Жиркин Ю.В. Надежность, эксплуатация и ремонт металлургических машин. Учебник. Часть 1

Подождите немного. Документ загружается.

станавливаются, испытания прекращаются через 100 сут, если ра-

нее не произошло

При выборе плана испытаний для металлургических агрега-

ов и

) являются слож-

ными

остановки агрегатов на плановые

текущ ия исходных показателей на-

ёжно

регат о результаты

испыт результатам по планам [U]

утём

отказами соответствует не-

отказа 5 объектов.

т машин необходимо учитывать следующие факторы:

* металлургические агрегаты (машины

, непрерывно действующими техническими системами;

* существует график

ие ремонты для восстановлен

сти;д

* вследствие высокой интенсификации производства для

металлургических машин характерна высокая интенсивность отка-

зов;

* восстановление исходных показателей надёжности, а

также работоспособного состояния осуществляется либо путём

замены изношенной (отказавшей) детали, либо путём замены уз-

ла, в состав которого входит изношенная (отказавшая) деталь.

Поэтому для деталей, узлов и машин металлургических аг-

ов наиболее применимы планы типа [R] и [M]. Н

аний по планам [R] сводимы к

п переноса начала испытаний каждого объекта к некоторому

условному началу испытаний всех объектов.

Планы типа [M] можно интерпретировать как планы [U], если

положить, что каждая наработка между

которому

условному невосстанавливаемому объекту; восстановле-

ние работоспособного состояния объекта после отказа полное.

Планы типа [U] или приводимые к нему, кроме плана [NUN],

предусматривают снятие объектов с испытаний до наступления

отказа. Такое событие называется

цензурированием.

Различают три типа цензурирования:

I тип - при заданной наработке;

II тип - при заданном числе отказов;

- случайное. III тип

Первый тип цензурирования соответствует плану [NUT],

второ

ний) называется

наработкой

й тип цензурирования - плану [NUr], третий тип - плану [NUz].

Наработка объекта от начала испытания до наступления

цензурирования (прекращения испыта

до цензурирования.

Выборка, элементами которой служат значения наработки до

отказа и наработки до цензурирования, называется

цензурирован-

ной выборкой.

Различают однократно и многократно цензурированные вы-

борки.

Однократно цензурированная выборка - цензурированная

значения всех наработок до цензурирования

равны

выборка, в которой

между собой.

Многократно цензурированная выборка - цензуриров

ка, в которой значения всех наработок до цензурирован

анная

ыбор ия не

авны между собой.

Однократно рна для пла-

ов [NUT] и [NUr] рактерна случай-

о це

ла производится после отказа

ли в

производится после отказа

ли в плановый период, наработка до которого есть величина слу-

чайная.

из

надежности.

оретические положения

выбор того или иного распределения представляет оп-

цензурированная выборка характе

. Для плана в общем случае хан

н нзурированная выборка, т.е. выборка может быть как одно-

кратно, так и многократно цензурированной. В зависимости от при-

нятой

системы технического обслуживания для металлургических

машин возможны следующие планы испытаний с учётом приведе-

ния к плану типа [U]:

[NUN] – замена детали или узла производится только после

отказа;

[NUT] – замена детали или уз

и каждый плановый ремонт, если в межремонтный период от-

каза не произошло;

[NUz] – замена детали или узла

ВЫВОДЫ

Рассмотренный в данной части учебника материал состав-

яет ол снову понимания закономерностей потери машиной работо-

способного состояния с течением времени. На этой основе воз-

можно проведение анализа надежности машин и их

структурных

оставс ляющих.

Знание закономерностей отказов позволяет прогнозировать

возможность выхода машины работоспособного состояния и

разрабатывать пути повышения ее

Наряду с этим представленные те

невозможно использовать для конкретной машины, узла, не зная

величины параметров распределений.

Да и

ределенную сложность. Здесь необходимо учитывать физику

отка-

з словия и опыт эксплуатации оборудования и иметь объек-

тивные данные о наработках или отказах.

Во многом принятию решения о применении того или иного

распределения способствуют аналитические методы обработки

исходной информации.

Причем точность аналитических методов возрастает с рос

ов, у

ом ко

зателей надежно-

сти. В

P(t)=e

;

(1.1)

нормального расп

P(t)=0,5-

Φ((t-µ)/σ); (1.2)

т личества исходной информации об отказах оборудования.

И только приняв определенное решение и

получив оценки его

параметров, можно приступать к оцениванию пока

яде р случаев оценки показателей безотказности можно полу-

чить, если распределение наработок неизвестно, одновременно

еряя т в точности получаемых оценок показателей надежности.

Материал прил.А позволяет освоить методики оценивания

показателей безотказности на основе данных, получаемых при ис-

пытаниях на надежность

металлургического оборудования.

Раздел 2. Повышение надежности

Глава 1. Пути повышения безотказности

Обеспечение работоспособности машин в межремонтный

период - одна из важнейших задач ремонтного и эксплуатационно-

го персонала.

Знание положений теории надежности позволяет находить

пути решения этой задачи.

Как было установлено ранее наработки металлургических

машин могут быть описаны экспоненциальным, нормальным, Вей-

булла распределениями и соответственно определены показатели

безотказности. Как

известно, вероятность безотказной работы в

момент t окончания межремонтного периода может быть найдена

из следующих зависимостей для:

экспоненциального распределения

ределения

распределения Вейбулла

P(t)=exp(-t/a)

; a=µ*Γ(1+1/b). (1.3)

Анализ данных зависимостей показывает, что повышение

кращению

асходов на аварийные восстановления за счет снижения числа

тказов и возрастанию затрат на плановые восстановления рабо-

тоспособного со

Повышение безотказности за счет сокращения времени

этот путь имеет ограничение. Мето-

ика о

рена

парам

изующимися среднеквадратичным от-

клоне

чае повышение безотказности достигается за счет

увели

тклонения.

у отказов и выработать пути их устранения.

нематику уз-

лов, в

- проанализировать влияни внешних факторов окружающей

среды;

- и ре-

монтным персоналом правил технической эксплуатации (ПТЭ)

оборудования;

оборудования важную

ботки при установленной причине

тказа основывается на конструктивных решениях, повышении

прочностных характеристик материала, повышения износостойко-

сти узлов трения, организационных мероприятиях.

Мероприятия по снижению величины среднеквадратичного

отклонения связаны, в основном, с соблюдением технологического

вероятности безотказной работы достигается сокращением вре-

мени t межремонтного периода.

Этот путь повышения безотказности ведет к со

стояния в связи с их увеличением.

межремонтного периода требует экономического обоснования.

Снижение затрат на аварийные восстановления и повыше-

ние расходов на плановые восстановления при уменьшении меж-

ремонтного периода предполагает существование оптимального

межремонтного периода, которому будет соответствовать мини-

мум затрат и, следовательно,

д пределения оптимального межремонтного периода рассмот-

в ч. 2, гл.3.

Другой путь повышения безотказности связан с

етрами распределений

λ, µ, характеризующимися средней

наработкой, и

σ, b, характер

нием от средней наработки.

В этом слу

чения средней наработки и снижения величины среднеквад-

ратичного о

Повышение средней наработки объекта является непростой

технической задачей, для решения которой необходимо устано-

вить причин

Для установления причин отказов необходимо:

- проанализировать характер нагружения и ки

которых происходят отказы;

проанализировать соблюдение эксплуатационным

- установить вид повреждения;

- изучить физику отказов.

При установлении причины отказа

информацию несет характер повреждения детали.

Повышение средней

нара

процесса производства деталей и материала для них, с ужесточе-

нием допусков в процессе их производства, с соблюдением ПТЭ

оборудования и технологии ремонта машин.

Такими мероприятиями являются повышение квалификации

эксплуатационного и ремонтного персонала и ужесточение требо-

ваний за соблюдением технологической дисциплины на всех опе-

рациях процесса изготовления и эксплуатации машин.

Наиболее

приемлемыми уровнями вероятности безотказной

работы в межремонтный период с учетом экономической целесо-

образности являются для:

- машин P(t)=0,8...0,9;

- механизмов (узлов) P(t)=0,85...0,95;

- деталей P(t)=0,9...0,99.

лов и

еталей должен быть кратным межремонтному периоду машины.

машин

дствие раз-

ития нической экс-

плуат

ния деталей машин по характеру воздействий,

приво

таточная деформация, вязкий излом,

хрупк

термические (терморазупрочнение, термическая уста-

лость

- кавитационные;

- износовые (изнашивание адгезионное, абразивное, уста-

реттинг-коррозия)

Для металлургических машин межремонтный период уз

Глава 2. Повреждения деталей металлургических

Повреждения деталей металлургических машин являются

неотъемлемой частью процесса эксплуатации как сле

в процессов старения и нарушений правил тех

ации оборудования.

Поврежде

дящих к отказу оборудования, подразделяют на:

- механические (ос

ий излом, усталостное выкрашивание);

);

- коррозионные (коррозия, коррозионная усталость, коррози-

онное растрескивание);

- эрозионные;

остное, окислительное, водородное, коррозионно-механическое,

2.1. Механические повреждения

Механические повреждения возникают под воздействием

внешней нагрузки и проявляются в виде:

еформация

- остаточной деформации (изгиб, скручивание, смятие);

- вязкого излома;

- хрупкого излома;

- усталостного выкрашивания.

Остаточная д есть следствие перегрузок, дли-

обучением эксплуатационного персонала и повышением

тельного действия переменных контактных, растягивающих или

сжимающих напряжений, повышенных температур.

Устраняется:

требований за соблюдением правил технической эксплуатации

(ПТЭ) оборудования;

- заменой на материал с повышенными механическими ха-

рактеристиками;

- повышением твердости поверхностного слоя;

- изменением конструкции узла.

Вязкий излом возникает под воздействием нагрузок, превы-

шающих допустимые значения и являющихся следствием наруше-

ния ПТЭ. Характерным признаком вязкого излома является нали-

чие участка текучести в месте излома.

Устраняется такими же мерами, как и в случае остаточной

деформации.

Хрупкий излом является следствием значительных ударных

нагрузок, длительного знакопеременной нагрузки,

низкого качества енным содержанием P, S, H,

некачественной т я концен ато в на

жений. Характерным излома является

сглаженная поверхность

ущением концентраторов напряжений

на поверхности

повышенных зазоров в линии

приво х динамических на-

грузок

выкрашивание ( питтинг )

воздействия

материала с повыш

ермообработки, наличи тр ро пря-

признаком хрупкого кри-

сталлическая структура места излома и

мест зарождения усталостной трещины.

Устраняется:

- заменой на материал с повышенной ударной вязкостью;

- недоп

детали;

- изменением конструкции узла;

- предотвращением появления

да, приводящих к появлению повышенны

Усталостное проявляется при вы-

соких пониженной контактной прочности контактных нагрузках и

материала.

Устраняется:

- повышением механических характеристик материала с од-

новременным повышением поверхностной твердости;

- повышением класса чистоты обработки поверхности.

еские повреждения

е-

ий металлургических машин является термическая усталость как

едствие одновременно действующих механических нагрузок и

циклических, с большим перепадом (до 800

С и более) темпера-

тур. Этому виду повреждения подвержены рабочие валки и ролики

рольганго ты зава-

ин и др. Характерным признаком повреждения являет-

ся так

повреждения

характеру воздействия внешней среды различают атмо-

2.2. Термич

Наиболее распространенным видом термических поврежд

сл

в станов горячей прокатки, ролики МНЛЗ, хобо

лочных маш

называемая "сетка разгара".

Повышенным сопротивлением термической усталости обла-

дают следующие марки стали - сталь 60С2, сталь 30ХГСА, сталь

Х18Н9

Т (закалка с высоким отпуском).

2.3. Коррозионные

Коррозия металлов и сплавов представляет процесс разру-

шения стали вследствие химического или электрохимического

воздействия внешней среды.

По

сферную, газовую и электрохимическую коррозию.

Атмосферная коррозия возникает при влажности среды бо-

ее 7

ными антикоррозийными

войс

л 0% за счет конденсации влаги и взаимодействия с кислоро-

дом воздуха.

Устраняется:

- заменой материала с повышен

с твами;

пассивацией поверхности;

- применением защитных покрытий.

Газовая коррозия возникает при температурах 300-600

С.

При температуре выше 600

С наблюдается скачок в инообра-

зовании.

Предотвращается заменой материала с повышенной окали-

ностойкостью и применением защитных покрытий.

окал

Электрохимическая коррозия развивается в водной среде с

растворенным кислородом за счет электрохимических процессов,

связанных с неоднородностью металла, в трещинах, в щелях меж-

ду металлами. При наличии бактерий, восстанавливающих серно-

кислы

страняется:

- применением однородных мат

еских

ивание

е соли, коррозия возможна при отсутствии кислорода. При-

мером может служить контакт стали с деревом из дуба, каштана.

- ограничением или предотвращением доступа кислорода к

поверхности металла;

ериалов;

- устранением условий возникновения электрохимич

процессов.

Коррозионное растреск возникает под действием ста-

мо-

жет произойти внезапное разрушение детали, находящейся под

нагрузкой, не превыша

растрескивание является следствием пониженной коррозионной

стойкости

границ зерен и их наводоражи

щимся развитием значительных давлен

ведет к снижению межкристаллитной прочности и последующему

материала и исключением возможно-

сти на

розионная усталость

тических нагрузок и весьма агрессивной (по отношению к данному

металлу) коррозионной среды.

Большая опасность коррозионного растрескивания состоит в

том, что при отсутствии видимых повреждений на поверхности

ющей допустимые значения. Коррозионное

ванием, сопровождаю-

ий по границам зерен. Это

разрушению детали.

Устраняется заменой

водораживания.

Кор представляет процесс разрушения

металлов при одновременном действии коррозионно сред

ими

коррозионную у

ды, уровень дей

2.4. Эрозионные повреждения

действии на ме-

тал или газа.

траняются:

1 гл.6).

й ы и

циклических напряжений. Основными факторами, вызывающ

сталость, являются активность коррозионной сре-

ствующих циклических напряжений, число циклов

нагружения в единицу времени, прочность и коррозионная стой-

кость сплава.

Предотвращается защитой деталей от коррозионной среды

и применением низколегированных марок сталей.

возникают приЭрозионные повреждения

сл большой скоростью потоков жидкости

Интенсивность разрушения поверхности возрастает с повы-

шением температуры потока и его запыленности.

Ус

- повышением сопротивления металла окисл

- повышением поверхностной твердости;

ению в данной среде;

- наплавкой твердосплавных материалов (табл.6.

2.5. Кавитационные повреждения

Кавитационные повреждения на поверхности металла воз-

никают под воздействием гидравлических ударов. Гидравлические

дары

м содер-

анием углерода (до 0,8%);

- применением никель- и хромсодержащих сталей (напри-

мер, 38Х

енением низколегированного чугуна с шаровидным

графи

тирование, це-

териалами;

давления

в зоне кавитации.

Глава 3. Износ деталей металлургических машин

развиваются

ния на азных периодах эксплуатации

у есть следствие образования в жидкости каверн (при пони-

жении давления в потоке жидкости) и последующего их схлопыва-

ния или разрыва. Кавитационные повреждения интенсифицируют

процесс коррозии и наоборот.

Интенсивность кавитационных повреждений можно снизить:

- введением веществ, снижающих поверхностное

натяжение;

- применением углеродистых сталей с повышенны

МЮА);

- прим

том;

- применением упрочняющей технологии (процессов пласти-

ческого деформирования - ППД, закалка ТВЧ, азо

ментация);

- наплавкой и металлизацией высокотвердыми ма

- применением высокоэластичных материалов;

- повышением

В процессе эксплуатации машин в узлах трения

процессы изнашива , которые р

характеризуются различными скоростями.

Характер изменения скорости изнашивания с течением вре

мен представлен на рис.3.1.

Рис.3.1. Закономерности изменения скорости изнашивания

Для наиб .1,а) в начальный пери-

од эксп отки) происходит снижение скоро-

сти изнашиван ановившегося изно-

са, кото характеризующимся развити-

ем недопустим изнашивания, обладающих высокой

коростью.

В ряде случаев период установившегося износ

сутствовать я

износа и

нашиван онно убывает (рис. 3.1

орость изнашивания ока влияние

ес физико-м еские свойства поверх-

напряжения и скорость относит смеще-

й трения;

ико-меха ские свойс ых иалов пар

щая а.

тстви изменение ости изнашивания для

наиболее

общего случая (см. рис. 3.1,а) развитие износа в паре

олее общего случая (рис. 3

луатации (период прираб

ия, затем наступает период уст

рый завершается периодом,

ых процессов

а может от-

(рис. 3.1,б) или происходит стабилизаци

скорость из ия монот ,в).

На ск зывает :

- геометрич кие и еханич

ностного слоя;

е- контактны

верхносте

ельного

ния по

- физ ниче тва смазочн матер

трения;

- окружаю

В соотве

сред

и с м скор

трения с течением времени представлено на рис. 3.2.