PREZENTACJAi remontów maszyn
Prowadzcy wykad: Cz I - Dr in. Marek Myczak – I-16 (pok.
B-8, tel.320-38-17 ) marek.mlynczak@pwr.wroc.pl
Cz II - Dr in. Zbigniew WASIAK- I-24, (pok. 2.15, tel. 320-27-81), zbigniew.wasiak@pwr.wroc.pl
2
Tematyka wykadu: Cz I 1. Pojcie eksploatacji technicznej. 2. Prakseologiczne i systemowe ujcie eksploatacji. 3. Proces eksploatacji. 4. Stan techniczny, zmienno parametrów
stanu technicznego. 5. Uszkodzenie, definicje, klasyfikacje. 6. Naprawialno obiektów technicznych.
3
4
• wyzyskiwanie, przywaszczanie zysków z cudzej pracy (eksploatacja niewolników),
• etap istnienia obiektu technicznego po wyprodukowaniu i przekazaniu odbiorcy do chwili kasacji (zomowania),
• uytkowanie i obsugiwanie obiektów technicznych zgodnie z ich przeznaczeniem.
Eksploatacja jest obszarem dziaania polegajcym na wykorzystaniu funkcji maszyn, urzdze i innych obiektów technicznych lub dziaaniami zwizanymi z utrzymaniem i przywracaniem ich do stanu pozwalajcego na spenianie ich funkcji.
5
• Obiektem moe by dowolna cz skadowa, element, przyrzd, podsystem, jednostka funkcjonalna, urzdzenie lub system, które mog by rozpatrywane indywidualnie.
• Obiekt moe by naprawialny (obiekt, który moe by naprawiony po wystpieniu uszkodzenia) lub nienaprawialny (obiekt, który nie moe by naprawiony po wystpieniu uszkodzenia).
• Sposób dziaania obiektu (sposób funkcjonowania) okrela zbiór wszystkich moliwych funkcji wypenianych przez obiekt.
• Funkcja lub zespó funkcji, których wypenienie przez obiekt jest niezbdne w celu wykonania danej usugi (zbioru funkcji oferowanych uytkownikowi) nazywana jest funkcj wymagan.
6
koncepcja spenienia potrzeby, dobór cech konstrukcyjnych (posta konstrukcyjna i ukad wymiarów)
realizacja celów
Eksploatacja (wg PN-82/N-04001) jest to: zespó celowych dziaa organizacyjno-technicznych i ekonomicznych ludzi z obiektami technicznymi oraz wzajemne relacje wystpujce midzy nimi od chwili przejcia obiektu do wykorzystania zgodnie z przeznaczeniem a do jego likwidacji.
8
• Eksploatacja matematyczna - modelowanie matematyczne zjawisk eksploatacyjnych; modele decyzyjne, programowanie, cybernetyka, teoria systemów.
• Eksploatacja do wiadczalna - badanie eksperymentalne zjawisk zachodzcych podczas eksploatacji; teoria eksperymentu, praktyczne modele decyzyjne, symulacja cyfrowa.
• Eksploatacja techniczna - modelowanie fizyki zjawisk eksploatacyjnych.
9
• teoria degradacji (modelowanie zjawisk starzeniowych w obiektach o dugim czasie eksploatacji),
• tribologia (obserwacje i modelowanie procesów zuycia, smarowanie, materiay smarne),
• diagnostyka techniczna (okrelanie i przewidywanie stanu technicznego obiektu),
• niezawodno obiektów i systemów technicznych (modelowanie uszkodze, badanie i ocena niezawodnoci, wpyw warunków otoczenia na eksploatacj, ocena czowieka w systemie technicznym),
• bezpieczestwo w systemie technicznym (metody identyfikacji zagroe, analizy, oceny i akceptacji ryzyka, zarzdzanie bezpieczestwem, wpyw zachowa czowieka na zagroenia w systemie technicznym).
10
ACUCH DZIAANIA: = <x, y, z> x - podmiot dziaania (kady obiekt rzeczywisty, który bdc wiadomy celu moe inicjowa i podejmowa dziaanie - czowiek), y - porednik dziaania (kady obiekt rzeczywisty, który nadaje si do przekazywania dziaania - np. pojazd, narzdzie), z - przedmiot dziaania (kady obiekt rzeczywisty, na którym mona zlokalizowa dziaanie - pasaer, maszyna).
y zx
acuch dziaania jest acuchem u ytkowania jeli obiekt (maszyna, urzdzenie) jest porednikiem dziaania:
u= <x, M, z>
o= <x, y, M>
12
acuch dziaania sprzgnity z otoczeniem tworzy UKAD DZIAANIA: U= <, O>
y
x
penego przepywu)
22 mycie
S→T
gdzie: S- zbiór stanów procesu eksploatacji, T- zbiór czasów procesu eksploatacji.
Stan procesu jest zbiorem wyrónionych, najistotniejszych parametrów opisujcych system (obiekt).
S: C , ,…, .
Stany przebiegaj w czasie, natomiast zmiana stanu nastpuje w wyniku zdarzenia.
18
1 1 1 0 0
0 1 1 1 0
1 1 1 1 1
0 0 0 1 1
1 1 0 0 1
ΠΠΠΠ=
20
Wyróniamy 2 stany ze wzgldu na funkcj obiektu: zdatno i niezdatno Mona dalej dekomponowa: 2 podstany obsugiwania i 4 podstany uytkowania. Kady z podstanów (stanów) moe by dalej dekomponowany w zalenoci od celu analizy i dostpnych danych o czasach ich realizacji
stan niezdatnoci stan zdatnoci
oczekiwanie na obsug
21
Przykadowymi stanami pracy dla pojazdu s: •stan zaadunku (adowanie towaru, wsiadanie pasaerów), •stan jazdy ustalonej, •stan postoju w ruchu wymuszonym (np. zatrzymanie przed sygnalizacja wietln na skrzyowaniach), •stan rozadunku (wyadowanie towaru, wysiadanie pasaerów).
l.p. nazwa stanu oznaczenie zmiennej
1 oczekiwanie na prac T11
2 dojazd/zjazd do miejsca zaadunku T12
3 postój w zaadunku/wyadunku T13
4 praca efektywna (np. jazda z adunkiem) T14
5 oczekiwanie na obsug T21
6 obsuga T22
Cykl pracy samochodu ciarowego o dopuszczalnej adownoci Q=5 Mg, z uwzgldnieniem przebiegów i przewiezionych adunków. Odpowiednie czasy trwania poszczególnych stanów zamieszczono w tabeli.
14
13
12
11
21
22
stan
warto skumulowana
oznacz. 1 2 3 4 5
1 oczekiwanie na prac T11 [h] 3 7 3 5 5 23
2 dojazd/zjazd do miejsca zaadunku T12 [h] 2 1 1 1 5
3 postój w zaadunku/wyadunku T13 [h] 3 2 2 2 9
4 praca efektywna (np. jazda z adunkiem)
T14 [h] 9 8 17
5 oczekiwanie na obsug T21 [h] 2 2
6 obsuga T22 [h] 8 4 12
7 przebieg pusty L12 [km] 43 18 8 21 91
8 przebieg z adunkiem L14 [km] 210 170 380
9 masa przewiezionego adunku Q [Mg] 4,6 3,8 8,4
24
1 czas pracy nieefektywnej TPNE=14 godz
2 czas pracy TP=31 godz
3 czas uytkowania (zdatnoci) TU=54 godz
4 czas obsugiwania (niezdatnoci) TO=14 godz
5 wskanik efektywnego wykorzystania czasu pracy keP=0,55
6 wskanik efektywnoci obsugiwania keN=0,86
7 wskanik gotowoci technicznej kg=0,74
8 praca przewozowa P=3192 tkm
9 rednia prdko techniczna VT=21,4 km/godz
10 rednia prdko eksploatacyjna VE=15,9 km/godz
11 wskanik wykorzystania przebiegu kL=0,81
12 wskanik dynamicznego wykorzystania adownoci kDQ=0,85
25
METODY ZARZADZANIA
METODY ZARZADZANIA
METODY ZARZADZANIA
32
33
METODY ZARZADZANIA
2 ZAKAD EKSPLOATACJI TRAMWAJÓW NR I UL. KAMIENNA 74
3 ZAKAD EKSPLOATACJI TRAMWAJÓW NR II UL. SOWIA SKA 16
4 ZAKAD EKSPLOATACJI TRAMWAJÓW NR IV UL. POWST. LSKICH 209
5 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
7 DZIA ZAMÓWIE I UMÓW ul. B. Prusa 75-79
35
METODY ZARZADZANIA
METODY ZARZADZANIA
Tramwaj w ruchu (sygnalizator wskazuje pooenie zwrotnicy i jej blokad)
39
METODY ZARZADZANIA
METODY ZARZADZANIA
METODY ZARZADZANIA
METODY ZARZADZANIA
METODY ZARZADZANIA
smarujcych. Degradacja i starzenie izolacji (utlenianie). Parowanie, wysychanie tworzyw sztucznych. Odgazowywanie.
Ograniczanie iloci ciepa (izolacja, chodzenie), rozdzielanie i eliminowanie róde ciepa na etapie projektowania (róda ciepa: maszyny cieplne, urzdzenia elektryczne i elektroniczne, tarcie, ciepo otoczenia).
N is
Podgrzewanie, poprawa izolacyjnoci. Uycie lepszych materiaów zapewniajcych odporno na nisk temperatur. Niska temperatura najczciej jest efektem oddziaywania otoczenia (temperatura, dua wysoko) lub nieodpowiedniej izolacji.
C ie
p ln
e o
b ci
en
Ogranicza lub eliminowa niedopasowanie wspóczynników rozszerzalnoci cieplnej wspópracujcych elementów (staranny dobór materiaów). Stosowa odpowiedni tolerancj. Zgodno wspóczynników rozszerzalnoci cieplnej wspópracujcych elementów zapewnia ma wraliwo na uszkodzenia cieplne.
50
y Nage rozszerzanie i kurczenie elementów moe powodowa: pkanie, przebicia, uszkodzenia uszczelnie, zmiany parametrów.
Ogranicza lub eliminowa niedopasowanie wspóczynników rozszerzalnoci cieplnej wspópracujcych elementów. Stosowa odpowiedni tolerancj. Gradient wysokiej temperatury moe by destrukcyjny i zwykle wynika z nagych przej obiektu midzy skrajnie rónymi warunkami otoczenia.
U d
ar m
ec h
an ic
zn y
Oddziaywanie midzy elementami obiektu, cige odksztacanie wynikajce z przecienia. Zmczenie.
Stosowa lepsze materiay (sztywniejsze i lejsze, jak tylko to moliwe). Stosowa elementy tumice. Nadbudowa (obiekt) powinna by sztywniejsza ni konstrukcja wsporcza. Stosowa sztywn podstaw, jeli czstotliwo drga wasnych jest wysza ni 35 Hz. Przesya energi raczej ni j tumi. Moe by wywoana na skutek bdów w transporcie, nierównomiernoci napdu, w wyniku eksplozji czy wybuchów
51
Usztywni struktur mechaniczn, obnia momenty bezwadnoci, sterowa czstotliwoci rezonansow (obniy/podnie w celu oddalenia od czstotliwoci drga wasnych). Drgania wynikaj z niedopasowania czstotliwoci drga wasnych z rezonansowymi. Niewaciwe elastyczne zawieszenie moe nawet pogarsza skutki drga.
W ilg
o tn
Uszkodzenie izolacji organicznej (absorpcja wody i rozszerzalno). Korozja. Intensyfikacja procesów chemicznych. Rozrost grzybów i pleni.
Stosowa waciwe materiay odporne na wilgo. Stosowa pokrycia ochronne. Materiay pochaniajce wilgo mog absorbowa SO2 lub inne korozyjne substancje degradujce materiay konstrukcyjne.
W ys
o ki
e/ n
is ki
e ci
n ie
n ie
Zwikszy wytrzymao mech., zwikszy intensywno wentylacji. Stosowa sprzt cinieniowy. Poprawi przepyw ciepa. Ograniczy uycie materiaów organicznych. Waciwie izolowa urzdzenia wysokonapiciowe.
52
Stosowa filtry powietrza, hermetyczne uszczelnienia. Stosowa pokrycia ochronne. Urzdzenia powinny by odporne na wnikanie maych czstek w szczeliny, oyska, zcza. Urzdzenie powinno by odporne na podmuchy piasku o granulacji 150-850 μm bez wpywu na ich wydajno, niezawodno i obsugiwalno.
S p
ra y
so ln
W zetkniciu z wod mog si tworzy kwane/zasadowe roztwory. Przypieszona korozja metali. Przypieszony efekt galwaniczny spowinowaconych metali.
Stosowa pokrycia ochronne. Stosowa hermetyczne uszczelnienia. Unika stosowania odmiennych metali (unikanie tworzenia ogniw). Sól jest wysoko agresywn substancj chemiczn wystpujc w wodzie morskiej, powietrzu i w glebie.
P ro
m ie
n io
53
KOSZTY UYTKOWANIA
KOSZTY KASACJI
Stan techniczny obiektu definiuje si zbiorem wartoci parametrów. Zbiór C jest podzbiorem wszystkich parametrów opisujcych obiekt, sporód których tylko cz jest wana z punktu widzenia opisu stanu technicznego. Kryteriami wyboru parametrów s najwaniejsze w eksploatacji cechy obiektu, do których zalicza si: spenienie funkcji oraz bezpieczestwo. Parametry decydujce o funkcji i bezpieczestwie mog by sklasyfikowane jako [Mil-Std 1629]: krytyczne: decydujce o bezpieczestwie czowieka i rodowiska
naturalnego lub bezpowrotnej utracie obiektu, wane: znaczco wpywajce na zdrowie czowieka i znaczne
obnienie funkcjonalnoci, maowane: nieznacznie, odwracalnie obniajce funkcjonalno, nieistotne: nie wpywajce na bezpieczestwo i funkcjonalno
obiektu. 54
[ ]1 1( ) ( ), ( ),..., ( )nC t c t c t c t=
55
t
1. rozerwanie, rozdarcie 17. zy, bdny rozruch 2. zgicie, zmicie 18. niemono zatrzymania 3. wibracja, drganie 19. niemono uruchomienia 4. bdne wskazanie 20. niemono przeczenia
5. nie mono otwarcia 21. przedwczesne zadziaanie 6. nie mono zamknicia 22. opónione zadziaanie 7. niepene otwarcie 23. bd zasilania (zbyt mae) 8. niepene zamknicie 24. bd zasilania (zbyt due) 9. wyciek, wypyw wewntrzny 25. bd na wyjciu (zbyt mae)
10. wyciek, wypyw zewntrzny 26. bd na wyjciu (zbyt due) 11. przekroczenie granic tolerancji w gór 27. brak zasilania 12. przekroczenie granic tolerancji w dó 28. brak na wyjciu 13. niepene dziaanie 19. zwarcie elektryczne 14. przerywane, niepewne dziaanie 30. przerwa w obwodzie elektrycznym 15. "dziwne", nieoczekiwane dziaanie 31. upyw prdu 16. brak pozycjonowania, nie
utrzymywanie ustalonej pozycji 32. inne wyjtkowe postaci uszkodze mogce pojawi
si w odniesieniu do charakterystyk komponentu, jego wymaga i wizów
63
−poziom zoonoci uszkodzonego obiektu, −relacje funkcjonalne, −struktura niezawodnoci, −struktura bezpieczestwa,
2. faza zakóconego procesu eksploatacji
−parametry stanu (wielkoci geometryczne, wielkoci fizyczne, wasnoci materiaowe, itp.), −wartoci krytyczne parametrów stanu, −czasy przebywania w stanach: wymagane, rzeczywiste,
3. charakterystyka czstoci pojawiania si uszkodzenia
−czas do/midzy uszkodzeniami (wartoci liczbowe, rozkady prawdopodobiestwa czasu do uszkodzenia), −intensywno uszkodze,
4. charakterystyka czasu odnowy
64
6. rodzaj uszkodzenia −zamanie, zgicie, przebicie, zatarcie, nadmierny luz, −brak ruchliwoci, nadmierna ruchliwo,
7. skutek uszkodzenia −zagroenie dla ludzi, rodowiska, −utrata obiektu, −strata produkcji, −uszkodzenia wtórne innych obiektów,
8. sposób odnowy −wymiana, −regeneracja, −regulacja, −naprawa zoona,
9. koszt bezporedni i poredni zwizany z uszkodzeniem
−koszt utraty obiektu, −koszt utraty funkcji (koszt utraconej produkcji, usugi, zaburzenie dziaania innych systemów).
65
• uszkodzenie cz ciowe (partial failure) - uszkodzenie powodujce niezdolno obiektu do wypeniania niektórych, lecz nie wszystkich wymaganych funkcji.
• uszkodzenie degradacyjne (degradation failure) - uszkodzenie, które jest jed- noczenie uszkodzeniem stopniowym i uszkodzeniem czciowym.
• uszkodzenie istotne (relevant failure) - uszkodzenie, które naley wzi pod uwag przy interpretowaniu wyników bada lub eksploatacji oraz obliczaniu wartoci wskaników niezawodnoci. Naley ustali kryteria uwzgldniania omawianych uszkodze.
• uszkodzenie katastroficzne (cataleptic failure) - uszkodzenie nage powodujce cakowit niezdolno obiektu do wypeniania wszystkich wymaganych funkcji.
• uszkodzenie krytyczne (critical failure) - uszkodzenie, stwarzajce zagroenie dla ludzi, pocigajce za sob znaczne straty materialne lub inne niedopuszczalne skutki.
66
• uszkodzenie niekrytyczne (non-critical failure) - uszkodzenie, nie stwarzajce zagroenia dla ludzi, nie pocigajce za sob znacznych strat materialnych ani innych niedopuszczalnych skutków. Nieuszkadzalno jest rozumiana jako zdolno obiektu do poprawnego dziaania nie przerwanego uszkodzeniem. W sensie ilociowym nieuszkadzalno moe by wyraona np. jako prawdopodobiestwo, e obiekt bdzie dziaa bez uszkodzenia w okrelony sposób, w okrelonych warunkach i w okrelonym.
• uszkodzenie pierwotne (primary failure) - uszkodzenie obiektu nie spowodowane bezporednio ub porednio przez uszkodzenie lub niezdatno innego obiektu.
• uszkodzenie starzeniowe (ageiag failure) - uszkodzenie, którego prawdopodobiestwo wystpienia zwiksza si z upywem czasu jako wynik procesów zachodzcych wewntrz obiektu.
67
• uszkodzenie systematyczne (systematic failure) - uszkodzenie o okrelonej przyczynie, która moe by usunita tylko za pomoc modyfikacji projektu, konstrukcji, procesu wytwarzania, sposobu eksploatacji, dokumentacji obiektu lub in- nych istotnych czynników. Obsuga remontowa bez modyfikacji zazwyczaj nie eliminuje przyczyny uszkodzenia. Uszkodzenie systematyczne mona spowodowa celowo symulujc przyczyn uszkodzenia.
• uszkodzenie wskutek b dów produkcyjnych (manufacturing failure) - uszkodzenie spowodowane niezgodnoci procesu produkcyjnego z projektem obiektu lub okrelonym procesem wytwarzania.
• uszkodzenie wskutek b dów projektowych (design failure) - uszkodzenie powstae wskutek niewaciwego zaprojektowania obiektu.
• uszkodzenie wskutek maej odporno ci (weakness failure) - uszkodzenie powstae wskutek maej odpornoci samego obiektu, w przypadku gdy jest on uytkowany w warunkach narae nie przekraczajcych narae dopuszczalnych dla obiektu. Maa odporno moe by inherentna lub nabyta.
68
• uszkodzenie wskutek niewa ciwego u ytkowania (misuse failure) - uszkodzenie powstae wskutek uytkowania obiektu w warunkach narae przekraczajcych naraenia dopuszczalne dla tego obiektu.
• uszkodzenie wtórne (secondary failure) - uszkodzenie obiektu spowodowane bezporednio lub porednio przez uszkodzenie lub niezdatno innego obiektu.
• uszkodzenie zupene (complete failure) - uszkodzenie, które powoduje cakowit niezdolno obiektu do wypeniania wszystkich wymaganych funkcji.
69
czyszczenie, smarowanie, regulacja, kalibracja, naprawa, wymiana
Czy OK Czy OK
okresem wymian, • obsugiwanie w zalenoci od stanu obiektu, • obsugiwanie grupowe.
71
t
Obsug codzienn przeprowadza operator maszyny, a sprawdzenie stanu technicznego potwierdza wpisem do ksiki obsug (ruchu) urzdzenia.
73
Obsugi planowe OT-1, OT-2, OT-3, OT-4, OT-5, OW wykonuje si po przepracowaniu przez urzdzenie odpowiedniego czasu, liczonego w kilometrach, godzinach, motogodzinach lub litrach oleju napdowego zuytego przez silnik (podnoniki montaowe) lub w zalenoci od licznika montowanego w maszynie. W trakcie dziaa obsugowych likwiduje si równie drobne uszkodzenia, których czas naprawy nie przekracza jednej zmiany.
Obsuga planowa OT-1: smarowanie elementów mechanizmów roboczych: przegubów, oysk, sworzni, itp. sprawdzenie i regulacja ukadów zawieszenia, czy np. nacigów gsienic, sprawdzenie i uzupenienie poziomu elektrolitu w akumulatorach, sprawdzenie i uzupenienie poziomu oleju w podzespoach i innych pynów eksploatacyjnych, sprawdzenie i regulacja pasów klinowych, czyszczenie/wymiana filtrów.
74
Obsuga OT-2 obejmuje czynnoci OT-1 oraz dodatkowo, np.: wymiana oleju w silniku oraz filtrów oleju, dokonywane kadorazowo lub po uzyskaniu wyników laboratoryjnej analizy wasnoci oleju, wymiana oleju w skrzyni biegów i wkadów filtra, wymiana oleju w mechanizmach roboczych, oczyszczanie zbiorników paliwa/odstojników zbiornika paliwa.
Okresy midzyobsugowe OT-3, OT-4, OT-5 stanowi z reguy kolejne wielokrotnoci okresów OT-2. Gówne czynnoci polegaj na sprawdzeniu i regulacji poszczególnych podzespoów, smarowaniu trudno dostpnych elementów, wymianie pynów eksploatacyjnych i filtrów.
Obsuga zimowa (OZ) wykonywana jest cznie z najblisz obsug OT. Ma na celu sprawdzenie i zapewnienie parametrów maszyny, krytycznych dla jej dziaania w okresie zimowym (np. dziaanie ogrzewania, krzepliwo pynu chodzcego czy te stan naadowania akumulatora).
Tematyka wykadu: Cz II 1. Metody i modele optymalizacji zapasów 2. Racjonalna gospodarka remontowa 3. Regeneracja czci maszyn 4. Diagnostyka i prewencja w eksploatacji
maszyn 5. Ekologiczne aspekty eksploatacji maszyn Materiay: strona - www.obrabiarki.pwr.wroc.pl Logowanie: student, haso: pwr2011 Dzia: Download i szuka: Remonty (wykad)-> MBM III rok
75
Eksploatacja maszyny (np. samochodu) wie si z koniecznoci ponoszenia wielu kosztów i nakadów umoliwiajcych jej dziaanie oraz by wyduy czas bezawa- ryjnej jej pracy, zminimalizowa liczb awarii i aby uzyska wymierne korzyci materialne. Nie wystarczy tylko zakupi maszyn i uytkowa j do momentu gdy osignie stan niezdatnoci do pracy. Z jej eksploatacj wie si zatem (p. rys. poniej): 76
77
-wdroenie waciwej gospodarki konserwacyjno- remontowej,
- diagnozowanie stanu maszyny i urzdze peryferyjnych,
-regeneracja czci - zwykle w okresie remontu maszyny lub przygotowania do jego przeprowadzenia,
-oddziaywanie maszyny na obsug i na otoczenie (rodowisko), co okrela si dzi pojciem „ekologiczna eksploatacja”.
Wymienione zagadnienia (rys. 1) bd tematami drugiej czci wykadu.
Aby zapewni waciwe uytkowanie maszyn konieczne jest tworzenie zapasów materiaów eksploatacyjnych i czci zamiennych. Podstaw do wyznaczenia norm zapasu s:
- program produkcyjny przedsibiorstwa, ze szczegóowym rozbiciem na pozycje potrzebnych materiaów eksploatacyjnych,
- znajomo awaryjnoci eksploatowanego parku maszynowego i planu remontów,
- techniczne moliwoci regeneracji, bezporednio w zakadzie uytkownika lub drog kooperacji,
- sezonowo dostaw. 78
-Metody statystyczne bazuj na zaoeniu, e procesy eksploatacyjne powtarzaj si cyklicznie, obliczanie zapasów prowadzi si na podstawie danych z ubiegych okresów, - Metody techniczne bazuj na technicznych charakterystykach uytkowanych maszyn, (np. normatywne zuycie paliwa), Metody techniczno-ekonomiczne - zapewniaj minimalny koszt zwizany z zaopatrzeniem. 79
Metody techniczno -ekonomiczne to np.: - opracowana w USA metoda Wilsona, - metoda staej wielkoci zamówie (dostaw), - metoda staego cyklu zamawiania, - metoda ABC, - metoda JIT (dokadnie na czas). Metoda Wilsona rozwizuje problem podziau Q jednostek towaru, zuywanego w rozpatrywanym okresie T (p. rys.2), na takie partie q, dostarczane jednorazowo, aby czny koszt zakupu i magazynowania towaru by najmniejszy.
80
81
okres T
W metodzie Wilsona przyjmuje si zaoenia, e: - zuycie zakupywanego asortymentu
w okresie T jest niezmienne, - koszty zakupu kz i magazynowania
km jednostki towaru s stae, - wielko jednorazowej dostawy q
jest staa, - dostawy nastpuj co okres τ, - redni zapas towaru w magazynie
wynosi q/2, - optymaln wielko jednorazowej
dostawy q* towaru mona obliczy ze wzoru podanego na wykresie.
Rys.2. Zapas w funkcji czasu wg metody Wilsona
82
Przykad: Wyznaczy optymaln wielko partii dostaw silników do montau samochodów na okres T = 1 rok dla danych: kz = 1000 z. – koszt jednorazowej dostawy silników, km = 120 z. – koszt magazynowania silnika w roku, Q = 2400 silników montowanych w cigu roku,
83
Metoda staej wielko ci zamówie zwana te metod dwóch pojemników . Warto zapasu minimalnego z min ≥≥≥≥ Dzmax •••• tzdmax
Rys.3. Graficzny obraz zmiany zapasu w metodzie staej wielkoci zamówie
84
Metoda staej dugo ci cyklu zamawiania p olega na przyjciu dla kadego asortymentu czci lub materiaów staego odstpu czasu Tc midzy skadaniem kolejnych zamówie. Odstp ten nazywany jest cyklem zamawiania.
85
Ilociowy udzia zapasów w metodzie ABC A 5 - 10% B ~ 20% C 70 - 75%
Ilociowy udzia zapasów w metodzie ABC A 5 - 10% B ~ 20% C 70 - 75%
W metodzie ABC uwzgldnia si dwa kryteria podziau zapasów: - udzia danego asortymentu w ogólnej iloci i wartoci zapasów, - czstotliwo dokonywania zamówie. Cao zapasów dzieli si na trzy grupy A, B i C. Grupa A : duy koszt jednostkowy materiaów zmusza do ustalania indywidualnych
norm zapasów. Grupa B: dla tej grupy zapasów opracowuje si wskaniki wyraane w dniach, a
nawet tygodniach oraz wartociowe normy grupowe. Grupa C: ustala si wspólny wskanik zapasu na duszy okres czasu np.
miesi cznie lub kwartalnie , jak równie wartociow norm zapasu.
86
Metoda „dokadnie na czas” (JIT – just in time) Walka o obnienie kosztów produkcji oraz o nowe rynki zbytu doprowadzia do koncepcji „dokadnie na czas” (just in time), okrelan skrótem JIT. Koncepcja ta zakada dostarczanie materiaów i czci w cile okrelonych ilociach, dokadnie w czasie kiedy firma ich potrzebuje. System taki mona stosowa dla dostaw wewntrz zakadu jak i dla dostaw zewntrznych. Gówne zaoenia i zarazem zalety tej metody to: 1 - brak zapasów, 2 - szybka realizacja zamówienia, 3 - maa ilo dostarczanych materiaów i czci, 4 - wysoka jako produkcji. Koncepcja tej metody jest cile zwizana z rozwojem technologii informatycznych.
87
Stosowanie metody JIT wykazuje korzystne efekty: - redukcja zapasów materiaów i rodków o 50 do 70%, - redukcja zapasów wyrobów gotowych o ponad 30%, - skrócenie cyklu produkcyjnego o okoo 40%, - synchronizacja zaopatrzenia z produkcj w
granicach 4 godzin do 2 dni, - wzrost produktywnoci o 25%, - wzrost poziomu obsugi klienta. Nakady zwizane z wprowadzeniem systemu zwracaj si po 8-12 miesicach jego funkcjonowania.
88
89
Ad. a) konserwacj biec wykonuje operator maszyny, Ad. b) dorane usuwanie nieprawidowoci w dziaaniu maszyn,
ukadówsterowania, drobne naprawy, Ad. c) maj na celu okrelenie zakresu najbliszego remontu i jego
terminu, Ad. d) remont biecy polega na wymianie szybko zuywajcych
si czci, Ad. e) remont redni ma szerszy zakres, moe siga do 30%
wartoci remontowanego obiektu, Ad. f) naprawa gówna (remont kapitalny) maszyny stacjonarnej
wie si zwykle ze zdjciem jej z fundamentówi cako- witym jej demontaem, koszt do 70%wartoci maszyny.
90
prewencja czyli zapobieganieoraz regeneracja czyli odnowa
91
maszyn, b) wykonanie remontów po okrelonej z góry liczbie
godzin pracy, c) przywracanie maszynie pierwotnego resursu pracy, d) ustalenie statystycznych normatywów remontowych,
tak pod wzgldem zakresu robót, ich pracochon- noci, jak i kosztu - jako wielkoci wyjciowych przy ustalaniu planu remontów.
92
Cykl remontowy na osi czasu przedstawia si nastpujco: K P B P B P S P B P B P S P B P B P K
→ c z a s Gdzie : K – remont kapitalny, P – przegld, B – remont biecy, S – remont redni. Dla obrabiarek cykl remontowy TCR, wyznaczony przez dwa kolejne remonty kapitalne (K), zawiera: 9 przegldów (P), 6 remontów biecych (B) i 2 remonty rednie (S). Zakadajc trwao maszyny 24.000 h to przegld P lub remont B, S, lub K naley wykonywa co Tp = TCR/(Ip+Ib+Is+1) = 24.000/(9+6+2+1) = 1.333 h, za czas midzy remontami B wynosi 2.667h, a remontami S wynosi 8.000h.
93
94
Systemremontów poprzegldowych (SRP) stosuje si gównie w zakadach o ruchu cigym (hutnictwo, przemys chemiczny). Zapewnia on cigo ruchu maszyn oraz przygotowanie organizacyjne i techniczne do wykonania remontu w jak najkrótszym czasie. Procedura postpowania jest nastpujca: - wytypowanie maszyny do przegldu, - przegld okrela zakres remontu, dokonuje si wtedy drobnych
napraw, maszyn dalej si uytkuje przygotowujc czci zamienne i materiay, organizacj, ustala termin remontu.
- szybko wymienia si zakwestionowane kompletne zespoy w miejscu pracy maszyny.
95
System moduowych remontów (SMR) wychodzi z zaoenia,e o niezawodnoci maszyny decyduje niezbyt liczna grupa elementów. Podzespó lub zespó zawierajcy taki element nazwano moduem. Gospodarka remontowa prowadzona systememremontów moduowych ma charakter prewencyjny i opiera si na zaoeniue: - znane jest prawdopodobiestwo czasu poprawnej pracy istotnych
niezawodnociowo elementów, - koszty takiego remontu s mniejsze od kosztów i strat
ponoszonych przy remoncie poawaryjnym, - czas remontu (wymiana moduu) jest krótszy ni czas naprawy
moduu.
96
Remont kapitalny Pracochonno i koszty remontu maszyn zale od sposobu jego przeprowadzenia, od wyposaenia wydziaów remontowych oraz kwalifikacji robotników. Pod wzgldem organizacyjnym naprawy gówne wykonuje si: - w zakadzie producenta maszyny – pracochonno i koszty niskie, - w specjalistycznych bazach remontowych, niemal kada brana ma
zakady remontowe dla uytkowanych maszyn (np. ZNTK), - na wydziale remontowym zakadu uytkujcego maszyn. Jeli taki
wydzia istnieje to remontuje on wszystkie uytkowane maszyny, wany jest wskanik typizacji maszyn.
97
Ekonomiczna granica nakadówna remont kapitalny: Dla maszyn niezamortyzowanych naley okreli: - warto pocztkowmaszyny (Wp), - warto likwidacyjn (Wl), - fundusz amortyzacyjny (A), zwany wprost amortyzacj, - warto niezamortyzowanWn, - zaoon trwao tn maszyny, ustalan w procesie konstruowania, - liczb lat pracy n, a nastpnie obliczy warto R = 1 - n/tn (wspóczynnik ekono- micznej opacalnoci remontu maszyn niezamortyzowanych) oraz maksymalny koszt remontu Km=Wp·R. Jeli uzgodniony koszt remontu Kp jest mniejszy od maksymalnego (Kp<Km) to remont jest opacalny.
98
W przypadku maszyn unikatowych i drogich, dla których upyn czas amortyzacji, przy okrelaniu kosztu remontu naley wzi równie pod uwag: a) moliwo poczenie remontu kapitalnego z moderni-
zacj obiektu, b) stopiemoralnego zuycia maszyny, c) stop inflacyjn, d) warto likwidacyjnmaszyny, e) wykorzystanie maszyny zgodnie z przeznaczeniem, f) organizacyjno-techniczny poziomgospodarki konser-
wacyjno-remontowej.
99
polega na rejestracji rocznych kosztów utrzymania Ko obiektu i dodawaniu ich do kosztu nabycia maszyny Wp, co pozwala, w dowolnym czasie, na okrelenie przecitnych rocznych kosztów utrzymania Kop. Jeeli po n latach biece koszty utrzymania Ko(n)
zrównaj si z przecitnym, rocznym kosztem utrzymania Kop(n), to dalsza eksploatacja maszyny staje si nieopacalna
1 2 3 4 5 6 7 8
5000
10000
15000
20000
25000
Z powyszego rysunku wynika, e po siedmiu latach eksploatacji dalsze uytkowanie maszyny jest nieopacalne
100
- zapobiegania przedwczesnemu zomowaniu, - agodzenia lub likwidacji deficytu czci zamiennych, - przywracania wartoci uytkowej czciom drogim i
trudnodostpnym (np. z importu), - skracania czasu remontu.
W zalenoci od charakteru zuycia, rodzaju materiau z jakiego wykonana jest cz maszynowa, kosztu samej czci i kosztu jej regeneracji oraz bdcych do dyspozycji rodków technicznych, stosuje si regeneracj przez:
101
- zastosowanie tzw. wymiarów remontowych, - uycie dodatkowych elementów, - obróbk plastyczn, - klejenie, kitowanie, galwaniczne i chemiczne
nanoszenie warstw (regeneracja „na zimno”), - spawanie, napawanie, fluidyzacja (regeneracja
„na gorco”).
102
U podstaw tej metody ley kojarzenie parami elementów, dla zapewnienia okrelonej wartoci luzu. Selekcj czci dokonuje si w zbiorach elementów tworzcych par. Wymiar nominalny kojarzonych czci jest ten sam, róne za jednak wielko i pooenie pól tolerancy- jnych. Uwzgldniajc normalny rozkad rozrzutu wymiarów mona, przez odpowiedni selekcj czci, skojarzy pary, dla których uzyska si podan warto luzu.
1. Regeneracja przez zamian par kojarzonych Poniszy rysunek pomaga objani zasad tej regeneracji
103
2. Regeneracja przez stosowanie wymiarów remontowych polega na odtworzeniu poprzez obróbk mechaniczn prawidowych ksztatów, tego samego rodzaju pasowania oraz chropowatoci powierzchni, przy jednoczesnej zmianie wymiaru nominalnego, wanej funkcjonalnie pary roboczej - np. toka i otworu w cylindrze. Jedn ze zuytych powierzchni poddaje si obróbce skrawaniem, otrzymujc nowy wymiar, nazywany wymiarem remontowym- mniejszy dla czopów, wikszy dla otworów (rys. poniej). W praktyce stosowane s wymiary remontowe znormalizowane i swobodne. Wymiary remontowe wyznacza si z uwzgldnieniem zuycia (p. rys.), dotyczcego wymiaru nominalnego i zmiany ksztatu.
104
dr1 i Dr1 – znormalizo- wane (bd nie) wymiary remontowe dla waka i otworu, dn i Dn - nominalne wymiary waka i otworu czci nowych, δmax i δmin – maksy- malne i minimalne zuycie, x – naddatek na obróbk
dr1 = dn - 2(δδδδmax + x) Dr1 = Dn + 2(δδδδmax + x)
Wymiary remontowe, odpowiednio dla waka i otworu, maj warto:
105
3. Regeneracja z zastosowaniem elementów dodatkowych Najczciej stosuje si elementy dodatkowe kompensujce zuycie. S to przewanie tulejki (rys. obok), ale mog nimi by równie listwy, nakadki, a take nieregularne fragmenty czci.
Przykady: tulejowania szycia i wzmacniania klamrami
106
107
4. Regeneracja z zastosowaniem obróbki plastycznej Zastosowa j mona wycznie do regeneracji czci maszyn wykonanych z plastycznych metali. Polega ona na wywoaniu takiego stanu naprenia, który powoduje przekroczenie granicy plastycznoci i pynicie materiau w kierunku zuytej powierzchni kosztem ubytku tego materiau w strefach mniej istotnych.
Do metod obróbki objtociowej zali- cza si: spczanie, rozpieranie, rozta- czanie, wyciganie i zwanie.
108
Do metod regeneracji poprzez obróbk plastyczn zalicza si równie prosto- wanie i gicie. Mona je wykonywa na zimno lub na gorco, statycznie lub dynamicznie. Regeneracj tego typu stosuje si najczciej do przedmiotów cienkociennych (np. usuwanie szkód powypadkowych karoserii samocho- dowych).
Prostowanie cieplne polega na lokalnym podgrzaniu elementu w okrelonych miejscach, których skurcz powoduje odksztacenie w kierunkach przeciwnych do odksztacenia pierwotnego.
109
5. Materiay kompozytowe i kleje Osnow speniaj w nich gównie ywice syntetyczne. Aby nada im róne waciwoci fizyczne czy si je z rónymi rodkami modyfiku- jcymi. Najczciej napeniaczami s proszki metali lub ich stopów, zwizki organiczne i pochodzenia mineralnego (proszki ceramiczne). Do opakowa z tymi materiaami doczone s instrukcje podajce waciwoci, zakres stosowania i zasady aplikacji. Zstosowania: - naprawa pknitych korpusów, bloków, pokryw, zbiorników, - uszczelnienie instalacji wodnych, powietrznych, technologicznych, - regeneracja zuytych czopów waów i wybitych gniazd oyskowych, - uzupenianie ubytków oraz uszczelnianie odlewów, - odbudowa zuytych erozyjnie i korozyjnie elementów maszyn i instalacji (korpusy
pomp, zawory, wirniki), regeneracja rowków wpustowych, - uszczelnianie zczy zbiorników i spoin, osadzanie tulei (panwi), - regeneracja pocze gwintowych, usuwanie werów erozyjnych i korozyjnych.
110
Do regeneracji na zimno stosuje si materiay o nazwie LOCTITE. S to szybkowice produkty anaerobowe i kleje cyjanoakrylowe. Loctite szybkowice s proste w uyciu, bez mieszania skadników. Nanosi si je prosto z tubki, zastygaj szybko, bez podgrzewania czy stosowania podwyszonych cinie. Odporne na wilgo, temperatur i rozpuszczalniki, obojtne chemicznie.
Loctite anaerobowe, zastygaj po odciciu dopywu tlenu w kontakcie z metalem. Stosuje si je do uszczelnie pocze gwintowych. Odporne na wibracje i uderzenia, zapobiegaj korozji, odporne na chemikalia i rozpuszczalniki. Mona stosowa do wszystkich metali, szka, ceramiki i tworzyw sztucznych, do montau pasowa.
Kleje cyjanoakrylowe loctite - jednoskadnikowe. Proces klejenia trwa kilka sekund. Im ciesza warstwa kleju tym silniejsze poczenie. Powierzchnie klejone powinny by gadkie. Kleje te mona stosowa niemal do wszystkich materiaów. Cenne zalety klejenia: moliwo czenia rónych metali, stopów i materiaów niemetalowych, dua sztywno pocze, niewielkie naprenia i odksztacenia, odporno na korozj oraz waciwoci tumienia drga.
111
Obie metody zaliczane s do metod regeneracji na gorco. Spawanie dotyczy czci metalowych, które ulegy pkniciu, zamaniu lub urwaniu. Na- wanie polega na uzupenieniu ubytków powstaych wskutek zuycia, przy jednoczesnym topieniu podoa. Proce- som tym towarzysz znaczne naprenia spawalnicze, powodujce deformacj regenerowanych czci a nawet pknicia. Napawanie plazmowe przy uyciu generatora strumienia plazmy p. rys.,
napylajcego stopiony proszek metalowy lub stopiony metal drutu wprowadzany do uku plazmy, na zuyt powierzchni. uk plazmowy
moe te by kierowany na uoon ksztatk metalu lub spieku.
112
7. Metalizacja natryskowa Roztopiony materia, w postaci drutu lub proszku, pod dziaaniem strumienia spronego powietrza lub gazu obojtnego, zostaje rozpylony w pistolecie metaliza- cyjnym na drobne czstki, które w stanie ciekym lub plastycznym, padajc na odpowiednio przygoto- wan powierzchni sczepiaj si z jej nierównociami podlegajc gwatownemu stygniciu. Schemat procesu metalizacji natryskowej:
1-dopyw powietrza, 2-dopyw mieszanki gazów palnych, 3-drut, Ln-normalna odlego natryskiwania, Lg-odlego natryskiwania na gorco, I-strumie
czstek uzyskujcych dobr przyczepno, II-strumie zewntrzny czstek
113
Proces regeneracji elementów metod metalizacji natryskowej obejmuje trzy fazy: przygotowanie powierzchni, natry- nicie warstwy metalu, obróbk mecha- niczn. Dla zwikszenia powierzchni przylegania natryskiwanej warstwy do detalu stosuje si nacinanie gwintu tzw. szarpanego, moletowanie, obróbk „jaskóczego ogona” itp. Naley mie na uwadze take zabezpieczenie natryskiwanej powierzchni przed jej odwarstwieniem. Zalety powok natryskiwanych: - s bardzo twarde i niejednorodne, - s porowate (walory tribologiczne), - s odporne na obcienie zmczeniowe
i korozj.
Przykady zabezpieczenia powok przed odwarstwieniem
Natryskiwa cieplnie mona nie tylko w celach regeneracyjnych ale take dla
uzyskania powok antykorozyjnych, dekoracyjnych, izolacyjnych itp.
114
8. Napawanie elektrowibracyjne Elektroda w postaci drutu (lub tamy) zwinitego na bbnie 1 wysuwana jest za pomoc podajnika 2. lizg 3 wykonuje ruch impulsowy i jest podczony do dodatniego bieguna róda prdu 5, napawany przedmiot za do ujemnego. W periodycznie powsta- jcym i zanikajcym uku elektrycznym (wibrator mechaniczny lub elektroma- gnetyczny 6) drut stapia si a pynny metal osadza si na przedmiocie 4 w postaci cienkiej warstwy. Proces napa- wania zachodzi cyklicznie a cykl skada si ze zwarcia elektrody z przedmiotem, oderwania elektrody, wytworzenia uku oraz przesunicia elektrody.
115
Gównym celem bada diagnostycznych jest okrelenie technicznego stanu obiektu bez jego demontau lub okrelenie poprawnoci realizowanego przez niego procesu w chwili uznanej za wan. Ocen przeprowadza si na drodze porównywania zmierzonych wartoci zasadniczych parametrów, opisujcych w danej chwili stan maszyny lub proces, z wartociami dopuszczalnymi, bdcymi konkretnymi miarami starzenia (zuycia) czci, zespoów lub caych maszyn. Do zasadniczych zada diagnostyki technicznej zalicza si: - ustalenie, klasyfikowanie i badanie niesprawnoci obiektów oraz symptomów ich
wystpowania, - opracowanie metod i aparatury do mierzenia parametrów diagnostycznych, - ocen stanu technicznego obiektów na podstawie zmierzonych parametrów
diagnostycznych i porównania z wyznaczonymi wartociami granicznymi, - ustalenie czynnoci profilaktycznych, lub resursu poprawnej pracy obiektu.
116
Monitorowanie, diagnozowanie, nadzorowanie Jeeli okresowo pozyskuje i gromadzi si przetworzone wyniki pomiarowe (tabele, wykresy), to mamy do czynienia z mierzeniem zwanym monitorowaniem. Do jego realizacji potrzebne s czujniki, ukady pomiarowe i urzdzenia wyjciowe dokumentujce rezultat monitorowania. Jeeli na podstawie wyników monitorowania przeprowadzi si ich analiz, polegajc na porównaniu zmierzonych wielkoci ze znanymi wzorcami i na tej podstawie dokona klasyfikacji stanu badanego obie- ktu, to mamy ju do czynienia z procesem zwanym diagnozowaniem. Jeeli w wyniku przeprowadzonej diagnozy, stosowne ukady logiczne automatycznie podejmuj waciwe decyzje, dotyczce zarówno maszyny jak i realizowanego przez ni procesu, to mamy do czynienia z procesem nadzorowania
117
118
W trosce o wiksz niezawodno, efektywno, jako i bezpieczestwo obiektów technicznych z problematyk diagnostyki technicznej spotykamy si we wszystkich fazach tworzenia i eksploatacji maszyn i urzdze (poniszy rysunek).
119
Uwzgldniajc w procesie konstruowania problematyk diagnosty- czn naley mie na uwadze szereg czynników, takich jak: przeznacze- nie obiektu, jego zoono, moliwoci wykonawcze, wymagan trwao i niezawodno, warunki eksploatacji i kryteria ekonomiczne. Moliwe s przy tym nastpujce, cztery przypadki: 1. Projektowanie obiektu bez uwzgldnienia diagnostyki. 2. Zapewnienie w procesie projektowania optymalnej podatnoci
diagnostycznej obiektu, bez wbudowania rodków diagnozowania. 3. Jak w pkt 2 z wbudowaniem do obiektu elementów ukadu
diagnostycznego. 4. Projektowanie obejmujce dodatkowo opracowanie diagnostycznego
systemu ekspertowego. Projekty maszyn powinny równie uwzgldnia potrzeb prowadzenia okresowych diagnozowa, np. w czasie przegldówi napraw.
120
W cyklu wytwarzania obiektów mog pojawia si egzemplarze, których waciwoci róni si bd od rednich oczekiwanych. Jest to wynik duej liczby zabiegówtechnologicznych, montau w zespoy i kojarzenia zespoów, dajcego w efekcie funkcjonaln struktur maszy- now. Nieuniknione tolerancje wykonania i montau czci s przyczyn zrónicowania eksploatacyjnych waciwoci urzdze mechanicznych tego samego typu.ledzenie rozkadu przypadkowoci tych cech jest domen diagnostyki kontrolnej , stanowicej ostatnie ogniwo caego - jak i czstkowych procesówwytwarzania. Jej wyni- kiem jest zakwalifikowanie badanego obiektu do klasy zdatny lub niezdatny, ale take oddziaywanie na te elementy procesu wytwarza- nia, które spowodoway niepodane odchylenia. Naley eliminowa z dalszego montau wadliwe zespoy i tymsamymprzyczyni si do podniesienia jakoci maszyn i do obniki kosztówich wytwarzania.
121
Zadaniem diagnostyki procesów technologicznych jest czuwanie nad prawidow ich realizacj przez odpowiednie oddziaywanie na ukady sterujce. Moe by ona realizowana po przerwaniu procesu lub w sposób cigy, w trakcie procesu. Diagnostyka ta obejmuje, poza sprawdzaniem poprawnoci pracy samych maszyn i czuwaniem nad przebiegiem realizowanych na nich procesów, take funkcjonowanie urzdze peryferyjnych i ukadów sterowania. Oprócz potrzeby mody- fikacji i aktualizacji technicznych danych sterujcych w systemach pro- dukcyjnych, diagnozowanie procesu jest istotne z uwagi na optymalne dopasowanie pracy systemu do uwarunkowa organizacyjnych. Ma to na celu wykluczenie niepodanych zdarze w procesie obróbki. Nadzorowanie tego procesu jest czci obwodu regulacji, który umoliwia oddziaywanie na jego przebieg
122
urzdzeniu jako caoci, okrelonemu zespoowi lub czci, - zapobiega nieoczekiwanym awariom przez uprzedzajce przerwanie
procesu uytkowania maszyny, - stosowa ekonomiczny system remontów technicznie uzasadnionych, - prowadzi racjonaln gospodark czciami zamiennymi, - zwikszy bezpieczestwo i niezawodno uytkowania maszyn.
123
Struktura urzdzenia jest opisana wielkociami jak: wymiary, odle- goci, luzy midzy elementami, wielko napicia. Zbiór ten to zbiór parametrówstrukturalnych, oznaczanych przez: U = {ui : i = 1 ... n}. Parametry struktury nowego urzdzenia maj okrelone wartoci, które w trakcie pracy ulegn zmianie. Na ogó nie mona wykorzystywa parametrówstrukturalnych do oceny stanu technicznego, poniewa nie ma moliwoci ich zmierzenia bez demontau obiektu. Tej wady nie posiadaj parametry zaliczane do grupy parametrówwyjciowych.
Maszyny realizuj procesy, które dzieli si na robocze i towarzyszce. Procesy te mona opisa wielkociami, które w odrónieniu od wielkoci strukturalnych nazywa si parametrami wyjciowymi i oznacza: S = {sj : j = 1 ... n}. Wikszo realizowanych przez maszyn procesów jest uzalenionych od technicznego stanu urzdzenia. Mona zatem stwierdzi, e:
124
- atwomierzenia.
125
Moliwe typy zmian parametrów wyjciowych pokazano na rysunku. Jak wida nie wszystkie parametry speniaj warunki by uzna je za parametry diagnostyczne.
126
W badaniach diagnostycznych wyrónia si cztery stany w jakich moe znale simaszyna: Moe ona by technicznie sprawna, niesprawna, zdatna, niezdatna.
Zagadnienie mona zinterpretowa analizujc zmiany parametru struktury jak na rys. a) lub przedstawi rachunkiem zbiorów (rys. b)
stan sprawnoci techn. stan niesprawnoci techn.
pa ra
m et
r st
ru kt
ur y
warto dopuszcz.
stan zdatnoci
127
czujników i urzdze dodatkowych, - metod uogólnionej analizy informacji - sygnay charakteryzujce
parametry struktury u1, u2, ... un grupy elementów obiektu rejestruje si za pomoc jednego przetwornika.
Metody te przedstawiono graficznie poniej.
128
Przetworniki - d1, d2 ... dn, informuj o war- toci parametrów diagnostycznych zespoów z1, z2, ... zn. Rejestro- wane wielkoci parametrów s1, s2, ... sn, podlegaj wzmocnieniu do i trafiaj do czonu porównujcego.
Procedury realizowane w metodzie syntezy
sygnaów diagnostycznych
129
Parametry struktury u1, u2, ... un grupy elementów obiektu rejestruje si za pomoc jednego przetwornika d. Po wzmocnieniu sygna s', zawierajcy uogólnion informa- cj o stanie techni- cznym obiektu, kie- rowany jest do ana- lizatora, pozwala- jcego wyodrbni z niego najbardziej charakterystyczne skadowe.
Procedury realizo- wane w metodzie analizy sygnaów diagnostycznych
130
W badaniach diagnostycznych wyrónia si dwie fazy postpowania: - faza I - dotyczy kontroli stanu czyli diagnozowania ogólnego, oraz - faza II, - w której lokalizuje si uszkodzenie, co ju jest diagnozowa-
niemszczegóowym. Celem pierwszego etapu jest stwierdzenie czy maszyna jako cao moe wypenia zaoone funkcje. Negatywny wynik diagnozy ogólnej (etap I) wymaga lokalizacji uszko- dzenia, co umoli- wiaj metody szcze- góowe (II etap)
131
Diagnostyka wibroakustyczna Najczciej stosowanymi czujnikami w diagnostyce maszyn s czujniki do pomiaru drga. Z ich pomoc rozwina si i coraz powszechniej dzi jest stosowana wibroakustyczna diagnostyka maszyn. Rozwój tej dziedziny wspieraj cechy oraz zalety sygnau wibroakustycznego, z których najwaniejsze to: - dua pojemno sygnau i szybko przekazywania informacji, - uzyska go mona bez demontau maszyny, - w czasie normalnej jej pracy, - a nawet w sposób bezdotykowy. Wad jest trudno w rozszyfrowaniu informacji niesionej przez sygna wibroakustyczny. Znalezienie odpowiedniego klucza do interpretacji sygnau, oraz metod jego analizy, jest gównym celem i podmiotem naukowej metody diagnostyki wibroakustycznej.
132
Stopie zuycia ma- szyny znajduje bez- porednie odbicie w intensywnoci i cha- rakterze generowa- nych drga. Badajc w regularnych odst- pach czasu poziomi charakter tych drga mona przewidzie wystarczajco wczenie, rodzaj uszkodzenia maszyny i podj we waciwym czasie stosownerodki zaradcze. Pod wzgldem poziomu drga i tempa przebiegu procesówzuycia wystpuj pomidzy poszczególnymi maszynami rónice, jednak ogólny ich przebieg mona scharakteryzowa wykresemjak wyej.
133
Powszechnie uywane w diagnostyce wibroakustycznej s czujniki sejsmiczne do pomiaru prdkoci ruchu drgajcego oraz czujniki piezoelektryczne do pomiaru przyspiesze. Te ostatnie zwane te akcelerometrami stay si w ostatnich latach typem najczciej stosowanym, z uwagi na takie zalety jak: - szeroki zakres czstotliwoci i dynamiki a wic dua uniwersalno, - mae rozmiary czujników, nie zawierajcych czci ruchomych, - niezawodno i niewraliwo na przemysowe warunki zastosowa. Najprostsza metoda diagnostyki wibroakustycznej polega na okreso- wym mierzeniu sygnau emitowanego przez obiekt. Chodzi przy tym wycznie o okrelenie poziomu wibracji i porównywanie uzyskanych wartoci, z okrelonymi dla danej maszyny normami i wzorcami. Podstawow zasad jest przestrzeganie niezmiennych warunkóww jakich dokonywane s pomiary.
134
Jeeli niezbdne s informacje o stanie poszczególnych elemen- tów lub zespoów obie- ktu to mona je uzyska z analizy widmowej sygnau wibroakusty- cznego, która umoliwia zlokalizowanie uszko- dzenia i ledzenie intensywnoci jego narastania w czasie eksploatacji maszyny. Jako przykad przedstawiono widmo prdkoci drga powstae w wyniku analizy sygnau wibroakustycznego zdjtego z jednostopniowego reduktora. Zobrazowano na nim pi czstotliwoci, dla których uzyskano maksimum prdkoci drga.
135
Przypisanie maksi- mum drga danemu elementowi lub zespoowi mona uzyska w wyniku analizy jego kinema- tyki. Jako przykad przeanalizowano uszkodzenia bieni zewntrznej (defekt 1) i wewntrznej (defekt 2) kulkowego oyska skonego (schemat na rysunku). Czstotliwoci drga wywoane tymi defektami mona wyznaczy drog obliczeniow jak poniej.
136
Prdko liniowa koszyka jest dwa razy mniej- sza ni prdko bieni wewntrznej, czyli
Prdko ktowa koszyka jest zatem równa
i jest powizana z czstoci impulsu zalenoci
skd mona obliczy czsto fz impulsu dla jednej kulki w oysku
za dla „i” kulek w oysku czsto ta wyniesie:
Jeli wystpi defekt „2” na bieni wewntrznej to czsto fw impulsu dla „i” kulek wyniesie:
137
W praktyce stosuje si aparatur diagnostyczn: - specjalistyczn, dostosowan do wymaga okrelonych przez konstruktora i uytkownika maszyny - zwykle stacjonarna i cigy nadzór, - uniwersaln, jako sprzt przenony lub mobilny, komple- towany w zalenoci od potrzeb w zestawach, od wersji kieszon- kowej po kosztowne konfigu- racje z komputerowym wspomaganiem analiz (rys.).
138
Najprostszy przyrzd do diagno- styki wibroakustycznej to steto- skop, do dzi stosowany niekiedy w warsztatach. Szerokopasmowy miernik wartoci szczytowych (Peak) i skutecznych (RMS) przypieszenia lub prdkoci ruchu drgajcego (rys. obok) umoliwia pomiar ilociowy wartoci redniej lub szczytowej. Jest szczególnie przydatny do kontroli stanu oysk tocznych.
139
Wykrycie wady we wczesnym stadium, cznie z diagnoz i przewidze- niem terminu awarii, wymaga zastosowania zestawu przyrzdów umo- liwiajcego analiz czstotliwoci. Zestawy takie wyposaa si zwykle w analizator i rejestrator sygnaów mierzonych. Uzyskane widma porównuje si wzrokowo z wczeniej zarejestrowanymi widmami odniesienia. Przy duej liczbie maszyn podlegajcych diagnozowaniu uzasadnione jest stosowanie zestawu przenonego - wielociekowego rejestratora sygnau i stacjonarnego, sprzonego z komputerem, anali- zatora, mieszczcego si zwykle w laboratorium. Zaawansowane pro- gramy komputerowe wspomagaj diagnostyk uszkodze i monitoro- wanie trendów. Zarejestrowane na noniku sygnay diagnostyczne s odtwarzane w pokoju pomiarowym a nastpnie poddane wskopasm- owej analizie czstotliwoci i porównywane z wczeniej zdefiniowa- nymi widmami odniesienia.
140
ekspertow. - Systemstwarza moliwoci okresowych bada diagnostycznych
maszyn w czasie ich uytkowania, bez zakócania produkcji.
141
142
Maszyna, w kadej fazie „ycia” – fazie konstruowania, jej wytwarza- nia, eksploatacji i po „technicznej mierci” – oddziaywa na rodowisko. Ponadto do niszczenia rodowiska przyczynia si eskalacja przemy- sowej dziaalnoci czowieka, prowadzcego czsto bezpardonow i rabunkow gospodark zasobów naturalnych i mao ogldajcego si na ekologiczne skutki swojej dziaalnoci. W tej krytycznej ju sytuacji nadziej na zahamowanie dalszego procesu zanieczyszczania rodowi- ska jest wzrost ekologicznej wiadomoci spoeczestw. Wan rol do spenienia ma równie ustawodawca kreujcy podstawy prawne i okrelajcy normy dopuszczalnego zanieczyszczania powietrza, wody czy gleby i kary za ich przekraczanie. To wzajemne oddziaywanie spoeczestwa, przemysu i rzdu, w dziaalnoci na rzecz ochrony rodowiska, pokazano schematycznie na nastpnym rysunku.
143
Wzajemne oddziaywa- nie spoe- czestwa, przemysu i rzdu w ochronie rodowiska
PODATKI, OPATY
UWZGL DNIENIE EKOLOGICZNYCH ASPEKTÓW PRZY TWORZENIU AKTÓW PRAWNYCH I PLANÓW
GOSPODARCZYCH
144
Powszechnie nie zdajemy sobie czsto sprawy z tego, e w adnym ze stosowanych w technice procesów smarowania, rodek smarowy nie podlega „konsumpcji”. Odpady w procesach smarowania s nie do uni- knicia, co pokazano na rys. Ich negatywny wpyw na rodowisko nie budzi najmniejszych wtpliwoci. Rzecz w tym, aby by tego wiado- mym, i uczyni wszystko by zminimalizowa te negatywne skutki.
145
146
Postp w dziedzinie inynierii materiaowej odnoszcy si tak do mate- riaów konstrukcyjnych jak i rodków smarowych jest ogromny, std inynierom brak czsto aktualnej informacji o moliwociach jakie w tym zakresie istniej. Asortyment nowoczesnych materiaów konstru- kcyjnych, materiaów na uszczelnienia, materiaów o wasnociach samosmarujcych rozrasta si w szybkim tempie. Rozeznanie w tym asortymencie wymaga stosowania systemów ekspertowych, które wyko- rzystujc baz danych mog suy konstruktorom i uytkownikom ma- szyn przy dokonywaniu waciwych wyborów. Równie w zakresie smarowania i "filozofii smarowania" zaznaczyy si w ostatnich dziesi- cioleciach znaczce zmiany. Impulsem bya teoria elastohydrodynami- cznego (EHD) smarowania oraz wiadomo ekologiczna i zwizane z ni zaostrzenie przepisów ochrony rodowiska. Ewidentne s korzyci skpego smarowania, lecz napotyka si na opory jego wdraania.
147
Zbiór tradycyjnych materiaów konstrukcyjnych z kadym niemal rokiem powiksza si o nowe syntetyczne materiay i kompozycje materiaowe, bdce wytworem wspóczesnej inynierii materiaowej. Znajduj one coraz szersze zastosowanie, midzy innymi z uwagi na korzystne ich relacje w stosunku do rodowiska. Specyficzn grup materiaów konstrukcyjnych stanowi rodki smarowe, zuywane w duych ilociach zarówno przez przemys jak i przez indywidualnych uytkowników maszyn. Dua cz tych rodków w powanym stopniu zanieczyszcza rodowisko, stanowic powany problem ekologiczny. Najbardziej rozpowszechnione s smary pynne (oleje smarowe). Drug pod wzgldempopularnoci grup s smary plastyczne. W mniejszymstopniu rozpowszechnione s smary stae. Najrzadziej stosuje si smary gazowe.
148
Podstawowym kryterium waciwego doboru oleju jest lepko. W Polsce obowizuje ISO 3448, której odpowiada polska norma PN 78/C - 96098, wyodrbniajca 18 klas lepkoci oznaczanych kodem literowo- cyfrowym od VG2 do VG1500 (Viscosity Group), w którym liczba po symbolu okrela lepko kinematyczn oleju w temperaturze 40°C, wyraan w mm2/s (cSt). Lepko wynika z równania napre stycznych Newtona pomidzy dwoma warstwami cieczy, gdzie η jest lepkoci dynamiczn wyraan w Pa·s (puaz), v – rónica prdkoci warstw cieczy, y – odlego midzy nimi. W oznaczaniu klasy oleju i w badaniach oysk stosuje si wielko zwan lepkoci kinematyczn, która jest stosunkiem lepkoci dynamicznej do gstoci i wyraa si w stokesach. Powszechnie uywa si cSt (centistokes = mm2/s)
τ η= dv
Poza lepkoci wan, z technicznego punktu widzenia, waciwoci oleju jest zmiana tej lepkoci wraz ze zmian temperatury. Jest ona okrelana liczbowo przez wskanik lepkoci WL. Im wiksza liczba tego wskanika tym mniejsza zmiana lepkoci w funkcji zmian temperatury. Dla nieuszlachetnianych olejów mineralnych wynosi ona 70-80, dla powszechnie stosowanych olejów silnikowych 90-130, a dla syntetycznego oleju silikonowego a 500. Rozpatrujc proces smarowania w aspekcie ekologicznym wane s równie, poza waciwociami technicznymi rodków smarowych, ich toksyczno dla czowieka i rodowiska,rakotwórczo i mutagenno oraz cecha, na któr zwraca si coraz wiksz uwag, zwana biodegradowalnoci.
150
Najwaniejsz, z punktu widzenia ochrony rodowiska waciwoci oleju technicznego jest jego biodegradowalno. Biodegradowalno jest to zdolno oleju (zwizków chemicznych) do rozkadu w obecnoci tlenu na dwutlenek wgla i wod w wyniku aktywnoci mikroorganizmów. Znanych i stosowanych jest na wiecie kilka testów oceny biodegradowalnoci. Najwaniejsze z nich zebrano w tabeli poni- ej. Metoda CEC-L33-A-93 (dawniejsza CEC-L33-T-82) jest najstarsza i najbardziej rozpowszechniona. Doskonalona na przestrzeni lat, obo- wizuje w wikszoci krajów europejskich. W roku 1993 uruchomiono j w Instytucie Technologii Nafty w Krakowie. Oznaczenie stopnia rozkadu polega na pomiarze, metod analizy w podczerwieni, stenia wglowodorów badanej próbki na starcie i po upywie 21 dni. Równo- legle badaniu poddawane s dwie substancje kalibracyjne, odpowiada- jce niskiemu i wysokiemu stopniowi biodegradacji.
151
152
153
Toksyczno rodków smarowych okrela si w czterostopniowej skali szkodliwoci dla wody. Europejski system klasyfikacji pochodzi z w Niemiec i definiuje cztery klasy szkodliwoci rodków smarowych dla wody (Wassergefährdungsklassen), z których klasa:
WGK 0 - rodek ogólnie nie zagraajcy wodom, WGK 1 - sabo zagraajcy wodom, WGK 2 - zagraajcy wodom, WGK 3 - mocno zagraajcy wodom.
Przypisanie klasy WGK nie jest wynikiem trzech testów: - testu toksycznoci dla ssaków - testu toksycznoci dla ryb, - testu toksycznoci dla bakterii.
Wypadkowa liczba szkodliwoci obliczana jest ze wzoru: LS = (LS1+LS2+LS3)/3
154
Rakotwórczo wywouj w rodkach smarowych midzy innymi wielopiercieniowe wglowodory aromatyczne (WWA), zawarte zwykle w olejach mineralnych, stanowicych 80% stosowanych w wiecie produktów smarowych. Udzia WWA w mineralnych olejach smaro- wych wynika ze sposobu rafinacji frakcji ropy naftowej, z której wytwarzane s te oleje. Dla okrelenia rakotwórczoci i mutagennoci rodków smarowych, przeprowadza si kosztowne i dugotrwae testy, które podzieli mona na dwie grupy: - Testy in-vivo prowadzone na ywych ssakach, przebywajcych w
kontakcie z badanym produktem smarowym. - Testy in-vitro przeprowadzane na wyizolowanych kulturach komórek
ssaków lub na koloniach bakterii, na poziomie biologiczno-moleku- larnym.
155
Stosowane w przemyle oleje smarowe skadaj si z oleju bazowego i licznych dodatków uszlachetniajcych. Podstawowym, jak dotd, skadnikiem rodków smarowych tak pynnych jak i plastycznych s oleje mineralne. Przodujc pozycj zawdziczaj one niskiej stosunko- wo cenie i opanowanej technologii rafinacji. Maa trwao termooksy- dacyjna, niekorzystna charakterystyka temperaturowo-lepkociowa i dua odparowalno nie pozwalaj ich stosowa powyej temperatur od 90 do 120°C. W zestawie- niu z innymi olejami wy- glda to jak w tabeli obok.
Rodzaj oleju Biodegradowalno w % Dopuszczalna temp. w °C
estry oleju rzepakowego 90-100 50 - 60(80)
oleje mineralne 20-30 90 - 120
polietylenoglikole (PEG) 90 150
polialkoholowe estry arom. 0-20 200 - 240
156
Oleje pochodzenia organicznego, aktualnie stanowi zaledwie okoo 1% w ogólnym bilansie, zaczynaj jednak odgrywa coraz wiksz rol i to co najmniej z dwóch zasadniczych powodów: - uzyskiwane z surowców odnawialnych, nie uszczuplaj zasobów ziemi, - s biodegradowalne i mniej zanieczyszczaj rodowisko. Najtaszym olejem organicznym jest olej rzepakowy. Naturalny olej rzepakowy zbudowany jest z czstek trójglicerydów, trójestrów, glicery- ny i kwasów tuszczowych. W procesach zwanych transestryfikacj uzyskuje si przetworzone formy naturalnego oleju rzepakowego w postaci glicerynowych estrów kwasów karboksylowych wyszych rzdów. Mimo wielu jeszcze wad stosowane s jako domieszki (do 3%) do olejów napdowych dla silników wysokoprnych, jako oleje smarowe do pi spalinowych, w kolejnictwie, w maszynach drogowych, rolniczych, jako oleje do form w budownictwie.
157
- Oleje syntetyczne tworzy grupa olejówuzyskiwanych na drodze syntezy chemicznej. Wyróniaj si one dobr charakterystyk lepkociow, stabilnoci termooksydacyjn i ma odparowalnoci, co umoliwia ich zastosowanie do smarowania wzów tarcia, w których wystpuj wysokie temperatury. Najbardziej popularne z grupy olejów syntetycznych s - oleje estrowe. Otrzymuje si je midzy innymi z surowcówpochodzenia rolinnego. Nie podlegaj one hydrolizie, nawet w podwyszonych temperaturach i nie s rozpuszczalne w wodzie. Ta ostatnia cecha ogranicza migracj oleju w gruncie, co tymsamym zapobiega skaeniu wód gruntowych. W porównaniu z naturalnym olejemrzepakowymoleje estrowe maj nisz temperatur krzepnicia. Oleje estrowe znajduj zastosowanie w szczególnoci jako oleje bazowe do sporzdzania smarówplastycznych, "konstruowanych" pod okrelone potrzeby.
158
Syntetyczne oleje estrowe maj szereg cennych zalet: - mieszaj si z innymi olejami i niemal wszystkimi dodatkami
uszlachetniajcymi, - maj dobre wasnoci smarne, - nisk odparowalno, a s przy tym trudnopalne, - nie wykazuj lub maj niewielk toksyczno, - dobra biodegradowalno (84% ale nie wszystkich estrów), - maj du trwao termooksydacyjn (wyduone okresy wymiany
oleju), - naturalny brak skonnoci do pienienia, - nie pozostawiaj osadów i nagarów, - maj bardzo dobre wasnoci w niskich temperaturach, - dobre wasnoci antykorozyjne, - dobr filtrowalno (znacznie lepsz ni oleje rzepakowe).
159
Oleje poliglikolowe. Grupa olejów syntetycznych o zrónicowanych waciwociach. Wszystkie charakteryzuje niska temperatura krzepni- cia i korzystna charakterystyka ν = f(T). Wskanik WL (VI) = 150-270. Gsto 0,9-1,1 g/ml. Lepko od 20-40 cSt/40°C, szeroki zakres temperatur od -50 do + 200°C, odporno na starzenie i maa odparo- walno umoliwiaj nawet piciokrotne wyduenie okresu wymiany oleju. Nie wolno ich miesza z olejami mineralnymi. S agresywne w stosunku do lakierów, uszczelnie konwencjonalnych, a nawet alumi- nium, nie powinny by stosowane w otwartych ukadach smarowania. Oleje silikonowe stosuje si w zakresie temperatur od -50 do 250°C. Maj b. dobr charakterystyk ν = f(T) i du odporno na starzenie. S nieprzydatne do smarowania wzów silnie obcionych. Z racji niskiej temperatury krzepnicia stosuje si je w technice kosmicznej i lotniczej, jako oleje bazowe do sporzdzania smarówplastycznych.
160
161
konsystencji NLGI PN-72/C-04095
00 400-430 powyej 395 prawie pynny jce w temperaturze poko-
0 355-385 350-390 wyjtkowo mikki jowej wasnoci cieczy
1 310-340 305-345 bardzo mikki smary plastyczne w
2 265-295 260-300 mikki konsystencji wazeliny
3 220-250 215-255 rednio mikki
4 175-205 170-210 rednio twardy smary plastyczne „twarde”
5 130-160 125-165 twardy o wasnociach zblionych
6 85-115 80-120 bardzo twardy do wasnoci wosku
162
Drug wan cech smaru jest rodzaj zagszczacza. Do zagszczania oleju stosuje si najczciej zwizki metali: glinu, litu, sodu, wapnia, baru lub tzw. myda kompleksowe. Mog to by take substancje nieorganiczne typu grafit, dwusiarczek molibdenu lub bentonit. Pojawiaj si te smary plastyczne syntetyczne, sporzdzane na bazie olejów i zagszczaczy syntetycznych np. mocznikowych. Najczciej mydo zagszczajce powstaje jako reakcja: –kwas tuszczowy + wodorotlenek lub tlenek metalu = mydo + woda. Na przykad:kwas 12- hydroksystearynowy + tlenek litu = 12-hydroksystearynian litu + woda. Wan, z punktu widzenia uytkownika, cech smaru plastycznego jest temperatura jego kroplenia. Mona uzna j za temperatur topnienia smaru. W przeciwiestwie do olejów, smary plastyczne niemal w caoci przechodz z procesów smarowania (wzów tarcia) dorodowiska, a s to iloci - okoo 1000 ton rocznie dla Dolnegolska i np. 35.000 ton dla Niemiec.
163
- naturalnych, rzepakowych olejów estrowych (trójglicerydy), - syntetycznych estrów, - olejów glikolowych.
ZAGSZCZACZ w iloci 5 -20%, z grupy: - myda metalowe (litowe(?), wapniowe, litowo-wapniowe), - zagszczacze nieorganiczne (bentonity, krzemian glinu, grafit,
tlenki i wodorotlenki metali np. tlenek cynku) - zagszczacze organiczne (polimocznikowe, polimery), - aluminiowe myda kompleksowe.
DODATKI w ilo ci 1 - 8% ( musz by biodegradowalne gdy ich udzia przekracza 5%)
164
Smary stae Odmienn, niekonwencjonaln, ale odgrywajc coraz wiksz rol grup smarów tworz ciaa stae o budowie krystalicznej lub bezpostaciowej. Nale do nich takie substancje jak: - grafit - dwusiarczek molibdenu MoS2 - dwusiarczek wolframu WS2 - azotek boru BN - proszki metali plastycznych (Ag, Au, Sn, Pb) - proszki PTFE i innych tworzywsztucznych
Mechanizm dziaania smarów staych polega midzy innymi na tym, e "uzbrajaj" powierzchnie, wypeniajc mikronierównoci, a tym samym zwikszaj rzeczywist powierzchni non wspópracujcych elementów.
165
Smary stae stosuje si w nastpujcych postaciach: - jako dodatki do olejów(2-3%) lub smarówplastycznych (do 10%) dla zapewnienia funkcji smarowniczych w przypadku wystpienia tarcia mieszanego, które mogo by by wynikiem duych naciskówlub maej prdkoci wzgldnej. S to dodatki typu EP, - jako pasty montaowe (dua gama past grafitowych i molibdenowych), - sproszkowane substancje wcierane w piaskowane powierzchnie, - jako smary suche (lakiery), nanoszone na piaskowane lub fosforano-
wane powierzchnie aerosolemlub pdzlem, z pomoc szybko odparowujcych rozpuszczalników,
- jako pasty wysokotemperaturowe, - jako powoki galwaniczne, - jako samosmarujce materiay konstrukcyjne (liczna i rozrastajca si
szybko grupa materiaów).
167
Turcite-B produkuje si w postaci tam, sucych wyklejaniu powierz- chni naraonych na cieranie (np. prowadnic, tulei itp.). Najlepsze waciwoci tribologiczne wykazuje we wspópracy z bardzo twardymi (60 HRC lub 240 HB w przypadku eliwa) i gadkimi (Ra = 0,2 - 0,4 (0,8) µm) powierzchniami. Zalety tego materiau to: - przesuw wolny od stick-slipu (may, niemal stay wspóczynnik tarcia), - dua odporno na zuy-
cie i dua trwao, - niewraliwo na zatarcie,
moe pracowa na sucho, - niewraliwy na zabrudze-
nia, - tumi drgania, tani.
169
170
Przez skpe smarowanienaley rozumie taki szczególny przypadek smarowania, w którym ilo rodka smarowego nie wystarcza, w warunkach pracy wza tarcia, na wytworzenie si w stykach Hertza (oyska toczne, przekadnie zbate itp.) filmu smarowego o penej gruboci, wynikajcej z teorii EHD-smarowania. Badania i praktyka przemysowa ostatnich lat potwierdziy wielokrotnie, e takie smarowanie nie oznacza przyspieszonego zuycia wzów tarcia, a w przypadku duych prdkoci ruchu wzgldnego smarowa- nych powierzchni pozwala na znaczne zwikszenie sprawnoci wysoko- obrotowych oysk tocznych. Przykadem mog by przytoczone poniej wyniki zuycia skpo smarowanych oysk i strat energii.
171
podawanego oleju
S tr
at y
m o
Moliwo i skuteczno smarowania oysk tocznych smarami plastycznymi jest uwarunkowana: - konstrukcj samego oyska, - wartoci parametru n·dm, charakteryzujcego prdko ruchu
powierzchni, - obcieniem oyska, - waciwociami samego smaru.
173
Reguy stosowania smarów plastycznych
W obszarze „I” zastosowanie znaj- duj smary ogólnego zastosowa- nia. W obszarze „II” (due obci- enia) stosowa naley smary z dodatkami typu EP. Obszar III to wysokie prdkoci obrotowe, dla- tego tu znajduj zastosowanie sma- ry na bazie olejów syntetycznych.
174
Konstruktorzy ksztatujc wzy oyskowe nie zawsze pamitaj o potrzebie istnienia tzw. komór nadmiarowych, o regulatorach iloci smaru, o skutecznym uszczelnieniu wza. Niedostateczn uwag powicaj zarówno producenci jak i uytkownicy maszyn poprawnemu przeprowadzeniu tzw. fazy rozruchowej, w czasie której nastpuje uoenie si smaru w oysku.
komora nadmiarowa
do której moe by wycofany nadmiar smaru
175
Znaczenie i organizacja fazy rozruchowej Waciwe przeprowadzenie fazy rozruchowej ma fundamentalne znaczenie dla dalszej pracy oyska tocznego, w szczególnoci wówczas gdy musi ono pracowa z duymi prdkociami obrotowymi. Faza rozruchowa to krótkotrwae okresy pracy przedzielone dugimi zwykle okresami studzenia wza oyskowego. Zaleca si kontrolowanie temperatury wza. Nie powinna ona przekracza 80C. Przykad fazy rozruchowej poniej. Smarowanie bezobsugowe Jest to takie smarowanie, które wyklucza potrzeb dodatkowego smarowania wzów tarcia w okresie uytkowania maszyny (pomidzy remontami). Wzy tarcia, najczciej oyska toczne, s przez producenta maszyny, zespou lub wytwórc samych oysk tocznych, nasmarowane na cay okres ich póniejszej eksploatacji.
176
Przykady oysk tocznych o budowie zamknitej typu ZZ, stosowanych w oyskowaniu silników, sprztu AGD (np. bbny pralek) nie wymagajcych troski uytkownika o ich dosmarowywanie.
178
smarem plastycznym na cay okres ich eksploatacji oraz przyrost temperatury
w przedniej podporze w funkcji prdkoci obrotowej wrzeciona
(wspóczynnika szybkobienoci)
179
Jeeli konstrukcja wza tarcia, warunki jego pracy lub waciwoci samego smaru nie zapewniaj podanej trwaoci, to konieczne jest dosmarowywanie.
O potrzebie i czstotliwoci dosmarowywania decyduje wielko i prdko obrotowa oyska, jego konstrukcja (wspóczynnik kt) i rodzaj smaru. Wykres powyej informuje pogldowo jak trwao maj wielofunkcyjne smary litowe i smary syntetyczne.
180
Wartoci wspóczynnika kt do okrelenia iloczynu ktndm dla wyznaczenia trwaoci smaru z poprzedniego rysunku.
Rodzaj oyska kt Rodzaj oyska kt kulkowe jednorzdowe 0,9-1,1 walcowe jednorzdowe 1,8-2,3
kulkowe dwurzdowe 1,5 walcowe dwurzdowe 2
k. skone jednorzdowe 1,6 walcowe pene (bez koszyka) 25
k. skone dwurzdowe 2 walcowe wzdune 90
k. skone wrzecionowe α=15° 0,75 igiekowe 3,5
k. skone wrzecionowe α=25° 0,9 stokowe 4
kulkowe czteropunktowe 1,6 barykowe 10
kulkowe wahliwe 1,3-1,6 barykowe wahliwe bez prowadz. 7-9
kulkowe wzdune 5-6 barykowe wahliwe z prowadz. 9-12
k. wzduno-skone dwurzdowe 14
181
Zasada pracy ukadu smarowania mg olejow Powietrze pynce przez zwk (dysz Venturiego) zasysa olej ze zbiornika i rozbija go ma mae lotne krople, trans- portowane do pun- któw smarowania.
Metoda ta bya tpiona z uwagi na zanieczyszczanie rodowiska, obecnie wad t usunito i metoda ponownie przeywa rozkwit.
182
Smarowanie powietrzno- olejowe (p-o) Jest to moda technika, czsto bdnie utosamian ze smaro- waniemmg olejow. Wspólne obu technikomjest jednak tylko to, e mog funkcjonowa z pomoc spronego powietrza. Na tymjednak podobiestwo si koczy, a pozostaj istotne rónice. Schemat klasycznej struktury takiego ukadu poka- zano na rys. obok
184
Zasada pracy takiego ukadu polega na tym, e przepywajce w sposób cigy w przewodach powietrze, „cignie” olej podawany okresowo, w niewielkich ilociach, do przewodów rozprowadzajcych ukadu. Olej ten wolno, nie mieszajc si po drodze z powietrzem, przepywa po ciankach rurek, w kierunku dyszy wylotowej, gdzie dociera w formie mniej lub bardziej równomiernej mikrostrugi, rozbijanej w dyszy na nielotne mikrokrople, kierowane na smarowane powierzchnie. Funda- mentalne znaczenie dla poprawnego dozowania ma niezawodne dziaanie zaworów zwrotnych, (rys. obok).
185
Do zasadniczych zalet smarowania p-o, pozytywnie odróniajc t technik od smarowania mg olejow, naley zaliczy to, e: - nie generuje lotnych czstek oleju i nie zanieczyszczarodowiska, - umoliwia 10-krotne zmniejszenie zuycia oleju, - olej dopywa do punktów smarowania w formie quasicigej
mikrostrugi, - ukad jest prosty w konstrukcji oraz w montau, - sterowanie i nadzorowanie ukadu mona realizowa z dowolnym
stopniem automatyzacji. Koszt inwestycyjny techniki smarowania p-o jest porównywalny z kosztem zakupu ukadów do smarowania mg olejow. Koszt eksploatacyjny natomiast jest niszy, co wynika zarówno z oszczdnoci oleju jak i mniejszego zuycia spronego powietrza.
186
Moda technika smarowania p-o znalaza ona ju szerokie zastosowanie do smarowania wzów tarcia w maszynach jak i do wspomagania proce- sów technologicznych. Historycznie zastosowanie tej techniki miao miejsce w brany hutniczej, na pocztku lat 70-tych, do smarowania oysk tocznych, pracujcych w klatkach walcarek hutniczych. Powyej czop walca walcarki, oyska smaro-
wane olejem doprowadzanym technik p-o.
187
olejowego
188
W tym ukadzie sma- rowania p-o wyst- puje dwuprzewodowa sie magistralna I i II co pozwala napdza okresowo lokalne pompy dozujce (przewód I), czerpice olej z rónych zbiorników. Takie roz- wizanie pozwala na stosowanie w jednym ukadzie rónych rodzajów oleju, dobranych do potrzeb okrelonej grupy punktów smarowania.
189
Smarowanie natryskowejest znane i stosowane do smarowa- nia otwartych przekadni zba- tych lub acuchowych oraz jako smarowanie wspoma- gajce procesy technologiczne.
Smarowanie natryskowe to odmiana smarowania p-o, charakteryzujcego si tym, e zarówno rodek smarowy, (olej lub smar plastyczny), jak i powietrze dostarczane s do punktów smarowa- nia okresowo, a nie w sposób cigy.
190
191
Energetyczne aspekty smarowania W kadym wle tarcia wystpuje rozpraszanie (dyssypacja) energii, czyli zamiana energii mechanicznej na energi ciepln. Na dyssypacj t skada si wiele zjawisk przyczynowych, a straty energetyczne mog by spowodowane: - stratami histerezy zarówno plastycznego jak i sprystego odksztaca-
nia styku, pod wpywem obcienia przenoszonego przez wspópra- cujce ze sob elementy,
- pokonywaniem si adhezji przeciwstawiajcych si wzgldnemu ruchowi stykajcych si w wle powierzchni,
- stratami histerezy wynikajcej ze sprania i rozprania rodka smarujcego, rozgraniczajcego wspópracujce ze sob powierzchnie,
- koniecznoci pokonywania si cinania w warstwie filmu smarnego, wystpujcych podczas wzgldnego ruchu smarowanych powierzchni.
192
wego w zale- noci od
warunków smarowania
193
Pod koniec lat 50-tych ubiegego wieku Palmgren opublikowa wykres jak obok na rys. Przedstawia on zwizek midzy iloci oleju, prze- pywajcego przez poprzeczne oy- sko kulkowe, a oporami ruchu i temperatur pracy. Szczególnie wy- mowne s wyniki bada Schemela z oyskami stosowanymi do wrzecion obrabiarek. Badania te day wyniki, przedstawione w bezwymiarowym ujciu wzgldnym na kolejnym rysunku.
194
rodek smarowy w czasie pracy oyska tocznego podlega cigemu procesowi sprania i rozprania, wywoanemu przez przetaczajce si wzgldem bieni elementy toczne. Procesowi temu towa- rzyszy zamiana energii mechanicznej na ciepln. Wielko strat energii zaley od gruboci filmu, poniewa ona okrela ilo oleju podlegajcego ustawicznemu spraniu i rozpraniu w stykach EHD, w których cinienia dochodz do setek, a nawet tysicy MPa.
195
Przykad efektów racjonalnego smarowania oysk tocznych –
walcowych poprzecznych i kulkowych wzdunych
196
Sprzga Nieuzasadnione w wielu przypadkach jest równie, a pomimo to zalecane przez producentówwielopytkowych sprzgie ciernych, obfite ich smarowanie, przez podawanie oleju na pytki sprzga od rodka poprzez drony wa, na któryms one osadzone. Celemtakiego smarowania jest przede wszystkimchodzenie trcych si powierzchni sprzga. W rzeczywistoci skuteczno chodzenia jest niewielka, natomiast obfite ich smarowanie jest przyczyn zwikszonych strat mocy. Sprzga w maszynie mog pracowa jako zaczone, kiedy przenosz moment obrotowy, lub jako rozczone. Analiza ukadu kinematycznego z nastpnego rysunku prowadzi do wniosku,e zewntrzna i wewntrzna cz rozczonego sprzga mog obraca si w przeciwnych kierunkach, co zwiksza wzgldn prdko ich ruchu.
197
198
Wymowne wyniki wpywu „obfitoci” smarowania sprzgie na straty mocy w ukadzie napdowym przedstawiono na poprzednimrysunku obok schematu kinematycznego tokarki. W konkretnymprzypadku zastosowanie obfitego smarowania odrodkowego („chodzenia”) sprzgie „1” i „2” oraz hamulca wielopytkowego, w napdzie wrzeciona tokarki, powodowao straty energetyczne na wale sprzgo- wym „1-1a” rzdu 1900W, a w konsekwencji silne nagrzewanie si wrzeciennika. Po odciciu dopywu oleju starty mocy w sprzgach osadzonych na tymwale spady do 100 W. Gdy zastosowano smarowanie („chodzenie”) przez polewanie olejemsprzgie i hamulca z zewntrz, zmierzone straty wynosiy zaledwie 150W. Ten przykad wiadczy wymownie jak wielkie rezerwy tkwi w technikach smarowania skpego.
199
Wpyw smarowania na straty energii w przekadniach zbatych Przekadnie zbate stanowi najliczniejsz, po oyskach tocznych, grup wewntrznych róde ciepa w wielu maszynach. Sposób smarowania kó zbatych ma istotny wpywna sprawno energetyczn przekadni. Skadnikami bilansu strat, zalenymi od smarowania, bd: - dyssypacja energii w warstwie oleju w szczelinach midzyzbnych, - praca zwizana z wypieraniem oleju z przestrzeni midzyzbnej, - praca przypieszania i odwirowania oleju przez obracajce si koa, - praca zwizana z pokonywaniem oporów brodzenia (smarowania
zanurzeniowe). W badaniach eksperymentalnych zebrano przekonywujce wyniki, wskazujce na moliwo znacznego ograniczenia hydrodynamicznych strat energetycznych, przez stosowanie skpego smarowania przekadni wysokoobrotowych co obrazuje rysunek poniej..
200