ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ ПО ЭКСПЛУАТАЦИИ ОБОРУДОВАНИЯ

ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

ПО ЭКСПЛУАТАЦИИ ОБОРУДОВАНИЯ

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ

Эксплуатация подразделяется на две составляющие: использование машин по назначению и техническую эксплуатацию. Использование по назначению - это применение продукции (машины) для целей,… Техническая эксплуатация включает транспортирование хранение, техническое обслуживание и ремонт машины.

Рис. 1.1. Классификация показателей качества машин

 

 

Классификация по характеризуемым свойствам включает комплекс эксплуатационных свойств машины, определяемых ее назначением. В каждом конкретном случае специалист, анализирующий эксплуатационные свойства машины, формирует требуемый комплекс, используя методологию системного анализа. Рассмотрим некоторые из этих свойств.

Назначение машины - сложное свойство, включающее ряд свойств, характеризующих пригодность машины удовлетворять определенные потребности.

Безопасность машины - свойство, обеспечивающее устранение или сведение к минимуму последствий аварийных ситуаций.

Эргономичность - свойство, определяющее удобство и легкость управления машиной и влияющее на общее состояние и работоспособность машиниста-оператора. Эргономичность является сложным свойством и включает физиологические, психологические, антропометрические и гигиенические свойства.

Физиологические свойства характеризуют соответствие машины силовым, скоростным и энергетическим, зрительным и слуховым возможностям машиниста-оператора или водителя.

Психологические свойства характеризуют соответствие рабочего места имеющимся и вновь формируемым навыкам человека, а также возможность восприятия и переработки им информации.

Антропометрические свойства характеризуют соответствие органов управления, формы и размеров рабочего места размерам и форме тела человека.

Гигиенические свойства характеризуют уровни шума, вибрации, освещенности, температуры, влажности, запыленности, токсичности, т.е. уровни вредных факторов, воздействующих на организм человека.

Экологичность - свойство, характеризующее уровень воздействия машины при ее эксплуатации на окружающую среду.

К экологическим показателям относятся создаваемый внешний шум, содержание оксида углерода и углеводородов в отработанных газах машин с бензиновыми двигателями, дымность отработавших газов и выбросы вредных веществ дизельных машин, уровень создаваемых радиопомех.

Техническая эстетичность - свойство, характеризующее сочетание технических и художественных решений в конструкции машины с целью удовлетворения психологических и эстетических потребностей человека.

Основными элементами технической эстетичности являются стилевое соответствие (соответствие моде); функционально-конструктивная приспособленность; организация объемно-пространственной структуры; чистота выполнения сочленений, скруглений, сопрягающихся поверхностей, фирменных знаков и указателей; цветовой колорит; качество покрытий и отделки поверхностей, а также симметричность, ритм, контрастность, пропорциональность и композиция.

Универсальность - свойство, характеризующее возможность использования машины с различными сменными рабочими элементами.

Информативность - свойство, характеризующее возможность получения оператором информации о состоянии, режимах работы машины и предаварийных ситуациях непосредственно в кабине машины.

Классификация по методам определения показателей качества машин включает в себя различные аналитические и экспериментальные методы определения численных значений этих показателей.

Измерительный метод основывается на использовании различных технических средств и служит для определения единиц физических или химических величин, характеризующих качество, например массы машины, скорости движения, концентрации вредных веществ, размеров кабины, усилий на рычагах.

Регистрационный метод основывается на наблюдениях и подсчете числа определяемых событий, предметов или затрат, например, отказов изделий при испытаниях и эксплуатации.

Расчетный метод базируется на использовании существующих теоретических и (или) эмпирических зависимостей между различными показателями качества и применяется для определения тех показателей, измерение которых другими методами приводит к значительным затратам средств или опасно для здоровья и жизни испытателей.

Органолептический метод основывается на восприятии информации органами чувств человека и анализе полученных ощущений на основе имеющегося опыта. При этом возможно использование технических средств, повышающих восприимчивость и разрешающую способность органов чувств человека, например, лупы, микроскопа и др.

Экспертный метод основывается на решениях, принимаемых экспертами в результате анализа, проводимого по определенной методике. Используется, например, при оценке показателей технической эстетичности или коэффициентов весомости различных показателей качества (т.е. количественной характеристики значимости данного показателя качества относительно других показателей).

Социологический метод базируется на анализе мнений фактических или возможных покупателей машин и осуществляется посредством устного опроса, распространения анкет-вопросников, а также путем проведения конференций, совещаний, выставок. Наиболее часто применяется при оценке качества услуг.

Классификация по числу характеризуемых свойств подразделяет показатели качества на единичные, характеризующие одно свойство (например, подачу насоса); комплексные, определяющие несколько свойств (например, показатель мощности насоса, характеризующий ряд свойств); групповые, относящиеся к определенной группе свойств (например, к эргономическим); обобщенные, т.е. групповые показатели с коэффициентами весомости, выбранные для оценки конкретной машины, и интегральные, являющиеся отношением суммарного полезного эффекта от эксплуатации машины к суммарным затратам на ее создание и эксплуатацию.

Классификация по способу выражения включает выражение показателей качества в единицах физических величин, т.е. Н, м/с, кВт и др. (например, показателей назначения); в баллах (например, при оценке показателей технической эстетичности); безразмерными коэффициентами (при оценке показателей надежности) и стоимостными единицами (при оценке экономических показателей).

В соответствии с классификацией по стадии применения на разных этапах жизненного цикла машины доминируют различные показатели качества. На этапе выдачи технического задания в результате прогнозной оценки получают прогнозируемые показатели. На этапе проектирования главными являются показатели унификации и патентоспособности. При производстве машины наиболее важен показатель технологичности, а в процессе эксплуатации - показатели назначения, безопасности, надежности, эргономичности, экологичности, технической эстетичности, экономичности.

Базовыми являются значения показателей, принятые за основу при сравнительной оценке качества. Это могут быть значения показателей лучших зарубежных и отечественных образцов, о качестве которых имеются достоверные данные, а также значения показателей качества в некоторый предыдущий период времени или планируемые значения показателей перспективных образцов, найденные экспериментально или теоретическими методами. Возможно в качестве базовых применение показателей, заданных в государственных стандартах, отраслевых стандартах, технических условиях и других нормативных документах.

Отношение значения показателя качества оцениваемой продукции к базовому является относительным показателем качества и выражается в безразмерных коэффициентах или процентах.

На основе анализа показателей качества разрабатываются системы управления качеством. В настоящее время в России управление качеством продукции машин и услуг базируется на серии международных стандартов ИСО 9000 «Управление качеством продукции» и на разрабатываемых на их основе отечественных стандартах.

Управление качеством - это методы и деятельность оперативного характера, используемые для удовлетворения требований к качеству.

Система качества - совокупность организационной структуры, ответственности, процедур, процессов и ресурсов, обеспечивающая осуществление общего руководства качеством.

Обеспечение качества - совокупность планируемых и систематически проводимых мероприятий, необходимых для создания уверенности в том, что продукция (машина) или услуга удовлетворяет определенные требования к качеству.

Программа качества - документ, регламентирующий конкретные меры в области качества, распределение ресурсов и последовательность действий, относящихся к конкретной продукции (машине), услуге, контракту или проекту.

СЛУЖБА ЭКСПЛУАТАЦИИ ОБОРУДОВАНИЯ

И ЭКСПЛУАТАЦИОННО-РЕМОНТНАЯ БАЗА

Непосредственно эксплуатацией оборудования занимаются территориальные производственные предприятия (ТПП), входящие в состав этого общества или его… На ТПП возложены следующие функции: 1) учет наличия и движения оборудования;… Служба главного механика ТПП составляет годовые планы капремонта техники, организует размещение машин и сборочных…

ЭКСПЛУАТАЦИОННАЯ ДОКУМЕНТАЦИЯ

Эксплуатационная документация должна полностью соответствовать поставляемой машине, а сведения, содержащиеся в ней, должны быть достаточными для… В эксплуатационной документации ссылки делаются только на документы,… Эксплуатационные документы разрабатывают на основе рабочей конструкторской документации, опыта эксплуатации…

ПОДГОТОВКА ОБОРУДОВАНИЯ К ЭКСПЛУАТАЦИИ

ФОРМИРОВАНИЕ ПАРКА ОБОРУДОВАНИЯ

Парк оборудования формируют в два этапа. На первом - выбирают необходимые виды оборудования, на втором - определяют их потребность. Первый этап. Виды оборудования выбирают на основе их технических возможностей,… Второй этап. Потребность предприятий в различных видах оборудования при годовом и оперативном планировании определяют…

Значения коэффициента нормативного запаса

Исходными для таких расчетов служат данные о потребности в различном оборудовании подчиненных предприятий, определенные методом прямого счета для… Усредненную потребность в оборудовании данной марки на 1 млн. руб. работ в…

ПРИЕМКА ОБОРУДОВАНИЯ

Все новое оборудование, поступающее на предприятия любой формы собственности, должно быть принято комиссией с обязательным составлением акта… Предприятие, купившее импортное оборудование, заключает с фирмой-изготовителем… При приемке нового и отремонтированного оборудования от транспортных предприятий по сопроводительным документам…

ТРАНСПОРТИРОВАНИЕ ОБОРУДОВАНИЯ

В зависимости от конструктивных особенностей, массы и размеров оборудования, заданных расстояния и сроков, состояния дорог и других условий… В соответствии с требованиями изготовителя, содержащимися в руководстве по… Транспортирование оборудования собственным ходом, на буксире, грузовых автомобилях и прицепах-тяжеловозах по улицам…

ОСНОВНЫЕ ЭТАПЫ МОНТАЖНЫХ РАБОТ

В общем случае, монтажные работы можно разделить на следующие основные этапы: подготовительный, собственно монтажный и заключительный по вводу… Подготовительные работы включают оформление заказа и договорной документации… Техническая документация на подготовительном этапе монтажа включает нормативную, проектно-сметную, конструкторскую,…

ФУНДАМЕНТЫ ПОД ОСНОВАНИЕ

Фундамент должен удовлетворять следующим основным требованиям: 1) удельная нагрузка от машины на поверхность фундамента – не выше допустимых… 2) удельная нагрузка на грунт системы машина-фундамент – не больше допустимой;

Допустимое давление на грунт (в МПа) при глубине заложения подошвы

фундамента 2 м от поверхности земли:

Скала…………………………………………………0,8-5,0

Гравий………………………………………………..0,3-0,8

Глина:

сухая………………………………………………0,25-0,5

влажная…………………………………………....0,15-0,2

мокрая……………………………………………..0,1

Песок:

средний и крупный плотный…………………….0,25-0,35

мелкий сухой……………………………………...0,15-0,3

мокрый плотный………………………………….0,1-0,15

наносный…………………………………………..0,05

Растительный слой…………………………………..0,025-0,05

Для сложных машин, при работе которых возникают значительные инерционные усилия, например, в машинах с возвратно-поступательным движением основных деталей (поршневые машины), кроме предварительного расчета на статические нагрузки, выполняют расчет фундамента на динамическую нагрузку, т.е. на его устойчивость. Динамические нагрузки значительно возрастают, если машина и ее привод размещены на отдельных фундаментах и соединены цепной или ременной передачей.

Для значительной части простых, по кинематике тихоходных машин размеры фундамента можно выбирать без расчета, принимая его массу в 3-4 раза больше массы машины.

На рис. 2.3 представлен железобетонный тоннельный фундамент для крупной стационарной машины со сложной кинематикой. Подошва фундамента значительно развита для уменьшения давления на грунт. Фундамент установлен в котловане свободно.

Высокая прочность фундамента обеспечивается стальной арматурой, закладываемой при его сооружении.

Тоннель предназначен для установки анкерных плит, крепящих фундаментные болты, которые располагают в фундаменте свободно (без заделки в бетон).

Такая конструкция обеспечивает наиболее благоприятные условия работы болтов, возможность контроля их состояния в эксплуатации и при необходимости замену без особых затруднений. Тоннель используется иногда для прокладки коммуникаций и дополнительных устройств.

В массивных бетонных или бутобетонных фундаментах анкерные болты заделывают в бетон наглухо (рис. 2.4) или устанавливают свободно (рис. 2.5). Очевидно, глухая заделка фундаментных болтов затрудняет ремонт в случае обрыва болта, что можно частично избежать, если к верхней части болта приварить камеру из трубы (см. рис. 2.4). Эта часть болта доступна для осмотра и возможен ее ремонт.

 

Устанавливая анкерные плиты под нижнюю головку фундаментных болтов, равномерно распределяют усилия затяжки болтов (оно может быть очень большим) на значительную площадь бетонного массива.

Длину заделки фундаментного болта в бетон фундамента l₀ можно определить из условий равнопрочности на разрыв и сцепление болта с бетоном (рис. 2.6, а):

где d_р - внутренний диаметр резьбы болта; d - диаметр болта.

Отсюда, принимая d_р ≈ d, получим

Принимая допускаемое напряжение на разрыв болта [σ_раст] = 80 МПа и сцепление с бетоном σ_сц = 0,5 МПа, получим l₀ = 40 d.

В зависимости от качества бетона для гладких болтов принимают, обычно, l₀ = (20-30) d, для болтов с крючком (петлей) на конце достаточно

l₀ = (10-15) d.

Зная длину заделки l₀, определяют по монтажному чертежу общую длину фундаментного болта. Следует иметь в виду, что после установки станины на фундамент между ней и поверхностью фундамента должен быть оставлен зазор 40-50 мм для последующей заливки цементом.

Длина съемных фундаментных болтов определяется по конструктивным соображениям: чем длиннее болт, тем эластичнее крепление машины и меньше перекос болтов при их установке. Обычно длина их не меньше длины глухих болтов.

Необходимые размеры анкерных плит (рис. 2.6, б) могут быть определены, исходя из максимально допустимого усилия затяжки болта и допустимого напряжения бетона на скалывание и смятие (табл. 2.2).

Анкерные плиты изготовляют из листовой толстой стали или в виде чугунных отливок с ребрами жесткости.

Фундаменты средних и мелких машин (насосов, станков и др.) несложны - обычно блок из бетона или бутобетона, уложенного неглубоко непосредственно в котлован с глухой заделкой фундаментных болтов. Задача монтажа упрощается тем, что часто эти машины выпускают заводы в виде комплектных установок «машина-привод», смонтированных на общей раме из швеллера или двутавра.

Таблица 2.2

Определение размеров анкерных плит

       

МЕТОДЫ И СПОСОБЫ МОНТАЖА

качественное и заблаговременное выполнение всего объема подготовительных работ; использование методов сетевого планирования, в частности для обеспечения… Методы и способы монтажа оборудования для бурения скважин и нефтегазодобычи оказывают значительное влияние на…

Коэффициент индустриализации некоторых объектов

Трубопроводы нефтеперерабатывающих заводов (при максимальной механизации сборки на базе)………………………………………………………………………………..0,87 Газотурбинная установка ГТУ………………………………………………………………0,90

Экономическая эффективность крупноблочного изготовления оборудования

  Способ надстройки применяется для многоярусных вертикальных конструкций.… Навесной и полунавесной монтаж (рис. 2.9, б) чаще выполняется предварительно укрупненными блоками.

ПУСК ОБОРУДОВАНИЯ В ЭКСПЛУАТАЦИЮ.

ЭКСПЛУАТАЦИОННАЯ ОБКАТКА МАШИН

Значительную часть оборудования составляют машины различного назначения. Разрешение на пуск в эксплуатацию транспортных средств, регистрируемых в… Разрешение на пуск в работу грузоподъемных машин, подлежащих регистрации в органах Госгортехнадзора, выдает,…

РЕЖИМЫ РАБОТЫ И ЭФФЕКТИВНОСТЬ

ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ОБОРУДОВАНИЯ

Сменный, суточный и годовой режимы

Работы оборудования

При сменном режиме работы оборудования сменное время распределяют на отрезки времени в часах и минутах, в течение которых оборудование выполняет… Рабочий парк - количество единиц одновременно работающего оборудования.…

Сменный эксплуатационный режим одноковшового экскаватора

где Тчф - фактически отработанные часы группой оборудования за отчетный… Плановый коэффициент сменности устанавливают с учетом фактического средневзвешенного его значения по оборудованию…

Производительность и норма выработки машин

Согласно ГОСТ 25646 по каждой машине ведется учет объемов выполняемых работ, времени нахождения в работе, фактической наработки в моточасах. Наработка машины определяется по показаниям счетчика, а при его отсутствии -… Данные по наработке, произведенному ремонту, простоям и прочие показатели ежемесячно (не позднее 10-го числа…

Стоимость эксплуатации оборудования

См = СмчТф Себестоимость эксплуатации оборудования в течение 1ч - это затраты на… Планово-расчетная себестоимость включает прямые и косвенные затраты.

Анализ эффективности работы оборудования

Анализ эффективности использования оборудования охватывает вопросы, связанные с выявлением использования оборудования по времени и исполнения его… Анализ использования оборудования по времени и исполнения его годовых режимов… Анализ использования отдельных групп оборудования позволяет установить фактическую степень их использования за…

НАДЕЖНОСТЬ ОБОРУДОВАНИЯ И ЕЕ ИЗМЕНЕНИЕ ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИИ

ПОКАЗАТЕЛИ НАДЕЖНОСТИ ОБОРУДОВАНИЯ

В процессе эксплуатации показатели надежности машин постепенно ухудшаются. Изучением закономерностей изменения показателей надежности различных… Различают следующие виды технического состояния объектов: исправное,… В теории надежности все объекты делят на следующие классы: обслуживаемые и необслуживаемые, восстанавливаемые и…

Классификация отказов

Классификационный признак	Вид отказа
Условия возникновения	Возникший в нормальных и ненормальных условиях
Причины возникновения	Не связанный и связанный с разрушением
Происхождение	Конструктивный, производственный и эксплуатационный
Характер проявления	Внезапный, постепенный, явный, скрытый, полный и частичный, перемежающийся
Взаимосвязь отказов	Независимый и зависимый
Последствия	Опасный, безопасный, тяжелый и легкий
Сложность устранения	Простой и сложный
Возможность прогнозирования	Непрогнозируемый, прогнозируемый по наработке или по параметру

скрытый - отказ, не обнаруживаемый визуально или штатными методами и средствами контроля и диагностирования, но выявляемый при проведении технического обслуживания или специальными методами диагностики;

непрогнозируемый - отказ, который заранее нельзя предвидеть;

прогнозируемый - отказ, который можно заранее предвидеть, например, по числу проработанных изделием часов или по изменению одного или нескольких параметров изделия;

ресурсный - отказ, в результате которого объект достигает предельного состояния;

деградационный - отказ, обусловленный естественными процессами старения, изнашивания, коррозии и усталости при соблюдении всех установленных правил и (или) норм проектирования, изготовления и эксплуатации.

Отказы при эксплуатации сложных систем возникают в случайные моменты времени. Поскольку отказы устраняются, то в течение времени наблюдается их поток. Под потоком отказов понимается последовательность отказов, происходящих один за другим в случайные моменты времени. Вид потока отказов определяет аналитические зависимости между количественными характеристиками надежности.

Показателем использования объекта по назначению является наработка.

Наработка - продолжительность или объем работы объекта. Наработка может измеряться в единицах времени, длины, объема, массы. Например, применительно к компрессорам она измеряется часами их работы (мото-ч). Наработка автомобилей измеряется километрами пробега (км).

В теории надежности рассматриваются следующие виды наработки объектов: наработка до отказа, наработка между отказами и ресурс.

Наработка до отказа - наработка объекта от начала его эксплуатации до возникновения первого отказа. Этот показатель рассматривается как для невосстанавливаемых, так и для восстанавливаемых объектов.

Наработка до отказа является случайной величиной. Исчерпывающей характеристикой случайной величины является закон распределения, устанавливающий связь между возможными значениями случайной величины и соответствующими им вероятностями. Закон распределения случайной величины обычно задается функцией распределения.

Если X - непрерывная случайная величина и х - произвольное действительное число, то вероятность того, что X примет значение меньшее х, называется функцией распределения вероятностей случайной величины X:

F(x) = P(Х≤х).

Производная от функции распределения (если она существует), называется плотностью распределения случайной величины и является другой формой задания закона распределения случайной величины:

Наиболее характерными при оценке надежности машин являются следующие законы распределения наработки до отказа: экспоненциальное распределение, распределение Вейбулла, логарифмически-нормальное и нормальное распределения. Основные характеристики этих распределений приведены в табл. 4.2.

Наработка между отказами - наработка объекта от окончания восстановления его работоспособного состояния после отказа до возникновения следующего отказа. Она определяется объемом работы объекта от i-го до (i+1)-гo отказа и рассматривается только для восстанавливаемых объектов.

Ресурс - суммарная наработка объекта от начала его эксплуатации или ее во

зобновления после ремонта до перехода в предельное состояние. Иначе говоря, ресурс представляет собой запас возможной наработки объекта. Он измеряется в тех же единицах, как и наработка.

Для невосстанавливаемых объектов ресурс совпадает с продолжительностью пребывания в работоспособном состоянии в режиме применения по назначению, если переход в предельное состояние обусловлен только возникновением отказа.

Различают средние доремонтный, межремонтный, послеремонтный и полный ресурсы, а также назначенный ресурс.

Доремонтный ресурс - ресурс, исчисляемый от начала эксплуатации объекта до первого его среднего (капитального) ремонта.

Межремонтный ресурс - ресурс, исчисляемый между двумя средними (капитальными) ремонтами объекта.

Послеремонтный ресурс - ресурс объекта, исчисляемый от последнего среднего (капитального) ремонта до его перехода в предельное состояние, соответствующее окончательному превращению эксплуатации (списанию).

Полный ресурс - ресурс, исчисляемый от начала эксплуатации объекта до его перехода в предельное состояние, соответствующее окончательному прекращению эксплуатации (списанию).

Назначенный ресурс - суммарная наработка, при достижении которой эксплуатация объекта должна быть прекращена независимо от его состояния. Его обычно устанавливают по среднему ресурсу наиболее слабого звена объекта.

Надежность объекта является сложным свойством, которое в свою очередь характеризуется комплексом свойств: безотказность, долговечность, ремонтопригодность, сохраняемость.

Безотказность - свойство объекта непрерывно сохранять работоспособное состояние в течение некоторого времени или наработки. Показатели безотказности различны для невосстанавливаемых и восстанавливаемых объектов. Основными показателями безотказности невосстанавливаемых объектов являются вероятность безотказной работы P(t), средняя наработка до отказа t_ср, интенсивность отказов λ(t) и гамма-процентная наработка до отказа t_γ.

Вероятность безотказной работы - вероятность того, что в пределах заданной наработки отказ объекта не возникнет.

Пусть t - время работы изучаемого объекта и Т - случайное время безотказной работы, т.е. время, прошедшее с начала работы до первого отказа. Тогда событие Т > t означает, что в течение времени t не произойдет ни одного отказа объекта. Для каждого значения t существует определенная вероятность того, что Т примет значение, большее t, т.е.

P(t) = P(T>t).

Функцию P(t) называют вероятностью безотказной работы. Функция P(t) является непрерывной функцией времени, обладающей следующими очевидными свойствами:

1) Р(0) = 1, т.е. в момент начала работы объекты исправны;

2) P(t) является монотонно убывающей функцией времени;

3) при t → ∞, P(t) → 0.

Статистическая оценка для вероятности безотказной работы характеризуется отношением числа исправно работающих объектов к общему числу объектов, находящихся под наблюдением:

(4.1)

где N(0) - число исправных объектов в момент времени t = 0; N(t) - число исправных объектов в момент времени t, n(t) -число отказавших объектов к моменту времени t.

Если на основании статистических данных определено эмпирическое распределение рассматриваемой случайной величины и установлена степень его близости соответствующему теоретическому распределению, то вероятность безотказной работы может быть рассчитана по известным математическим зависимостям. Так, если вероятность безотказной работы машины в течение 1000 ч составляет 0,95, то это означает, что в среднем около 5 % машин данной модели потеряет свою работоспособность раньше, чем через 1000 ч работы.

Вероятность отказа - вероятность того, что в заданном интервале времени или в пределах заданной наработки возникнет отказ объекта:

Из этого выражения видно, что вероятность отказа является функцией распределения случайного времени Т безотказной работы.

Статистическая оценка для вероятности отказа - отношение числа объектов, отказавших к моменту времени t, к числу объектов, исправных в начальный момент времени (т.е. при t = 0), - определяется по формуле

(4.2)

Вероятность безотказной работы и вероятность отказа связаны зависимостью

P(t) + Q(t) = l.

Средняя наработка до отказа - математическое ожидание наработки объекта до первого отказа

Статистическую оценку для средней наработки до отказа (среднее арифметическое наработок группы объектов до отказа) определяют по формуле

(4.3)

где N₀ - число испытываемых (находящихся под наблюдением) объектов; t_i - наработка i-го объекта до отказа.

Для определения меры рассеивания наработок группы объектов до отказа необходимо применять показатель среднего квадратического отклонения наработки до отказа, статистическую оценку которого рассчитывают по формуле

(4.4)

Интенсивность отказов - условная плотность вероятности возникновения отказа объекта, определяемая при условии, что до рассматриваемого момента времени отказ не возник. Иными словами, интенсивность отказов - условная плотность вероятности отказа объекта для момента времени t

Статистическая оценка для интенсивности отказов - это отношение числа отказавших объектов в единицу времени к среднему числу объектов, исправно работавших в рассматриваемый промежуток времени (при условии, что отказавшие объекты не восстанавливаются и не заменяются исправными, т.е. число испытываемых или находящихся под наблюдением объектов с течением времени уменьшается). Она определяется по формуле

(4.5)

где ∆t - интервал времени; п(∆t) - число отказавших объектов за время ∆t.

Гамма-процентная наработка до отказа (t_y) - наработка, в течение которой отказ объекта не возникнет с вероятностью γ, выраженной в процентах. По своему физическому смыслу гамма-процентная наработка до отказа - односторонняя нижняя доверительная граница показателя наработки, указывающая какой γ-процент объектов должен превышать установленную предельную наработку. Так, если гамма-процентная наработка до отказа 0,90, то это означает, что из большого числа объектов данной марки у 90 % отказы не возникнут в течение установленной наработки.

Гамма-процентную наработку до отказа определяют из уравнения

Р(t_y) = γ/100.

В табл. 4.3 приведены зависимости между рассмотренными основными количественными показателями безотказности P(t), Q(t), λ(t) и Т_ср.

Из табл. 4.3 видно, что между вероятностью безотказной работы, вероятностью отказов, интенсивностью отказов и наработкой до отказа существуют однозначные зависимости.

Характерным для эксплуатации восстанавливаемых объектов является то, что каждый из них начинает работать в некоторый момент времени, принятый за начальный, и, наработав случайную величину t₁, отказывает. После отказа объект восстанавливают, и он вновь работает до отказа, наработав случайную величину t₂ и т.д. Основные показатели безотказности восстанавливаемых объектов - параметр потока отказов ω(t) и средняя наработка на отказ t_cp.

Параметр потока отказов - отношение математического ожидания числа отказов восстанавливаемого объекта за достаточно малую его наработку к значению этой наработки.

Таблица 4.3

Статистическая оценка для параметра потока отказов

где ∆r(t) - число отказов за отрезок времени ∆t; t₁ ≤ t ≤ t₂.

Долговечность - свойство объекта сохранять работоспособное состояние до наступления предельного состояния при установленной системе технического обслуживания и ремонта.

Показателями долговечности объектов служат ресурс и срок службы, на которые влияют случайные факторы. Поэтому такие показатели относятся к случайным величинам и законы их распределения определяются плотностью вероятности f(t) При этом используют большинство из видов распределений, применяемых при анализе безотказности объекта.

Срок службы - календарная продолжительность эксплуатации от начала эксплуатации объекта или ее возобновления после ремонта до перехода в предельное состояние. Его измеряют в единицах времени (месяц, год).

Соотношение значений ресурса и срока службы машин одного и того же вида зависит от интенсивности их использования. Иначе говоря, машины, имеющие одинаковый ресурс, могут различаться по срокам службы. Например, насосы двух марок имеют одинаковый ресурс 3000 мото-ч. Насос одной марки работает в течение года 1000 мото-ч, а насос другой марки - 1500 мото-ч. В этом случае срок службы первого насоса равен трем годам, а второго - двум годам.

Основные характеристики закона распределения ресурса (срока службы) объектов - средний ресурс (средний срок службы) R_ср и гамма-процентный ресурс (срок службы) R_γ.

Средний ресурс (средний срок службы) - математическое ожидание ресурса (срока службы).

Статистическая оценка для среднего ресурса

где R_j - ресурс j-го изделия.

t_ji - время безотказной работы j-го изделия между i-м и (i +1)-м отказами; п - число отказов изделия в течение рассматриваемого периода эксплуатации; N₀ - число испытываемых изделий.

Гамма-процентный ресурс R_γ, - суммарная наработка, в течение которой объект не достигнет предельного состояния с вероятностью у, выраженной в процентах. По своему физическому смыслу гамма-процентный ресурс так же, как и гамма-процентная наработка до отказа, - односторонняя нижняя доверительная граница показателя ресурса, указывающая, какой γ-процент объектов должен превышать установленный предельный ресурс.

Заданный процент объектов у - регламентированная вероятность. Если, например, γ = 90 %, то соответствующий ресурс называют 90%-ным ресурсом.

Ремонтопригодность - свойство объекта, заключающееся в приспособленности к поддержанию и восстановлению работоспособного состояния путем технического обслуживания и ремонта.

При опытном определении ремонтопригодности проводят наблюдения за испытанием или эксплуатацией N объектов в заданных условиях и определяют время t_вi, восстановления работоспособности объекта после отказа. В силу влияния на t_вi случайных факторов организационно-технического характера оно относится к случайной величине. При этом используется большинство из законов распределения, применяемых при анализе безотказности объекта.

Основными характеристиками ремонтопригодности объекта являются: среднее время восстановления t_{в ср} и вероятность восстановления P_B(t).

Среднее время восстановления - математическое ожидание времени восстановления работоспособного состояния объекта после отказа

Для определения меры рассеивания времени восстановления изделий необходимо применять показатель среднее квадратическое отклонение времени восстановления, статистическая оценка которого определяется по формуле

Вероятность восстановления P_В(t) - вероятность того, что время восстановления работоспособного состояния объекта t_в не превышает заданного значения t. Ее находят из соотношения

Аналитический вид зависимости Р_в(t) определяется видом закона распределения времени восстановления.

Коэффициент восстановления параметра - отношение значения параметра объекта после восстановления к номинальному значению этого параметра

где П_к - обобщенный параметр объекта после восстановления; П_в - обобщенный параметр нового объекта.

Другую группу основных характеристик ремонтопригодности составляют экономические показатели, характеризующие затраты труда и средств на устранение отказов, ТО и ремонты. К основным из них относятся удельная суммарная трудоемкость устранения отказов, ТО и ремонтов и удельная суммарная стоимость устранения отказов, ТО и ремонтов.

Удельная суммарная трудоемкость устранения отказов, ТО и ремонтов Т_у - отношение средней суммарной трудоемкости устранения отказов Т_о, технического обслуживания Т_то и ремонтов Т_р к средней суммарной наработке объекта за один и тот же период эксплуатации t_c, т.е.

Удельная суммарная стоимость устранения отказов, ТО и ремонтов С_у - отношение средней суммарной стоимости устранения отказов С_в, технического обслуживания С_ТО и ремонтов С_р к средней суммарной наработке объекта t_c за один и тот же период эксплуатации, т.е.

К числу дополнительных показателей ремонтопригодности объектов относятся доступность, контролепригодность, легкосъемность, агрегатность, взаимозаменяемость, степень унификации и др.

С позиции эксплуатации в машинах должны быть хорошая доступность к сборочным единицам, а также возможность контроля их технического состояния различными способами и замены с минимальными затратами времени и труда.

Рациональный уровень агрегатирования, взаимозаменяемости и унификации конструктивных элементов машин сокращает номенклатуру применяемых в машинах сборочных единиц, упрощает и удешевляет их ТО и ремонт и уменьшает число требуемых запасных частей.

Сохраняемость - свойство объекта сохранять в заданных пределах значения параметров, характеризующих способности объекта выполнять требуемые функции, в течение и после хранения и (или) транспортирования.

Показателем сохраняемости объектов служит срок сохраняемости. В силу влияния на него случайных факторов он относится к случайным величинам, законы распределения которых определяются плотностью вероятности f_c(t). Важнейшие численные характеристики закона распределения срока сохраняемости объекта - средний срок сохраняемости _{с ср} и гамма-процентный срок сохраняемости P_c(t).

Средний срок сохраняемости t_{с ср} - математическое ожидание срока сохраняемости.

Гамма-процентный срок сохраняемости - срок сохраняемости, достигаемый объектом с заданной вероятностью γ, выраженной в процентах. По своему физическому смыслу гамма-процентный срок сохраняемости, так же как и гамма-процентный ресурс, - это односторонняя нижняя доверительная граница показателя срока сохраняемости, указывающая, какой γ-процент объектов или их составных частей при испытании или наблюдении должен превышать установленный срок сохраняемости.

В табл. 4.4 приведены количественные показатели надежности оборудования для бурения и нефтегазодобычи.

Комплексными показателями надежности восстанавливаемых объектов служат коэффициенты готовности и технического использования. Они характеризуют одновременно несколько свойств, составляющих надежность объекта: безотказность, долговечность и ремонтопригодность. Необходимость в таких показателях возникает, когда нельзя пренебречь простоями объекта вследствие отказов.

Коэффициент готовности К_г - вероятность того, что объект окажется в работоспособном состоянии в произвольный момент времени, кроме планируемых периодов, в течение которых применение объекта по назначению не предусматривается.

При установившемся режиме эксплуатации, предусматривающем немедленное начало восстановления отказавшего объекта, коэффициент готовности К_г определяют по формуле

где t_cp - средняя наработка между отказами; t_{в cp} - среднее время восстановления работоспобности объекта (за исключением простоев на проведение плановых ремонтов и технического обслуживания).

Таблица 4.4

Количественные показатели надежности

Коэффициент технического использования Кти - отношение математического ожидания суммарного времени пребывания объекта в работоспособном состоянии за… где tc - суммарная наработка объекта за рассматриваемый промежуток времени; tв, tр, и tТО - соответственно суммарное…

ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ СБОРА И ОБРАБОТКИ

СТАТИСТИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ О НАДЕЖНОСТИ

ОБОРУДОВАНИЯ ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИИ

СБОР ИНФОРМАЦИИ ОБ ОТКАЗАХ ОБОРУДОВАНИЯ

Все работы по оценке надежности состоят из четырех основных этапов: 1) накопление статистической информации об отказах оборудования; 2) систематизация, анализ и обобщение полученных статистических данных;

ОБРАБОТКА ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ ИНФОРМАЦИИ ПО ОТКАЗАМ

Трудоемкость этих работ значительно снижается при использовании средств вычислительной техники. Критерии отказов и предельных состояний оборудования устанавливают в… Критериями отказов оборудования являются:

ОЦЕНКА НАДЕЖНОСТИ ОБОРУДОВАНИЯ

Показатели надежности оборудования для бурения скважин и нефтегазодобычи представляют собой числовые характеристики, определяемые различными… Математическая обработка статистической информации об отказах и… На основе выбранного закона распределения исследуемой случайной величины и его параметров определяют показатели…

ПОДДЕРЖАНИЕ НАДЕЖНОСТИ ОБОРУДОВАНИЯ

ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИИ

В табл. 4.9 приведены классы надежности для бурового оборудования и оптимальные значения уровня безотказности, разработанные на основании обобщения… Требования повышения безотказной работы оборудования, связанные с обеспечением… Надежность оборудования закладывается при проектировании, реализуется при изготовлении, монтаже и наладке и…

Классы надежности бурового оборудования

Класс надежности	Характеристика отказов	Наименование неисправного оборудования, сборочной единицы, детали	Последствия из-за отказа	Оптимальное значение вероятности безотказной работы
I	Внезапные отказы основных деталей и частей, недопустимые в процессе бурения	Несущие элементы талевой системы, тормозное устройство буровой лебедки, устройства для захвата и подвешивания труб	Возможные человеческие жертвы, значительный материальный ущерб	P{L = = 5000м)}> > 0,99
II	Внезапные отказы основных деталей и частей, обеспечивающих выполнение основных технологических операций при проводке скважин	Оборудование, обеспечивающее циркуляцию промывочной жидкости, привод и подъем инструмента	Возможность аварий и прихватов при бурении со значительным материальным ущербом	P{L > > 5000 м}> > 0,99
III	Отказы основных деталей и частей, приводящие к досрочной замене оборудования в период бурения	Основная опора вертлюга, основная и вспомогательная опоры ротора, детали приводной части бурового насоса и др.	Длительные простои и досрочная смена (до отработки установленного ресурса) оборудования в период бурения	P{L > > 5000 м}= = 0,88
IV	Отказы оборудования из-за выхода из строя быстроизнашивающихся деталей и частей	Детали гидравлической части буровых насосов, грязевый сальник вертлюга	Простои оборудования, связанные со сменой быстроизнашивающихся деталей в период бурения	P{t > > 200 ч} = = 0,80
V	Отказы вспомогательного оборудования и инструмента	Части гидроциклонных установок, мешалок, смесителей и др.	Непродолжительные простои оборудования с незначительным материальным ущербом	P{t > > 200 ч} ≈ ≈ 0,75

Уменьшение числа элементов при прочих равных условиях приводит к увеличению вероятности безотказной работы системы, а также благоприятно сказывается на ее массе, габаритах и стоимости.

Однако при этом необходимо помнить, что сокращение числа элементов не должно увеличивать коэффициент нагрузки у оставшихся элементов, в противном случае эффект может быть прямо противоположным.

Под оптимизацией последовательности работы элементов схемы понимается согласование тактов автоматической работы схем не только по времени, но и по достижении тем или иным параметром заданного значения.

При создании схем с ограниченным последействием отказов применяется включение в схемы специальных защитных и предохранительных устройств, которые предотвращают аварийные последствия отказов.

Резервирование - один из наиболее эффективных методов повышения надежности объектов. При резервировании в конструкции заранее предусматривается замена неисправного элемента исправным.

Резервирование, как средство повышения надежности, наиболее целесообразно применять для повышения надежности оборудования, предназначенного для непрерывной работы в течение короткого времени. Использование резервирования для повышения надежности оборудования, предназначенного для длительной работы, часто связано с высоким резервированием или с применением специальных способов резервирования. Повышение надежности оборудования путем его резервирования приводит к ухудшению таких характеристик как масса, габаритные размеры, стоимость, условия обслуживания (увеличение частоты проверок, числа запасных деталей и частей) и поэтому ограничивает использование этого метода при конструировании оборудования для бурения скважин и нефтегазодобычи.

В число конструкционных методов повышения надежности входят:

упрощение кинематической схемы; обеспечение равнопрочности основных деталей и сборочных единиц;

правильный выбор материалов;

использование элементов с малыми значениями интенсивности отказов при заданных условиях эксплуатации (выбор элементной базы);

обеспечение благоприятного режима работы элементов;

рациональный выбор совокупности контрольных параметров;

рациональный выбор допусков на изменение основных параметров элементов и системы в целом;

защита элементов от вибрации и ударов;

унификация элементов и системы в целом;

разработка эксплуатационной документации с учетом опыта применения системы, подобной конструируемой;

обеспечение эксплуатационной технологичности конструкции (применение встроенных контрольных устройств, автоматизация контроля и индикация отказов, удобство подходов для обслуживания и ремонта).

На стадии конструирования необходимо выбрать такие размеры деталей и обеспечить такие условия их работы, при которых интенсивность разрушения будет минимальной. В этом случае необходимо определить соответствующие нагрузки и скорости относительного перемещения трущихся поверхностей, предусмотреть наиболее совершенные устройства для смазки, выбрать оптимальные посадки в сопряжениях и т.п.

Для повышения долговечности машины конструктор обязан предусмотреть высокую ремонтопригодность ее основных частей, т.е. обеспечить простоту обслуживания и ремонта машины.

Одна из эффективных мер в этом направлении - максимальная унификация сборочных единиц и деталей, которая дает возможность изготовить машины из типовых сборочных единиц и агрегатов, благодаря чему можно быстро и просто заменить в них вышедшие из строя элементы на местах эксплуатации и ремонтировать в централизованном порядке на хорошо оснащенных специализированных предприятиях. Перспективным направлением в повышении долговечности машин является создание саморегулирующихся и самовосстанавливающихся сборочных единиц и систем. Сущность подобных решений заключается в обеспечении постоянства основных конструктивных параметров сопряжения в процессе работы посредством их автоматической регулировки и подналадки.

Значительная доля отказов оборудования обусловлена производственно-технологическими причинами. Анализ статистических данных позволяет сделать вывод о том, что производственными причинами снижения надежности оборудования являются: несоответствующее качество полуфабрикатов, комплектующих элементов и агрегатов; нарушения технологии изготовления и сборки, отсутствие стабильности технологических процессов из-за отклонения параметров и недостаточной надежности оборудования; недостатки системы контроля качества на всех этапах производства оборудования, его монтажа и наладки.

Основные способы обеспечения надежности оборудования на этапе его производства приведены на рис. 4.3.

Рис. 4.3. Структура мероприятий по обеспечению надежности

Оборудования при его производстве

Выполнение заданных требований по надежности на этапах проектирования и производства проверяется не только расчетными и аналитическими методами, но и большим объемом экспериментальных исследований и испытаний. С точки зрения обеспечения надежности оборудования главной задачей испытаний является проверка достаточности заложенных при проектировании уровней надежности. При проведении экспериментов и испытаний проводится оценка правильности конструкционных решений и выявление слабых технологических решений, идентификация математических моделей с натурным объектом. Виды экспериментальных исследований и испытаний оборудования показаны на рис. 4.4.

Перечисленные методы обеспечения надежности должны применяться в совокупности с учетом влияния каждого из них на работоспособность объекта.

Рис. 4.4. Содержание работ по комплексной программе обеспечения надежности оборудования на этапе испытаний

Методы обеспечения надежности оборудования, применяемые в эксплуатации, могут быть разбиты на две группы. В первую группу входят все методы, которые используются на этапах проектирования и производства оборудования. На основе изучения опыта эксплуатации инженер-эксплуатационник имеет возможность разработать ряд рекомендаций для конструкторов, направленных на обеспечение требуемого качества оборудования (изменение схемы, замена элементов, изменение конструкции, материалов и т.п.). Эти рекомендации согласовываются с конструкторами и вводятся специальными указаниями (доработками). Однако нельзя считать, что при эксплуатации устраняются только конструкционные и производственные ошибки, хотя доля таких ошибок еще велика.

Вторая группа мероприятий, обеспечивающих надежность при эксплуатации, относится к воздействию на оборудование обслуживающего персонала. К этим мероприятиям относятся:

повышение квалификации обслуживающего персонала;

применение инструментальных методов контроля технического состояния;

разработка и внедрение способа прогнозирования отказов;

своевременное и тщательное проведение ТО и Р в полном объеме;

соблюдение правил хранения и эксплуатационной обкатки;

соблюдение режимов работы;

соблюдение рекомендаций заводов-изготовителей по применению топлива, масла и смазочных материалов.

Физическая долговечность подвижного сопряжения, являющаяся одним из основных показателей его надежности, определяется зависимостью

(4.8)

где S_max и S_нач - зазор, соответственно максимально допустимый и начальный в сопряжении; tg α - скорость изменения зазора вследствие изнашивания.

Согласно этой зависимости заданная физическая долговечность может быть обеспечена системой мероприятий, позволяющих поддерживать в требуемых пределах значения числителя и знаменателя. Мероприятия, направленные на поддержание величины знаменателя, т.е. определенной, не выше нормальной, интенсивности изнашивания, относятся к техническому обслуживанию машины, а мероприятия, направленные на поддержание определенной, не ниже нормальной, величины числителя (т.е. предела расширения посадок), - к ремонту машины. Действительно, если за неизмененную величину принять числитель, то сохранение tg α = const есть единственный путь обеспечения заданного ресурса. Основными здесь являются мероприятия технического обслуживания: надлежащая смазка механизмов и употребление эксплуатационных материалов требуемого качества, правильная регулировка, соблюдение правил пуска и управления, обеспечение соответствующими условиями хранения и др.

Типичные мероприятия в области ремонта машин способствуют сохранению величины числителя - разности между предельно допустимым максимальным и начальным зазорами. К ним относятся: восстановление первоначальных размеров деталей и устранение искажений их геометрической формы, восстановление первоначальной посадки и др.

Таким образом, назначенная физическая долговечность сопряжения может быть обеспечена системой совместных мероприятий технического обслуживания и ремонта машин. Графически ее можно представить системой кривых, показанных на рис. 4.5.

Рис. 4.5. График физической долговечности сопряжения

Физическая долговечность обеспечивается, во-первых, надлежащей технической эксплуатацией сопряжения (техническим обслуживанием), позволяющей поддерживать интенсивность изнашивания на уровне, который не превышает заданных значений α₁, α₂, α₃, …, α_n и, во-вторых, надлежащим ремонтом, позволяющим после каждого межремонтного периода восстанавливать ослабленную посадку, т.е. снижать S_max до S_нач.

Проанализировав выражение (4.8), можно наметить пути повышения физической долговечности, так как при S_max - S_нач = const и tg α → 0 имеем

τ_ф → ∞.

Следовательно, чтобы увеличить физическую долговечность, необходимо снизить интенсивность изнашивания, а этого можно достичь указанными тремя группами мероприятий (конструкторскими, технологическими и эксплуатационными).

Сокращение времени непрерывной работы оборудования фактически не является методом повышения его надежности. Однако, уменьшая время работы оборудования, можно тем самым увеличить время его существования в исправном состоянии.

Время восстановления оказывает существенное влияние на коэффициент готовности. Уменьшая время восстановления, можно увеличить готовность оборудования к действию в любой момент времени, уменьшить простои и повысить эффективность его действия.

Выигрыш по коэффициенту готовности будет определяться выражением

где Т '_ср и Т "_ср - среднее время безотказной работы оборудования соответственно до повышения надежности и после;τ'_cp и τ''_cp - среднее время восстановления соответственно до повышения надежности и после.

Из этого выражения следует, что мероприятия по повышению надежности целесообразны при условии

Время, требуемое на ремонт оборудования, уменьшают с помощью рационального конструирования оборудования и использования передовых методов эксплуатации.

Оценить эффективность того или иного метода повышения надежности можно на основании сравнения количественных характеристик надежности.

Вероятность безотказной работы оборудования, интенсивность отказов которого уменьшена в k раз, при λ = const будет

где λ - интенсивность отказов оборудования до ее понижения.

Выигрыш надежности по вероятности отказов и среднему времени безотказной работы в этом случае определяется выражением

(4.9)

Из (4.9) видно, что при λt → 0 выигрыш надежности по вероятности отказов равен 1/k. С ростом λt он убывает и в области больших λt стремится к единице. Выигрыш надежности по среднему времени безотказной работы растет пропорционально коэффициенту k.

Существует мнение, что надежность объекта в процессе эксплуатации можно лишь поддерживать на определенном уровне, который заложен при проектировании и изготовлении. Превзойти же этот уровень невозможно.

Действительно, объекты, находящиеся в эксплуатации, обладают так называемой «встроенной» надежностью с параметром Т_ср. Под «встроенной» надежностью понимается рассчитанное конструктором значение средней наработки до отказа Т_ср. Это значение определяется исходя из интенсивности отказов комплектующих элементов λ_i, которые получены для условий работы, оговоренных нормами или заказчиком в техническом задании (ТЗ), и необходимости выполнения предписанных инструкций по эксплуатации.

Параметр встроенной надежности можно определить из выражения

где п - общее число отказов за период работы t, n_пост - ожидаемое расчетное число постепенных отказов; n_вн - среднее число внезапных отказов.

В процессе эксплуатации систем имеется возможность активно воздействовать на параметр Т_ср, который может изменяться в зависимости от эффективности обслуживания объектов.

Можно показать, что вероятность выявления дефектного элемента в процессе обслуживания и предотвращения постепенного отказа в интервале времени t равна

где - среднее время, затрачиваемое на обнаружение дефектного элемента. Оно зависит от числа обслуживаемых элементов и производительности аппарата прогнозирования, а также от квалификации и опыта обслуживающего персонала.

Следовательно, величина P(t) определяется процессом эксплуатации объекта. Так что число постепенных отказов может быть уменьшено до значения

В случае, когда реальные условия эксплуатации мало отличаются от расчетных (или оговоренных разработчиком) условий, усилиями обслуживающего персонала воздействие факторов внешней среды может быть ослаблено и, следовательно, интенсивность отказов элементов λ_э в условиях эксплуатации будет меньше расчетной λ_i. Тогда число внезапных отказов уменьшится:

Таким образом, в процессе эксплуатации общее число отказов может быть уменьшено и

В этом заключается сущность активного воздействия эксплуатационных мероприятий при обеспечении заданной надежности. Работы, выполняемые в соответствии с комплексной программой обеспечения надежности оборудования на этапе эксплуатации, направлены на поддержание заданного уровня надежности. Основные принципы поддержания уровня надежности, которые заложены при проектировании, производстве, монтаже и наладке оборудования, реализуются в программе ТО и Р.

Таким образом, высокий уровень надежности, предусматриваемой программой ТО и Р при эксплуатации оборудования, обеспечивается неукоснительным соблюдением требований НТД путем сохранения всех параметров систем на протяжении установленных ресурсов и сроков службы. С этой целью в процессе эксплуатации реализуется комплекс задач по оценке и анализу уровня надежности оборудования, включающий:

статистический и инженерный анализ надежности оборудования, находящегося в эксплуатации;

оценку соответствия надежности оборудования техническим условиям (ТУ);

изучение влияния условий и особенностей эксплуатации оборудования на показатели его надежности;

разработку и осуществление мероприятий по уменьшению отрицательного воздействия условий и режимов эксплуатации на надежность оборудования;

предъявление заводам рекламаций на низкое качество продукции;

подготовку обоснований для увеличения ресурсов оборудования и совершенствования эксплуатационной и нормативно-технической документации.

Управление надежностью - это целенаправленная деятельность по обоснованию, планированию, обеспечению, поддержанию и повышению характеристик безотказности, долговечности, ремонтопригодности и сохраняемости объектов.

Целью управления надежностью является обеспечение заданного уровня безопасности и экономической эффективности оборудования.

Основными задачами управления надежностью являются:

сбор, анализ и обобщение статистических данных о надежности оборудования;

осуществление обмена информацией о надежности согласно установленному в нефтегазодобывающем обществе порядку;

проведение расчетов оценки уровня надежности объектов (определение количественных значений показателей надежности оборудования);

оценка эффективности проведенных мероприятий по повышению надежности оборудования и квалификации персонала;

организация и разработка перспективных планов мероприятий по повышению надежности оборудования и квалификации персонала.

Решение перечисленных выше и других задач управления надежностью осуществляется в результате работы системы управления, где объект управления - надежность оборудования, управляющий орган - службы главного инженера ТПП нефтегазодобывающего общества, цеха, отделы, лаборатории, смены.

Центральным звеном системы управления надежностью оборудования является служба (подразделение) надежности (отдел, лаборатория, группа).

На подразделение надежности возлагается:

1) изучение и применение соответствующего информационного, математического, программного и технического обеспечения всех необходимых расчетов надежности для оценки текущего уровня безопасности оборудования, определения фактических значений показателей надежности оборудования, оценки ресурса оборудования, планирования замены оборудования;

Рис. 4.6. Основные мероприятия по программе управления надежностью

На этапе эксплуатации оборудования

2) обучение специалистов цехов, отделов и лабораторий по сбору, обработке и анализу данных по надежности в единой информационной среде нефтегазодобывающего общества и помощь им;

3) постоянное совершенствование системы сбора и обработки данных по надежности оборудования на основе современных программных комплексов и развитых средств ЭВТ.

Основные элементы программы управления надежностью на этапе эксплуатации приведены на рис. 4.6.

ПРИЧИНЫ ОТКАЗОВ ОБОРУДОВАНИЯ ПРИ

ЭКСПЛУАТАЦИИ

СПЕЦИФИКА УСЛОВИЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ БУРЕНИЯ СКВАЖИН, ДОБЫЧИ И ПОДГОТОВКИ НЕФТИ И ГАЗА

При эксплуатации в условиях низких температур возникает опасность разрушения металлоконструкций, вызванная повышением хрупкости материалов, выхода… При эксплуатации в условиях высоких температур окружающего воздуха возможно… При значительной запыленности воздуха возрастает износ трущихся поверхностей. Степень абразивного воздействия пыли…

ДЕФОРМАЦИЯ И ИЗЛОМЫ ЭЛЕМЕНТОВ ОБОРУДОВАНИЯ

Изломом называют полное разрушение материала элемента конструкции, приводящее к его расчленению. Изломы разделяют в зависимости от характера… При кратковременной однократной нагрузке возникают динамический или… В процессе работы машин их детали испытывают воздействие циклических нагрузок. Под действием циклической нагрузки в…

ИЗНОС ЭЛЕМЕНТОВ ОБОРУДОВАНИЯ

Процесс постепенного изменения размеров детали при трении, проявляющийся в отделении с поверхности трения материала или его остаточной деформации,… Различают изнашивание следующих видов: механическое и… Механическое изнашивание определяется явлениями чисто механического характера (резание, выламывание частиц,…

КОРРОЗИОННЫЕ РАЗРУШЕНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ ОБОРУДОВАНИЯ

По механизму коррозионного процесса различают химическую и электрохимическую коррозию. Электрохимическая коррозия представляет процесс… Химическая коррозия представляет собой процесс химического взаимодействия… Окружающая среда оказывает существенное влияние на характер протекания коррозионного процесса и, следовательно,…

СОРБЦИОННЫЕ РАЗРУШЕНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ ОБОРУДОВАНИЯ

По механизму взаимодействия водорода с металлом следует выделить два различных, но взаимосвязанных процесса: адсорбция - молекулярное взаимодействие… Поверхность металла обычно обладает достаточно высокой адсорбционной… Распределение свободной энергии по поверхности металла неравномерное. Всегда имеются участки с различным уровнем…

КОРРОЗИОННО-МЕХАНИЧЕСКИЕ РАЗРУШЕНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ ОБОРУДОВАНИЯ

Равномерная коррозия, поражающая как ненапряженный, так и равномерно-напряженный металл, наиболее благоприятна и не изменяет механических… Коррозия может даже увеличить статическую прочность, улучшить сопротивление… Местная коррозия стальной проволоки, например, используемой для канатов, незначительно снижает ее прочность, но…

Влияние местных коррозионных поражений на качество проволоки

Различают следующие виды коррозионно-механического разрушения элементов оборудования: коррозионное растрескивание, коррозионная усталость, коррозия… Коррозионное растрескивание возникает при действии статических напряжений в… Коррозионная усталость представляет процесс разрушения металлов и сплавов при одновременном действии коррозионной…

Рис. 5.3. Кривые усталости стали 20Н2М в различных

средах:1 - на воздухе; 2 - в 3%-ном водном растворе NaCl

Снижение сопротивления усталости стали в коррозионно-активных средах не зависит от общей коррозии и в ряде случаев наблюдается значительное снижение сопротивления усталости при малом коррозионном поражении металла. Это объясняется тем, что циклическое напряжение в таких средах не влияет на усиление общей коррозии, вызывает развитие глубинной межкристаллитной и главным образом внутрикристаллитной коррозии, приводящей к интенсивному возникновению трещин.

Сопротивление стали коррозионной усталости зависит от ее химического состава, термической и механической обработки, свойств коррозионной среды, напряженного состояния, частот приложения напряжения.

В табл. 5.2 приведены данные о влиянии коррозионно-активных сред на предел ограниченной выносливости конструкционных сталей, т.е. на максимальное по абсолютному значению напряжение цикла, соответствующее циклической долговечности.

В свою очередь, отличительными признаками коррозионно-усталостного разрушения по сравнению с разрушением на воздухе являются:

а) отсутствие истинного предела выносливости;

б) отсутствие корреляции между механическими характеристиками при статическом и циклическом нагружении в воздухе и ограниченным пределом выносливости в среде;

в) специфический характер разрушения, обусловленный развитием в начальный период многих усталостных трещин, а не одной, как это имеет место при испытании в воздухе;

г) при воздействии коррозионной среды более резко проявляется влияние частотного фактора; с увеличением частоты нагружения увеличивается влияние механического фактора. При снижении частоты время воздействия среды на циклически деформируемый металл увеличивается, что усиливает влияние агрессивной среды;

д) влияние концентрации напряжений зависит от агрессивности среды по отношению к определенному металлу. Чем выше агрессивность среды, тем меньше влияние концентрации напряжений. В большинстве случаев чувствительность к концентраторам (острым надрезам, углублениям, неметаллическим включениям и др.) в агрессивных средах по сравнению с воздухом уменьшается. Однако влияние концентратора может резко усиливаться при условиях, когда металл находится в состоянии, близком к пассивному, и проявляется эффект щелевой коррозии (титан, нержавеющая сталь в морской воде).

Механическое изнашивание, усиливаемое явлениями коррозии, называют коррозионно-механическим изнашиванием. Различают следующие виды коррозионно-механического изнашивания: окислительное, фреттинг-коррозия, изнашивание в средах, являющихся электролитами.

Окислительное изнашивание происходит при наличии на поверхностях трения окисных пленок, предотвращающих сближение контактирующих поверхностей до расстояния, на котором происходит их схватывание. По мере износа окисные пленки вновь восстанавливаются вследствие взаимодействия металла с кислородом воздуха.

Фреттинг-коррозия - процесс изнашивания, представляющий сочетание фреттинга с коррозией. Фреттингом называют особый вид изнашивания контактирующих поверхностей, совершающих под нагрузкой очень малые повторные относительные перемещения, например, продольные вибрации.

 

Таблица 5.2

Влияние коррозионно-активной среды на сопротивление стали

Усталостному разрушению

Марка стали	Структура	Значение коэффициента влияния среды
Н20	Н20 + + 3%-ный NaCl	Насыщенный раствор H2S
40Х	Перлит + феррит Сорбит Троостит Мартенсит Поверхностная закалка ТВЧ (мартенсит) Перлит + феррит Сорбит Троостит Мартенсит	0,61 0,53 0,35 0,15   0,69 0,66 0,44 0,43 0,17	0,42 0,36 0,23 0,08   0,58 0,38 0,22 - -	0,37 0,32 0,22 0,05   0,56 - - - -

Изнашивание в средах, являющихся электролитами, представляет сочетание механического изнашивания с коррозией.

СОРБЦИОННО-МЕХАНИЧЕСКИЕ РАЗРУШЕНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ ОБОРУДОВАНИЯ

П.А. Ребиндером с сотрудниками было изучено влияние типичных органических поверхностно-активных сред (растворов высокомолекулярных спиртов, кислот и… Хотя первичным действием поверхностно-активной среды является… Следует различать два возможных случая влияния физически-активных сред на механические характеристики металла, а…

Влияние металла покрытия на механические свойства стали ЗОХГСА

В - 1200 МПа, δ = 12,7 %, ψ = 62,2 %) при различных температурах

Металл покрытия	Предел прочности σв/σв исх	Относительное удлинение δ/δисх	Относительное су жение ψ/ ψисх
Температура, °С
Без покрытия	1,0	1,0	1,0	1,0	0,85	1,25	1,0	0,84	1,03
Олово (Sn)	1,0	0,8	0,20	0,74	0,21	-	0,72	0,13	-
70 % Sn + 30 % Pb	1,0	0,87	-	1,0	0,29	-	0,96	0,14	-
70 % Sn + 30 % Pb	1,0	0,9	-	0,93	0,21	-	0,94	0,19	-
Свинец (Pb)	1,0	-	0,82	0,9	-	0,19	0,74	-	0,1
Кадмий	1,0	-	0,72	1,0	-	0,13	1,0	-	0,07

почти полной потере пластичности (снижение на 93 %).

Увеличение температуры расплава значительно усиливает эффект снижения прочности и пластичности стали. Повышение температуры стали ЗОХГСА, покрытой оловом, до 400 °С вызывает не только полную потерю пластичности, но и катастрофическое снижение предела прочности, который составляет примерно 20 % от предела прочности непокрытой стали. Подобное снижение прочности и пластичности стали под действием металлических расплавов следует отнести за счет адсорбционных эффектов, т.е. за счет снижения уровня поверхностной энергии стали при ее смачивании металлическим расплавом и за счет адсорбционно-расклинивающего эффекта Ребиндера, которые практически независимы от времени. Подтверждением этого является то, что двадцатикратное увеличение времени пребывания стальных образцов в жидком олове и кадмии не оказало влияния на изменение механических характеристик. Для диффузионного воздействия необходимо не только время, но соответствующее развитие дефектов в стали, через которые эти расплавы проникли бы путем адсорбционной миграции на достаточную глубину, а затем разупрочнили бы сталь диффузионным внедрением.

Ярким подтверждением существенного снижения прочности стали при адсорбции на ее поверхности расплава олова является отмеченный в литературе случай излома шейки вала центробежного насоса при оплавлении сопряженного с ней баббитового вкладыша подшипника из-за отсутствия смазки. Одной из составляющих баббитового сплава является олово.

Значительное снижение сопротивления усталости конструкционных материалов происходит при адсорбционном взаимодействии с жидкой средой. При снятии нагрузки происходит так называемое адсорбционное последействие среды, т.е. ее молекулы мешают трещине сомкнуться и лишь постепенно выжимаются из нее, оказывая расклинивающий эффект, что облегчает разрушение материала изделия при новом цикле нагружения.

Адсорбционная усталость связана с термодинамически неизбежным понижением поверхностной энергии металла и адсорбционно-расклинивающим эффектом Ребиндера внутри дефектов. Адсорбционная усталость наблюдается в определенной области механических режимов нагружения при циклическом действии растягивающих напряжений в зоне сравнительно невысоких частот. Причем снижение предела выносливости не зависит

Рис. 5.5. Кривые усталости стали 20Н2М в коррозионно-активной и адсорбционно-активной среде:

1 - на воздухе; 2 - в адсорбционно-активном масле; 3 - в воде

 

 

ни от времени пребыва-ния циклически нагруженного металла в среде, ни от числа циклов.

Кривая адсорбционной усталости по виду аналогична кривой усталости в неактивной среде, на воздухе. Однако она располагается на 5-20% ниже по ординате, например, в среде смазочного масла, содержащего ПАВ (рис. 5.5).

Для проявления адсорбционного эффекта снижения предела выносливости стали нужна очень малая концентрация ПАВ в неактивных разбавителях. Снижение предела выносливости стали под влиянием ПАВ зависит от свойств и концентрации растворенных ПАВ. Установлено, что при адсорбции ПАВ из неполярных углеводородных растворителей (масло) снижение предела выносливости меньше, чем при адсорбции из полярных растворителей. В табл. 5.4 приведены данные о влиянии активированных смазочных масел на предел выносливости конструкционных сталей.

Таблица 5.4

Влияние активированных смазочных масел на относительное изменение предела выносливости конструкционных сталей

Рис. 5.6. Кривые статической усталости различных сталей в… 1 - сталь 20Н2М; 2 - сталь 40; 3 - сталь 65

ОБРАЗОВАНИЕ НА ПОВЕРХНОСТЯХ ОБОРУДОВАНИЯ

ОТЛОЖЕНИЙ ТВЕРДЫХ ВЕЩЕСТВ

Нефть охлаждается, в основном, при движении от забоя к устью скважины. Этим объясняется значительное выпадение парафиновых отложений в верхней части… Парафиновые отложения включают не только собственно парафины, но и асфальтены,… Образование парафиновых отложений происходит из-за возникновения и роста кристаллов парафина непосредственно на…

Значения σк (мДж/м2) для ряда материалов

Алюминий...................... ………….….. 3960 Цинк................................. …………….… 860 Кварцевое стекло.......... …………….… 740

Значения напряжения сдвига (в МПа) парафиновых

Отложений при температуре 293 К на поверхности

Покрытий различной химической природы

Стекло........................................................... 5,78 Бакелитовый лак......................................... 6,6 Поливинилбутираль.................................. 7,2

Влияние гидрофильности поверхности на прочность ее сцепления с осадком минеральных солей

Wa = σ2.3 + σ1.3 - σ1.2 = σ2.3 (1 + cos Θ). (5.1) Работа адгезии тем больше, чем сильнее взаимодействие контактирующих фаз.… cosΘ = (Wa/Wк) - 1. (5.2)

Влияние диэлектрических свойств материала поверхности

Гидрофобизация осуществляется введением гидрофобизирующих добавок (кремнийорганические жидкости ГКЖ-10, ГКЖ-11, ГКЖ-94, ВМ-1000 и др.) в объем… Адсорбирующийся на поверхности слой органических компонентов нефти усиливает… Критическое поверхностное натяжение σк, характеризующее поверхностную энергию, служит одним из критериев,…

Данные об осадке солей δс (в мм) на внутренней поверхности труб

Выкидных линий скважин с различными покрытиями

Без покрытия................................................. ……………….… 1,9-4

Стекло............................................................. ……………….… 1,9-2,1

Грунт ВЛ-08, эмаль ФП-734...................... ……………….… 0

Эмаль ВЛ-515............................................... …………………. 1,5-5,5

ГрунтВЛ-08, эмаль ВЛ-515....................... …………………. 1,5-5,5

ЛакФ-10.......................................................... …………….…… 1,5-4

ЛакФЛ-1......................................................... …………………. 1.5-5,5

Смесь лака ЛБС-1 с шпатлевкой ЭП-0010 (1:1)… 1-5,5

В трубах с покрытием на основе гидрофобной фторопластовой эмали ФП-734 солевые отложения не образуются.

ОРГАНИЗАЦИЯ ТЕХНИЧЕСКОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ, РЕМОНТА, ХРАНЕНИЯ И СПИСАНИЯ ОБОРУДОВАНИЯ

СИСТЕМА ТЕХНИЧЕСКОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ И РЕМОНТА ОБОРУДОВАНИЯ

Структура процесса эксплуатации определяются принятой стратегией эксплуатации. В общем виде стратегия эксплуатации оборудования представляет… Весь комплекс операций по ТО и Р оборудования можно классифицировать на две… плановые профилактические работы, связанные в основном с предупреждением отказов и повреждений;

ВИДЫ ТЕХНИЧЕСКОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ И РЕМОНТА

ОБОРУДОВАНИЯ

ТО включает регламентированные в технической документации операции (уборочно-моечные, крепежные, контрольно-регулировочные и смазочно-заправочные),… На рис. 6.2. приведена классификация различных видов технического… В зависимости от этапа эксплуатации различают ТО при использовании, ТО при хранении, ТО при транспортировании и ТО при…

Рис. 6.3 Виды ремонта

Средний ремонт (СР) предназначен для восстановления исправности и частичного восстановления ресурса оборудования с заменой или восстановлением составных частей ограниченной номенклатуры и контролем технического состояния составных частей в объеме, установленном в нормативно-технической документации.

Плановый ремонт - ремонт, постановка на который осуществляется в соответствии с требованиями нормативно-технической документации.

Неплановый ремонт - ремонт, постановка на который осуществляется без предварительного назначения.

Регламентированный ремонт - плановый ремонт, выполняемый с периодичностью и в объеме, установленными в эксплуатационной документации, независимо от технического состояния оборудования в момент начала ремонта.

Ремонт по техническому состоянию - ремонт, при котором контроль технического состояния выполняется с периодичностью и в объеме, установленными в нормативно-технической документации, а объем и момент начала ремонта определяются техническим состоянием оборудования.

Обезличенный ремонт выполняется без сохранения принадлежности восстановленных составных частей к определенному экземпляру оборудования.

Необезличенный ремонт осуществляется при сохранении принадлежности составных частей к определенному экземпляру оборудования.

Агрегатный ремонт представляет собой обезличенный ремонт, при котором неисправные агрегаты заменяются новыми, или заранее отремонтированными.

Поточный ремонт осуществляется на специализированных рабочих местах с определенными технологической последовательностью и ритмом.

Необходимость проведения того или иного вида ремонта, его периодичность и операции определяются конструктивными особенностями машин, характером выполняемых ими функций, условиями эксплуатации и другими факторами.

Надежность оборудования неразрывно связана с правильной организацией его ТО и Р. Расходы на поддержание работоспособности оборудования зачастую значительно превосходят его первоначальную стоимость.

СТРАТЕГИИ ТО И Р ОБОРУДОВАНИЯ

В зависимости от имеющихся возможностей для диагностирования и определения технического состояния оборудования в процессе эксплуатации и от… Стратегии ТО и Р классифицируются следующим образом: стратегия технического обслуживания по наработке (календарному времени, ресурсу), при которой перечень (объем) и…

ОРГАНИЗАЦИЯ И ПЛАНИРОВАНИЕ ТО И Р

ОБОРУДОВАНИЯ ПО НАРАБОТКЕ

Система ТО и Р, использующая эту стратегию, получила название системы планово-предупредительного обслуживания и ремонта (ППР). Операции системы ТО и Р обычно состоят из двух составных частей: контрольной и… Основу планово-предупредительной системы технического обслуживания и ремонта (система ППР) составляет плановый…

ОРГАНИЗАЦИЯ И ПЛАНИРОВАНИЕ ТО И Р ОБОРУДОВАНИЯ

ПО ФАКТИЧЕСКОМУ ТЕХНИЧЕСКОМУ СОСТОЯНИЮ

Техническое обслуживание и ремонт по фактическому техническому состоянию (ТО и Р по техническому состоянию) заключается в регламентных остановках и… Стратегия ТО и Р по фактическому техническому состоянию представляет собой… При данной стратегии ТО и Р оборудование эксплуатируется до предотказового состояния.

Управляющие показатели, используемые различными стратегиями ТО и Р

Исходными данными для составления графиков периодичности ТО, плановых диагностических контролей и регламентных остановок являются показатели… Межконтрольную наработку, а следовательно, и периодичность диагностического… При жесткой системе последовательность проверок определена заранее и в процессе эксплуатации не изменяется. При гибкой…

СМАЗОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И СПЕЦЖИДКОСТИ

НАЗНАЧЕНИЕ И КЛАССИФИКАЦИЯ СМАЗОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Надежность машин зависит в значительной степени от правильного выбора и применения смазочных материалов.

Смазочные материалы выполняют следующие функции:

снижают силы трения, а следовательно, уменьшают потери мощности на преодоление этих сил;

снижают износ трущихся поверхностей деталей вследствие создания жидкостного или граничного трения, а также смывают с поверхностей трения продукты износа и абразивные частицы;

охлаждают детали, работающие в условиях высоких температур или нагревающиеся при преодолении сил трения;

амортизируют ударные нагрузки;

уплотняют зазоры и защищают от попадания абразивных частиц извне;

снижают шум и вибрации при контакте металлических поверхностей;

защищают от коррозии.

По природе смазочные материалы подразделяются на минеральные, получаемые из нефти, угля, сланца и других минералов; органические - животные из жира животных (китовый и рыбий жир, свиное сало и др.) и растительные из хлопка, клещевины, конопли и другие; синтетические, получаемые путем химического синтеза.

По физическому состоянию смазочные материалы подразделяются на жидкие масла в виде эмульсий, пластичные (консистентные) и твердые. Номенклатура смазочных материалов включает кроме жидких минеральных масел, пластичных и твердых смазок консервационные масла, рабочие жидкости для гидравлических систем, а также смазочно-охлаждающие технологические средства (СОТС).

ЖИДКИЕ СМАЗОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

В сырых маслах имеются асфальто-смолистые вещества, нефтяные кислоты, сернистые и азотистые соединения и другие, отрицательно влияющие на работу… Однако для получения необходимых свойств, отвечающих разнообразным требованиям… Присадки представляют специальные добавки к минеральным маслам для получения тех или иных свойств (легирование). По…

Группы индустриальных масел по назначению

Группа	Соответствие группы по ISO 6743/0-81	Область применения
Л   Г Н Т	F   Н G С	Легконагруженные узлы (шпиндели, подшипники и сопряженные с ними соединения) Гидравлические системы Направляющие скольжения Тяжелонагруженные узлы (зубчатые передачи)

Таблица 6.4

Подгруппы индустриальных масел по эксплуатационным свойствам для машин и механизмов промышленных установок

Маркировка индустриальных масел представляет группу букв и цифр, разделенных между собой дефисом. Первая буква И -индустриальные, вторая буква -… Ассортимент индустриальных масел включает минеральные масла без присадок и с… Масла индустриальные общего назначения без присадок, выпускаемые в соответствии с ГОСТ 20799, являются базовыми при…

Классы вязкости индустриальных масел

Класс вязкости	V40, мм2/с	Класс вязкости	V40, мм2/с
	1,9-2,5 3-3,5 4-5 6-8 9-11 13-17 19-25 29-35 41-51		61-75 90-110 135-165 198-242 288-352 414-506 612-748 900-1100 1350-1650

Моторные масла предназначены для смазки поршневых двигателей внутреннего сгорания; изготовляют их на основе минеральных масел селективной очистки, дистиллятных или в композиции с остаточными путем добавления присадок, обеспечивающих химическую стойкость, хорошие противоизносные свойства, высокий индекс вязкости. Все моторные масла маркируются буквой М с указанием вязкости при 100 °С и группы эксплуатационных свойств.

Различают шесть основных групп моторных масел: А, Б, В, Г, Д и Е, каждая из которых предназначена для определенного типа двигателей в зависимости от степени форсирования и теплонапряженности. Масла группы А обладают самой низкой химической стойкостью и в современных двигателях не применяются. Группы Б, В и Г делятся на подгруппы, которые обозначаются индексами 1 (для карбюраторных двигателей) и 2 (для дизельных двигателей). Если в маркировке индекс 1 или 2 отсутствует, то масло универсальное. Масла группы Г отличаются высококачественной основой (глубокая очистка) и максимальным содержанием наиболее эффективных присадок. Поэтому их рекомендуют для высокофорсированных двигателей. Группы масел Д и Е предназначены для стационарных и судовых двигателей.

Загущенные масла имеют индекс вязкости не менее 110 и являются всесезонными. Маркировка загущенных масел содержит индекс «з» и два значения вязкости: в числителе при 18 °С, в знаменателе при 100 °С.

Смешивание моторных масел разных групп не допускается. При непреднамеренном смешении масел различных групп для смазки дизелей или карбюраторных двигателей смеси присваивают низшую из смешанных групп.

Компрессорные масла предназначены для смазки цилиндров компрессоров и обладают высокой химической стойкостью в условиях высоких температур (до 200 °С) и давлений.

Трансформаторные масла применяют в качестве теплоотводящей жидкости в трансформаторах, выключателях и других электрических устройствах. Они отличаются небольшой вязкостью, химической стойкостью и высокими изоляционными свойствами.

Свойства жидких смазочных материалов определяются следующими показателями: плотностью, вязкостью, температурой вспышки, температурой застывания, маслянистостью, содержанием воды и механических примесей, кислотностью, коксовым числом и др.

Плотность номинальная (при заданной температуре) масел находится в интервале 0,87-0,95 г/см³. Она непосредственно связана с вязкостью и сжимаемостью и существенно влияет на мощность гидропередачи. Следовательно, при использовании масел с высокой плотностью, размеры гидропередачи уменьшаются для одной и той же мощности.

Вязкость номинальная является одним из важных свойств большинства масел, особенно при эксплуатации. При конструировании узлов трения используют кинематическую вязкость, определяемую при температурах 50 и 100 °С. Однако, по классификации ISO 3448 принимают температуру 40 °С вместо 50 °С. Влияние температуры на вязкость следует учитывать при выборе масла, так как существуют три критических значения вязкости, т.е. оптимальное при нормальной рабочей температуре, минимальное при максимальной температуре и максимальное при самой низкой температуре.

Вязкость масел зависит существенно от давления, что имеет особое значение при смазывании механизмов и машин, работающих с высокими удельными нагрузками. Поэтому при конструировании и расчетах узлов трения необходимо, чтобы между трущимися поверхностями создавался прочный смазочный слой. Вязкость в зависимости от давления определяется по формуле:

где η_р и η₀ - динамическая вязкость соответственно при давлении р и атмосферном давлении, Па·с.; а - пьезокоэффициент вязкости, Па^-1·с^-1 (для нефтяных масел а = 0,001÷0,004).

Динамическая вязкость - сила сопротивления (в Н), оказываемая жидкостью, при перемещении одного ее слоя относительно другого со скоростью 1 м/с при площади каждого слоя 1 м² и расстоянии между ними 1 м. Единица измерения динамической вязкости Па·с.

Кинематическая вязкость - отношение динамической вязкости к плотности при температуре определения. Вода при 20 °С имеет кинематическую вязкость 1·10^-6 м²/с.

При высоких давлениях масло может потерять жидкостные свойства и даже превратиться в твердое тело при давлении > 10¹⁵ Па.

Индекс вязкости оценивает вязкостно-температурные свойства масел. Он используется для перевода одних единиц вязкости в другие, для расчета вязкости смеси различных масел и расчета изменения вязкости от температуры. Соответствующие формулы, таблицы и методы для расчета индекса вязкости по кинематической вязкости при 40 и 100 °С приводятся, например, в ГОСТ 25371.

Индекс вязкости 85 и выше характеризует хорошие вязкостно-температурные свойства.

Масла с индексом вязкости больше 100 и загущенные масла с индексом вязкости 110-200 необходимы для гидравлических систем. Нормирование индекса вязкости при работе в области сравнительно низких температур (50-60 °С) необязательно.

Температура вспышки - температура, при которой смесь паров масла с воздухом воспламеняется при поднесении к ней пламени. Она указывает на наличие в масле низкокипящих фракций и характеризует огнеопасность масла.

Температура застывания характеризует собой температуру, при которой масло теряет свою подвижность при низких температурах. Определяется в статических условиях с помощью пробирки диаметром 15 мм, заполненной маслом, при наклоне которой на 45° мениск в течение 1 мин не меняет свое положение. Температура застывания определяет пригодность масла в условиях низких температур, а также при проведении нефтескладских операций (слив, налив, хранение).

Маслянистость или липкость масла оценивает его способность прилипать к смазываемым поверхностям и сопротивление выдавливанию из зазоров между трущимися поверхностями деталей. Коэффициент трения и прочность масляной пленки служат оценкой маслянистости.

Кислотное число - характеризует наличие в масле свободных кислот, вызывающих коррозию металла. Характеризует степень очистки минеральных масел и отчасти их стабильность при эксплуатации и хранении. Кислотное число оценивается количеством миллиграммов едкого калия, необходимого для нейтрализации свободных кислот в 1 г масла.

Содержание механических примесей в жидких маслах допускается не более 0,05 %. Механические примеси попадают в масла в процессе их изготовления, хранения и использования. Вода может появляться из-за небрежного хранения или транспортирования масел.

Зольность или коксовое число характеризует количество неорганических примесей при сжигании навески масла, а также склонность к образованию нагара. Высокая зольность является результатом недостаточной очистки масел без присадок, т.е. признаком наличия в них различных солей и несгораемых механических примесей, а также содержания зольных присадок в легированных маслах. Величина зольности составляет 0,002-0,4 % по массе.

Антиокислительная стабильность масел в процессе эксплуатации и хранения представляет одну из важнейших характеристик эксплуатационных свойств. При недостаточной стабильности их происходит быстрое окисление с образованием растворимых и нерастворимых органических кислот, смол, асфальтенов и др. В масле при этом появляются осадки в виде лака и шлама, ухудшающие циркуляцию масла и образующие агрессивные вещества, вызывающие коррозию деталей машин. Срок службы масел при окислении значительно сокращается. Для повышения антиокислительной стабильности используются специальные присадки.

Кроме рассмотренных свойств жидкие смазочные материалы характеризуются цветом, противопенными свойствами, деэмульгирующими свойствами и содержанием активных элементов.

ПЛАСТИЧНЫЕ СМАЗОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

По назначению пластичные смазки делятся на следующие группы. Смазки общего назначения. Наиболее распространенными в этой группе являются… Многоцелевые смазки называют иногда многофункциональными или универсальными. Их применяют в узлах трения разнообразных…

ТВЕРДЫЕ СМАЗОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

К ним относятся графит, дисульфид молибдена и другие вещества, которые под механическим воздействием расщепляются с образованием на трущихся поверхностях тонкой пленки. Коэффициент трения при этом равен 0,05-0,15, интервал температур возможного применения составляет от минус 250 до плюс 350 °С. Считается эффективным применение твердых смазочных материалов в качестве добавок к жидким маслам и пластичным смазкам машин, работающих при нормальных температурах, но в особо неблагоприятных условиях .

К недостаткам твердых смазочных материалов относятся быстрое истирание слоя смазки в узлах трения и более низкий отвод тепла от трущихся поверхностей, чем при жидкостной смазке. Однако при работе пар трения машин в условиях вакуума твердые смазочные материалы являются единственно возможным видом смазки.

ВЫБОР СМАЗОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Схема смазки - схематические чертежи машины с четко нанесенными точками залива и слива масла, маслоуказателями, масленками и другими смазочными… В спецификации приводятся сведения о порядковых номерах точек смазки на схеме,… Основными критериями при выборе смазочного материала являются: конструкция узла трения; режим работы, т.е. нагрузка,…

Карта смазки

Карта смазки бурового насоса

Преимуществами минеральных масел являются: наиболее низкий коэффициент внутреннего трения; наименьший износ пар трения при высоких скоростях, при… К недостаткам жидких минеральных масел относятся: утечки через неплотности в… Преимуществами пластичных смазочных материалов являются: относительно высокая эффективность применения при низких…

СПОСОБЫ СМАЗКИ МАШИН И СМАЗОЧНЫЕ УСТРОЙСТВА

Различают циркуляционные и проточные смазочные системы. К циркуляционным относятся смазочные системы, в которых жидкий смазочный материал… Смазочные системы выполняют индивидуальными или централизованными. В… Централизованные системы обеспечивают одним смазочным аппаратом (насосом) подачу смазки к нескольким точкам смазки.…

ЖИДКОСТИ ДЛЯ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ СИСТЕМ

Первая группа, являющаяся наиболее распространенной, включает минеральные масла без присадок. К ним относятся индустриальные масла общего… Вторая группа представляет собой легированные масла с улучшенными… Третья группа - легированные масла вязкостью при 50 °С от 16,5 до 40 мм2/с, отличающиеся от второй группы лучшими…

Классы гидравлических масел

Класс вязкости	Вязкость V40, мм2/с	Класс вязкости	Вязкость V40, мм2/с
	4,14-5,06 6,12-7,48 9,0-11,0 13,50-16,50 19,80-24,20		28,80-35,20 41,40-50,60 61,20-74,80 90,0-110,60 135,0-165,0

Зависимость вязкости для ряда рабочих жидкостей от давления весьма значительна. Так, например, при давлении около 40 МПа вязкость увеличивается более чем вдвое.

Ассортимент рабочих жидкостей включает маловязкие жидкости для гидравлических систем мобильной техники, среднегидравлические масла, вязкие гидравлические масла, синтетические и полусинтетические гидравлические масла.

ТОРМОЗНЫЕ И АМОРТИЗАТОРНЫЕ ЖИДКОСТИ

Тормозные жидкости обладают хорошими вязкостно-температурными и смазочными свойствами, физической и химической стабильностью, инертны по отношению к… Важнейшей характеристикой тормозных всесезонных жидкостей является… Амортизаторные жидкости предназначены для гидравлических амортизаторов и других агрегатов, работающих при температурах…

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ И ХРАНЕНИЕ СМАЗОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Доставка горючесмазочных материалов (ГСМ) с баз к месту потребления производится в централизованном порядке. При приемке ГСМ на базах необходимо… В случае отсутствия пломб, паспортов, а также вероятности поступления… Служба смазки характеризуется состоянием складских помещений, проведением таких операций как прием, хранение и отпуск…

СБОР ОТРАБОТАННЫХ МАСЕЛ И ИХ РЕГЕНЕРАЦИЯ

Глубокое окисление смазочных материалов наиболее интенсивно протекает при температуре выше 70 °С и приводит к образованию низкомолекулярных… Масла после отработки установленного срока и утратившие свои первоначальные… Регенерация масел заключается в первоначальной обработке масла отбеливающей глиной и водой для получения водомасляной…

ХРАНЕНИЕ И КОНСЕРВАЦИЯ ОБОРУДОВАНИЯ

Способы хранения оборудования классифицируют по условиям, продолжительности, коррозионной активности окружающей среды. Закрытый способ. Машины хранят в закрытых помещениях (гаражах, сараях). Это… Открытый способ. Машины хранят на открытых оборудованных площадках. Капитальные затраты на хранение одной машины…

Условия долговременного хранения машин

Рабоче-консервационные масла готовят в отдельных емкостях, тщательно смешивая рабочие масла и маслорастворимые ингибиторы коррозии при температуре… Для консервации топливных баков применяют ингибиторы коррозии, помещая мешочек… Срок защитного действия микровосковых составов при открытом хранении до 12 мес. Консервационную смазку используют в…

ГАРАНТИЙНЫЕ СРОКИ И СПИСАНИЕ ОБОРУДОВАНИЯ

При обнаружении дефектов в течение установленного гарантийного срока предприятие-владелец оборудования имеет право на предъявление рекламации для…

СПИСАНИЕ ОБОРУДОВАНИЯ

Списание оборудования производится нефтегазодобывающим обществом или его филиалом, на балансе которого находится данное оборудование. Для определения непригодности к дальнейшему использованию, невозможности или… Снятие с эксплуатации и списание с баланса предприятия проводится в соответствии с положениями и требованиями приказа…

ДИАГНОСТИКА ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ

ОБОРУДОВАНИЯ

ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ ТЕХНИЧЕСКОГО ДИАГНОСТИРОВАНИЯ

Техническая диагностика машин представляет систему методов и средств, применяемых при определении технического состояния машины без ее разборки. При… На основе полученных при диагностике данных о характере разрушения деталей и… Совокупность средств диагностирования, объекта и исполнителей, действующих по установленным алгоритмам, называется…

Виды диагностирования и области их применения

Прямое диагностирование - это процесс определения технического состояния объекта по его структурным параметрам (зазорам в подшипниковых узлах, в… Сборочные единицы и машину в целом диагностируют по структурным параметрам с… Косвенное диагностирование - это процесс определения фактического состояния объекта диагностирования по косвенным,…

МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ТЕХНИЧЕСКОЙ ДИАГНОСТИКИ

Для разработки методов и средств технической диагностики какой-либо машины, прежде всего, следует выявить, какие параметры характеризуют работу… В настоящее время основными параметрами, характеризующими качество работы… В большинстве случаев перечисленные параметры взаимосвязаны, что дает возможность значения одного параметра определять…

Диагностические параметры, методы и средства измерения

В зависимости от вида диагностических параметров применяют следующие методы технической диагностики: измерение потерь на трение в механизмах;… Примерный перечень диагностических параметров, методов и средств диагностики… Эти сведения позволяют более целеустремленно проводить дальнейшую диагностику уже с применением технических средств,…

СРЕДСТВА ДИАГНОСТИКИ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ

ОБОРУДОВАНИЯ

Значительное место среди них занимают электроизмерительные приборы (вольтметры, амперметры, осциллографы и др.). Они широко применяются как для… При диагностике механизмов наиболее часто используют: датчики сопротивления,… Одно из положительных качеств электроизмерительных приборов - удобство получения информации, а также в перспективе…

МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ДИАГНОСТИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ

НАСОСНЫХ АГРЕГАТОВ

Для проведения диагностических контролей используется виброаппаратура с возможностью измерения спектральных составляющих вибрации, шумомеры с… Средства контроля вибрации и методы вибродиагностики должны обеспечивать… своевременного обнаружения возникающих дефектов составных частей оборудования и предотвращения его аварийных…

Виды диагностических работ и допустимые значения

Контролируемых виброакустических параметров и значений

Температур для магистральных и подпорных насосов

Таблица 7.5 Влияние неисправностей на виброакустический спектр насосных агрегатов Причина повышенной вибрации Направление … При проведении измерений необходимо попытаться разделить перечисленные… По результатам измерения вибрации для каждой контролируемой точки строится график изменения среднего квадратического…

МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ДИАГНОСТИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ

ТРУБОПРОВОДНОЙ ЗАПОРНОЙ АРМАТУРЫ

Критериями отказов являются потеря герметичности по отношению к внешней среде; пропуск среды в затворе сверх допустимого; отсутствие рабочих… Критериями предельных состояний являются разрушение или потеря плотности… При достижении назначенного срока службы запорная арматура подвергается переосвидетельствованию с целью определения ее…

Испытание затвора на герметичность

Номинальный размер (условный проход) Dн, мм	Номинальное давление рн, МПа	Параметр испытания затвора на герметичность
≤ 80 ≥ 100 ≤ 200 ≥ 250	≥ 0,1 ≤ 5,0 ≥ 6,3 ≥ 0,1	Вода - давлением 1,1 рн или воздух - давлением 0,6 ± 0,05 МПа Вода - давлением 1,1 рн

Таблица 7.7

Минимальная продолжительность испытаний на герметичность затвора

Испытания на герметичность затвора проводятся после закрытия запорного органа способом, предусмотренным в технических условиях на конкретный вид… Минимальная продолжительность испытания на герметичность затвора приведена в… Максимально допустимые значения протечек в затворе по классам герметичности указаны в табл. 7.8.

Максимально допустимые протечки (в см3/мин) в затворе при различных

Испытательных средах

Испытательная среда	Класc герметичности
А	В	С	D
Вода Воздух	Нет видимых протечек Истечение отсутствует	0,0006 Dн 0,018 Dн	0,0018 Dн 0,18 Dн	0,006 Dн 1,8 Dн

МЕТОДЫ И ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА ДЕФЕКТОСКОПИИ

МАТЕРИАЛА ДЕТАЛЕЙ МАШИН И ЭЛЕМЕНТОВ

МЕТАЛЛОКОНСТРУКЦИЙ

Дефектоскопия является составной частью диагностики технического состояния оборудования и его составных частей. Работы, связанные с выявлением… Известно, что дефекты в металле являются причиной изменения его физических… Согласно ГОСТ 18353 методы неразрушающего контроля классифицируют по видам: акустические, магнитные, оптические,…

МЕТОДЫ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ОСТАТОЧНОГО РЕСУРСА

ОБОРУДОВАНИЯ

Прогнозирование остаточного ресурса проводится с целью определения наработки объекта с момента технического диагностирования его состояния до… Прогнозирование поведения объекта проводят различными методами: экстраполяцией данных о техническом состоянии, полученных ранее по результатам диагностирования;

Рис. 7.20. График прогнозирования остаточного ресурса

Показатель степени а определяется заранее на основе полученных в реальных условиях эксплуатации статистических данных о закономерностях изменения параметров технического состояния в зависимости от наработки.

При α > 1 и α < 1 зависимость значений параметров технического состояния составных частей машин от наработки носит криволинейный характер, причем в первом случае (α > 1) кривая обращена выпуклостью вниз, во втором (α < 1) - вверх. При α = 1 указанная зависимость имеет линейный вид.

Экспериментально были получены ориентировочные значения для некоторых параметров технического состояния.

Значения α

Расход газов, прорывающихся в картер………………………………….1,3

Угар масла…………………………………………………………………..2,0

Мощность двигателя..................................... …………………………….….0,8

Зазор между клапаном и коромыслом механизма газораспределения…1,1

Утопание клапанов........................................ ………………………………..1,6

Зазор в кривошипно-шатунном механизме……………………………1,2—1,6

Радиальный зазор в подшипниках качения и скольжения………………1,5

Износ:

плунжерных пар............................... ………………………………..1,1

кулачков распределительного вала………………………………1,1

посадочных гнезд корпусных деталей…………………………...1,1

зубьев шестерен по толщине........ ………………………………..1,5

валиков, пальцев и осей................. ………………………………..1,4

шлицев валов.................................... ………………………………..1,1

накладок тормозов и муфт сцепления……………………………1,0

гусеничных цепей............................ ………………………………..1,0

Предельные значения параметров технического состояния составных частей машин П_пр рассчитывают заранее с учетом критерия безопасности работы П_пб, способности выполнять рабочие функции в течение заданной наработки П_пн, минимальных удельных издержек на эксплуатацию П_пэ и технологического критерия П_пт (например, по началу форсированного износа). При этом должны соблюдаться следующие неравенства:

П_пр ≤ П_п6; П_пр ≤ П_пн; П_пр ≤ П_пэ; П_пр ≤ П_пт.

Следует отметить, что предельные значения параметров зависят от конкретных условий работы машины и их составных частей и как следствие этого применяются только для таких условий работы. Это затрудняет разработку единой методики определения предельных значений параметров технического состояния машин и их составных частей. Сложность в разработке также состоит в том, что для оценки надежности сложной машины необходимо одновременно устанавливать предельное значение всех тех параметров составных частей, от которых зависит работоспособность машины в целом. Поэтому методы определения предельных значений параметров технического состояния машин и их составных частей еще не нашли достаточного развития.

Предельные значения параметров технического состояния составных частей машин устанавливают приближенно по аналогии с ранее выпущенными машинами расчетным, экспериментальным или расчетно-экспериментальным способами.

Допустимые значения параметров технического состояния составных частей машин П_д вычисляют также заранее по формуле

П_д = П„ ± Д_оп,

где Д_оп - допустимое отклонение параметра технического состояния.

Знак «+» применяют, когда значение параметра увеличивается (с ростом наработки), а знак «-» - когда значение параметра уменьшается.

Значение Д_оп определяют из условия обеспечения максимальной безотказности в течение заданной наработки t_k по следующим формулам:

если изменение параметра технического состояния происходит плавно, то

Д_оп = 0,5^αU_пр;

если объект диагностирования подвергается воздействию случайных факторов, вызывающих значительные отклонения скорости изменения контролируемого параметра от полученной закономерности, то

Д_оп = 0,3^αU_пр.

Номинальные значения параметров технического состояния П_н также устанавливают заранее. Они характеризуют состояние составных частей новой или отремонтированной машины. Поэтому при определении значений П_н используют первоначальные (расчетные) значения параметров.

Предельное изменение параметра технического состояния U_пр и изменение параметра U(t_k) после наработки t_k находят в зависимости от характера изменения параметра технического состояния сборочной единицы. Если значение параметра с ростом наработки увеличивается, то

U_пр = П_пр - П_н; U(t_k) = П(t_k) – П_н. (7.6)

В тех случаях, когда значение параметра с ростом наработки уменьшается, то

U_пр = П_н - П_пр; U(t_k) = П„ - П(t_k).

Техническое состояние сборочных единиц машин прогнозируют по фактическим данным изменения параметров технического состояния составных частей конкретной машины и среднестатистическим методом.

Прогнозирование по фактическим данным изменения параметров технического состояния выявляет скорости изменения параметров технического состояния сборочных единиц машин с помощью непосредственных измерений их значений и последующей обработки результатов с учетом характера изменения состояния одноименных составных частей. Цель такого прогнозирования - выявление остаточного (неиспользованного) ресурса конкретной сборочной единицы на момент контроля.

Методика определения остаточного ресурса зависит от характера изменения параметра технического состояния в функции наработки и ряда других факторов.

Прогнозирование по фактическому изменению параметров технического состояния составных частей машин содержит как положительные, так и отрицательные стороны. Положительной стороной этого метода является то, что он позволяет более полно использовать ресурс составных частей. К недостаткам относят трудности, связанные с учетом измеряемых параметров и обработкой результатов измерения.

Поэтому указанный метод диагностирования рекомендуется применять лишь для таких составных частей, срок безотказной работы которых определяет межремонтный ресурс сборочной единицы или машины в целом (кривошипно-шатунный механизм дизеля, шестерни и подшипники ходового механизма и трансмиссии и др.).

Среднестатистическое прогнозирование основано на разработке и внедрении единых допустимых значений параметров технического состояния, а также единой периодичности обслуживания для одноименных составных частей однотипных машин.

Сущность этого метода заключается в сопоставлении результатов замера значений параметров технического состояния составных частей сборочных единиц с допустимыми или предельными значениями. При этом для мастера-диагноста допустимые значения параметров технического состояния являются инструктивными и позволяют делать общее заключение о состоянии объекта диагностирования, не проводя никаких расчетов. Так, если измеренное значение параметра больше допустимого или равно предельному значению, то объект подлежит обслуживанию или ремонту. Если же измеренное значение меньше допустимого или равно ему, то объект не требует никаких воздействий до очередной проверки.

Для среднестатистического прогнозирования характерно то, что ресурс параметра технического состояния составных частей машин используется полностью только в том случае, если к моменту контроля он достигает предельных значений. В остальных случаях имеет место недоиспользование ресурса или отказ. Последнее служит существенным недостатком среднестатистического прогнозирования. Однако относительная простота и доступность этого метода делают его весьма распространенным.

Ниже приведены типовые примеры использования рассмотренных методов прогнозирования остаточного ресурса в различных ситуациях и применяемые при этом расчетные модели.

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РЕМОНТА ОБОРУДОВАНИЯ

СТРУКТУРА ПРОИЗВОДСТВЕННОГО ПРОЦЕССА

РЕМОНТА ОБОРУДОВАНИЯ

Степень расчлененности производственного процесса во многом зависит от конструкции машины и программы ремонтно-обслуживающего предприятия. Если… Правильно расчлененный технологический процесс ремонта той или иной машины или… На ремонтных предприятиях нефтегазовой отрасли в зависимости от количества однотипного оборудования и условий ремонта…

Рис. 8.1. Схема технологического процесса ремонта оборудования

Индивидуальным методом

Индивидуальный метод ремонта имеет следующие недостатки: 1) отсутствует специализация ремонтных работ и ограничена возможность… 2) оборудование длительно находится в ремонте, так как готовые детали простаивают, пока все детали не будут…

Рис. 8.2. Схема технологического процесса ремонта оборудования агрегатным методом

Непременным условием осуществления агрегатного метода ремонта является снабжение ремонтного предприятия оборотным фондом агрегатов, что обеспечивает возможность немедленной сборки ремонтируемых машин после ремонта базовой детали.

Потребность ремонтного предприятия в оборотном фонде агрегатов определяется из следующей зависимости:

где А_потр - необходимое количество оборотных агрегатов, шт; t_а -продолжительность ремонта агрегата (от разработки до сдачи заказчику), сут; t₆ - продолжительность ремонта базовой детали, сут; k_о - число одноименных агрегатов в одной машине, шт.; п_д - суточная программа выпуска машин ремонтным предприятием, шт.

Подсчитывать потребность в оборотном фонде необходимо для каждого вида агрегатов.

ПОДГОТОВИТЕЛЬНЫЕ РАБОТЫ

ДЛЯ СДАЧИ ОБОРУДОВАНИЯ В РЕМОНТ

В масляных ваннах некоторых машин находится значительное количество масла, чтобы сохранить его для повторного использования после регенерации, а… Необходимость предварительной очистки оборудования перед отправкой в ремонт… После предварительной очистки проводится внешний осмотр оборудования с целью обнаружения трещин, пробоин, изломов и…

МОЕЧНО-ОЧИСТНЫЕ РАБОТЫ

Наиболее специфичной, а применительно к оборудованию для нефтегазодобычи и весьма ответственной операцией для ремонтного производства является очистка и промывка изделий и их частей.

Моечно-очистные работы обеспечивают повышение качества ремонта и необходимые санитарно-гигиенические условия работы слесарей-разборщиков, способствуя повышению производительности их труда.

Рис. 8.3. Способы очистки деталей машин

 

 

Моечно-очистные работы проводятся в связи с необходимостью удаления значительного количества специфических загрязнений, образовавшихся в результате длительной эксплуатации в скважине или на открытом воздухе, в контакте с водой, песком, нефтью. Многокомпонентные, нередко затвердевшие продукты загрязнения из ржавчины, нефти и продуктов ее окисления, песка, металлических включений, химических реагентов и других веществ требуют многостадийной специальной обработки не только на открытых наружных поверхностях, но главным образом в полостях деталей.

Загрязнения объектов ремонта можно классифицировать по химическому составу: органические, неорганические и смешанные; при этом следует иметь в виду возможность вероятных химических превращений в составе загрязнений уже после их отложения.

Существует множество различных способов и средств очистки (рис. 8.3), эффективность применения которых зависит от вида и состояния загрязнений, места их расположения, конструкции и массы объектов очистки и т.д. Поэтому выбор наилучшего способа и средств удаления загрязнений является важной предпосылкой качественной очистки. Он слагается из обоснованного определения следующих элементов: способа мойки и очистки; эффективности моющих средств; производительности оборудования для мойки и очистки.

Мойка поступающего в ремонт оборудования производится на специально отведенном для этого участке, изолированном от места разборки оборудования. В зависимости от объема производства и номенклатуры ремонтируемого оборудования моечный участок может состоять из одной универсальной или нескольких специализированных площадок. Площадку (рис. 8.4), снабженную наклонным полом, обычно оборудуют устройствами, обеспечивающими перемещение машины в процессе мойки, насосной установкой, системой трубопроводов, фильтрами и отстойниками.

Рис. 8.4. Площадка для мойки оборудования:

1 - трал для чистки отстойника; 2 - приемный патрубок насоса; 3 - моечный агрегат, 4 - рабочее место мойщика; 5 - узкоколейный путь; 6 - наклонный пол площадки;

7 - фильтр

В зависимости от объема производства и номенклатуры ремонтируемого оборудования мойка выполняется вручную напорной струей моющей жидкости, подаваемой насосом, в специальных многоструйных моечных установках и погружением в специальную моечную ванну.

При ремонте крупногабаритного оборудования на базах производственного обслуживания целесообразно проводить мойку напорной струей. Этот способ не требует сооружения сложных и дорогих устройств и обеспечивает достаточно эффективную очистку оборудования.

Для мойки можно использовать водопровод или высоконапорные моечные установки. Струя жидкости, направленная под сильным напором, интенсивно размывает слой грязи на поверхности оборудования и уносит ее в отстойник.

Затраты воды при использовании высоконапорной установки меньше, чем при мойке оборудования струей воды от бытового водопровода. Подобную установку можно транспортировать к нескольким моечным площадкам.

На специализированных ремонтных предприятиях с ограниченной номенклатурой ремонтируемого оборудования следует применять многоструйную мойку как более производительную. Однокамерная многоструйная моечная установка представляет специальную камеру, в которую ввозят на тележке или с помощью транспортера подвергаемое мойке оборудование (рис. 8.5).

Рис. 8.5. Однокамерная моечная установка:

1 - подводящий патрубок; 2 - присоединительный штуцер; 3 - кожух; 4 - перфорированная труба; 5 - насадка; 6 - тележка

Число сопел и их расположение обеспечивают наилучшее омывание оборудования жидкостью, а подводящие трубы имеют фасонную форму, соответствующую контурам оборудования. Процесс мойки может быть автоматизирован.

При значительном числе ремонтируемых машин и деталей следует использовать многокамерные моечные установки. В камерах этих установок последовательно осуществляется очистка деталей различными моющими и нейтрализующими жидкостями. Транспортировка между камерами осуществляется конвейером; моечная установка оборудована устройствами для подогрева, перемешивания и очистки жидкости (рис. 8.6).

Наиболее простой процесс мойки малогабаритного оборудования и мелких деталей - мойка погружением, при которой детали погружают в ванну с моющей жидкостью и выдерживают некоторое время или многократно погружают и извлекают, что в некоторых случаях уменьшает длительность процесса.

В качестве моющих жидкостей для очистки оборудования и деталей от грязи и масла используют холодную или горячую воду (70-90 °С), холодные или горячие щелочные растворы (70-90 °С) и растворители (бензин, керосин, ацетон). Рекомендуемые составы щелочных растворов приведены в табл. 8.1. Для предохранения деталей от коррозии в щелочные растворы добавляют 0,2-0,5 % хромпика или нитрита натрия. Алюминиевые или залитые баббитом детали мыть в щелочных растворах нельзя.

Весьма эффективно применение для очистки поверхностей от масла и смолистых отложений водных растворов технических моющих средств (ТМС).

ТМС представляют многокомпонентные композиции, включающие в

свой состав поверхностно-активные вещества (ПАВ) и активные солевые добавки (карбонаты, силикаты и фосфаты). ТМС выпускают в виде белого или светло-желтого порошка, хорошо растворяющегося в воде. Препараты МС-15 и МС-37 нетоксичны, негорючи. Их используют для очистки деталей как из черных, так и из цветных металлов без заметной коррозии. Детали и сборочные единицы, подлежащие непродолжительному хранению (до 10-15 сут), не нуждаются в дополнительной антикоррозионной обработке после очистки водными растворами ТМС, так как последние обладают ингибирующим эффектом.

Рис. 8.6. Схема трехкамерной моечной установки:

/, II, III - камеры; 1 - изделие; 2 - лопастной распылитель; 3 - перфорированная труба с соплами

Рабочие концентрации водных растворов ТМС зависят от загрязненности очищаемых поверхностей и составляют 5-20 г/л. Их наилучшее моющее действие проявляется при температуре раствора 80±5 °С. При снижении температуры моющего раствора ниже 70 °С резко ухудшается его моющая способность (при 60 °С - в 2 раза, при 50 °С - в 4 раза).

 

Таблица 8.1

Состав моющих растворов для очистки деталей из чугуна и стали

Для удаления масляных, нитроцеллюлозных и перхлорвиниловых покрытий применяют смывки марок СД (сп), СД (об), АФТ-1 (табл. 8.2). Смывки типа СД обладают недостаточной эффективностью при удалении масляных… Для очистки поверхности деталей от продуктов коррозии используют различные пасты (табл. 8.3), а также 25%-ный раствор…

Состав смывок для очистки поверхности от лакокрасочных покрытий

Для небольших деталей сложной конфигурации применяются электролитическая и ультразвуковая очистка. При ремонте двигателей внутреннего сгорания необходимо очищать детали от… Таблица 8.3

Состав паст для очистки поверхности деталей от продуктов коррозии

Кальцинированная сода ……. 35 Каустическая сода ……. 25 Жидкое стекло …..... 1,5

РАЗБОРКА ОБОРУДОВАНИЯ

Технологический процесс разборки специфичен только для ремонтного производства. Несмотря на общее сходство с процессом сборки, разборка имеет… На долю разборочных работ при ремонте оборудования для нефтегазодобычи… Характерная особенность, присущая разборке вообще, а именно при ремонте для бурения скважин и нефтегазодобычи…

КОНТРОЛЬНО-СОРТИРОВОЧНЫЕ РАБОТЫ

После разборки детали оборудования направляются на контрольно-сортировочный участок, где устанавливается их техническое состояние, возможность дальнейшего использования, определяются расход запасных частей, номенклатура и число ремонтируемых деталей, а следовательно, и объем работ по ремонту.

Чтобы определить величину и характер дефекта, а также возможность дальнейшего использования деталей, используют методы наружного осмотра

 

Рис. 8.10. Схема контроля годности цилиндрических шестерен контрольной скобой

 

 

и остукивания, обмера посредством соответствующих измерительных инструментов и выявления скрытых дефектов при помощи специальной аппаратуры. Процесс контроля начинается с наружного осмотра деталей, при котором выявляются трещины, пробоины, изломы, изгибы, прочие остаточные деформации, срывы отдельных ниток резьбы и т.п.

Опробованием от руки проверяют наличие люфта, легкость вращения подшипников и деталей, и т.п.

Остукиванием определяют плотность посадки штифтов и шпилек в корпусных деталях, наличие трещин и т.п. При легком постукивании, если шпильки, штифты и другие детали сидят плотно, то они издают звонкий металлический звук, при неплотной посадке — глухой, дребезжащий звук.

Соответствие размеров и формы деталей техническим требованиям устанавливается при помощи штангенциркуля, линеек, глубиномеров, микрометров, рулеток, угломеров и т.п. Возможно использование специальных шаблонов, а также сравнение обмеряемой детали с подобной же образцовой деталью. Методы и способы измерений обычные, принятые в машиностроении. Например, овальность шейки вала определяется разностью диаметров, измеренных в двух взаимно-перпендикулярных плоскостях, а конусность вала - разностью диаметров, измеренных в одной плоскости, но в двух сечениях, расположенных друг от друга на некотором расстоянии.

Годность цилиндрических шестерен по износу зубьев определяют контрольной скобой (рис. 8.10). Если скоба плотно садится на вершину зуба, то шестерня бракуется. При обнаружении трещин, изломов шестерни также бракуются.

Уплотнения из неметаллических материалов подлежат безусловной замене.

При оценке годности деталей, работающих при переменных нагрузках, к повторному использованию необходимо выявить скрытые дефекты в материале этих деталей: усталостные трещины, расслоения и т.п. Для выявления скрытых дефектов применяют различные методы дефектоскопии, рассмотренные в разделе 7.3.

После контроля производят сортировку и маркировку деталей. Детали сортируют на три основные группы: годные детали, направляемые непосредственно на склад комплектации; детали, подвергаемые ремонту, и заменяемые детали, негодные для ремонта.

Детали в процессе сортировки маркируют красками. Для каждой группы деталей установлен соответствующий цвет краски: красная, желтая и зеленая. При маркировке деталей, требующих ремонта, краску наносят на разрушенные поверхности.

На годные детали вместо краски можно наносить клеймо контролера. Основанием для сортировки деталей являются технические условия на разбраковку деталей при ремонте. В них указываются возможные дефекты деталей, приводятся рекомендации о способах устранения различных дефектов или основание для списания деталей в брак.

На каждую машину по результатам контроля и сортировки деталей составляется ведомость, на основании которой определяются содержание и объем работ по ремонту машины и потребность в новых деталях. В зависимости от размеров и массы деталей и сборочных единиц разбраковка деталей выполняется в разборочном (крупногабаритные, значительной массы детали и сборочные единицы) или в контрольно-сортировочном отделении (небольшие, незначительной массы детали и сборочные единицы), которое оборудуется столом, проверочной плитой, стеллажами, шкафом с набором инструментов, контрольно-измерительных приборов и приспособлений.

КОМПЛЕКТОВАНИЕ ДЕТАЛЕЙ ОБОРУДОВАНИЯ

При сборке по методу полной взаимозаменяемости любая деталь или сборочная единица могут быть использованы для сборки без дополнительной обработки… Использование различных по точности групп деталей при сборке по методу полной… Детали комплектуемой сборочной единицы складывают в ящики и после приемки контролером ОТК направляют по требованию на…

БАЛАНСИРОВКА ДЕТАЛЕЙ

Только из-за неуравновешенности отремонтированных коленчатых валов ресурс двигателей сокращается на 10-12 %. Поэтому уравновешивание вращающихся… Статическая балансировка. Статическая неуравновешенность возникает из-за…

Рис. 8.13. Схема динамической неуравновешенности детали

Следовательно, статическая балансировка успешно может быть применена лишь для деталей дисковой формы, у которых диаметр d значительно больше высоты h (табл. 8.4).

Динамическая балансировка. Динамическая неуравновешенность обычно присуща деталям и узлам, у которых длина больше диаметра. Процесс определения величины и направления неуравновешенных центробежных сил и их устранение называется динамической балансировкой.

Динамическая балансировка деталей и сборочных единиц осуществляется на балансировочных станках различной конструкции.

На рис. 8.14 приведена схема балансировки детали с динамической неуравновешенностью. Вал находится в статическом равновесии. На противоположных концах вала расположены две неуравновешенные массы: m₁, находящаяся на расстоянии, а от левого подшипника, и m₂, находящаяся на расстоянии b от правого подшипника. При вращении вала возникают центробежные силы F и Q, которые не совпадают по направлению, в результате чего создается момент центробежных сил, являющийся причиной дополнительных нагрузок и вибраций.

Таблица 8.4

Рекомендуемые пределы применения статической балансировки

Отношение h/d	Частота вращения (в об/мин) детали в машине
невысокой точности	средней точности	высокой точности
0,25 0,50 0,75 1,00

Рис. 8.14. Схема балансировки детали с динамической неуравновешенностью

Силы Q и F могут быть разложены на две составляющие, отнесенные к торцовым поверхностям. Величина составляющих силы F определяется из уравнений

где F₁ + F2 = F.

Аналогично определяется величина составляющих силы Q. Сложив силы, отнесенные к торцам детали по правилу параллелограмма, получим их результирующие R₁ и R₂, которые и следует уравновесить, чтобы получить динамически уравновешенную деталь. Для устранения динамической неуравновешенности необходимо на противоположной стороне торцовых поверхностей установить грузы таким образом, чтобы создаваемые ими центробежные силы R_е1 и R_e2 были равны по величине и противоположно направлены силам R₁ и R₂.

Для устранения динамической неуравновешенности можно также удалить с утяжеленных мест равные массы, вызывающие появление неуравновешенной пары центробежных сил.

Рассмотрим технологию динамической балансировки деталей на станках (рис. 8.15), которые целесообразно применять при мелкосерийном ремонте. Станки эти достаточно универсальны, в частности, на них можно балансировать такие сложные детали, как многоопорные коленчатые валы.

Уравновешиваемая деталь устанавливается в подшипниках 4 на раме 1,

Рис. 8.15. Схема станка для динамической балансировки:

1 - рама; 2 - опора передвижная; 3 - пружина; 4 - подшипник; 5 - груз уравновешивающий

качающейся на передвижной опоре 2. Концы рамы зажаты пружинами 3. Передвинув опору под левый край детали, как показано на рисунке, приводят деталь во вращение с помощью какого-либо привода с надежной разъединительной муфтой. Раскрутив деталь, выключают муфту полностью, освобождая деталь от привода. Под действием неуравновешенной массы правый конец детали начинает вибрировать с частотой, равной частоте ее вращения. Если при разгоне детали была создана частота колебаний, большая частоты свободных колебаний системы станка, то при уменьшении частоты вращения наступает момент совпадения этих частот, система входит в резонанс и размах колебаний детали становится максимальным. В этот момент измеряют амплитуду и фиксируют направление колебания.

Установкой на краю детали уравновешивающего груза 5 с повторным вращением детали и корректировкой величины и местонахождения груза добиваются уравновешивания детали с правой стороны. Затем, передвинув опору под правый край детали, повторяют операцию в такой же последовательности с левой стороны. Для проверки качества балансировки детали в целом передвижную опору устанавливают в середину, и деталь повторно прокручивают, при этом вибрация ее должна быть в пределах минимума, установленного техническими условиями.

Многоопорные коленчатые валы следует устанавливать при балансировке не менее чем на три коренные опоры (две крайние и одну среднюю).

Современные балансировочные станки имеют дополнительные механические или электрические устройства для достаточно точного определения величины и места расположения неуравновешенной массы, что значительно ускоряет процесс балансировки.

Обычно детали ответственных сборочных единиц динамически балансируют отдельно, а затем всю сборочную единицу балансируют в сборе. Так поступают, например, с коленчатым валом в сборе с маховиком и сцеплением. Нормы дисбаланса приведены в технических требованиях на ремонт машин.

СБОРКА ОБОРУДОВАНИЯ

Последовательность сборки определяется технологической схемой сборки. Схема технологического процесса сборки представляет условное изображение… Схема сборки является основным оперативным документом, в соответствии с… Наиболее простой организационной формой сборки является так называемая стационарная сборка без расчленения процесса по…

ПРИРАБОТКА И ИСПЫТАНИЕ АГРЕГАТОВ И МАШИН

Собранное после ремонта оборудование должно отвечать техническим требованиям. О качестве ремонта судят по данным фактических эксплуатационных… Совершенно обязателен окончательный контроль после сборки сборочной единицы,… Различают холодную и горячую приработку. При холодной приработке машины испытывают без нагрузки и приводят в действие…

ОКРАСКА ОБОРУДОВАНИЯ

Чтобы надежно предохранить оборудования от коррозии, лакокрасочные покрытия должны обладать определенным комплексом свойств: сплошностью пленки,… Лакокрасочные материалы, выпускаемые промышленностью, делятся на грунты,… Обычно лакокрасочное покрытие представляет собой многослойную систему, состоящую из различных лакокрасочных…

Рис. 8.18 Классификация материалов полимерных покрытий

9 СПОСОБЫ ВОССТАНОВЛЕНИЯ

СОПРЯЖЕНИЙ И ПОВЕРХНОСТЕЙ

ДЕТАЛЕЙ ОБОРУДОВАНИЯ

КЛАССИФИКАЦИЯ СПОСОБОВ ВОССТАНОВЛЕНИЯ СОПРЯЖЕНИЙ

В процессе работы машины элементы сопряжений изнашиваются, т.е. изменяются их структурные параметры, к которым относятся: шероховатость поверхности, геометрическая форма, размер поверхности.

Совокупность изменений перечисленных параметров приводит к изменению основного структурного параметра сопряжения - посадки, что проявляется в увеличении зазора или уменьшении натяга в соединении.

Восстановление посадок в сопряжениях деталей машин осуществляется тремя способами:

1) без изменения размеров деталей;

2) изменением первоначальных размеров:

3) восстановлением первоначальных размеров деталей.

Восстановление посадки без изменения, размеров деталей осуществляется следующими способами: регулировкой зазора, заменой одной из изношенных деталей или перестановкой ее в дополнительную рабочую позицию.

Способ восстановления посадки регулировкой зазора обычно применяется для легко доступных и малоответственных сопряжений и сводится к перемещению одной или нескольких деталей. В результате восстанавливается первоначальный зазор. Однако этот способ не обеспечивает восстановления первоначального ресурса сопряжения, так как не устраняются искажение геометрической формы и изменение первоначальной шероховатости.

Регулировку зазора в сопряжениях подшипников, конических пар шестерен, рычажных механизмов в зависимости от их конструктивных особенностей выполняют одним из следующих приемов: удалением или постановкой прокладок; подтягиванием (регулировкой) резьбовых или клиновых соединений; автоматической регулировкой, например, пружиной и т.д.

Например, регулировка зазоров у конических роликовых подшипников производится за счет изменения толщины комплекта прокладок.

Начальный зазор в соединении подшипник - шейка вала восстанавливают уменьшением числа прокладок в стыке между полукольцами. Перемещением разрезной конусной втулки с помощью гайки относительно конусной поверхности внутреннего кольца подшипника восстанавливают исходный натяг в соединении этого кольца с шейкой вала. За счет изменения толщины комплекта прокладок регулируют зазор в зацеплении конических шестерен главных передач ведущих мостов тракторов, автомобилей и комбайнов.

Нередко конструкцией механизмов предусматривается автоматическое регулирование зазора, например, между тормозными колодками и тормозным барабаном колеса автомобиля. Здесь одна из соединяемых деталей (тормозная колодка) перемещается в сторону компенсации износа по мере его нарастания, поддерживая стабильный зазор. Упрощенный вариант автоматического регулирования зазора - автоматическое поддержание за счет пружины контакта деталей, например, щеток и коллектора электрической машины.

Восстановление посадки регулировкой особенно эффективно в соединениях с резко меняющейся, особенно со знакопеременной, нагрузкой, поскольку энергия удара в зависимости от зазора в соединении возрастает по параболе.

Однако в соединениях типа вал - подшипник, рассчитанных на работу в условиях жидкостного трения, при простой регулировке зазора исходная надежность соединения не восстанавливается, поскольку не устраняется искажение геометрической формы работающих поверхностей. Зазор в соединении опять быстро достигает предельного значения. Этим объясняется тот факт, что конструкция соединения шейка коленчатого вала - вкладыш делается нерегулируемой.

Способ перестановки деталей в другое положение (позицию) основан на использовании симметричного расположения одинаковых по всем параметрам поверхностей, одна из которых всегда, или почти всегда, оказывается нагруженной и поэтому изнашивается, а другая всегда, или почти всегда, работает вхолостую (например, две эвольвентные поверхности зуба шестерни, две поверхности цевочного зацепления зуба ведущей звездочки привода гусеничного полотна трактора и т.п.). Поэтому при ремонте допускаются перестановка справа налево и наоборот пары шестерня - зубчатое колесо конечной передачи гусеничного трактора, перестановка ведущих звездочек гусеничного полотна и т.п.

Способ эффективен при ремонте втулочно-роликовых цепей. Из-за одностороннего износа валиков и втулок цепь удлиняется в результате увеличения размера между соседними внутренними звеньями. Валики и втулки в пластинах поворачивают на 180°относительно их прежнего положения для работы неизношенными поверхностями, благодаря чему шаг цепи восстанавливается практически до исходного, хотя при этом приходится полностью разбирать цепь.

Восстановление посадки заменой детали или ее перестановкой в дополнительную рабочую позицию не обеспечивает полного восстановления ресурса сопряжения, так как в этом случае новая деталь или неизношенная поверхность старой (при перестановке ее в новую позицию) работает в паре с частично изношенной деталью и, следовательно, зазор S будет больше первоначального:

где S_н - первоначальный зазор; S_max - зазор в изношенном сопряжении; S - зазор после восстановления посадки заменой детали.

Частичное восстановление посадки целесообразно, если ресурс отремонтированного сопряжения достаточен для работы в течение очередного межремонтного периода.

Восстановление посадки изменением первоначальных размеров деталей осуществляется способом ремонтных размеров. Сущность способа ремонтных размеров заключается в том, что одну из изношенных деталей сопряжения, обычно более трудоемкую, подвергают механической обработке до заранее установленного ремонтного размера с целью придания ей правильной геометрической формы и получения требуемой шероховатости поверхности, а другую деталь заменяют новой или заранее отремонтированной до этого же ремонтного размера, что обеспечивает первоначальную посадку в сопряжении.

В паре вал - подшипник ремонтные размеры сопрягаемых поверхностей будут меньше, а в паре цилиндр - поршень больше первоначальных размеров.

Применяют свободные и стандартные ремонтные размеры.

При использовании свободного ремонтного размера для достижения начального зазора или натяга в соединении поверхность более дорогой детали обычно обрабатывают до удаления искажения геометрической формы и изготовляют для комплектации соединения менее дорогую деталь под этот размер. Например, отверстие под втулку верхней головки шатуна растачивают до получения цилиндрической формы. Изготовляют втулку под полученный свободный размер с учетом ее посадки с требуемым натягом.

Преимуществами свободных ремонтных размеров являются минимальная трудоемкость механической обработки и максимальное количество ремонтных размеров.

Недостатки этого способа: 1) нельзя изготовить другую деталь сопряжения, пока не отремонтирована более трудоемкая; 2) исключается взаимозаменяемость деталей.

При использовании стандартного ремонтного размера для достижения начального зазора или натяга в соединении поверхность более дорогой детали обрабатывают не только до выведения следов износа, но и снимают еще некоторый слой материала с целью получения необходимой посадки с заранее изготовленной менее дорогой деталью, имеющей стандартный ремонтный размер. Так обрабатывают шейки коленчатого вала до стандартных ремонтных размеров с целью комплектации их с вкладышами стандартных ремонтных размеров, зеркало гильзы для комплектации с поршнем стандартного ремонтного размера и т.д.

Таким образом, сборка соединений со свободными ремонтными размерами всегда связана с подгонкой «по месту» и ее применяют в случаях, когда важно максимально сохранить материал дорогостоящей детали, а изготовление заменяемой детали не связано с большими технологическими затруднениями и оказывается возможным в условиях индивидуального производства. Заменяемую деталь в этом случае можно заранее подготовить только в качестве полуфабриката.

Преимущество стандартных ремонтных размеров перед свободными состоит в том, что в первом случае есть возможность организовать массовое промышленное производство заменяемых деталей и осуществлять ремонт машин по принципу частичной взаимозаменяемости, что существенно сокращает его продолжительность.

Ремонтные размеры валов и отверстий отличаются от номинальных, как правило, на доли миллиметра, т.е. находятся в одном интервале размеров, поэтому допуски остаются прежними. Требования к макрогеометрии, шероховатости, твердости и износостойкости поверхности не меняются.

Какую деталь надо заменить, и какую восстановить решают, в основном, исходя из экономических соображений. Более дорогую деталь почти во всех случаях целесообразно оставить и обработать, а дешевую заменить. Следует заметить, что деталь с несколькими соединяемыми поверхностями может выступать в роли заменяемой или восстанавливаемой. Например, поршень по отношению к гильзе - заменяемая деталь, а по отношению к поршневым кольцам увеличенной толщины - восстанавливаемая. Канавки в поршне протачивают под кольца ремонтного размера по толщине. Отверстие в бобышках также может быть развернуто под палец большей размерной группы.

Таблица 9.1

Ремонтные размеры для некоторых деталей бурового оборудования

Восстанавливаемая поверхность	Первоначальный размер, мм	Ремонтные размеры, мм
I	II	III	IV
Шпоночный паз кривошипного вала бурового насоса Отверстие малой головки шатуна бурового насоса Внутренняя резьба ствола вертлюга	50+0,17 по ширине   180Н7 (диаметр отверстия)   М130x3	52,0     181Н7     М135x3	54,0     182Н7     -	58,0     -     -	60,0     -     -

Стандартные ремонтные размеры широко используют для соединений коленчатый вал - вкладыш, гильза - поршень, поршень - поршневой палец, гильза - поршневое кольцо и др.

Число стандартных ремонтных размеров для соединений одного и того же вида в машинах разных марок неодинаково и зависит от многих факторов: износа деталей, при котором должна быть прекращена эксплуатация соединения; однородности материала детали по глубине от поверхности; точности оборудования и инструмента, применяемого при обработке детали под ремонтный размер и изготовлении заменяемых деталей; конструктивной прочности деталей; ограничений, накладываемых рабочими процессами самих машин и пр.

Стандартные ремонтные размеры устанавливают заблаговременно, определяют их количество и численные значения. Под эти размеры выпускают комплекты запасных частей.

В табл. 9.1 в качестве примера приведены ремонтные размеры для некоторых деталей оборудования для бурения скважин.

Для определения ремонтных размеров пары вал - подшипник рассмотрим следующие два случая:

износ вала равномерный по окружности (рис. 9.1, а);

износ вала односторонний (рис. 9.1, б).

Вал с равномерным износом ремонтируется механической обработкой (при наличии на изношенной поверхности царапин, рисок и т.п.), либо (при хорошем качестве изношенной поверхности) простой заменой сопряженной детали деталью с ремонтными размерами.

Ремонтные размеры шейки вала определяются из следующих соотношений:

Рис. 9.1. Схема определения ремонтного размера:

а - при равномерном износе вала; б - при одностороннем износе вала

I ремонтный размер

d_p1 = d_н - (δ_пр + 2х) = d_н - ω;

II ремонтный размер

d_p2 = d_p1 - ω;

III ремонтный размер

d_p3 = d_p2 – ω,

где d_н - первоначальный диаметр вала, мм; d_p1, d_p2, d_p3 ремонтные размеры вала, мм; δ_пр - максимальная величина износа вала на диаметр, мм; х - припуск на сторону на механическую обработку для получения ремонтного размера, мм; ω - ремонтный интервал, мм

ω = δ_пр + 2х.

При назначении числа ремонтных размеров следует учитывать, что изменение размеров детали уменьшает ее прочность, жесткость и в некоторых случаях приводит к увеличению предельных нагрузок.

Число ремонтных размеров для валов

,

где d_min - предельно допустимый наименьший размер вала, мм.

При восстановлении шейки вала с односторонним износом необходима механическая обработка для придания изношенной детали правильной геометрической формы и удаления дефектного поверхностного слоя. В этом случае ремонтные размеры шейки вала будут:

Величина δ_пр определяется из уравнения

где S_max - максимально допустимый зазор в сопряжении, мм; S_нач - начальный зазор в сопряжении, мм; ε - коэффициент, учитывающий, во сколько раз подшипник изнашивается быстрее, чем вал; S_подш - износ подшипника, мм.

Для регулировки зазора в подшипниках скольжения обычно применяют прокладки, постепенно удаляемые по мере изнашивания деталей для доведения зазора до величины S_нач. Обозначив общую толщину прокладок буквой т, получим

Отсюда

Для внутренних цилиндрических поверхностей расчетные формулы для первых и последующих ремонтных размеров будут следующие:

при равномерном износе

при одностороннем износе

где D_н, - первоначальный размер отверстия, мм; D_р1, D_p2, D_p3 - ремонтные размеры отверстия, мм.

Положительными сторонами способа ремонтных размеров являются увеличение срока службы и простота технологии ремонта более дорогой и трудоемкой детали сопряжения; возможность заранее организовать изготовление заменяемых деталей сопряжения, что позволяет сократить сроки ремонта и снизить его стоимость.

К отрицательным сторонам этого способа следует отнести необходимость в замене сопряженной детали; наличие нескольких ремонтных размеров деталей, что помимо эксплуатационных неудобств вызывает необходимость иметь лишний резерв запасных частей. Несмотря на эти недостатки, ремонт крупных и дорогих деталей оборудования для бурения скважин и нефтегазодобычи часто производят способом ремонтных размеров.

Способ ремонтных размеров применяют при ремонте цилиндров компрессоров и двигателей внутреннего сгорания, цилиндровых втулок поршневых насосов, шеек коленчатых валов, зубчатого венца стола ротора и других деталей.

Способ восстановления посадки доведением размеров сопрягаемых поверхностей до первоначальных величин обеспечивает наиболее полное восстановление начальных структурных параметров сопряжения. При этом полностью восстанавливается его ресурс.

КЛАССИФИКАЦИЯ СПОСОБОВ ВОССТАНОВЛЕНИЯ

ПОВЕРХНОСТЕЙ ДЕТАЛЕЙ

1) с изменением первоначальных размеров ремонтируемой детали; 2) с восстановлением первоначальных размеров ремонтируемой детали. К первой группе относится способ ремонтных размеров.

ВЫБОР РАЦИОНАЛЬНОГО СПОСОБА

ВОССТАНОВЛЕНИЯ ПОВЕРХНОСТЕЙ ДЕТАЛЕЙ

Анализ технологических возможностей различных способов восстановления поверхностей деталей машин показывает, что значительная часть поврежденных… В.В. Ефремовым рекомендована следующая методика выбора рационального способа… 1) устанавливают перечень технически возможных способов восстановления поверхностей детали;

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ ДЛЯ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ПОВЕРХНОСТЕЙ И НЕРАЗЪЕМНЫХ СОЕДИНЕНИЙ РЕМОНТИРУЕМЫХ ДЕТАЛЕЙ

ВОССТАНОВЛЕНИЕ ПОВЕРХНОСТЕЙ НАПЛАВКОЙ

Наплавка является разновидностью сварки. Однако наплавочные процессы отличаются от сварочных. При наплавке сварочный процесс используется для… 1) для обеспечения заданных физико-механических свойств наплавленного слоя… 2) для сохранения прочности ремонтируемой детали процесс наплавки не должен изменять ее исходного химического состава,…

Рис. 10.1. Классификация видов наплавки

Автоматическая и полуавтоматическая наплавки применяют на специализированных ремонтных предприятиях при ремонте большого числа однотипных деталей.

Выбор наплавляемого материала производят с учетом материала ремонтируемой детали, ее формы, размеров, технических требований, условий работы и применяемого вида наплавки. Широко используется стальная сварочная проволока. Углеродистые и легированные сварочные проволоки применяют для восстановления размеров изношенных деталей. Высокохромистые проволоки обеспечивают высокую износостойкость и коррозионную стойкость наплавленного слоя. Хромоникелевыми аустенитными проволоками наплавляют детали, подверженные коррозии и кавитации.

Широко применяют наплавку порошковой проволокой, представляющей металлическую оболочку из низкоуглеродистой стальной ленты толщиной 0,5-1,0 мм, наполненную порошковыми сплавами. Порошковую проволоку используют в основном при наплавке высоколегированных и высокоуглеродистых сплавов, что позволяет повысить производительность наплавки при высоком легировании наплавленного металла.

Для ручной газовой и электродуговой наплавки обычно используют металлические электроды, что объясняется сравнительной простотой процесса наплавки и возможностью широкого регулирования химического состава и свойств наплавленного слоя. Регулирование химического состава и свойств наплавленного слоя осуществляют через покрытие или через электродный стержень или комбинированным методом. Для предотвращения появления деформаций и трещин при наплавке применяют предварительный нагрев детали в пределах 200-400°С, предварительный изгиб детали в направлении, обратном деформации, погружение детали в воду без смачивания наплавляемой поверхности, наложение наплавляемых валиков в определенной последовательности, высокий температурный отпуск детали после наплавки.

РУЧНАЯ ГАЗОВАЯ НАПЛАВКА

Рис. 10.2. Схема газовой наплавки: 1 - наплавляемая деталь; 2 -газовая горелка;

РУЧНАЯ ЭЛЕКТРОДУГОВАЯ НАПЛАВКА

При ручной электродуговой наплавке чаще всего используются металлические электроды, представляющие металлический стержень, на поверхность которого… Диаметр электрода выбирают в зависимости от толщины наплавляемого слоя. При… Сварочный ток устанавливается в зависимости от диаметра выбранного электрода:

АВТОМАТИЧЕСКАЯ ЭЛЕКТРОДУГОВАЯ НАПЛАВКА

ПОД СЛОЕМ ФЛЮСА

На рис. 10.3 представлена схема наплавки под слоем флюса тел вращения. Между поверхностью детали 5 и электродной проволокой 3 возбуждена… Рис. 10.3. Схема наплавки под слоем флюса:

АВТОМАТИЧЕСКАЯ ЭЛЕКТРОДУГОВАЯ НАПЛАВКА

В СРЕДЕ ЗАЩИТНЫХ ГАЗОВ

Рис. 10.5. Схема наплавки в среде защитных газов: 1 - электрическая дуга; 2 - сопло; 3 - подающие ролики; 4 - электродная проволока; 5 - токоподводящий мундштук; 6 -…

АВТОМАТИЧЕСКАЯ ВИБРОДУГОВАЯ НАПЛАВКА

Электродная проволока 5 (рис. 10.6) подается в зону наплавки через вибрирующий мундштук наплавочной головки при помощи роликов 4 подающего… Рис. 10.6. Схема вибродуговой наплавки:

Режимы вибродуговой наплавки в жидкости

Качество наплавленного слоя во многом зависит от материала электродной проволоки. Марку проволоки выбирают в зависимости от требуемых механических… Автоматическую вибродуговую наплавку применяют для наращивания изношенных… К преимуществам вибродуговой наплавки относятся: возможность получения тонких и прочных покрытий, малая глубина зоны…

ВОССТАНОВЛЕНИЕ ПОВЕРХНОСТЕЙ МЕТАЛЛИЗАЦИЕЙ

Широкое применение на ремонтных предприятиях получила электродуговая металлизация (рис. 10.7). Две электрически изолированные друг от друга… В комплект оборудования электрометаллизационной установки (рис. 10.8) входят… Для электродуговой металлизации выпускают стационарные и ручные металлизаторы.

Рис. 10.13. Схема технологического процесса металлизации поверхности детали

 

В напыленном слое при охлаждении происходит усадка, в результате чего возникают значительные остаточные напряжения. Это приводит к увеличению сцепления покрытия с основным металлом при металлизации наружных цилиндрических поверхностей. При металлизации внутренних поверхностей возникающие в слое остаточные напряжения приводят к образованию трещин и отслаиванию покрытия. Напряжения в напыленном слое возрастают с увеличением его толщины. Последовательное нанесение металлизационного покрытия тонкими слоями (0,05 - 0,1 мм) с охлаждением каждого слоя, применение в качестве материала для напыления сталей с повышенным содержанием углерода (0,7 %) и предварительный подогрев поверхности детали до 270 - 370°С позволяют избежать трещин и повысить прочность сцепления. С целью повышения сцепления покрытия с металлом детали используют для дутья инертные газы вместо воздуха, проводят термическую обработку после металлизации и применяют подслой из легкоплавких металлов и сплавов.

Внутренние цилиндрические поверхности металлизируют с предварительным подогревом до 100 - 150°С, что обеспечивает лучшее сцепление покрытия с металлизируемой поверхностью детали вследствие уменьшения остаточных напряжений.

После металлизации производят механическую и термическую обработку детали для получения необходимых размеров и качества восстанавливаемой поверхности.

Для более прочного сцепления покрытия с материалом детали рекомендуется, чтобы толщина напыленного слоя после окончательной обработки была не менее 0,6 мм при диаметре поверхности детали до 25 мм и 0,95 - 1,0 мм при большем диаметре.

Учитывая невысокие механические свойства напыленного слоя, механическую обработку следует производить после полного остывания детали на пониженных режимах и специально заточенным режущим инструментом.

К преимуществам металлизации относятся: высокая производительность и экономичность процесса, повышенная твердость покрытия по сравнению с исходной твердостью напыляемого металла (для стали на 30 - 40 %), возможность получения покрытия толщиной до 10 - 15 мм, проведение процесса без нагревания детали (что позволяет напылять металл на поверхность деталей из пластмассы, дерева, картона и других материалов), повышенная износостойкость покрытий при жидкостном трении, вследствие впитывания масла в пористый напыленный слой. Металлизация имеет существенные недостатки, а именно: невысокая прочность сцепления напыленного слоя с металлом детали, неоднородность покрытия из-за значительного содержания окислов, малая износостойкость покрытия при недостатке смазки, так как покрытие в этом случае выкрашивается, снижение усталостной прочности ремонтируемой детали до 50 % (в зависимости от способа подготовки поверхности).

Металлизацию применяют для восстановления изношенных плоских, цилиндрических наружных и внутренних поверхностей, получения антифрикционных и коррозионностойких покрытий и восстановления неподвижных посадок.

ВОССТАНОВЛЕНИЕ ПОВЕРХНОСТЕЙ

ГАЛЬВАНИЧЕСКИМ НАРАЩИВАНИЕМ

При достижении катода положительными ионами и анода отрицательными образуются нейтральные атомы. В результате на катоде, в качестве которого… Теоретическое количество вещества, выделяющегося при электролизе на катоде,… GT = CIТ,

Рис. 10.14. Схема процесса электролиза

При электроосаждении металлов, стоящих в ряду напряжений выше водорода, одновременно с ними происходит выделение водорода, который в большинстве случаев ухудшает качество покрытий, придавая им хрупкость, и увеличивает продолжительность электролиза, так как часть электрической энергии расходуется на его выделение.

Отношение фактической массы осажденного металла к теоретической называется выходом по току и характеризует коэффициент полезного действия ванны:

При хромировании выход по току составляет 12 - 18 %, для других процессов гальванического наращивания – 60 - 90 %.

Среднюю толщину слоя металла, осажденного на катоде, определяют по формуле

где h - средняя толщина слоя, мм; D_K = I/F - плотность тока, А/дм²; F - площадь покрываемой поверхности детали, дм²; α -выход по току, %; ρ - плотность осаждаемого металла, г/см³.

Электрохимические эквиваленты для некоторых металлов приведены в табл. 10.2.

Таблица 10.2

Электрохимические эквиваленты и выход по току некоторых металлов

В кислых электролитах

    Рис. 10.15. Схема ванны для гальванического наращивания: 1 – ванна; 2 – кожух; 3 – теплоизоляция; 4 – поперечный угольник; 5 – устройство для крепления анодов; 6 – камера…

ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКОЕ ХРОМИРОВАНИЕ

После хромирования снижается также усталостная прочность деталей из-за значительных остаточных напряжений в покрытии. С увеличением толщины покрытия… Различают следующие виды износостойкого хрома: гладкий по накатке и пористый.… Электрохимическое осаждение хрома отличается от других процессов как по составу электролита, так и по условиям…

Электролиты для хромирования

Ванны для хромирования изготовляют из листового железа и облицовывают внутри сплавом свинца с 5-6 % сурьмы или керамическими плитками. Зазор между… В табл. 10.4 приведены данные о влиянии режимов хромирования на вид осадка… Наиболее высокие физико-механические свойства хромового покрытия достигаются при толщине слоя h < 0,25 мм. Если…

Влияние режимов хромирования на вид и свойства электролитического осадка

Пористость хрома бывает двух типов: канальчатая и точечная. Характер пористости определяется в основном режимом хромирования. Для получения точечной… Для получения канальчатого хрома анодной обработке подвергают молочные и… Точечная пористость обладает большей маслоемкостью и поэтому применяется для деталей, работающих в особо тяжелых…

Рис. 10.16. Схема технологического процесса восстановления поверхностей деталей электролитическим хромированием

Операции, предшествующие хромированию, являются подготовительными. Шероховатость поверхности под хромирование должна быть 0,1-0,2 мкм. Окончательное обезжиривание деталей выполняется венской известью, представляющей собой сухую смесь окиси кальция и окиси магния в соотношении 1:1. Известь разводят водой до кашицеобразного состояния и при помощи волосяной щетки протирают поверхность детали. Для удаления окисных пленок применяют химическое или анодное декапирование. Химическое декапирование - слабое протравливание детали (продолжительность до 2 мин) в 3-5%-ном растворе серной или соляной кислоты (для деталей из черных металлов) или в растворе, содержащем 3 % азотной и 2 % серной кислот (для деталей из цветных металлов).

Анодное декапирование выполняется в электролите того же состава, который применяется для хромирования; при этом деталь является анодом, а катодом служат свинцовые пластины. Часто анодное декапирование проводится в той же ванне, в которой хромируется деталь, а полюсность ванны изменяют с помощью рубильника. Анодное декапирование производится в течение 0,5-1 мин при плотности тока 25-30 А/дм².

После хромирования деталь промывают, термически обрабатывают (нагрев в масляной ванне до 150-200°С с выдержкой до 3 ч с целью удаления из покрытия водорода, вызывающего хрупкость слоя), а затем шлифуют до получения необходимых размеров. При анодной обработке у выхода из каналов появляются бугорки высотой до 0,8 мкм. Поэтому отделочные операции рекомендуется выполнять после анодной обработки.

Для сохранения пористости при снятии большого слоя хрома механическую обработку иногда выполняют в два этапа: предварительную после хромирования и окончательную после анодной обработки. Для обработки пористого хрома рекомендуется применять анодно-механическое шлифование.

Контроль хромового покрытия осуществляется путем наружного осмотра с целью обнаружения чешуйчатости, шелушения с последующим простукиванием медным молотком (покрытие не должно отслаиваться).

К преимуществам электролитического хромирования относятся:

1) высокая прочность сцепления покрытия с основным металлом;

2) возможность получения покрытия с высокой износостойкостью, а также с химической и тепловой стойкостью.

Недостатки - длительность, сложность и трудоемкость технологического процесса, особенно вспомогательных операций, ограниченная толщина покрытия, низкий выход по току и высокая стоимость.

Хромирование применяют при ремонте штоков насосов, гильз цилиндров двигателей и насосов, гнезд подшипников, шеек валов и других деталей.

Следует учитывать, что при хромировании можно получить покрытия небольшой толщины. Поэтому восстановление изношенных поверхностей деталей хромированием применяют, когда необходимо нарастить изношенную поверхность в долях миллиметра или когда надо увеличить износостойкость трущейся части детали.

ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКОЕ ОСТАЛИВАНИЕ

В зависимости от состава электролита и режима осталивания получают мягкие покрытия с твердостью, соответствующей углеродистой незакаленной стали (НВ… Прочность сцепления на отрыв покрытия со сталью, медью и чугуном достигает 150… Для электролитического осталивания известно несколько типов электролитов: хлористые, сернокислые,…

Составы электролитов и режимы для осталивания

Введение в электролит хлористого натрия в пределах до 100 г/л обеспечивает снижение необходимого напряжения, уменьшение испарения электролита,… На рис. 10.17 приведена схема технологического процесса восстановления…

Рис. 10.17. Схема технологического процесса восстановления поверхностей деталей осталиванием

В зависимости от конструкции детали и подвесных приспособлений приведенная на схеме последовательность операций может несколько изменяться. Пунктиром показаны дополнительные операции для пористого осталивания.

В отличие от хромирования шероховатость поверхности под осталивание должна быть 0,63 - 1,25 мкм.

Прочность сцепления покрытия с металлом существенно зависит от предварительной подготовки наращиваемой поверхности и, в частности, от декапирования, т.е. анодной обработки детали, необходимой для очистки от окисных пленок.

Обычно анодное травление ведут в электролите, состоящем из 365 г/л 30%-ного раствора серной кислоты и 30 г/л сернокислого железа. Катодом служит свинец или нержавеющая сталь. Обработку производят при температуре 18 - 25°С и плотности тока 60-80 А/дм² в течение 20-30 с. Кроме анодного декапирования применяют травление в 5-7%-ном растворе соляной кислоты. При этом важно соблюдать концентрацию соляной кислоты и время травления.

После декапирования деталь промывают в горячей воде и 0,5-2 мин выдерживают в ванне с электролитом, а затем включают ток. Сначала ток дают 10-25 % от расчетного, а затем в течение 5-20 мин доводят силу тока до расчетного значения. Детали не должны экранировать друг друга в ванне.

Расстояние от дна ванны до детали должно составлять 100-150 мм и от верхнего уровня электролита до детали 50-100 мм. Аноды при электролизе необходимо периодически извлекать из электролита и очищать стальной щеткой от шлама под струей воды. Новые аноды предварительно промывают в воде, травят в соляной кислоте и очищают стальной щеткой. Чтобы предохранить раствор от загрязнения травильным шламом, аноды помещают в чехлы из шерстяной ткани или стеклоткани.

Для осталивания деталей используют ванны с внутренним нагревом (нагреватели находятся непосредственно в электролите) и внешним нагревом электролита через масляную рубашку. Ванны с внутренним нагревом изготовляют из химически стойких материалов с невысокой теплопроводностью (фаолит, кислотоупорный бетон, силикатные плиты на кислотоупорном цементе).

На ремонтных предприятиях больше всего применяют металлические ванны с внешним подогревом; для стенок ванны используют кислотостойкие металлы, а также металлические, эмалевые или специальные покрытия.

При получении пористых покрытий после анодной обработки проводится дополнительная доводка поверхности для удаления бугорков, образующихся после осталивания. В качестве доводочных операций применяют анодно-механическое шлифование, притирку чугунным притиром с пастой ГОИ и др. Последующая промывка детали струей керосина под давлением 0,4-0,5 МПа необходима для удаления из пор частиц абразива и металла.

Преимущества процесса осталивания:

1) исходные материалы, входящие в состав электролита, недефицитны и дешевы;

2) выход металла по току составляет 75-95 %;

3) скорость осаждения металла и толщина покрытия значительно выше, чем при хромировании; твердые покрытия могут быть получены толщиной до 1-1,2 мм, а мягкие толщиной до 2-3 мм и более;

4) механическую обработку покрытия после осталивания производят при обычных режимах резания;

5) процесс осталивания устойчив, легко регулируется и может быть автоматизирован.

Недостатки процесса:

1) высокая коррозионная активность электролита;

2) сложность технологического процесса;

3) необходимость частой фильтрации электролита.

Таблица 10.6

Область применения различных покрытий, получаемых при осталивании

В некоторых случаях применяют двухслойные комбинированные покрытия. Например, когда требуется нарастить достаточно толстый слой металла и в то же…

ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКОЕ МЕДНЕНИЕ

Для меднения деталей применяют электролиты двух типов: сернокислые и цианистые. Последние обладают значительной токсичностью, в связи с чем на ремонтных предприятиях применяются редко.

В состав сернокислых электролитов входит 200 г/л медного купороса и 50 г/л серной кислоты. Процесс ведется при температуре электролита 25- 30 °С и плотности тока 0,5 А/дм².

Аноды при меднении применяют растворимые. В качестве анода используют медные пластины из меди марки M1, катодом является ремонтируемая деталь. Ванна для меднения облицовывается листовым свинцом. Предварительная обработка наращиваемой поверхности состоит в шлифовании с последующим обезжириванием и тщательной промывкой водой. На ремонтных предприятиях меднение применяют при восстановлении размеров бронзовых втулок, вкладышей подшипников, для облегчения приработки трущихся поверхностей и т.п.

ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКОЕ НИКЕЛИРОВАНИЕ

В зависимости от содержания фосфора в покрытии можно получить матовые и блестящие осадки. При 2%-ном содержании фосфора получают матовые осадки, а… Для получения матового покрытия применяют электролит следующего состава (в… Процесс ведется при температуре электролита 75-95°С и плотности тока 5-40 А/дм2. Аноды применяют растворимые из никеля…

ВОССТАНОВЛЕНИЕ ПОВЕРХНОСТЕЙ

ДЕТАЛЕЙ ПЛАСТИЧЕСКИМ ДЕФОРМИРОВАНИЕМ

При восстановлении поверхностей пластическим деформированием необходимо, чтобы выполнялись следующие основные требования: 1) наличие запаса материала на нерабочих участках ремонтируемой детали; 2) достаточная пластичность материала;

Рис. 10.18. Виды обработки деталей пластическим деформированием

а - осадка; б - раздача; в - обжатие; г - вытяжка; д - накатка

Обжатие (см. рис 10.18, в) используется для уменьшения размера внутренней поверхности полой детали за счет уменьшения размера ее наружной поверхности. При обжатии направление действующей силы Р совпадает с направлением требуемой деформации δ, происходит перемещение металла от периферии к центру.

На рис. 10.19 представлено приспособление для обжатия втулок.

Вытяжка (см. рис. 10.18, г) применяется для увеличения длины детали за счет местного сужения ее поперечного сечения на небольшом участке. При вытяжке направление действующей силы Р не совпадает с направлением требуемой деформации δ.

Накатка (см. рис. 10.18, д) применяется для увеличения наружных или уменьшения внутренних размеров детали за счет выдавливания металла на отдельных участках поверхностей. При накатке направление действующей силы Р противоположно направлению требуемой деформации δ.

 

 

Рис. 10.19. Приспособление для обжатия втулок:

1 - пуансон; 2 - ремонтируемая деталь; 3 - матрица; 4 - опорная втулка

На рис. 10.20 представлен инструмент для накатки.

 

Рис. 10.20. Ролик для накатки:

1 - ролик; 2 - ось; 3 -державка

 

 

Правка (рис. 10.21) применяется для восстановления формы деформированных деталей. При правке направление действующей силы Р совпадает с направлением деформации δ. Применяется правка статическим нагружением и наклепом. Правку статическим нагружением осуществляют на прессах. Ее недостатками являются трудность получения стабильной формы из-за обратного последействия, снижение усталостной прочности и уменьшение несущей способности детали. Для стабилизации правки статическим нагружением применяют нагрев или двойную правку, т.е. деталь перегибают в противоположную сторону, а затем повторной правкой ее выправляют.

Правка деталей наклепом, в отличие от статического нагружения, позволяет вести процесс в требуемом направлении и на любом участке детали. Правку наклепом обычно осуществляют пневмомолотками. Затем обязательно проверяют детали на отсутствие трещин.

Преимуществами ремонта деталей пластическим деформированием являются высокое качество восстановления поверхностей, использование стандартного оборудования, отсутствие потребности в наращивании металла, т.е. экономичность процесса.

Недостатки способа - ограниченная номенклатура ремонтируемых деталей, необходимость в некоторых случаях в повторной термической обработке и потребность в специальной оснастке для ремонтируемых деталей каждого типоразмера.

На ремонтных предприятиях нефтегазовой отрасли указанный метод используют для восстановления изношенных поверхностей бронзовых втулок подшипников скольжения, шестерен (осадка), различных полых деталей (раздача и обжатие), шеек валов под подшипники качения (накатка), для правки изогнутых и скрученных валов, штанг и труб.

ВОССТАНОВЛЕНИЕ ПОВЕРХНОСТЕЙ

ПОЛИМЕРНЫМ ПОКРЫТИЕМ

При нанесении покрытий из расплавов полимеров обычно применяют метод прессования и литье под давлением. Прессование осуществляется на гидравлических или механических прессах. Для… При повышенной температуре порошок приобретает пластичность и под действием давления заполняет все зазоры, прочно…

Технологические режимы формирования покрытий из полимерных материалов

Способ электростатического распыления порошков полимеров широко распространен в отечественной промышленности и за рубежом. При подаче на головку… Сущность струйного напыления заключается в нанесении порошка на предварительно…

Рис. 10.23. Схема установки для электростатического напыления

полимерных покрытий:

1 - ниппель для подвода воздуха под пористую перегородку; 2 - пористая перегородка; 3 - сопло; 4 - корпус; 5 - шланг; 6 - пистолет-распылитель; 7 - ремонтируемая деталь; 8 - расширитель; 9 - порошок

При вихревом нанесении деталь, нагретая несколько выше температуры плавления полимера, погружается в ванну, в которой порошок полимера находится в псевдоожиженном состоянии (рис. 10.24). Частицы полимера, соприкасаясь с горячей деталью, прилипают к поверхности. После удаления из ванны и дополнительного нагрева детали прилипшие частицы расплавляются и растекаются по поверхности, образуя ровное покрытие. При нанесении порошков из термореактивных полимеров после оплавления необходимо провести отверждение покрытия, так как неотвержденные покрытия хрупки и нередко самопроизвольно растрескиваются. Нанесение покрытия в псевдоожиженном слое отличается технологичностью, высокой производительностью, легко автоматизируется. Указанным способом можно покрывать детали достаточно сложной формы. Качество покрытий, полученных этим способом, во многом зависит от состояния псевдоожиженного слоя.

Рис. 10.24. Схемы установки для нанесения покрытий в псевдоожиженном слое:

1 - трубка для подвода воздуха; 2 - подвеска; 3 - корпус; 4 - ремонтируемая деталь; 5 - пористая перегородка; 6 - порошок

 

Образование эффективного псевдоожиженного слоя достигается в результате:

1) равномерного давления газа на порошок, находящийся в специальной емкости;

2) вибрации емкости, в которую помещен порошок;

3) вибрации детали в емкости с порошком;

4) прерывистой подачи воздуха под пористую перегородку, закрепленную на свободно качающихся эластичных опорах.

Полимерные покрытия применяют для восстановления размеров изношенных поверхностей, устранения механических повреждений, повышения антифрикционных, противокоррозионных и других свойств поверхности.

В табл. 10.8 приведены физико-механические свойства полимерных покрытий, применяемых для восстановления изношенных поверхностей.

Преимущества метода восстановления поверхностей деталей полимерными покрытиями:

1) простота технологического процесса;

2) высокая химическая стойкость покрытия;

3) достаточно высокая износостойкость даже при отсутствии смазки.

Недостатки полимерного покрытия:

1) невысокая теплостойкость, в большинстве случаев не превышающая 200-250°С;

2) небольшие допускаемые удельные нагрузки.

Таблица 10.8

Физико-механические свойства полимерных покрытий,

Применяемых в узлах трения

ВОССТАНОВЛЕНИЕ ПОВЕРХНОСТЕЙ

МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКОЙ

Качество поверхности и точность механической обработки определяют качество отремонтированных деталей, а следовательно, и отремонтированных машин. … На ремонтных предприятиях практически встречаются все виды механической… трудности с выбором технологических баз (поверхностей, линий, точек, ориентирующих деталь на станке), так как часто…

Режимы обработки наплавленных цилиндрических поверхностей

СОЕДИНЕНИЕ ДЕТАЛЕЙ И ИХ ОТДЕЛЬНЫХ ЧАСТЕЙ

МЕТОДАМИ СВАРКИ, ПАЙКИ И СКЛЕИВАНИЯ

СОЕДИНЕНИЕ ДЕТАЛЕЙ СВАРКОЙ

На ремонтных предприятиях нефтегазовой отрасли для ремонта стальных деталей, в основном, применяют ручную, электродуговую и реже ручную газовую… Дуговая сварка основана на использовании тепла, выделяемого электрической… Газовая сварка заключается в нагревании горелкой кромок скрепляемых деталей и присадочного материала (в виде прутков…

СОЕДИНЕНИЕ ДЕТАЛЕЙ ПАЙКОЙ

Соединение деталей пайкой происходит вследствие диффузии присадочного материала (припоя) в основной металл. Так как температура плавления припоя…  

Рис. 10.26. Запаивание трещины топливопровода низкого давления с помощью накладки

 

 

При пайке газовой горелкой наиболее распространены медно-цинковые (латунные) припои, с температурой плавления 800-900°С. Указанные припои позволяют получать швы с пределом прочности на растяжение 300-350 МПа.

Для получения высокопрочных соединений деталей из чугуна, стали или меди, работающих при динамических нагрузках, в качестве припоя часто применяют латунь. Предел прочности этих соединений на растяжение составляет 300-320 МПа. Для удаления с поверхностей пленки оксидов и других примесей, препятствующих пайке, используют флюсы в виде порошков или паст.

При низкотемпературной пайке в качестве флюса применяют разбавленный раствор цинка в соляной кислоте. При высокотемпературной пайке применяют флюс, состоящий из 80 % буры и 20 % борной кислоты. После пайки остатки флюса удаляют промывкой в воде.

Технологический процесс пайки включает следующие операции: подготовку деталей к пайке, сборку их для пайки, нагрев места пайки (до температуры, превышающей на 45-50°°С температуру плавления припоя); предохранение поверхностей от окисления при пайке; введение припоя в место пайки и обработку шва; контроль качества паяных соединений.

Подготовка поверхностей заключается в удалении загрязнений, жировых и окисных пленок, а также в придании им в местах стыка некоторой шероховатости с целью улучшения сцепления припоя с соединяемыми деталями. Для этого применяют механическую обработку, обезжиривание в щелочах и травление в кислотах.

Сборка деталей для пайки выполняется в специальном приспособлении, обеспечивающем выдерживание заданного зазора между соединяемыми деталями, который должен быть не более 0,4 мм при использовании мягких припоев и 0,04-0,08 мм - твердых.

Припои при сборке располагают строго в определенных местах: проволоку - вокруг зазора; фольгу накладывают на места спая и закрепляют; пастой обмазывают места стыка. Разнообразие припоев определяет метод пайки: электропаяльником, ультразвуковым паяльником, паяльной лампой, газовой горелкой. Нагревать соединения можно также в электропечах, токами высокой частоты и другими способами.

СКЛЕИВАНИЕ ДЕТАЛЕЙ

Клеи на основе термореактивных полимеров позволяют получать прочные и теплостойкие соединения. По отношению к тепловому воздействию они являются… Клеи на основе термопластичных полимеров обладают меньшей прочностью и более… По внешнему виду клеи для металлов можно разделить на жидкие, пастообразные, пленочные и порошкообразные.

ТИПОВЫЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ

РЕМОНТА ДЕТАЛЕЙ

РЕМОНТ ДЕТАЛЕЙ ТИПА ВАЛОВ

На валах, воспринимающих большие нагрузки, которые направлены перпендикулярно к оси, наблюдаются прогибы. Последние приводят к эксцентричному… 1) износ поверхностей трения в опорах; 2) износ поверхностей, сопрягаемых с подшипниками качения;

РЕМОНТ ДЕТАЛЕЙ ТИПА ВТУЛОК

При ремонте подобных деталей вначале устраняют трещины, а затем наращивают изношенные рабочие поверхности способами наплавки, металлизации,… РЕМОНТ СМЕННЫХ ЦИЛИНДРОВЫХ ВТУЛОК Сменные цилиндровые втулки обычно применяют в машинах поршневого типа - компрессорах, насосах, двигателях внутреннего…

РЕМОНТ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС

Процесс ремонта зубчатых колес в значительной степени определяется характером повреждения и размерами детали. Изношенное отверстие ступицы зубчатого… Выбор способа ремонта определяется диаметром отверстия и длиной ступицы. При… При смятии или разрушении кромок шпоночной канавки в отверстии зубчатого колеса обрабатывается на долбежном станке…

Рис. 11.4. Установка ввертыша с по- Рис. 11.5. Установка нового зуба

следующей наплавкой на месте сло- шестерни в «ласточкин хвост»

манного зуба:

1 - ввертыш; 2 - наплавленный металл

При изломе или выкрошивании большого числа зубьев рекомендуется зубчатое колесо отжечь и обработать по наружной поверхности до полного удаления зубчатого вооружения. На оставшуюся часть зубчатого колеса следует установить по горячей посадке кольцо-венец, на котором нарезать новые зубья и затем их термически обработать. Термическую обработку рекомендуется проводить токами высокой частоты, чтобы не нарушить натяг, полученный при горячей посадке венца. Отремонтированное зубчатое колесо должно быть обкатано на стенде в паре с зубчатым колесом, с которым оно будет работать.

Обкатку ведут с применением абразивного порошка, смешанного с маслом или керосином. Для более ответственных и быстроходных зубчатых передач применяют пасту ГОИ. Пасту или абразивный материал наносят

тонким слоем на зубья, а зубчатым колесам сооб щают небольшие обороты. По мере увеличения площади прилегания зубьев число оборотов постепенно увеличивают с таким расчетом, чтобы окружная скорость на поверхности зубьев была не более 3 м/с.

РЕМОНТ ЦЕПНЫХ КОЛЕС

Основными дефектами цепных колес являются износ посадочной внутренней поверхности втулки из антифрикционного материала, запрессованной в ступицу… Изношенную антифрикционную втулку выпрессовывают из ступицы и вместо нее… Цепные колеса, имеющие износ по профилю зуба и диаметру впадин, чаще всего ремонтируют способом замены части детали.…

РЕМОНТ КОРПУСНЫХ ДЕТАЛЕЙ

Среди деталей этого типа имеется группа деталей, имеющих форму тел вращения, например, стол ротора, корпус крейцкопфа, корпус турбобура. Большую группу составляют корпусные детали коробчатого типа. Это станины… Характерными дефектами корпусных деталей являются: механические повреждения в виде трещин, пробоин, раковин, поломки…

Рис. 11.7. Последовательность сверления отверстий для штифтовки

Рис. 11.8. Установка накладки с болтами и ввертышами на месте трещины:

1 - трещина; 2 - болты; 3 - ввертыши; 4 - накладка

применяют дополнительные ремонтные детали, металлизацию, наплавку, гальванические или полимерные покрытия.

РЕМОНТ СТАНИНЫ И СТОЛА РОТОРА

Основные дефекты станины ротора - износ поверхности, сопрягаемой с опорным подшипником, и посадочных поверхностей в горловине под стаканы подшипников приводного вала. Износ указанных поверхностей вызывает нарушение сопряжения зубчатой пары и перекос стола ротора относительно вертикальной оси станины, вследствие чего нарушается перпендикулярность осей зубчатой пары, возникают шум и удары в зубчатой передаче, а также изнашиваются зубья. Перекос стола ротора приводит к местному нагреву ротора и неравномерной выработке в станине.

Для восстановления изношенных поверхностей станины ротора применяют способы ремонтных размеров, дополнительных ремонтных деталей, наплавку или металлизацию. При незначительных износах отверстий в горловине их растачивают под ремонтный размер; под новый размер отверстия изготовляют стаканы подшипников. При восстановлении изношенных посадочных поверхностей в горловине способом дополнительных ремонтных

Рис. 11.9. Ремонт станины ротора с применением дополнительных

ремонтных деталей:

1 - корпус; 2,3 - втулка

деталей растачивают эти поверхности на больший диаметр с последующей запрессовкой втулок и расточкой их под посадочный размер стаканов подшипников (рис. 11.9). Одновременно восстанавливают отверстие в станине под ось стопорной защелки. Отверстие рассверливают на больший размер, запрессовывают втулку, а затем отверстие во втулке развертывают до необходимого размера сопряжения с осью защелки.

Основными дефектами стола ротора являются износ поверхностей, сопрягаемых с вкладышами, повреждение лабиринтного уплотнения и резьбы.

Изношенные поверхности под вкладыши восстанавливают электродуговой наплавкой с последующей механической обработкой на долбежных станках. При незначительном повреждении резьбы ее восстанавливают слесарно-механическими способами обработки. Когда резьба сильно повреждена, и восстановить ее невозможно, часть стола с резьбой отрезают газовой горелкой или на станке, торец стола со стороны отрезанной части подготавливают под сварку и приваривают надставку стола ротора, на которой нарезают новую резьбу. Резьбу контролируют подготовленной гайкой.

РЕМОНТ КОРПУСА ВЕРТЛЮГА

Характерными дефектами корпуса вертлюга являются износ поверхностей, сопрягаемых с пальцами серьги и радиальными подшипниками, и отверстия, в котором установлен нижний сальник.

Изношенные поверхности, сопрягаемые с пальцами серьги, восстанавливают способом дополнительных ремонтных деталей. Для этого отверстия под пальцы растачивают на больший размер, запрессовывают в них подготовленные втулки, а затем отверстия во втулках растачивают на первоначальный размер (рис. 11.10).

Рис. 11.10. Ремонт корпуса вертлюга способом дополнительных

ремонтных деталей:

1 - корпус; 2 - втулки

Изношенные поверхности, сопрягаемые с радиальным подшипником и с нижним масляным уплотнением, восстанавливают металлизацией с последующей механической обработкой на первоначальные размеры.

РЕМОНТ КОРПУСА КРЕЙЦКОПФА БУРОВОГО НАСОСА

При восстановлении способом дополнительных ремонтных деталей изношенные отверстия растачивают на больший размер, запрессовывают в них втулки,… Для восстановления резьбы в отверстии под надставку штока также применяют…

РЕМОНТ КЛАПАННЫХ КОРОБОК БУРОВЫХ НАСОСОВ

При значительных износах в местах посадки цилиндровых втулок также применяют способ дополнительных ремонтных деталей, т.е. производят…

Рис. 11.11. Ремонт клапанной коробки бурового насоса способом

дополнительных ремонтных деталей:

1 - корпус; 2 - втулки

РЕМОНТ КОРПУСОВ ЗАДВИЖЕК ФОНТАННОЙ И

ТРУБОПРОВОДНОЙ ЗАПОРНОЙ АРМАТУРЫ

Для восстановления уплотнительных поверхностей обычно применяют наплавку или способ дополнительных ремонтных деталей. Перед наплавкой… Изношенные уплотнительные поверхности предварительно подрезают на станке и со…

РЕМОНТ КОРПУСА ТУРБОБУРА

Прогиб устраняют способом давления. Для восстановления изношенной резьбы применяют способ замены части детали. Незначительные дефекты резьбы…     Правку корпуса производят на гидравлическом… Рис. 11.13. Схема правки вмятин в корпусе турбобура:

Рис. 11.14. Восстановление нижней резьбы корпуса турбобура

способом замены части детали:

1 - переводник; 2 - корпус турбобура; 3 - надставка к корпусу; 4 – упорная планка

При обработке корпуса под надставку восстанавливаемый конец корпуса подрезают на определенную длину, обтачивают по садочные цилиндрические пояски под надставку, между которыми нарезают резьбу. Во избежание ослабления корпуса сбег резьбы под надставку должен заканчиваться на расстоянии не менее 40 мм от конца утолщенной части корпуса. Аналогичные пояски растачивают и нарезают резьбу в присоединительном конце надставки. Затем конец корпуса нагревают на длине 400 мм до температуры 400-500°С и на него навинчивают надставку до упора ее торца в торец корпуса. После сборки корпуса с надставкой иногда дополнительно обваривают стык.