Повышение надежности оборудования при проектировании

Одним из разделов технического задания на разработку любой технической системы является раздел, определяющий требования к надежности. В нем указывают количественные показатели надежности, которые необходимо подтверждать на каждом этапе создания системы. Требования к количественным показателям надежности возрастают тогда, когда отказы технической системы приводят к большим затратам материальных средств, либо угрожают безопасности жизнедеятельности и экологии окружающей среды.

В процессе проектирования необходимо стремиться не только к снижению массы и упрощению конструкции оборудования, но и к повышению безотказности и долговечности деталей, сборочных единиц и оборудования в целом. Выполнение этих требований достигается путем рационального выбора конструктивных решений и применения соответствующих материалов, различных видов обработки, упрочнения и других методов.

Конструктивные методы повышения надежности предусматривают создание запасов прочности деталей машин и элементов конструкций, оптимизацию режимов работы и упрощение конструкции оборудования, использование стандартных деталей и сборочных единиц, обоснованное использование методов резервирования. Кроме общих правил конструирования при создании технологического оборудования следует предусматривать удобную замену быстро выходящих из строя деталей и сборочных единиц, т.е. обеспечить высокие показатели ремонтопригодности.

Достижение оптимальной прочности базовых деталей и узлов на стадии проектирования машин, совершенствование системы смазки и защиты от пыли и грязи трущихся поверхностей, применение в конструкции оборудования прогрессивных видов материалов позволяют сократить физический износ оборудования в процессе эксплуатации в несколько раз. Всё это даёт возможность значительно уменьшить объём ремонтов.

Повышение уровня унификации и стандартизации в конструкции машин на стадии проектирования уменьшает объём работ по изготовлению более трудоёмких оригинальных запасных частей для ремонта.

Упрощение конструкций машин, повышение их ремонтной технологичности и снижение сложности ремонта повышают технический уровень проектируемого оборудования и эффективность его ремонтного обслуживания. Здесь должен работать один из принципов - если деталь неэкономична или её технически сложно выполнить с заданными показателями долговечности, она должна иметь повышенную ремонтопригодность, быть легко и быстросъёмной. Рациональное расположение деталей и узлов в конструкции машин позволяет при ТОиР значительно уменьшить объём демонтажно-разборочных и сборочно-монтажных работ, составляющих в общей трудоёмкости капитального ремонта до 40…50%.

Интенсификация рабочих процессов приводит к повышению динамических нагрузок, что приводит к поломкам деталей, и, как следствие, к снижению производительности оборудования и увеличению затрат не эксплуатацию и ремонт. В этом случае повышение надежности деталей путем увеличения их статической прочности без расчета их на выносливость, бессмысленно, так как увеличения размеров и массы деталей приводит к еще большему росту динамических нагрузок и вероятности разрушения.

Увеличение срока службы деталей, работающих в условиях циклического нагружения, обеспечивается за счет ослабления концентрации местных напряжений. Концентрацию напряжений можно уменьшить приданием детали плавных очертаний, применения разгрузочных канавок и отверстий, удалением неработающего материала, перемещением источников концентрации в менее нагруженные зоны и др. Например, снижение прочности валов от напрессованных деталей можно уменьшить за счет выполнения круговых выточек у кромок, применения плавных галтелей, обкатки роликами поверхности вала.

Важное место в обеспечении надежности системы занимает подбор металла, из которого конструируют силовые узлы металлоконструкций, так как от них зависит надежность и долговечность изделия в целом. Для изделий, работающих в стационарных условиях, чаще всего используют обычные углеродистые стали, а для изделий, работающих в условиях переменных нагрузок с высокой интенсивностью, - высоколегированные. В зависимости от внешних воздействующих факторов и условий нагружения подбирают соответствующие материалы с определенными характеристиками. Так, детали, для которых основным критерием работоспособности является контактная прочность (зубчатые колеса, звездочки цепных передач, направляющие и др.), следует изготавливать из металлов, позволяющих упрочнять рабочие поверхности до высокой твердости при сохранении необходимой пластичности сердцевины.

Надежность технологического оборудования в значительной мере зависит от состояния и физико-механических свойств поверхностных слоев деталей, где происходят процессы износа, а также зарождаются и развиваются процессы усталостного разрушения. В настоящее время разработано много методов, позволяющих изменять строение и свойства поверхностных слоев деталей в нужном направлении или создавать слои с заданным комплексом физико-механических и служебных свойств. В металлургическом машиностроении широко применяют упрочнение новых и восстановление изношенных деталей машин наплавкой или напылением. Упрочняющая обработка сменных деталей может обеспечить необходимую долговечность до замены всего узла или агрегат в целом. Использование износостойких материалов повышает срок службы деталей в 1,5…3 раза, что позволяет сократить расход металла и уменьшить трудоемкость ремонта.

Анализ и прогнозирование надежности на стадии проектирования дает необходимые данные для оценки конструкции. Такой анализ проводят для каждого варианта конструкции, а также после внесения конструктивных изменений. При обнаружении конструктивных недостатков, снижающих уровень надежности системы, проводят конструктивные изменения и корректируют техническую документацию.

Таким образом, еще на стадии проектирования должны быть заложены основы для создания технологического оборудования, сохраняющего работоспособность в различных условиях эксплуатации, а предусмотренная при этом надежность должна быть обеспечена в процессах его изготовления и эксплуатации.