• Гідрологія і Гідрометрія
• Господарське право
• Економіка будівництва
• Економіка природокористування
• Економічна теорія
• Земельне право
• Історія України
• Кримінально виконавче право
• Медична радіологія
• Методи аналізу
• Міжнародне приватне право
• Міжнародний маркетинг
• Основи екології
• Предмет Політологія
• Соціальне страхування
• Технічні засоби організації дорожнього руху
• Товарознавство продовольчих товарів

Період проектування

Лекція 20. Забезпечення надійності і довговічності виробів на стадії їх проектування, виготовлення та підтримання на стадії експлуатації

Кожний технічний об’єкт харчових і переробних виробництв як вид продукції практичного використання має такі періоди існування: проектування, виробництво і експлуатацію. Проблеми надійності технічних виробів у кожному з названих періодів мають свої особливості й розв’язуються по-різному. В період проектування рівень надійності виробів закладається, при їх виробництві — забезпечується, а при експлуатації — підтримується. Заходи, що визначають надійність виробів у кожному з періодів існування, поділяють на загальні (стратегічні) і часткові (тактичні).

У період проектування майбутня надійність технічних виробів залежить насамперед від загального рівня розвитку галузі, в якій проектуються вироби, від ефективного застосування в ній загальних організаційно-технічних заходів з підвищення надійності, тобто від того, як підтримуються добрі традиції проектного колективу, кваліфікація персоналу, його досвід і знання галузі, для якої ведеться проектування, від роботи інформаційних служб, ефективності прямих і зворотних зв’язків з машинобудівниками і експлуатаційниками. Тому в будь-якому проектному колективі підбір кадрів і підвищення їх кваліфікації, збагачення іформаційних банків є стратегічною гарантією забезпечення якості створюваного обладнання і передусім його надійності.

Основою для прогнозування надійності виробів в цей період є розрахунки, порівняння з відомими аналогами, іноді експертна оцінка. Проект розробляють за кілька стадій. Потрібний рівень надійності вибирають уже на першій стадії розроблення технічного завдання (ТЗ), виходячи з вимог до виробу в експлуатації і технічних можливостей виробника виробів. На стадії розроблення ТЗ орієнтуються на показники надійності відомих аналогів, віддаючи перевагу найбільш вдалим. У подальших розробках вибраний рівень надійності стає показником, якого треба досягти або перевищити.

На стадії створення ескізного проекту проводять перші інженерні розрахунки, у тому числі динамічні та на міцність. Від якості цих розрахунків значною мірою залежить надійність виробів. Паралельно з’являється можливість аналізувати структурні схеми надійності й виконувати попередні розрахунки її показників. Це дає змогу обґрунтовувати вибір надійних комплектуючих елементів, перевірених вузлів і конструкцій, які запозичуються з інших виробів.

Розрахунки для прогнозування надійності виробів ґрунтуються на використанні відомих показників надійності елементів. Ці показники є переважно середньостатистичними і не враховують конкретних умов функціонування елементів. Розрахунки показників надійності елементів, які доводять до порівняння за окремими критеріями розрахункових параметрів уз їх граничними величинами у_доп, дають точніші результати. Параметр у завжди можна подати функцією, яку в загальному вигляді можна зобразити рівнянням

у = ¦(х₁, х₂, ... , х_n), (1)

де х₁, х₂, ... , х_n — випадкові чинники.

Граничні значення параметрів можна визначати за таким самим рівнянням, або вибирати за нормативами чи довідниковими даними. Іноді їх установлюють випробуваннями.

Дієздатність елемента за вибраними критеріями забезпечується, коли розрахунковий параметр не перевищує його граничного значення. У класичних розрахунках використовують коефіцієнт запасу n. Умови розрахунків вибирають залежно від напрямку зміни параметрів, від яких погіршуються умови роботи елемента:

у £ у_доп n; або у ³ у_доп n. (2)

Розрахунок виконують для найнесприятливіших умов, тому дійсне значення коефіцієнта запасу n залишається невідомим.

У розрахунках, що ґрунтуються на визначенні ймовірності подій, у і у_доп розглядають як випадкові величини, а мірою надійності є ймовірність безвідмовної роботи Р елемента за заданим критерієм. Тоді розрахункову умову забезпечення ймовірності Р безвідмовної роботи елемента визначають за рівнянням

, (3)

де , — відповідно середнє і середнє допустиме значення параметра ; U_p — квантиль нормального нормованого розподілу;

, (4)

де S, S_y i S_yдоп — середньоквадратичне відхилення відповідно суми двох випадкових величин, значення параметраі допустимого значення параметра у_доп.

Середньоквадратичне відхилення розраховують так:

, (5)

де — похідна функції ƒ(x) по чиннику х_і, в яку підставляють середні значення ; N – кількість досліджуваних зразків.

Кількісні характеристики розподілу випадкових чинників і S_i вибирають за довідниковими даними, а в деяких випадках за результатами спеціальних експериментів. Їх можна визначити також за граничними значеннями чинників:

; (6)

, (7)

де d — коефіцієнт, що залежить від кількості випробувань N і береться з такого ряду:

Для чинників з нормальним законом розподілу, граничні значення яких нормуються (наприклад, технологічні допуски), S_i можна визначити за формулою

.

Це відповідає ймовірності Р(t) знаходження значення чинника в допустимих межах, що дорівнює 0,997. За інших значень Р справедливим є такий вираз:

, (8)

де 2U_Р вибирають із такого ряду:

Припустимо, що різниця y − y_допмає нормальний розподіл, який буває лише за нормального розподілу величин у і y_доп. У цьому разі ймовірність Р(t)=0,5 забезпечується при . Імовірність безвідмовної роботи елемента можна знайти за таблицею залежності між U_p і Р(t) за значенням U_p, визначеним за рівнянням

. (9)

Поділивши чисельник і знаменник на і ввівши коефіцієнт варіації

і , (10)

знайдемо залежність між U_p і коефіцієнтом запасу за розрахунковим параметром

. (11)

За ескізним проектом виготовляють експериментальні зразки виробів для випробувань або пробної експлуатації, де навантаження та інші експлуатаційні чинники, що впливають на надійність, можна перевірити. Випробування або пробна експлуатація експериментальних зразків дають перші статистичні дані для наближеної оцінки показників надійності. На цій основі коригують і розрахунки і вдосконалюють конструкцію виробу на стадії розроблення технічного проекту.

За результатами випробувань дослідних зразків і установчої серії виробів, виготовлених за технічним проектом, уточнюють кількісні та якісні вимоги до надійності, формулюють вимоги до періодичності й обсягу випробувань на надійність при серійному виробництві, розробляють систему технічного обслуговування і ремонту для підтримування надійності в процесі експлуатації. Таким чином створюють робочий проект виробуі передають на виробництво. Удосконалювати проект можна також під час серійного виробництва технічних об’єктів. Отже, процеспроектування виробів об’єднує чотири стадії: технічне завдання (ТЗ) на проектування, ескізний проект, технічний проект і робочий проект. Багато технічних об’єктів харчових і переробних виробництв проходить не всі з названих стадій проектування, що обмежує можливості в оцінюванні їх надійності в період розроблення. Це стосується здебільшого великогабаритного потужного обладнання, яке експлуатується з перших зразків. Для визначення показників надійності такого обладнання використовують тільки підконтрольну експлуатацію, яка також не завжди реалізується. Тому надійність цих виробів при проектуванні забезпечується переважно за рахунок якості проектних робіт і зв’язків проектувальників з виробничниками і експлуатаційниками.

Під час кожної стадії проектування виконують конкретні конструктивні заходи (прийоми) щодо забезпечення надійності виробів. Вирішальне значення для забезпечення надійності має правильний вибір принципу дії обладнання з урахуванням усіх фізичних та хімічних явищ, що є основою технологічних процесів за участю цього обладнання. Заміна механічних процесів на процеси іншого принципу дії (пневматика, магнетизм, біохімічні, гідравлічні тощо) може сприяти підвищенню показників надійності на порядок. У механічних гомогенізаторах, наприклад, жирові кулькі руйнуються за рахунок інтенсивних ударів. Тому в їхніх конструкціях є важконавантажені деталі, що швидко спрацьовуються і часто руйнуються. Гомогенізатори, які діють на основі розривання жирових кульок при стрибкоподібному переході з середовища з нормальним або підвищеним тиском у вакуум (вакуумні або кавітаційні), не мають таких швидкоспрацьовуваних деталей, тому їхня надійність є значно вищою, ніж механічних. Аналогічного ефекту досягають заміною механічного змішування магнітним, пневматичним або гідравлічним, використанням замість механічного транспорту засобів транспортування з іншим принципом дії.

Окрім розрахунків на міцність, стійкість і спрацювання, при проектуванні виробів обґрунтовується вибір різних виконавчих систем, раціонально підбираються матеріали деталей з урахуванням умов їхньої роботи: агресивності складу і температури середовища, динамічних навантажень, наявності збудників вібрацій тощо. До обладнання харчових виробництв ставляться специфічні вимоги, які потрібно враховувати при проектуванні, адже важкі умови роботи спричинюють його підвищене спрацювання і корозійне руйнування. Лімітуючими (з погляду надійності) здебільшого є вузли тертя і деталі, поверхні яких контактують з технологічними середовищами. Проблеми надійності цих деталей і вузлів розв’язуються за рахунок обґрунтованого вибору матеріалів і захисних покриттів. Причому для виготовлення обладнання можна використовувати лише матеріали, які допущені санітарними службами для застосування в контакті з продуктами харчування. Використовують також конструктивний захист деталей від середовищ. Для цього призначені сальники, захисні щити, ізолятори, відводи для середовищ та інші засоби. Надійно працюють вузли тертя з ізольованими, автономними системами змащування. Затрати, спричинені подібним ускладненням конструкції виробів, з надлишком компенсуються під час їх експлуатації.

Для зниження навантаженості деталей і вузлів удаються до розподілення навантажень. Наприклад, використовують пристрої, що забезпечують рівномірність подавання сировини чи продукції на технологічні лінії, поділ вантажопотоку на кілька ліній.

Відчутного пошкодження обладнанню харчових виробництв завдає корозія. Основним конструктивним заходом для боротьби з нею є відповідний вибір матеріалів або покриттів. Окрім традиційних металевих гальванічних (оксидних, нікелевих, хромових, цинкових) і неметалевих (полімерних, емалевих) покриттів впроваджуються відносно нові покриття різного складу і технології їх нанесення: термодифузійні й газоплазменні, нанесені в жевріючому електророзряді, електроіскрові та ін.

Одним із ефективних засобів захисту обладнання від корозії є установлення протекторів з активнішого металу, які змінюють електродний потенціал металевих деталей. Такі протектори влаштовують переважно в конструкціях апаратів. Наприклад, сталеві корпуси дифузійних апаратів бурякоцукрових заводів надійно захищаються протекторами з цинку.

До конструктивних заходів щодо забезпечення надійності виробів належить також спрощення конструкцій для забезпечення легкого демонтажу і монтажу вузлів при виявленні елементів, що відмовили, і під час виконання ремонтних операцій. Перспективними вважають конструкції у вигляді агрегатів, які у разі відмови повністю можна було б замінити новими або відремонтованими. Агрегати ж, що відмовили, можуть ремонтуватись автономно і не обмежувати використання технічних об’єктів. Наведені конструктивні заходи узагальнюють таким чином: підпорядкування конструкції виробу існуючій системі обслуговування і ремонту обладнання в галузі, що використовує це обладнання.

При проектуванні задається також система контролю і необхідних вимірювань виробів під час виробництва з тим, щоб гарантувати їх якість.

Читайте також:

1. Active-HDL як сучасна система автоматизованого проектування ВІС.
2. I період – адаптаційний.
3. I. Грецький період (друга половина VII — середина
4. IV-й період Римської держави ( ІІІ – V ст. н. е. ) – пізня Римська імперія
5. L2.T4/1.1. Засоби періодичного транспортування штучних матеріалів.
6. Ni - загальна кількість періодів, протягом яких діє процентна ставка ri.
7. VII. Етап проектування
8. VII. Етап проектування
9. Автоматизація проектування напівзамовлених ВІС.
10. Антропологічна періодизація первісної історії
11. Багатофазний однопівперіодний випрямляч
12. Байки першого періоду творчості (1850-1870 pp.).

Переглядів: 772