до предельного состояния - связан со сроком службы следующим выражением:

,

где С_сл - срок службы, мес.;

Р - ресурс работы элемента, час;

N_г - число рабочих дней в году;

С - число рабочих смен в сутки;

Д_см - длительность рабочей смены, час;

К_и - коэффициент использования машины.

Метод стандартных ремонтов наиболее применим к оборудованию, работающему при установившемся режиме. Его применяют также к маши­нам, бесперебойность работы которых имеет особо важное значение для предприятий (например, шахтные подъемные машины, вентиляторы цен­трального проветривания и др.)

Послеосмотровый и периодический методы дают широкую возможность усилить наблюдение за правильной эксплуатацией машин. Поэтому их рекомендуется применять к машинам, работающим при переменном режиме нагрузки и обслуживаемым недостаточно квалифицированным персоналом. Эти методы незаменимы и в период освоения новых типов и конструкций машин, в период изучения особенностей работы и установления сроков службы элементов.

В горной промышленности применяется комбинированная сис­тема обслуживания и ремонта, состоящая из элементов всех трех методов. Рациональное совмещение этих методов позволяет обеспечить наиболее длительные межремонтные периоды, увеличить срок службы элементов и снизить интенсивность старения горных машин.