zhirkin_yu_v_nadezhnost_ekspluataciya_i_remont_..


Ю.В.ЖиркинНадежность, эксплуатация и ремонт металлургических машинУчебник для студентов вузов, обучающихся по специальности «Металлургические машины и оборудование»
Магнитогорск
Жиркин, Юрий Васильевич
Надежность, эксплуатация и ремонт металлургических машин: Учебник для студентов вузов, обучающихся по специальности «Металлургические машины и оборудование». - Магнитогорск: Магнитогорский государственный технический университет, 2002,- 330 с. : ил.
ISBN 5-89514-331-8, 500 экз.
Рассмотрены вопросы теории надежности и ее применения при эксплуатации металлургических машин. Решаются вопросы оптимизации при планировании ремонтных работ. На многочисленных примерах показана возможность решения практических задач производства по поддержанию оборудования в работоспособном состоянии. Учебник предназначен для студентов, обучающихся по специальности 170300 «Металлургические машины и оборудование», может быть полезен студентам других специальностей, изучающим вопросы надежности и эксплуатации машин и оборудования, а также инженерно-техническим работникам, занимающимся техническим обслуживанием и ремонтом механического оборудования металлургических заводов.
Металлургические агрегаты Промышленное оборудование
УДК 669.002.5-192(076)
TOC \o "1-5" \h \z Предисловие9
Методические указания11
Введение12
ЧАСТЬ 1. НАДЕЖНОСТЬ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ МАШИН
Раздел 1. Основы теории надежности
Глава 1. Основные понятия и определения14
Глава 2. Показатели надежности17
Глава 3. Надежность невосстанавливаемого элемента
Вероятность отказа и вероятность безотказной работы18
Интенсивность отказов19
Средняя наработка до отказа и другие числовые характеристики надежности 25
Глава 4. Распределения, используемые в теории надежности
Распределения и область их применения26
Экспоненциальный (показательный) закон28
Нормальный закон32
Логарифмически нормальный закон37
Закон Вейбулла40
Непараметрические классы распределений наработки42
Упражнения43
Глава 5. Надежность восстанавливаемого элемента
Восстанавливаемый элемент в случае мгновенного восстановления45
Распределение Пуассона48
Восстанавливаемый элемент с конечным временем восстановления51
Упражнения53
Глава 6. Надежность систем54
Система с последовательным соединением элементов55
Система с параллельным соединением элементов56
Система с нагруженным резервом57
Система с ненагруженным резервом58
Упражнения61
Глава 7. Ремонтопригодность машин62
Глава 8. Испытание на надежность
Сбор информации66
Биноминальный план испытаний69
Планы испытаний на надежность с измерением наработки71
Выводы74
Раздел 2. Повышение надежности
Глава 1. Пути повышения безотказности75
Глава 2. Повреждения деталей металлургических машин
Механические повреждения77
Термические повреждения78
Коррозионные повреждения79
Эрозионные повреждения80
Кавитационные повреждения80
Глава 3. Износ деталей металлургических машин81
Глава 4. Приработка трущихся поверхностей84
Глава 5. Подбор материалов для узлов трения86
Глава 6. Виды изнашивания
Характеристики нагруженности узла трения89
Адгезионное изнашивание93
Абразивное изнашивание94
Окислительное изнашивание94
Усталостное изнашивание97
Фреттинг-коррозия98
Избирательный перенос98
Глава 7. Смазка и смазочные материалы
Виды смазки100
Гидродинамическая жидкостная смазка102
Гидростатическая жидкостная смазка106
Эластогидродинамическая смазка106
Граничная смазка108
Смазочные материалы
Общая характеристика112
Классификация минеральных масел114
Показатели физических свойств минеральных масел116
Фильтрация масел118
Регенерация минеральных масел118
Пластичные смазочные материалы и их свойства120
Твердые смазочные материалы121
Глава 8. Выбор смазочных материалов для узлов трения
Методика выбора смазочных материалов122
Выбор вида смазочного материала
8.2.1 Общая характеристика смазочных материалов123
Выбор вида смазочных материалов для узлов трения125
Выбор маркиминерального масла
Выбормарки минеральногомасладля подшипников скольжения 128
Выбормарки минеральногомасладля подшипников качения131
Выбормарки минеральногомасладля зубчатых зацеплений132
Выбормарки минеральногомасладля червячных передач136
Задачи137
ЧАСТЬ 2. ЭКСПЛУАТАЦИЯ И РЕМОНТ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ МАШИН Раздел 1. Эксплуатация металлургических машин
Глава 1. Система технического обслуживания и ремонта металлургических машин
Содержание системы ТО и Р145
Техническое обслуживание146
Глава 2. Восстановление работоспособности состояния машин
Стратегии восстановлений148
Стратегии восстановлений при внезапных отказах148
Восстановление при постепенных отказах155
Восстановление на основе задания лимита затрат157
Оценка эффективности принимаемых решений при техническомобслуживании 159
Глава 3. Оценка предельного состояния изделия
Предельное состояние по степени повреждения и по выходному параметру 161
Критерии оценки предельного состояния по выходному параметру163
Критерии предельного износа163
Глава 4. Предельные износы в сопряжениях узлов трения
Предельные износы по условию прочности165
Предельный износ в подшипниках скольжения169
Предельные углы перекоса в валковой системе клети кварто172
Предельный износ ролика транспортного рольганга177
Предельные износы, определяемые толщиной упрочненногослоя182
Расчет допустимой величины износа детали, работающей в паре трения
с быстроизнашиваемой деталью185
Обеспечение работоспособности соединений с натягом190
Глава 5. Техническая диагностика
TOC \o "1-5" \h \z Технология диагностирования195
Методы диагностирования196
Вибродиагностика197
Виброакустическая диагностика198
Бесконтактная тепловая диагностика199
Раздел 2. Ремонт узлов и деталей машин
Глава 1. Технологический процесс ремонта узлов201
Глава 2. Методы восстановления деталей
Способы восстановления изношенных деталей204
Способы наращивания поверхностных слоев205
Способы восстановления поврежденных деталей и корпусов207
Глава 3. Ремонт деталей общего назначения
Валы и оси209
Зубчатые колеса210
Базовые детали213
Глава 4. Сборка типовых узлов
Способы сборки узлов и соединений217
Сборка резьбовых соединений218
Сборка соединений с гарантированным натягом220
Сборка узлов с подшипниками качения222
Сборка подшипников скольжения224
Глава 5. Сборка редукторов
Регулировка цилиндрических зацеплений226
Регулировка конических зацеплений227
Регулировка червячных зацеплений228
Регулировка глобоидных зацеплений230
Раздел 3. Основы монтажа оборудования
Глава 1. Геодезическое обоснование монтажа233
Глава 2. Способы установки оборудования235
Установка оборудования на плоских подкладках237
Установка оборудования на регулируемых по высоте элементах238
Бесподкладочный способ установки оборудования239
Глава 3. Способы выверки оборудования
TOC \o "1-5" \h \z Оптико-геодезический метод239
Инструментальный метод242
Центровка валов243
Глава 4. Монтаж типовых узлов и оборудования
Монтаж прокатной клети245
Монтаж многоопорных трансмиссионных валов247
Монтаж централизованных систем смазывания252
Библиографический список255
Приложение А. Оценивание показателей надежности257
Глава 1. Определение параметров планов испытаний258
Глава 2. Оценивание показателей безотказности
Оценивание показателей безотказности на основе параметрическихметодов266
Оценивание показателей безотказности на основе непараметрических методов276
Оценивание показателей безотказности при испытании
с измерением определяющего параметра (величины износа)281
Глава 3. Оценивание показателей долговечности
Модели оценивания286
Непараметрические модели оценивания287
Оценивание среднего ресурса на основании информации о величине износа 289
Оценивание остаточного ресурса296
Приложение Б. Значение функций и квантилей распределений299
Таблица 1. Нормированная функция Лапласа Ф(г)300
Таблица 2. Значения ординат плотности нормированного
нормального распределения <p(z)302
Таблица 3. Квантили нормального распределения, Hq304
Таблица 4. Квантиль распределения Стьюдента, tq m307
Таблица 5. Квантиль распределения •£■309
Таблица 6. Значения Гамма-функции, Г(х)311
Таблица 7. Распределение Пуассона312
Таблица 8. Квантили распределений статистик Vq и VqY313
Таблица 9. Значения коэффициента K(q, у, N)315
Таблица 10. Значения коэффициента ен для r/N > 0, 3316
Таблица 11. Значения коэффициента ену для r/N > 0, 3316
Приложение В. Основные эксплуатационные свойства смазочных материалов 317
Таблица 1. Основные эксплуатационные свойства индустриальных масел318
Таблица 2. Основные эксплуатационные свойства масел
для ПЖТ и редукторов прокатных станков321
Таблица 3. Основные эксплуатационные свойства специальных масел322
Таблица 4. Основные эксплуатационные свойства трансмиссионных масел323
Основные характеристики пластичных смазочных материалов на мыльных загустителях 324
Основные характеристики пластичных смазочных материалов с присадками 326
Основные характеристики пастообразных и твердых смазочных материалов 327
Основные характеристики самосмазывающихся и металлокерамических материалов 329
Таблица
Таблица
Таблица
Таблица
За последние годы произошли существенные изменения в экономике страны Металлургические предприятия работают в условиях рыночных взаимоотношений. Качество продукции и рентабельность определяют выживание и развитие предприятия Достичь этого возможно как на основе обновления основных фондов, соответствующих мировым стандартам, так и путем снижения затрат на поддержание металлургических машин в работоспособном состоянии
Возрастает потребность в специалистах, а именно в инжене- рах-механиках по специальности «Металлургические машины и оборудование», изучающих методологию решения таких задач в рамках дисциплины «Надежность, эксплуатация и ремонт металлургических машин».
За последние годы (последнее издание учебника по данной дисциплине было в 1982 году) получены новые научные знания и накоплен богатый опыт по эксплуатации и эемонту оборудования как на отечественных предприятиях, так и на предприятиях зарубежных фирм
Изданием данного учебника предполагается отразить современные достижения, обеспечивающие поддержание оборудования в работоспособном состоянии, наряду с зарекомендовавшими себя на предприятиях традиционными техническими и организационными решениями
Учебник состоит из двух частей и трех приложений В первой части сосредоточен материал по основам теории надежности и путям повышения надежности машин, а рассмотренные многочисленные примеры позволят студентам лучше вникнуть в суть рассматриваемых проблем
Во второй части учебника рассматриваются проблемы эксплуатации и ремонта металлургических машин и пути их решения Важными составляющими этих проблем являются оценка технического состояния металлургических машин и принятие оптимальных решений То есть решений, обеспечивающих необходимый уровень надежности с минимальными затратами
В приложении А рассмотрена методика оценивания показателей надежности, что позволяет студентам оценивать техническое состояние машин на основе статистических данных об отказах оборудования.
Приложение Б содержит справочный материал, необходимый при решении задач надежности
Приведенный в приложении В материал позволяет осуществлять подбор марки смазочного материала в узлы трения металлургических машин
Справочный материал, содержащийся в учебнике, позволяет в большинстве случаев решать задачи, не прибегая к специальной справочной литературе.
Представленный в учебнике материал может быть полезен и студентам других специальностей при изучении вопросов надежности и эксплуатации оборудования, которые являются обшими для механических систем независимо от их конструктивного исполнения Учебник может быть рекомендован слушателям курсов по переподготовке специалистов, осуществляющих эксплуатацию и ремонт металлургических машин
Автор выражает искреннюю признательность Синицкому В.М профессору, доктору технических наук, заведующему кафедрой "Автоматизированные металлургические машины и агрегаты" МГТУ им Баумана Э.Н за высказанные критические замечания, позволившие повысить качество изложения материала и благодарит за поддержку Чиченева Н.А. профессора, доктора технических наук, заведующего кафедрой "Машины и агрегаты металлургического производства" МИСиС.
Автор сердечно благодарит за набор компьютерной версии учебника Азаренкова В.А,
Существенную помощь в издании учебника оказали Хребто B E., главный механик ОАО “ММК" Чирков В.А.. генеральный директор ОАО “Прокатмонтаж". Жиниленко А.Л.. технический директор ОАО “Прокатмонтаж" Дубровский Б.А., генеральный директор ОАО "МММЗ' Веремеенко В В., главный инженер ОАО “МММЗ"
ю
Изучение любой дисциплины идет успешнее, когда студент не только прослушает курс лекций, усвоит материал учебника, но и самостоятельно решит конкретные задачи из практики эксплуатации и ремонта оборудования.
Очень важно освоить термины и определения теории надежности, усвоить физический смысл основных показателей надежности Так как их неверная трактовка существенно затруднит изучение материала в последующем
Для закрепления теоретического материала необходимо решить несколько задач и упражнений. Осмысление полученных результатов позволит понять взаимосвязи различных показателей надежности и принимать верные решения при эксплуатации и ремонте металлургических машин.
Изучение материала должно идти последовательно от раздела к разделу
Усвоив материал раздела, приступайте к решению 2-3 задач или упражнений. Если решение задач не вызывает затруднений, приступайте к изучению следующего раздела. При появлении затруднений еще раз внимательно вникните в смысл рассмотренных вопросов и в методику решения рассмотренных вопросов. Затем решите еще 2-3 задачи.
Самостоятельно выполненное решение не менее 30% задач и упражнений от общего их числа позволит почувствовать уверенность в своих силах по решению конкретных вопросов надежности, эксплуатации и ремонта металлургических машин
Изучение дисциплины предусматривает выполнение лабораторного практикума и курсового проекта на базе материала, изложенного в учебнике
Качество выполнения курсового проекта позволяет оценить способность студентов технически грамотно решать практические задачи на основе приобретенных знаний
и
Металлургические машины являются сложными техническими системами непрерывного действия, большой единичной производительности, работающими в условиях интенсивного нагружения и неблагоприятной окружающей среды.
В состав агрегатов входят десятки машин, сотни единиц узлов и тысячи деталей, каждая из которых имеет свой определенный, заранее неизвестный срок службы Поэтому время нахождения оборудования в работоспособном состоянии является величиной случайной и с течением времени отказ неизбежен.
Для поддержания оборудования в работоспособном состоянии на металлургических предприятиях действует система технического обслуживания и ремонтов машин и агрегатов, призванная обеспечить безотказную работу в межремонтный период.
В период плановых остановок оборудования проводится большой объем ремонтно-восстановительных работ и тем не менее не удается избежать отказов, приводящих к потерям производства и дополнительным затратам на восстановление Другая проблема заключается в том. что при существующей системе учета отказов оборудования нет объективной информации о техническом состоянии оборудования и, следовательно, присущ субъективный подход к определению содержания и объема ремонтных работ Оптимальное планирование объема ремонтных работ, в принципе, невозможно, так как имеющаяся информация не приспособлена для обработки на ЭВМ.
Следует заметить, что только наличие объективной информации о техническом состоянии оборудования, возможность обработки ее на ЭВМ позволяют использовать возможности, предоставляемые теорией надежности.
В противном случае теория надежности остается только теорией, позволяющей понимать закономерности возникновения отказов, взаимосвязь элементов системы, поведение системы с течением времени, но не способной прогнозировать и выдавать рекомендации для принятия решений.
То есть отсутствие информации о работоспособном состоянии машины с течением времени есть отсутствие информации о свойстве, присущем любой машине.
Это несколько абстрактное, но важное свойство машины получило название надежность.
Содержание понятия надежность в соответствии с ГОСТ 27 002.-89 («Надежность в технике. Понятия и определения») ол- ленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания, ремонтов, хранения и транспортирования
Надежность является сложным свойством, которое в зависимости от назначения объекта и условия его применения является сочетанием таких свойств, как безотказность, долговечность, ремонтопригодность и сохраняемость.
Для металлургических машин характерным является сочетание первых трех вышеперечисленных свойств
Под безотказностью понимается свойство объекта непрерывно сохранять работоспособное состояние в течение некоторого времени или некоторой наработки
Долговечность * свойство объекта сохранять работоспособное состояние до наступления предельного состояния при установленной системе технического обслуживания и ремонта
Ремонтопригодность - свойство объекта, заключающееся в приспособленности к предупреждению, обнаружению причин возникновения отказов, повреждений, а также поддержанию и восстановлению работоспособного состояния путем проведения технического обслуживания и ремонтов
Знание этих свойств и закономерностей их изменения с течением времени позволяет решать многие практические задачи не только по обеспечению определенного уровня надежности, но и по его повышению
Решение задач надежности должно тесно увязываться с экономическими вопросами.
Как правило, мероприятия, направленные на повышение показателей надежности, требуют существенных затрат на их реализацию. которые в ряде случаев могут превысить затраты, связанные с поддержанием оборудования в работоспособном состоянии на прежнем уровне. И в этом случае необходимо отказаться от таких мероприятий (если не идет речь о здоровье людей), либо искать другие приемлемые решения.
И только тогда, когда выбрано направление повышения надежности оборудования, установлены критерии его предельного состояния и обоснована стратегия восстановления, возможно повышение эффективности принимаемых технических решений по ремонту узлов и деталей. Для металлургических машин, как машин с длительным сроком службы (десятки лет) такие решения должны обеспечивать не только поддержание определенного уровня надежности, но и приводить к его росту
ЧАСТЬ I. НАДЕЖНОСТЬ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ МАШИН
РАЗДЕЛ 1. ОСНОВЫ ТЕОРИИ НАДЕЖНОСТИ ГЛАВА 1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ
Теория надежности - это теория, которая устанавливает закономерности возникновения отказов объектов и методы их прогнозирования; изыскивает способы повышения надежности изделий при конструировании, изготовлении и поддержания их работоспособного состояния во время эксплуатации; разрабатывает методы контроля надежности изделий.
Под работоспособным состоянием объекта понимается такое состояние, при котором значения всех параметров, характеризующих способность выполнять заданные функции, соответствуют требованиям нормативно-технической и (или) конструкторской документации.
Нарушение работоспособного состояния объекта является событием, получившим название отказ.
Отказы, по характеру своего проявления, подразделяются на:
внезапные;
постепенные
Внезапный отказ - отказ, характеризующийся скачкообразным изменением значений одного или нескольких параметров объекта
Постепенный отказ - отказ, обусловленный естественными процессами старения, изнашивания, коррозии и усталости при соблюдении всех установленных правил и (или) норм проектирования, изготовления и эксплуатации
Отказы могут являться и являются следствием ошибок или недостаточного уровня знаний конструктора, или нарушения установленных правил и норм проектирования и конструирования. Такие отказы носят название конструктивные отказы.
Отказ, возникший по причине, связанной с несовершенством или с нарушением установленного процесса изготовления или ремонта, выполняемого на ремонтном предприятии, получил название производственный отказ.
Если нарушения установленных правил и (или) условий эксплуатации приводят к возникновению отказа, то такой отказ называется эксплуатационным отказом.
Для металлургических машин при пуске их в эксплуатацию наиболее характерными являются внезапные конструктивные отказы.
При установившемся процессе эксплуатации наиболее часто возникают внезапные эксппуатационные отказы
Если прочностные свойства детали не изменяются, то внезапный отказ связан с перегрузкой Если же в результате многократного воздействия предельных нагрузок происходит снижение прочностных свойств, то происходит внезапный отказ, связанный с развитием усталостных трещин.
Но внезапные отказы могут являться и следствием разброса механических свойств материала, из которого изготовлена деталь, и уровня нагрузок, действующих на нее (рис.1 1).
Если принять, что вепичины нагрузки и прочности подчиняются нормальному распределению (что во многих случаях соответствует действительности), то существует зона (на рис. 1 1 заштрихована) внезапных отказов при расчетном коэффициенте запаса прочности. Возникновение постепенных отказов в узлах трения вследствие развития процессов изнашивания протекает по схеме, представленной на рис. 1.2

и прочностных свойств деталей
Первоначальный разброс величины зазора вследствие допуска на изготовление в процессе изнашивания увеличивается. Увеличение зазора определяется скоростью изнашивания J, величина которой имеет нормальное распределение, поэтому и наработки до отказа в этом случае имеют нормальное распределение В теории надежности при рассмотрении надежности объектов введены понятия "система" и "элемент"
I
т
LРис. 1.2. Схема возникновения постепенных отказов:
[U]=U па*' максимально допустимая величина износа (отказ);
Л - исходный зазор в соединении; f (А) - плотность распределения зазора в соединении, f(J) - плотность скорости изнашивания; f(t)- плотность вероятности отказов;
Т - средняя наработка
Под системой будем понимать множество элементов и связь между ними, образующих некоторую целостность. Под элементом понимают часть системы, предназначенную для выполнения определенных функций и неделимую на составные части при данном уровне рассмотрения
То есть только уровень рассмотрения определяет отнесение того или иного объекта, образующего некоторую целостность, к системе или элементу
Например, линия привода горизонтальных валков может рассматриваться как элемент, входящий в систему, - рабочая клеть. В то же время линия привода горизонтальных валков может рассматриваться как система с входящими в нее элементами: узел валков, узел шпиндельного соединения, узел шестеренной клети, электропривод. Все зависит от того, какие задачи мы ставим при исследовании надежности того или иного объекта
Как правило, при исследовании надежности металлургических машин в процессе эксппуатации в качестве элементов принимаются детали или узлы, которые подвергаются замене или восстановлению в процессе технического обслуживания или ремонта металлургических агрегатов.
Элементы и системы, которые в случае отказа заменяются новыми, называются невосстанавливаемыми
Элементы и системы, которые в случае отказа подвергаются восстановлению, называются восстанавливаемыми
Важнейшим понятием теории надежности является понятие наработка, под которым понимается продолжительность или объем работы Различают наработку до отказа и наработку между отказами или наработку на отказ
Наработка до отказа - наработка объекта от начала его эксплуатации до возникновения первого отказа.
Наработка между отказами (на отказ) - наработка объекта от окончания восстановления его работоспособного состояния после отказа до возникновения следующего отказа Относится только к восстанавливаемым объектам
ГЛАВА 2. ПОКАЗАТЕЛИ НАДЕЖНОСТИ
Для характеристики свойств надежности введены показатели надежности, которые подразделяются на единичные, характеризующие одно из свойств, составляющих надежность объекта, и комплексные, характеризующие несколько свойств, составляющих надежность объекта
К показателям, характеризующим безотказность объекта, относятся:
вероятность безотказной работы Р (t);
вероятность отказа Q (t); интенсивность отказов k (t);
средняя наработка до отказа Т.
гамма-процентная наработка до отказа Тг,
параметр потока отказов о (t); средняя наработка на отказ Т
Для характеристики долговечности объекта введены показатели:
средний ресурс Т р,
гамма-процентный ресурс Тт, средний срок службы Т т, гамма-процентный срок службы Т,
Ремонтопригодность характеризуется показателями
вероятность восстанов.г ения Р (t„);
среднее время восстановления Тв,
средняя трудоемкость восстановления QB.
К комплексным показателям надежности относятся:
коэффициент готовности Кг,
коэффициент оперативной готовности К^,
коэффициент технического использования Кти-
ГЛАВА 3. НАДЕЖНОСТЬ НЕВОССТАНАВЛИВАЕМОГО ЭЛЕМЕНТА
Вероятность отказа и вероятность безотказной работы
Будем считать, что время безотказной работы t (наработка) есть какая-то случайная величина % с функцией распределения F(t), для которой существует плотность f(t)=F’(t)=dF(t)/dt
Функция распределения F(t)=P(^<t) есть вероятность того, что на интервале времени [0, t] произойдет отказ, или величина случайной наработки % будет меньше заданной величины t. Назовем функцию распределения вероятностью отказа и обозначим символом Q(t)
F(t)=Q(t)=P(S<t).(3.1)
Дополнительную вероятность
P(t)=1-Q(t)=P(^t)(3.2)
будемназывать вероятностью безотказнойработы.Следовательно, вероятностьбезотказной работы естьвероятностьтого, что
элемент будет работоспособным в заданный момент времени, или это есть вероятность того, что случайная величина наработки \ будет больше заданного времени t.
Известно, что если случайная величина наработки £ имеет плотность функции распределения f(t)=F'(t), тогда
00
т = \fu)dx.1
(3.3)
Q(t)=}/(*)*.О
Плотность функции распределения* f(t) назовем плотностью вероятности отказов
f(lhmdt
(3.4)
Плотность вероятности отказов характеризуется вероятностью отказов в единицу времени на интервале [0. tj.
На рис.3.1 показана графическая интерпретация представленных зависимостей.


Рис. 3.1 Плотность вероятности отказов:
Q(ti) - вероятность отказа, численно равна площади под кривой плотности вероятности отказа, ограниченной справа ординатой, проведенной из точки, соответствующей моменту времени ti.
Р (Ь) -вероятность безотказной работы, численно равна площади под кривой плотности вероятности отказов, ограниченной слева ординатой, проведенной из точки, соответствующей моменту времени t,
Интенсивность отказов
Примем, что на интервале времени [0, t] отказа не произошло Необходимо выяснить, какова вероятность отказа в последующую единицу времени At (рис.3.2):
А - событие, в котором на интервале [0, t|] не произошло отказа,
В - событие, в котором на интервале [Ц, tj произошел отказ,
С - событие, в котором на интервале [0. t,] не произошло отказа, а на интервале [t1t t2J отказ произошел Тогда

сРис. 3.2 К расчету вероятности появления события С
В этом случае вероятность события С запишется как
(3.5)
(В\_Р(С){а) Р(А)Вероятность отказа машины в промежутке времени [t1( tj можно выразить через вероятность безотказной работы
£(/,(,) = ]/(,)<* = \f№ - J/M dt = P(t\)~ P(t2 )(3.6)
Тогда вероятность того, что в этом интервале произойдет отказ за единицу времени - ti. при условии, что отказа не было до момента времени t1t примет вид
(3-7)
Л-1Л ) PjtJ- Р('г )
*2 -"02-)*P(t,)
Если записать интервал [//Г>] как [/.,/. + Д/], то

/*(/)- Р 0 + At) А I у Р (/)
Это соотношение характеризует ни что иное, как вероятность отказов за единицу времени на интервале . ti] при условии, что до момента времени t, отказа не было То есть характеризует интенсивность отказов на интервале [ti. t2].
Мгновенное значение интенсивности отказов определяется как предел интенсивности отказов на интервале, когда длина ин-

И ее можно трактовать как вероятность того, что элемент, доживший до момента t, откажет за последующую (малую) единицу времени. Важность мгновенного значения интенсивности отказов состоит в том, что оно показывает изменение интенсивности отказов на протяжении срока службы некоторой совокупности объектов (механизмов, узлов, деталей).
29019501429385Характерное изменение интенсивности отказов во времени представлено на рис. 3.3.

оРис. 3.3. Интенсивность отказов за период службы машины
Для начального периода времени [0, ti] характерны ранние отказы вследствие дефектов материала, конструкторских недоработок, дефектов изготовления. Этот отрезок кривой получил название период "детской смертности"
Второй отрезок кривой на интервале [t,. t2] отображает случайные внезапные отказы, вызванные неожиданным увеличением нагрузок, предельно тяжелыми условиями работы и т.д.
Отрезок кривой после момента времени t2, характеризует старение объекта, являющееся следствием, как правило, проявления износовых отказов.
Иными словами, интенсивность отказов характеризует изменение качества изделия в процессе эксплуатации
Интенсивность отказов связана с вероятностью безотказной работы соотношением
г
P(i) = ехр( -|Я(г)^г) .(3.9)
о
а с плотностью вероятности отказов соотношением
I
(3 Ю)
/ (/) = Я (/) exp - J А (г ) с/ г
о

о
Интенсивность отказов, рассматриваемая на каком-то промежутке времени, называется накопленной интенсивностью отказов \(т) и связана с мгновенным значением интенсивности отказов соотношением
(3 11)
а с вероятностью безотказной работы соотношением
(3.12)
Л (О = - In P(t)Найдем накопленную интенсивность отказов на интервале
875030341630Из выражения (3.9) следует, что вероятность безотказной работы в момент времени f+x
(313)

где £ - остаточное время жизни элемента, т.е. случайная ве-
личина, равная (£-/) при условии, что %>t д - время безот-
казной работы элемента.
То есть вероятность отказа элемента, дожившего до момента времени t , на очередном интервале [t,t+x] зависит только от значения функции &( т) на этом интервале и не зависит от ее поведения вне этого интервала и может характеризоваться накопленной интенсивностью отказов А (t.t+х) на интервале [t,t+x].
(3.14)
A(t,t + х) = P(t + х)- Р(1).
Пример 3.1 Долговечность комплекта вкладышей шпинделей со стороны валков в линии привода чистовой группы клетей (7 клетей) имеет нормальное распределение с математическим ожиданием ц=60 сут и средним квадратичным отклонением сг =10 сут
Построить график плотности распределения отказов и интенсивности отказов на интервале [0, 70 сут].
Определить возможное число п, отказавших комплектов вкладышей к моменту времени t=50 сут
Определить возможное число отказавших комплектов вкладышей п2 на интервале [50 - 60] сут
Определить возможное число отказов вкладышей п3 на интервале [50-60] сут, если до момента времени t=50 сут отказов не было
Решение.
Построение графиков осуществим, используя зависимости:
те;t-H
т J/M*/(/)=----. P(t) = 0,5 -Ф
П\ - N *Q(t)- N х = 14х
Возможное число отказавших комплектов вкладышей Hi для t=50. ц=60 учитывая, что Q(t)=1-P(t) и Ф(-г)=-Ф(г):
0‘5 + Ф[п^ j* 14х(0.5-0.341) = 2,23.
где N - число комплектов вкладышей в чистовой группе клетей со стороны валков;
Ф - нормированная функция Лапласа, т.е. функция распределения (см. табл 1 прил.Б).
Возможное число отказавших комплектов вкладышей п2 на интервале [50-60] сут, если были отказы в интервале [0-50] сут
п2 = /Vx [/*(/, )-/,(f2)] = 14х(0,841-0,5) = 4,77.
60-50' 10 .
= О J+ 0,341 = 0,841.
т.к. P(t,) = 0,5 + Ф P(ti)-0,5Возможное число отказов комплектов вкладышей п3 на интервале [50-60] сут, если до отказов не было, найдем, используя график интенсивности отказов на рис.3 4

10040 j
/(О
150*10 л
5040 •»
Рис. ЗА Гоафик плотности распределения отказов и интенсивности отказов для условий примера 3.1
Площадь под кривой интенсивности отказов на интервале [50- 60] сут есть вероятность отказов вкладышей на этом интервале при условии, что до этого отказов не было Тогда возможное число отказов комплектов вкладышей п3 при использовании накопленой интенсивности отказов, определенной по площади ограниченной
кривой д (/), те приближено в виде трапеции, будет равно
у ,/Ч(80+29)х10-3п3 =NxA(/,/2) = 14x(60-50)x-iI= 7.6
или, более точно, принимая во внимание формулу (3 12):
лз = N х (In Р( /,) - lnP(t2)) = 14 х ( —0.173 + 0,693; = 7.3.Средняя наработка до отказа и другие числовые характеристики надежности
Очень часто на практике затруднительно оценивать надежность функциональными характеристиками, и в этом случае надежность элемента характеризуют числовыми характеристиками. Наиболее важными из них являются: среднее время безотказной
работы (средняя наработка до отказа) Г(^) и дисперсия
среднее квадратичное отклонение
случайной величины £
00
Т = Т4=М4 =(3.15)О
00
Т = Т' = jpf{t)dt,(3.16)
О
00
r-li-f<V(l).dr;(3.17)О
06
D = а2 = Dt = J(r - 7^ dQ((/):(3.18)О
CD
DS = \f2 M&dt-T'(3.19)
о
Следовательно, средняя наработка на отказ есть математическое ожидание Mq случайной величины наработки £ а дисперсия или среднее квадратичное отклонение служит мерой отклонения случайной величины наработки % от ее математического ожидания М* или. что то же самое, от средней наработки
На рис.3.4, представлена графическая интерпретация средней наработки и среднего квадратичного отклонения.
Для характеристики степени разброса вепичин случайной наработки применяют коэффициент вариации, равный отношению среднего квадратичного отклонения к средней наработке
v=—(3.20)
Т
Рис. 3.4 Гоафическая интерпретация средней наработки:
Ц.Т - центр тяжести площади сечения под кривой плотности вероятности отказов
Значения случайной наработки i, практически не выходят за пределы интервала [Т±Зо].
Это правило носит название “правипо трех сигм*
В ряде случаев для характеристики надежности изделия используют медианное* значение наработки Ме^. Медиана - это квантиль порядка 0.5. То есть Ме£ - это значение наработки для вероятности безотказной работы P(t)=0,5
Значения же наработки для любого заданного значения у в % вероятности безотказной работы получили название “гамма- процентной наработки Тт"
ГЛАВА 4. РАСПРЕДЕЛЕНИЯ, ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ В ТЕОРИИ НАДЕЖНОСТИ
Распределения и область их применения
Для анализа надежности машин в процессе эксплуатации необходимо иметь сведения о наработках до отказа элементов, на основании которых осуществляют оценивание показателей надежности исследуемого объекта. Получение же оценок надежности основано на различных предположениях о законах распределения наработок до отказа.
Выдвижение гипотезы о принадлежности наработок к тому или иному распределению может основываться либо на изучении физики явлений, приводящих к отказу, либо на основе аналитического исследования статистических данных об отказах оборудования.
Исследование надежности металлургического оборудования показало, что наработки оборудования можно описать в большинстве случаев следующими распределениями:
экспоненциальным (показательным);
нормальным;
логарифмически нормальным;
Вейбулла
Экспоненциальное распределение характерно для внезапных отказов, когда элемент не стареет, а также для отказов сложных технических систем независимо от причины их возникновения
Нормальным распределением описываются наработки, длительность которых определяется процессами изнашивания (старения).
Логарифмически нормальное распределение точнее, чем нормальное, описывает наработки до отказа вследствие развития усталости, а также время восстановления работоспособности изделия.
Если элемент подвержен как внезапным, так и постепенным отказам, то наиболее приемлемым является распределение Вейбулла.
В каждом конкретном случае только на основании исследования характера повреждения можно принять решение о принадлежности полученных наработок к тому или иному распределению.
2156460496570з
Например, мы исследуем надежность линии привода формирующего ролика моталки стана горячей прокатки полос.
I

Рис. 4.1 Кинематическая схема линии привода формирующего ролика моталки:
- карданный вал;
- подшипники качения;
- формирующий ролик
Опыт эксплуатации линии привода формирующего ролика показал, что отказы возникают по следующим причинам
износ бронзовых втулок в шарнире Гука;
износ шлицевого соединения карданного вала;
разрушение подшипника качения;
износ бочки ролика;
поломка цапфы ролика
Примем в качестве элемента, надежность которого изучаем, ролик В этом случае наиболее вероятным является предположение об использовании распределения Вейбулла. так как отказы ролика происходят как по износу бочки, так и по поломкам цапфы.
Для изучения надежности элемента - карданный вал - наиболее вероятным является использование нормального распределения.
Если же мы хотим исследовать надежность элемента - подшипника качения, то следует принять логарифмически нормальное распределение, так как его разрушение есть следствие развития усталостных трещин.
Исследование же надежности элемента - линии привода формирующего ролика - будет основываться на экспоненциальном распределении, так как это сложная техническая система
Принимаемые решения (гипотезы) не являются окончательными и должны проходить проверку по критериям согласия*
Распределения, используемые в теории надежности, называют законами надежности
Экспоненциальный (показательный) закон
Так называют распределение (рис.4.2). для которого
(4.1)
P(t) = е*я'Это однопараметрическое распределение с параметром \ - интенсивность отказов Ввиду своей простоты оно получило широкое распространение при исследованиях надежности машин Но произвольное его использование может приводить к грубым ошибкам
Для экспоненциального распределения:
плотность вероятности отказов
(4.2)
(4 3^
интенсивность отказов М) = \ = Const:
числовые характеристики:
Л = —,
Т
т = Щ,(4.4)
-IT-1а=тv = - = \
тКоэффициент асимметрии А=2 ЭксцессЕ=6.
Характерным признаком экспоненциального распределения является равенство коэффициента вариации v единице Экспоненциальное распределение является распределением без последствий, так как X = Const. т е. вероятность отказа в каждую последующую единицу времени остается неизменной сколько бы ни проработал безотказно элемент до данного момента времени Но необходимо отметить, что вероятность безотказной работы с течением времени снижается, т.е чем дальше рассматривается момент времени от начала эксплуатации, тем меньше вероятность того, что объект будет находиться в работоспособном состоянии (см. рис.4.2).
Но если объект не отказал к рассматриваемому моменту времени, то вероятность его отказа в последующую единицу времени будет та же, что и в начальный момент эксплуатации
Пример 4 1 Наработка пружин механизма уравновешивания верхнего шпинделя имеет экспоненциальное распределение со средней наработкой Т =40 сут
Построить график плотности данного распределения и функцию распределения.
Решение
Построение графиков осуществляем, используя формулы (4.1)-(4.3)

4102102066290МО
б
Я = const
Рис. 4.2 Экспоненциальное распределение: а - вероятность безотказной работы;
б- плотность вероятности отказов; в - интенсивность отказов
Плотность вероятности отказа (плотность функции распределения) I —
2145665146050/(/ = 10) = — е * =19.4х10‘\ yv40
f(t=20)=15.2*10'3;
f(t=30)=*i 1.8*1 о*3:
f(t=40)=9.2*103;
f(t=50)=7,2*10 3;
f(t=60)=5,6*10 3;
f(t=70)=4.3*10"3‘
f(t=80)=3,4*10
210629545720Плотность отказа (функция распределения)
Q(t = I О) = 1 -= 0,22;Q(t=20)=0,393;
Q(t=30)=0,528:
Q(t=40)=0,632;
Q(t=50)=0,713;
Q(t=60)=0,777;
Q(t=70)=0,826;
Q(t=80)=0,865
Пример 4.2 В линии привода формирующих роликов моталки происходят внезапные отказы роликов
Определить, в какой момент времени может быть обеспечена вероятность безотказной работы P(t) = 0,8, если в межремонтный период t = 30 сут вероятность отказа Q(t) = 0.632
Решение
Из-за отсутствия другой информации предполагаем, что наработки роликов описываются экспоненциальным распределением (отказы происходят внезапно).
Для экспоненциального распределения значение Q(t) = 0,632 соответствует моменту времени, равному средней наработке:
tp=T
Для экспоненциального распределения
P(t) = <>-*'птг.юля
/ = -^-lnP(0 = -Tin P(t);
Ятогда
t=-30ln0,8 = 6.7 сут
Нормальный закон
Нормальное распределение - это двухпараметрическое распределение (рис.4.3) с плотностью
(4.5)
т=
ехр
ryflz
(t-М?
1аг

где ц, о - параметры распределения Вероятность безотказной работы
(4.6)
P(t) = 0,5 - Ф|
где (t-цУс = и - квантиль нормированного распределения Вероятность попадания в интервал [а, р] выражается фор
мулой
(4.7)
Р[а < I < р] = Ф
Свойства функции Лапласа Ф(х):
(4.8)
Ф(0) = 0; 2 Ф(-х)=-Ф(х); 3 Ф(±оо)=±0,5 Интенсивность отказов
оР А
crгде cp (u) - табличное значение (см. табл.2).



Рис.4.3. Нормальное распределение: а - вероятность безотказной работы, б - плотность вероятности отказов; в - интенсивность отказов
Числовые характеристики распределения: средняя наработка
Т=М^=ц;
дисперсия
коэффициент вариации
D=o2:
сг
v=—;
И А =0;
Е =0.
коэффициент асимметрии эксцесс
Строго говоря, в теории надежности должен использоваться усеченный (слева) нормальный закон (рис.4.4) с плотностью
(t-n)1"
(4.9)
f(0 =
схр
гл/2я
2aJ
так как наработки являются неотрицательными величинам, где
(4 10)
1 -ф -
V */.
Вероятность безотказной работы
t-U
С =
P{t) = С хИнтенсивность отказов
1 -Ф
ми=-
1-ф
х ехр
13684254273550(4 11)
(4 12)


На графике рис.4.4 видно, что с увеличением срока эксплуатации интенсивность отказов растет, т е снижается надежность изделия
Для усеченного нормального распределения при (ц /<т)>3 характеристики практически совпадают с нормальным распределением
ц/с 1 2 3
с 1,189 1,023 1,001




Рис.4.4. Усеченное (спева) нормальное распределение: а - вероятность безотказной работы; б - плотность вероятности отказов; в - интенсивность отказов
Поэтому широко используются более простые зависимости нормального распределения для стареющих элементов
Пример 4.3 Ролики транспортного рольганга имеют наработки. распределенные по нормальному закону с математическим ожиданием ц =350 сут и средним квадратичным отклонением ст=50 сут
Найти вероятность безотказной работы роликов на 300
сут
Построить график интенсивности отказов.
Если вероятность появления отказов в процессе эксплуатации не должна превышать 20%. то через какой период времени необходимо проводить их замену?
Решение
Вероятность безотказной работы находим по формуле (4.6).
P(t = 300) = 0,5 -3--°^3-° J = 0,5 + 0,341 = 0,841Функцию Лапласа Ф((Ьц)/а) находим из табл. 1 прил. Б для функции нормированного нормального распределения. Построение графика интенсивности отказов осуществляем, используя формулу (4.8).
Так как из условия задачи вероятность отказа Q(t)=0,2, то вероятность безотказной работы P(t)=0,8.
Тогда табличное значение квантили uos нормального распределения равно (-0,842) из табл.З. прил.Б Следовательно, замену роликов необходимо проводить через
/ = 350-ы08 50 = 350-0,842 50 = 308 сут.Пример 4.4. Наработки шарнира универсального шпинделя описываются нормальным распределением с математическим ожиданием м=40 сут и средним квадратичным отклонением <т=20 сут
Определить, при какой величине ц (a=const) и при какой величине ст (^=const) будет обеспечена в межремонтный период tp=30 сут вероятность отказа Q (t=30)=0.1
Решение
Для обеспечения заданной вероятности отказа w?-o.9 = ”1,28 (табл.З, прил.Б), тогда
ет
fi = / +1,28 о = 30 + 1,28 х 20 = 55,6 сут.
t - fj 30 - 40_„
or =— ==7,8 сут.1,28 1,28
Следовательно, для обеспечения вероятности безотказной работы P(t=30)=0,9 необходимо выполнить мероприятия либо по повышению средней наработки шарнира универсального шпинделя в 1,4 раза, либо по снижению стандарта до 7,8 сут
Как правило, повышение средней наработки связано с существенными затратами, направленными на повышение износостойкости.
Величина среднего квадратичного связана с нарушениями технологического процесса получения материала, процесса изготовления изделия и правил его технической эксплуатации
Поэтому достижение более низких значений среднего квадратичного является следствием не только чисто технических, но и организационных мероприятий
Логарифмически нормальный закон
Логарифмически нормальное распределение - распределение двухпараметрическое (рис.4.5) с плотностью распределения
(ln/-m)2
la1
(413)
/(/) = —т=-ехр
ffx/xv/r
где or и m - параметры распределения.
Вероятность безотказной работы
P(t) = 0.5 - Ф f ln ' ~ т |(-»14)
Интенсивность отказов
In t - т

А(/)=-ЛгL(415)
/ х а х Р (t)


а - вероятность отказов;
6 - плотность вероятности отказов; в - интенсивность отказов
Для логарифмически нормального распределения характерно возрастание интенсивности отказов с увеличением срока эксплуатации.
Числовые характеристики:
средняя наработка
Т = exp m + ^у- ];(4.16)
дисперсия
D = е2"*"’(е"’ -1)(417)коэффициент вариации
v = Ve"1 -1
Пример 4.5 Наработка до отказа подшипника скольжения механизма уравновешивания шпинделей имеет логарифмически нормальное распределение с параметрами т=4, о=1
Найти вероятность безотказной работы и интенсивность отказов при наработке t =60 сут
Определить величину средней наработки.
Решение.
Подставляя в формулу (4 14) численные значения т, о и t, получим
P(t = 60) = 0,s-<t>p-n6e~4j = 0,5 - 0,036= 0,464,
где Ф(о.о4)=0,036 из табл.1 прил.Б нормированного нормального распределения.
Используя выражение (4.15), находим интенсивность отказов.
ilD6°-4l
Ч 1)-ол3973
А(0 = —^L■ = 0,014
60 х 1 х 0.46460х0,464
где Ф(0,о4)=0.3973 из табл.2 прил.Б.
Значение величины средней наработки аходим по формуле
Т = ехр
4 + —
2
= 90 сут
Закон Вейбулла
(4 18)
Закон Вейбулла - это двухпараметрическое распределение (рис.4.6) с плотностью отказов
(о 10‘1
ехр ■ “
w \о) j
где Ь - параметр формы; а - ресурсная характеристика. Вероятность безотказной работы

V а >
(4 19)
Д-1
(4.20)
P(t) = exp Интенсивность отказов
л(,)-М*)
Числовые характеристики средняя наработка

(4.21)
Г = о х Г
[1*т)дисперсия
(4-22)
D = аг
коэффициент вариации
(4.23)
Н)-г;Ю с.rN) *Й]

Рис. 4.6. Распределение Вейбулла. а - вероятность безотказной работы, б - плотность вероятности отказов; в - интенсивность отказов
Для закона Вейбулла интенсивность отказов имеет различный характер изменения с течением времени в зависимости от параметра Ь
При b =1 интенсивность отказов есть величина постоянная и распределение Вейбулла переходит в экспоненциальное распределение.
Для Ь=2 распределение Вейбулла переходит в распределение Релея, и интенсивность отказов описывается уравнением прямой
А(0=—]—*tИ.24)
а 1
Для Ь>2 интенсивность отказов растет с течением времени. Если же Ь<1, интенсивность с течением времени снижается, что, как указывалось выше, характерно для начального периода эксплуатации новых изделий.
Пример 4.6. Наработка 7 секции транспортного рольганга имеет распределение Вейбулла с параметрами а=60 сут, b =1.9.
Найти вероятность безотказной работы и интенсивность отказов при наработке t= 40 сут
Найти среднюю наработку на отказ.
Решение.
Подставляя исходные данные в формулу (4 19). получим
40 60
Интенсивность отказов находим по формуле (4.20)
.9г an 1
Р (/ = 40 ) = ехр
0,629
А(г = 40) = — х ( — I =0,022 40 I 60 )
Средняя наработка на отказ в соответствии с формулой
(421)
1 + —I-
I 1,9 J
Т = 60 х Г
60 х 0,887 = 53j,’fi2
где Г(1+1/1,9) - гамма-функция, значение которой находится из табл.6. прил.Б.
Непараметрические классы распределений наработки
Рассматривая вышеприведенные распределения, мы видели. что интенсивность отказов X(t) может быть как возрастающей, так и убывающей Поэтому в ochorv кпапг.и(Ьиканипннмх поизна-
ков распределений наработки можно положить характер изменения интенсивности отказов. И в этом случае различают
распределения с возрастающей функцией интенсивности отказов (ВФИ - распределения);
распределения с возрастающей в среднем функцией интенсивности отказов (ВСФИ - распределения').
В классе ВСФИ-распределений содержатся, например, усеченное нормальное, экспоненциальное, Вейбулла при значении параметра формы Ь>1
ВФИ- и ВСФИ-распределения являются непараметрическими, когда неизвестен вид функции распределения - F(t).
Наработки можно отнести к классу ВСФИ при работе изделия в условиях ударных нагрузок. Предполагается, что система подвергается воздействию ударов, которые возникают случайным образом и вызывают повреждения (перегрузки) системы. Повреждения накаппиваются до тех пор, пока не будет достигнут ипи превзойден некоторый критический уровень, при этом в системе наступает отказ (постепенный).
Упражнения
Средняя наработка подшипника скольжения уравновешивания шпинделей равна 44 сут Вероятность безотказной работы в момент времени t=44 сут, P(t)=0,368
Определить вероятность отказа в межремонтный период tp=30 сут
Секция транспортного рольганга содержит 20 роликов. Наработки роликов описываются распределением Вейбулла с параметрами а=150. Ь=2
Определить возможное число отказов роликов.
а)на интервале [0,120] сут;
б)на интервале [120, 150] сут;
в)на интервале [120, 150] сут при безотказной работе до момента времени t=120 сут
Известно, что время восстановления работоспособности линии привода валков описывается погарифмически нормальным распределением т=0.5. ст=0.2
Определить среднее время восстановления работоспособного состояния и вероятность восстановления работоспособного состояния за 2 ч.
Зубчатые муфты распределительного редуктора в количестве 5 шт выходят из строя по износу Известно, что их средняя наработка Т=100 сут, стандарт ст=30 сут
Определить возможное число отказов муфт в межремонтный период t=60 сут
По условиям примера 4 определить возможное число отказов муфт в следующий межремонтный период, если принято решение не проводить текущий плановый ремонт
Наработки секции транспортного рольганга описываются распределением Вейбулла с параметрами а=60. Ь=2,0 В межремонтный период tp=60 сут отказов не было. Было принято решение не проводить плановый ремонт
Определить вероятность отказа в следующий межремонтный период.
По условиям примера 6 определить величину средней наработки и интенсивность отказов в конце межремонтного периода.
8. По условиям примера 6 найти показатели безотказности в момент времени t=50 сут
9 Наработка пружин механизма уравновешивания верхнего шпинделя описывается экспоненциальным распределением с параметром Х=0,025.
В какой момент времени с начала эксплуатации вероятность безотказной работы будет равна 0,8 и какова вероятность отказа в данный момент времени?
10. Наработки подшипников качения механизма уравновешивания шпинделей описываются логарифмически нормальным распределением с параметрами т=5,5, о=1
Найти интенсивность отказов в момент времени t=60 сут и вероятность отказа на интервале [60, 90] сут
Карданные валы формирующих роликов моталки имеют ресурсную характеристику а=80 (сут) и коэффициент вариации v=0.6 Межремонтный период t=30 сут
определить вероятность отказа в межремонтный период определить вероятность отказа на 30 сутки определить вероятность отказа в следующий межремонтный период, если в предыдущем отказов не было.
ГЛАВА 5. НАДЕЖНОСТЬ ВОССТАНАВЛИВАЕМОГО ЭЛЕМЕНТА
Значительная часть элементов металлургического оборудования при отказах не заменяется на новые, а восстанавливается
В качестве примера рассмотрим линию привода прокатных валков, включающую узел валков, узел шпиндельного соединения, шестеренную клеть.
Линия привода, принятая за элемент при анализе надежности, является восстанавливаемым элементом, так как любой отказ устраняется путем замены либо конкретной детали, либо узла, в состав которого входит отказавшая деталь Если же линию привода при анализе надежности считать системой, а входящие в нее узлы - элементами и отказы устраняются путем замены узлов, то такая система называется восстанавливаемой, а элементы (узлы)
невосстанавливаемыми.
Например, при износе вкладышей универсального шпинделя происходит замена шпинделя в сборе Шпиндель в сборе принят за элемент
Возможен вариант, когда отказы устраняются путем восстановления элемента (узла), а не его заменой Например, в элементе (узел шпинделя) заменяются вкладыши Тогда такой элемент называется восстанавливаемым
При анализе надежности восстанавливаемого элемента рассматриваются два случая:
мгновенное восстановление (когда время восстановления мало и им можно пренебречь);
конечное время восстановления
Будем различать два типа восстановления замену и ремонт Предполагаем, что восстановление полное, т е после восстановления элемент имеет такую же надежность, что и в начальный момент
Восстанавливаемый элемент в случае мгновенного восстановления
Рассмотрим случай мгновенного восстановления.
Пусть 0<t,<t2< <tp - последовательные моменты отказов (и восстановлений) элемента, a ^i=t,, ^2=t2-tt. ^n^n-Vi. - время безотказной работы до первого отказа, после первого восстановления. второго восстановления и т.д.
Последовательность случайных моментов t1t t2, tn называют процессом восстановления, а раздел теории надежности, в котором изучается этот процесс, называют теорией восстановления
Характеристики процесса восстановления являются характеристиками надежности восстанавливаемого объекта Основные из этих характеристик следующие:
число отказов до момента t - v (t), имеющее распределение:
/>[Н») ='] = ^<')-/%„('),(5.1)где
КО) = Р[к <'}функция восстановления (поток отказов) - среднее число отказов до момента t - H(t), fi(t):
Я(/) = Мv(t) = J F,(t).(5.2)*»i
Отсюда среднее число отказов на интервале [t, t+ х] равно
H(t+x)-H(t);
интенсивность отказов (плотность восстановления) - h(t),
0,(1)*(<) = «'«) = £/„„<53)
*-1
Интенсивность отказов (параметр потока отказов) имеет двойной смысл.
С одной стороны, h(t) есть среднее число отказов за малую единицу времени, следующую за моментом t. С другой стороны, h(t) есть вероятность отказа за малую единицу времени;
остаточное время жизни - ^ - это интервал от момента t до ближайшего справа отказа.
Как известно, наработки на отказ сложных технических систем распределены по экспоненциальному закону
В этом случае число отказов в интервале продолжительностью t является случайной величиной, распределенной по закону Пуассона. Процесс восстановления будет пуассоновским процессом
Во многих случаях восстанавливаемый элемент функционирует в течение времени t, которое во много раз больше средней наработки на отказ. В этом случае среднее число отказов на интервале [0, t] приближенно равно
Я (/) * —+ Т
(5.4)
t аг-Т2 — + :—
1418590804545Если элемент восстанавливается путем замены входящей в его состав отказавшей части (например, вкладыш в шпиндельном соединении) и функционирует время t, то v(t)<n0 есть число запасных элементов, необходимых для непрерывной работы элемента до момента t. Тогда
(5.5)
1623060514985где uq - квантиль берется из табл.1 прил.Б. q = 0,95...0,975 Среднее остаточное время
(5.6)
Пример 5.1 Восстановление работоспособного состояния шпиндельного соединения осуществляется путем замены комплекта изношенных вкладышей со средней наработкой Т=46 сут и среднеквадратичным отклонением сг=14 сут
Определить среднее число замен, необходимых для непрерывной работы шпиндельного соединения в течение года и в течение месяца.
Решение
Подставляя исходные данные в формулу (5.5), получим

Значение квантили и, находим из табл.З, прил.Б.


Распределение Пуассона
Распределение Пуассона является дискретным (рис.5.1) с распределением
(57)
где nr=Xt
При ц->оо распределение Пуассона приближается к нормальному (см рис 5.1).
Среднее число отказов до момента времени t
Mv(t) = ц, = Я(/) = Я/(5.8)
Интенсивность отказов
h(t)=X,(5.9)
т.е среднее число событий, появляющихся в единицу времени, есть величина постоянная Дисперсия
Dv(t) = ц.
Коэффициент асимметрии
1
ЭксцессЕ=—
ЯКоэффициент вариации
1v -
&
Параметр пуассоновского распределения ц,. равен одновременно математическому ожиданию и дисперсии случайной величины.
Распределение Пуассона позволяет подсчитать вероятность отказов менее г. или равных г, за определенный промежуток времени:


(510)
P[v{l)irhi^lAи вероятность отказов более г
Р\
ь отказов оолее г
Л г / » л гехр(-Мг)*Мг [v/(r)>r] = l-P[v(/)<r] = l-Z(5.11)
Данные зависимости можно использовать для определения гарантированного количества запасных частей, предотвращающее
их истощение за определенный промежуток времени
Пример 5.2 По данным примера 5.1 определить гарантированное количество запасных частей на 1 месяц.
Решение
Определяем вероятность того, что за месяц потребуется не более одной замены (г=1).

Из примера 5.1 |Аг=1,13.
То есть вероятность того, что потребуется только одна замена, не так высока и существует риск, равный 27%, что одного комплекта вкладышей окажется недостаточно для обеспечения работоспособного состояния.
Определим вероятность появления за месяц более 2 отказов:
P[v(t)>2]=\-P[v{t<2)] = \-fO,73+^P(2То есть остается риск, равный 6%, что наличие двух комплектов вкладышей не обеспечит гарантированное работоспособное состояние.
При наличии 3 комплектов вероятность их истощения равна 0:

Поэтому возможная политика пополнения запасных комплектов вкладышей может состоять в следующем: с учетом времени на изготовление вкладышей создается их полугодовой запас в количестве 5 комплектов (см. пример 5.1). В дальнейшем не допускается снижение запаса комплектов вкладышей менее 3.
В общем случае принятие риска в 27. 6 или 0% определяется экономической составляющей потерь производства и требует
rooTRRTrrmvioi11Ргл пЯпг.нпйямиа
Пример 5.3 Наработки 6-й секции транспортного рольганга подчиняются экспоненциальному закону с параметром а. =0,016
Определить вероятность появления хотя бы одного отказа за 120 сут
Определить вероятность появления за этот же срок не менее 2-х отказов
Решение
Если наработка на отказ имеет показательное распределение, то число отказов в заданном интервале описывается распределением Пуассона.
Подставляя исходные данные в формулу (5.10), получим значение вероятности появления хотя бы одного отказа

= 0,525

Вероятность появления не менее 2-х отказов получим из формулы (5.11).
2\
/
= 1-0,2(1 + 1,6 + 1,28) = 0,224.
Значение P(v(t)=n) можно находить из табл.7 прил.Б
Восстанавливаемый элемент с конечным временем восстановления
Предположим, что время восстановления элемента конечно и им пренебречь нельзя. Тогда последовательные интервалы безотказной работы, как и в предыдущем случае (мгновенное восстановление). обозначим через q1( £2, а последовательные участки восстановления через т^, пг. Лп-
Предполагаем, что все величины ^ и ^ независимы в совокупности:
Р(Е, j<t)=Q(t); MsfT,. 0£,=<л2;
Р(л ^t^GIt); Mn i=T2; Dti fct2*В этом случае моменты отказов и моменты восстановлений не совпадают Обозначим число отказов до момента t *v,(t), число восстановлений до момента t - v2(t). Тогда среднее число отказов и восстановлений
(t)=Mv,(t);H2(t)=Mv2(t).
Эти величины могут описываться срормулами, аналогичными
формулам предыдущего параграфа.
Остаточное время определяется здесь несколько иначе 5, =0, если момент t попал на участок восстановления; в противном случае есть время до первого после момента t отказа. Тогда
/*(*>о)=—(5.13) /| +/2есть величина, называемая коэффициентом готовности, характеризующая вероятность того, что в наугад взятый момент в стационарном режиме элемент будет исправен.
1713230655320х/.
Для элемента с конечным временем восстановления важную роль играет еще одна характеристика, которую обычно называют суммарной наработкой St, - суммарное время работы элемента до момента t
(5.14)
Пусть h, есть момент, в который суммарная наработка достигнет величины х, тогда справедлива следующая формула:
-19538954788535Mhx
(5.15)
Пример 5.4. Средняя наработка линии привода валков прокатной клети Т = 30 сут Среднее время восстановления работоспособного состояния линии привода валков Т2 = 0,1 сут
Определить коэффициент готовности линии привода валков. Решение.
Т,
Коэффициент готовности определяем по формуле (5.13).
30Отказы в секции транспортного рольганга, состоящей из 20 роликов, происходят с интенсивностью A.=0.04=const. Восстановление работоспособного состояния осуществляется путем замены ролика в сборе Межремонтный период tp=30 сут
Определить вероятность появления хотя бы одного отказа в этот период. Определить вероятность появления одного отказа за тот же период.
Отказы в механизме уравновешивания шпинделей связаны с поломкой пружин и описываются экспоненциальным распределением с параметром Х=0,05. Межремонтный период tp=30 сут
Определить необходимое количество пружин на год.
Отказы шарнира универсальных шпинделей рабочей клети прокатного стана описываются распределением Вейбулла с параметрами а=80 сут, Ь=3. Восстановление работоспособного состояния осуществляется путем замены комплекта вкладышей.
Определить необходимое количество комплектов вкладышей на 1 месяц.
В результате осуществления технических мероприятий было достигнуто повышение средней наработки комплекта вкладышей (данные примера 3) в 2 раза Коэффициент вариации остался неизменным Стоимость комплекта вкладышей возросла в
5 раза.
Определить, является ли эффективным проведенное мероприятие (без учета затрат на замену и потерь производства).
Для условий примера 3 затраты на восстановление работоспособного состояния шарнира универсального шпинделя составляют 10 усл.ед., потери производства 15 усл.ед. Стоимость комплекта вкладышей 200 усл.ед.
Определить, какие расходы можно понести на проведение мероприятий:
а)по повышению средней наработки в 2 раза, и неизменном коэффициенте вариации.
б)по снижению коэффициента вариации в 2 раза и неизменной средней наработки
Наработки подшипника скольжения механизма уравновешивания шпинделей описываются экспоненциальным распределением с параметром х=0,02
Установить, на сколько должна быть повышена средняя наработка до отказа, чтобы снизить расход подшипников за год в 2 раза.
Для условий примера 6 определить вероятность безотказной работы подшипника скольжения в межремонтный период tp=60 сут до и после повышения средней наработки
Средняя наработка комплекта вкладышей шарниров универсальных шпинделей линии привода валков Т=50 сут Межремонтный период t=30 сут
Определить гарантированное количество комплектов вкладышей на межремонтный период
Ходовые колеса (в количестве 8 колес) механизма передвижения моста крана имеют среднюю наработку Т=600 сут Нижняя, доверительная граница средней наработки Т=500 сут при доверительной вероятности q=0,95.
Определить необходимое количество запасных колес на 1 год.
10. Медианное значение наработки подшипников скольжения в механизме уравновешивания шпинделей прокатки t=60 сут Коэффициент вариации v=0,35. Межремонтный период t=30 сут
Определить необходимое количество запасных подшипников скопьжения на межремонтный период
ГЛАВА 6. НАДЕЖНОСТЬ СИСТЕМ
Надежность систем опредепяется надежностью входящих в ее состав элементов При оценке надежности системы важно выяснить влияние на вероятность ее безотказной работы:
количества входящих в нее элементов;
вероятности безотказной работы элементов;
способов соединения элементов в системе.
Элементы в системе могут иметь соединение последовательное, параллельное, смешанное
При анализе надежности системы рассматривается ее структура, представленная в виде блок-схемы
В качестве примера рассмотрим линию привода валков прокатной клети (рис.6 1)
Рис. 6.1Кине
T~L
Ш-=с
матическая
схемалинии
—Г==приводавал
ков:
ФН1"С_
- электродвигатель. 2 - муфты,3-
В—с
шестеренная ——клеть,4
шпиндели; 5 - рабочие валки

Рис.6.2 Блок-схема линии привода валков Последовательное соединение
В этом случав блок-схема может быть представлена в виде последовательно соединенных элементов (рис.6.2).
Если же предположить, что возможно осуществление процесса прокатки через привод одного валка, то блок-схема будет представлена в виде последовательно-параллельного соединения элементов (рис.6.3).

Рис. 6.3. Блок-схема линии привода валков Смешанное соединение
Система с последовательным соединением элементов
Система с последовательным соединением элементов является наиболее распространенной для металлургических машин и наиболее простой для анализа надежности Для такой системы при известной вероятности безотказной работы элементов Р вероятность ее безотказной работы Ps находится из зависимости
<61>где правая часть представляет собой произведение вероятностей безотказной работы элементов
К сожалению, надежность такой системы быстро убывает при увеличении числа последовательно соединенных элементов, надежность системы всегда меньше надежности наименее надежного входящего в ее состав элемента
Рассмотренная нами выше модель относится к состоянию системы в определенный момент времени (в статике).
Определим вероятность безотказной работы системы изменяющейся с течением времени
Если ^ - случайная величина, обозначающая наработку до отказа i-ro элемента, то вероятность безотказной работы системы, состоящей из п последовательно соединенных элементов, равна
Л(0 = Р(£> > О х Р1Лг >/)*•• X> Оили
я
(6.2)
МО = Я Л (О1
*

где P,(t) - вероятность безотказной работы i-ro элемента Интенсивность отказов системы X»(t) находится из зависимости
(63)
где Xj(t) - интенсивность отказов i-ro элемента.
Таким образом, при допущении о независимости отказов элементов интенсивность отказов системы равна сумме интенсивностей отказов отдельных элементов при любом распределении наработки элементов до отказа.
Система с параллельным соединением элементов
Система с параллельным соединением элементов - это такая система, которая не выходит из строя, пока не отказали все ее элементы Блок-схема такой системы представлена на рис.6.4
9
Рис. 6.4 Блок-схема системы с параллельным соединением элементов
Вероятность безотказной работы системы Ps с параллельным соединением элементов с вероятностью безотказной работы Р находится из зависимости
(6.4)
Р,=\-П^-Р.У
При анализе системы с параллельным соединением элементов подразумевается, что при включении системы включаются все элементы и что отказы не влияют на надежность элементов, продолжающих работать
Система с нагруженным резервом
Параллельное соединение возникает обычно тогда, когда все элементы выполняют одну и ту же функцию Для ее выполнения достаточно одного элемента, остальные играют роль резервных. Такой тип резервирования называют горячим или нагруженным резервом В такой ситуации элементы, как правило, бывают одинаковыми и имеют равную надежность Вероятность безотказной работы такой системы

(6.5)
1446530463550Средняя наработка системы в случае экспоненциального распределения
(6.6)где п - число элементов в системе
Если каждый элемент имеет экспоненциальное распределение наработки и одинаковую интенсивность отказов, то вероятность безотказной работы системы для п=2 (дублирование) найдем из зависимости
(6 7)
Ps(t)=2e~* -e'1Xj
1997710173990а средняя наработка системы до отказа
(6.8)Система с ненагруженным резервом представляет систему с параллельным соединением элементов, в которой в каждый момент времени работает только один элемент; если работающий элемент выходит из строя, то включается другой элемент Блок- схема системы с ненагруженным резервом показана на рис.6.5
Примером такой схемы являются циркуляционные смазочные системы, в которых используется резервная маслонасосная станция, подключаемая в момент отказа основной станции
Рассмотрим надежность таких систем при допущении безотказной работы переключателя и постоянной интенсивности отказов элементов
1272540262255В общем случае для п резервных элементов
(6.9)Для наиболее распространенного случая при дублировании, когда п=1 (один резервный элемент):
(6.10)P,(t) = е~11 (\ + Xt).

N
Ч
Ч
ч
ч
Рис.6.5. Блок схема системы с ненагруженным резервом
Если же возможны отказы переключателя с интенсивностью отказов Ьп, то для системы с п=2 (дублирование) и постоянной интенсивностью отказов элементов
Рассмотрим влияние на надежность системы различных схем включения, входящих в ее состав элементов
Пример.6.1 Проанализировать надежность системы из 4-х элементов с различными схемами дублирования (резервирования), если вероятность безотказной работы элементов P(t)=0,9 с интенсивностью отказов >.=0,004.
Решение
Система, состоящая из четырех элементов с последовательным соединением, имеет вероятность безотказной работы в соответствии с формулами (6.2) и (6.3)
Р,(0 = П (О = 0,9* = 0,656;ы\
А, = £Л, = 4хА=4х 0,004 = 0,016
Введем резервную систему с такими же параметрами и показателями надежности, как и основной системы, тогда
P,(t) = 2е д' - е ги ,
так как интенсивность отказов - величина постоянная и мы имеем дело с экспоненциальным распределением.
Найдем момент времени, в котором элемент будет работоспособным с вероятностью P(t)=0,9 P(t)=e u; для P(t)>0,9P(t)=1-xt.
Тогда
1 - P(t)1 - 0,9
t = - = 25 сут
Л0,004
а вероятность безотказной работы системы с нагруженным резервом
Р,(0 = 2е~00'6*25 - g*2*0-016*25 = 0,891Средняя наработка до отказа такой системы составит
Г = — = = 93 ,75 сут .
2 X 2x0,016тогда как для элемента средняя наработка до отказа будет равна
59
Т = — - != 62 ,5 cym
А 0,016
Осуществим ненагруженное резервирование системы.
Для случая безотказной работы переключателя вероятность безотказной рабо’ы системы по формуле (6.10) составит
Р (0 = е-о.о.4.25(1 + 0,016 X 25) = 0,938
Если же принять, что возможен отказ переключателя с интенсивностью отказов *„=0.001. то тогда вероятность безотказной работы системы по формуле (611) будет равна
_-0,»16«М
Кроме резервирования системы в целом, можно осуществлять резервирование элементов, входящих в систему Для этого случая вероятность безотказной работы системы в соответствии с формулами (6.2) и (6 7) будет равна
Р,(/) = (2e'otD**JS -е ’-•»»**■» )* = 0,964
При дублировании элементов системы ненагруженным резервом с безотказно работающим переключателем по формулам (6 1) и (6 12) вероятность безотказной работы составит
/»,(/)= (е 000*‘н (1 + 0,004 х 25 )]*= 0,981
Если принять, что переключатель работает с интенсивностью отказов x„=0,001 то вероятность безотказной работы ~акой системы, в соответствии с формулами (6.1) и (6.12), будет равна
0,977
Л О)Таким образом, параллельное подсоединение элементов или систем является эффективным средством повышения надежности машин. Наиболее эффективно дублирование элементов Но эту возможность очень сложно реализовать в конкретных механических системах. И тем не менее, резервирование - наиболее распространенный способ повышения надежности металлургического оборудования (циркуляционные смазочные системы, механизм главного подъема разливочных кранов, три-пять моталок на широкополосных станах горячей прокатки и т.д.).
Другим направлением повышения надежности машин является конструирование машин на нагрузки, превышающие эксплуатационные, т е путем введения избыточности оборудования сверх необходимого количества.
Так, например, при наличии в чистовой группе 8 рабочих клетей при отказе одной из клетей возможно перераспределение обжатий и осуществление процесса прокатки на 7 клетях.
Упражнения
Двухклетевой дрессировочный стан включает разматыва- тель и моталку Интенсивность отказов клетей ^ «,=0.02. разматы-
вателя ^ р=0,03, моталки ^ „=0,01
Определить вероятность отказа стана в межремонтный период tp=30 сут
По условиям примера 1 определить показатели безотказности стана (T,P(t=30))npn:
а)ненагруженном резервировании разматывателя;
б)ненагруженном резервировании моталки;
в)ненагруженном резервировании моталки и разматывателя.
Сделать заключение об эффективности резервирования
Секция транспортного рольганга, включающая 20 равнонадежных роликов, имеет интенсивность отказа ^=0.02 Отказ 1 ролика приводит к отказу всей секции.
Определить среднюю наработку роликов (в случае экспоненциального распределения).
Для условий примера 3 определить вероятность нахождения ролика в работоспособном состоянии через 180 сут и вероятность безотказной работы в 180-е сутки.
Для условий примера 1 ввели ненагруженное резервирование разматывателя. Как изменится вероятность безотказной работы стана в межремонтный период?
Для условий примера 5 на стане были проведены мероприятия по повышению средней наработки на отказ разматывате- ля в 2 раза. Как изменится в этом случае вероятность безотказной работы стана в межремонтный период?
Средняя наработка на отказ системы, состоящей из 3-х равнонадежных элементов, равна 100 сут
Найти межремонтный период, если известно, что вероятность отказа за этот период равна 0,2
Как изменится средняя наработка на отказ системы, если один из элементов будет продублирован?
Система, состоящая из 4-х равнонадежных элементов, в момент времени t будет находиться в работоспособном состоянии с вероятностью 0,8
Определить этот момент времени, если интенсивность отказов каждого элемента равна 0,004, и как изменится P(t), если один из элементов будет продублирован.
ГЛАВА 7. РЕМОНТОПРИГОДНОСТЬ МАШИН
Затраты на поддержание оборудования в работоспособном состоянии во многом зависят от его надежности, одним из свойств которой является ремонтопригодность.
Ремонтопригодностью определяется свойство машин, которое способствует предупреждению и обнаружению причин возникновения отказов, восстановлению работоспособного состояния путем проведения технического обслуживания и ремонтов.
Ремонтопригодность, как свойство машины, закладывается при конструировании. Уже на стадии конструирования в машину должны быть заложены возможности по предупреждению и обнаружению отказов (системы технической диагностики, системы контроля параметров, определяющих работоспособность оборудования), а также обеспечена возможность минимальных затрат времени и трудовых ресурсов на восстановление работоспособности машины
Таким образом, мерой ремонтопригодности являются время и затраты на восстановление работоспособного состояния.
К сожалению, во многих конструкциях металлургических машин вопросы их ремонтопригодности проработаны очень слабо и имеют низкие показатели,
Ремонтопригодность характеризуется как единичными, так и комплексными показателями.
Рпииичммр плкачатрпи
Среднее время восстановления работоспособного состояния (математическое ожидание времени восстановления работоспособного состояния) - Тй
Вероятность восстановления работоспособного состояния - P(t) = P{t, < /) (вероятность того, что время восстановления
работоспособного состояния не превысит заданного - аналогия вероятности отказа).
3. Средние затраты на восстановление работоспособного состояния - QB
Комплексные показатепи:
Коэффициент готовности - Кг Вероятность того, что объект окажется в работоспособном состоянии в произвольный момент времени, кроме планируемых периодов, в течение которых применение объекта по назначению не предусматривается.
Кг=——,(71)
Т + Твгде Т - средняя наработка на отказ.
Коэффициент оперативной готовности - КиГ Вероятность безотказной работы объекта в течение заданного времени t, начиная с произвольного, достаточно удаленного момента времени too.
Оценкой К^ является отношение
(7.2)т е. отношение числа объектов, исправных в произвольный, достаточно удаленный момент времени и проработавших затем безотказно в течение заданного времени t, к общему числу объектов.
Коэффициент технического использования - Kw
К„ =.(7.3)w Т + Т,+ТрОтношение средней наработки на отказ за некоторый период эксплуатации к сумме средних наработок на отказ, длительности плановых ремонтов и аварийных простоев оборудования
Этими показателями оценивается ремонтопригодность машин в процессе их эксплуатации
Для оценивания же ремонтопригодности машин на стадии проектирования используются относительные показатели ремонтопригодности:
коэффициент взаимозаменяемости Ка
Х. = -ГТТ-<™>коэффициент доступности Кд
,75)
где SAu- трудоемкость демонтажно-монтажных работ, чел.-ч/ед. наработки:
S„ - трудоемкость пригоночных работ, чел -ч/ед наработки,
Sa - трудоемкость основных операций, чел.-ч/ед. наработки;
SB - трудоемкость вспомогательных операций, чел.-ч/ед. наработки:
коэффициент унификации Ку
Nкоэффициент стандартизации Кп
К.-*?.(77)
где Ny, - число соответственно унифицированных и стандартных сборочных единиц или деталей, не вошедших в состав сборочных единиц;
N - общее число составных частей При оценке ремонтопригодности новых конструкций машин используется и качественная или экспертная оценка При экспертной оценке ремонтопригодности выделяют параметры, определяющие трудоемкость и длительность восстановления.
Такими параметрами могут являться
количество сборочных единиц;
количество предварительно снимаемых элементов для доступа к месту отказа;
технологичность процесса сборки;
рабочие позы ремонтников;
возможность использования средств механизации;
наличие средств контроля и систем технической диагностики;
организация технического обслуживания и ремонтов
Оценивание параметров может осуществляться либо в баллах, либо словами; «лучше», «хуже», «без изменений» Во втором случае более высокая ремонтопригодность будет характеризовать конструкцию, для которой количество параметров, оцененных словом «лучше», будет больше.
Анализ надежности металлургических машин часто показывает их низкую ремонтопригодность. Так, например, для демонтажа 1 т отказавшего оборудования требуется предварительно демонтировать до 20 т исправного оборудования Отсутствуют средства контроля и технической диагностики; низкий уровень механизации слесарно-сборочных работ; неудобные позы ремонтников; существующие сроки плановых ремонтов оборудования не являются оптимальными с точки зрения минимума затрат на восстановление работоспособности и потерь, связанных с простоем оборудования
Существующая система технического обслуживания и ремонта (ТОиР) не отвечает условиям оптимальности Поэтому необходимо рассматривать различные возможные стратегии восстановлений и на основе математического подхода устанавливать оптимальные сроки замены оборудования
ГЛАВА 8. ИСПЫТАНИЕ НА НАДЕЖНОСТЬ
Сбор информации
Определённый уровень надёжности машины формируется при конструировании, обеспечивается при изготовлении и реализуется в процессе применения её по назначению
Специалист, занимающийся техническим обслуживанием металлургических агрегатов и машин, должен обеспечить их работоспособность в процессе эксплуатации
Металлургические машины - это крупногабаритные, уникальные агрегаты, для которых в большинстве случаев невозможны контрольные испытания с целью установления фактического уровня надёжности как в целом для агрегата, так и для отдельных составных его частей
Установить фактический уровень надёжности возможно только непосредственно в процессе эксплуатации машин, собирая информацию о техническом состоянии оборудования, о нарушениях и причинах нарушения его работоспособного состояния
При экспериментальных оценках надёжности независимо от того, какое свойство исследуется, всё многообразие оцениваемых показателей сводится к показателям двух типов:
показатели типа наработки - средняя или у-процентная наработка (до отказа, между отказами, до предельного состояния и т.п.);
показатели типа вероятности (вероятность безотказной работы, вероятность восстановления за заданное время и т.д.).
При определении показателей типа наработки непосредственно наблюдаемыми величинами являются случайные интервалы наработки до отказа, на отказ, до предельного состояния, времени восстановления и т.п. Существует 14 планов испытаний на надежность с измерением наработки
При определении показателей типа вероятности непосредственно наблюдаемыми случайными величинами являются числа событий в испытаниях: число отказов, число предельных состояний. число восстановлений и т.д. В этом случае применяется биноминальный план испытаний.
Информация, собранная по определённым правилам и подвергнутая статистической обработке, позволяет решать задачи, связанные с эффективностью эксплуатации и модернизацией оборудования
Накопление достаточного объёма информации необходимо для оценивания показателей надёжности с целью
анализа надёжности машин;
определения необходимого количества запасных частей;
ппанирования объёма ремонтных работ; установления оптимальных межремонтных периодов; планирования оптимальной периодичности
диагностирования.
Выбор того или иного метода оценивания показателей надёжности определяется характером априорных сведений о функции распределения наработок до отказа
Если вид функции распределения известен, то задача сводится к получению показателей надёжности.
Когда вид функции распределения наблюдаемой случайной величины (наработки) неизвестен или известен лишь предположительно, то процесс оценивания показателей надёжности в качестве обязательных должен включать следующие этапы:
сбор информации об отказах оборудования;
статистическая обработка информации,
оценивание показателей надёжности
Оценивание показателей надёжности (безотказности) при отсутствии информации о виде функции распределения наработок возможно при использовании так называемых непараметрических методов.
Проведение испытаний в процессе эксплуатации металлургических машин с целью получения оценок показателей надёжности предполагает сбор и накопление необходимого объёма информации об отказах оборудования в соответствии с определённым планом испытаний
Под испытаниями (наблюдениями) на надёжность обычно понимают испытания на безотказность с оценкой и контролем соответствующих показателей безотказности, вычисляемым по статистическим данным о результатах испытаний.
Главными же факторами в сборе информации о техническом состоянии оборудования являются её объективность и полнота. Обеспечить такие требования при существующем положении дел на металлургических предприятиях весьма сложная задача.
Для сбора информации о техническом состоянии оборудования положением о ТО и Р предусмотрено ведение технической документации (книга бригадиров слесарей по приёмке и сдаче смен, агрегатный журнап) по учёту отказов оборудования. Предполагается, что содержащаяся в них информация должна позволять
проводить анализ работы оборудования, планировать объёмы ремонтных работ, осуществлять заказы на изготовление запасных частей Фактически же эта система не оправдала себя, так как даже при идеальном ведении документации ею очень сложно пользоваться для принятия тех или иных решений из-за большого объёма несистематизированной информации Документация не содержит полной информации об отказах оборудования, а в агрегатных журналах фиксируются отказы или замены только наиболее ответственных узлов
В такой ситуации все решения по поддержанию оборудования в работоспособном состоянии принимаются интуитивно на основе прошлого опыта, и невозможен поиск оптимальных решений.
Следовательно опыт эксплуатации металлургического оборудования не может быть в полной мере использован при создании новых металлургических агрегатов
В соответствии с системой качества JSO 9000 должны быть разработаны и поддерживаться в рабочем состоянии методики выполнения, проверки и отчетности о том, что техническое обслуживание соответствует установленным требованиям Решение данной проблемы и проблемы оптимальной стратегии техобслуживания возможно только при реализации на предприятиях программы техобслуживания на базе компьютерных систем В основе таких программ лежат математические модели, предоставляющие детальную информацию для анализа надежности, и как инструмент по принятию решений.
Исходными данными для математической модели являются данные информационной системы, включающей:
каталог оборудования и его составных частей,
каталог видов отказов,
каталог видов ремонтов и профилактик;
каталог стоимостей и затрат на осуществление операций по техобслуживанию;
мониторинг состояния оборудования.
В общем виде математическая модель описывает взаимосвязи переменных, входящих в базу данных
К таким переменным относятся:
операционные переменные, переменные надежности; переменные техобслуживания;
переменные поддержки оборудования в рабочем состоянии.
Типичными операционными переменными являются:
количество лет службы;
количество рабочих недель в году;
количество рабочих дней в неделе;
количество рабочих часов в день.
количество единиц продукции в час
Переменные надежности - это переменные, основанные на знании вида распределения и его параметров.
Если они известны, то показатели надежности определены единственным образом. Такими переменными являются для экспоненциального распределения, например, X, для нормального распределения параметры ц и а, для распределения Вейбулла параметры а и Ь. Переменные техобслуживания соответствуют легкости, скорости, аккуратности и сохранности осуществляемых мер техобслуживания. В качестве параметров используется вид вероятностного распределения времени восстановления и его параметры.
Переменные поддержки в рабочем состоянии наиболее полно описывают ресурсы, необходимые для реализации мероприятий по техобслуживанию.
К ним относятся:
тип и количество запасных частей;
тип, размер и количество оборудования;
тип, средства и количество технических данных;
тип. квалификация и количество персонала;
тип и количество материальных ресурсов;
тип и количество инструментов и оборудования.
Реализация подобных моделей позволяет предприятию находить оптимальные решения по техническому обслуживанию оборудования, критериями которых являются:
минимальная стоимость техобслуживания;
гарантированная обеспеченность запасными частями;
необходимый уровень надежности.
Биноминальный план испытаний
Когда в процессе эксплуатации металлургического оборудования необходимо установить вероятность его безотказной работы. то применяют биноминальный план испытаний. По этому плану наблюдения осуществляются на интервале [ 0, t ], значения наработок х »>* не регистрируются.
Информация, получаемая из испытаний (наблюдений), должна регистрироваться в виде совокупности двух величин (условия схемы Бернулли):
объём N (количество объектов) испытаний;
число г отказов в N испытаниях
Физическая природа объекта по этой схеме не имеет значения
Предполагается, что отказы при каждом испытании независимы, а их вероятности равны.
Вероятность безотказной работы системы в одном её испытании обозначим через Р
л

Точечной оценкой для неизвестной вероятности Р является статистика.
(81)Для вычисления нижней доверительной границы НДГ с заданной доверительной вероятностью р хорошие (но несколько
завышенные результаты) даёт формула

(8.2)Пример 8.1 При эксплуатации шестироликовой секции транспортного рольганга в течение года отказали два ролика Требуется найти нижнюю доверительную границу вероятности безотказной работы роликов транспортного рольганга для доверительной вероятности q =0,9
Решение,
По формуле (8 1) и приближённой формуле (8.2) попучаем:

Если бы в течение года не было отказов транспортного рольганга, то тогда нижняя доверительная граница вероятности безотказной работы составила бы
Р= (1 - 0,9)6 - 0,6 8 1
В процессе эксплуатации металлургического оборудования в соответствии с положением о ТО и Р предусмотрено ведение документации об отказах оборудования. Фактически в них регистрируются результаты наблюдений за работой оборудования, те. осуществляется испытание на надёжность. Внедрение информационной системы об отказах оборудования, рассмотренной в гл 1, позволяет повысить эффективность и достоверность проводимых испытаний (наблюдений).
В зависимости от принятой системы и методов ремонта применяются различные планы испытаний Существуют 14 разновидностей планов испытаний с измерением наработок Каждый план имеет условное обозначение в виде трёх (четырёх) буквенных символов, заключенных в квадратные скобки.
На первой позиции символом N указывается объём выборки.
На второй позиции проставляется один из следующих символов. характеризующих план испытаний:
- отказавшие изделия не заменяются и не восстанавливаются;
R - отказавшие изделия заменяются новыми;
М - работоспособность изделия восстанавливается после каждого отказа.
На третьей позиции записывается один или два символа, указывающие на окончание испытаний:
N - отказ всех изделий, поставленных на испытания;
г - отказ г изделий (г £ N) или наступление г отказов;
Т - по истечении определённого времени (наработки);
г - при наработке 21 каждого изделия, где Zi=min(t,,Ti). i=i,N,
t(- наработка до отказа I-го изделия;
т; - наработка до снятия с испытаний работоспособного i-ro изделия.
То есть по этому плану испытания прекращаются при достижении наработки г с учётом как наработок изделий до отказа, так и наработок работоспособных изделий, но снятых с испытаний по тем или иным причинам (плановые замены), если величина этой наработки меньше г
На третьей позиции может записываться и сочетание 2-х символов, например (г ,Т), это означает, что испытания прекращаются либо при появлении г отказов, либо по истечении времени Т. если к этому моменту времени не произошло г отказов.
Поясним на некоторых примерах, как расшифровываются планы испытаний.
Так. при испытаниях по плану (NUN), если выражение в квадратных скобках имеет вид [10U10J, то это означает, что исследуется 10 объектов, которые при отказах не заменяются и не восстанавливаются; испытания завершаются отказом всех 10 объектов
Для плана |NMT| выражение |4 М 150) означает, что испытываются 4 объекта, изделия восстанавливаются после каждого отказа, испытания прекращаются при достижении 150 сут
При плане |NRr] выражение 110 R 5) характеризует испытание на надёжность 10 объектов, при котором отказавшие издепия заменяются новыми, испытание прекращается, когда произойдут отказы 5 объектов.
План [NUz| в виде выражения [10 Uz| трактуется следующим образом: на испытание поставпено 10 объектов, которые при отказах не восстанавливаются и не заменяются; испытания прекращаются. когда из всех объектов одна часть изделий откажет, а другая часть изделий будет снята с испытаний в произвольный момент времени В плане |NUTr| выражение [10 U (100,5)| показывает, что
испытываемых объектов при отказах не заменяются и не восстанавливаются. испытания прекращаются через 100 сут, если ранее не произошло отказа 5 объектов.
При выборе плана испытаний для металлургических агрегатов и машин необходимо учитывать следующие факторы:
металлургические агрегаты (машины) являются сложными, непрерывно действующими техническими системами;
существует график остановки агрегатов на плановые текущие ремонты для восстановления исходных показателей надёжности;
вследствие высокой интенсификации производства для металлургических машин характерна высокая интенсивность отказов;
восстановление исходных показателей надёжности, а также работоспособного состояния осуществляется либо путём замены изношенной (отказавшей) детали, либо путём замены узла, в состав которого входит изношенная (отказавшая) деталь.
Поэтому для деталей, узлов и машин металлургических агрегатов наиболее применимы планы типа |R| и |М|. Но результаты испытаний по планам |R| сводимы к результатам по планам |U| путём переноса начала испытаний каждого объекта к некоторому условному началу испытаний всех объектов.
Планы типа |М| можно интерпретировать как планы |U|, если положить, что каждая наработка между отказами соответствует некоторому условному невосстанавливаемому объекту; восстановление 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:
тип - при заданной наработке;
тип - при заданном числе отказов;
тип - случайное.
Первый тип цензурирования соответствует плану |NUT), второй тип цензурирования - плану |NUr), третий тип - плану |NUz).
Наработка объекта от начапа испытания до наступления цензурирования (прекращения испытаний) называется наработкой до цензурирования.
Выборка, элементами которой служат значения наработки до отказа и наработки до цензурирования, называется цензурированной выборкой.
Различают однократно и многократно цензурированные выборки.
Однократно цензурированная выборка - цензурированная выборка, в которой значения всех наработок до цензурирования равны между собой.
Многократно цензурированная выборка - цензурированная выборка, в которой значения всех наработок до цензурирования не равны между собой.
Однократно цензурированная выборка характерна для планов |NUT) и |NUr|. Для плана в общем случае характерна случайно цензурированная выборка, т.е. выборка может быть как однократно, так и многократно цензурированной. В зависимости от принятой системы технического обслуживания для металлургических машин возможны следующие планы испытаний с учётом приведения к плану типа |U]:
|NUN) - замена детали или узла производится только после
|NUT| - замена детали или узла производится после отказа или в каждый плановый ремонт, если в межремонтный период отказа не произошло;
[NUz] - замена детали или узла производится после отказа или в плановый период, наработка до которого есть величина случайная
Выводы
Рассмотренный в данной части учебника материал составляет основу понимания закономерностей потери машиной работоспособного состояния с течением времени На этой основе возможно проведение анализа надежности машин и их структурных составляющих.
Знание закономерностей отказов позволяет прогнозировать возможность выхода машины из работоспособного состояния и разрабатывать пути повышения ее надежности
Наряду с этим представленные теоретические положения невозможно использовать для конкретной машины, узла, не зная величины параметров распределений.
Да и выбор того или иного распределения представляет определенную сложность Здесь необходимо учитывать физику отказов, условия и опыт эксплуатации оборудования и иметь объективные 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 ростом количества исходной информации об отказах оборудования
И только приняв определенное решение и получив оценки его параметров, можно приступать к оцениванию показателей надежности. В ряде случаев оценки показателей безотказности можно попу- чить, еспи распределение наработок неизвестно, одновременно теряя в точности получаемых оценок показателей надежности.
Материал прил.А позволяет освоить методики оценивания показателей безотказности на основе данных, получаемых при испытаниях на надежность металлургического оборудования
РАЗДЕЛ 2. ПОВЫШЕНИЕ НАДЕЖНОСТИГЛАВА 1. ПУТИ ПОВЫШЕНИЯ БЕЗОТКАЗНОСТИ
Обеспечение работоспособности машин в межремонтный период - одна из важнейших задач ремонтного и эксплуатационного 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
TOC \o "1-5" \h \z P(t)=e'u ,(11)
нормального распределения
Р(1)=0,5-Ф((Ц1)/а);(1.2)
распределения Вейбулла
P(t)=exp(-t/a)b; а=ц*Г(1+1/Ь).(1.3)
Анализ данных зависимостей показывает, что повышение вероятности безотказной работы достигается сокращением времени t межремонтного периода.
Этот путь повышения безотказности ведет к сокращению расходов на аварийные восстановления за счет снижения числа отказов и возрастанию затрат на плановые восстановления работоспособного состояния в связи с их увеличением.
Повышение безотказности за счет сокращения времени межремонтного периода требует экономического обоснования
Снижение затрат на аварийные восстановления и повышение расходов на плановые восстановления при уменьшении межремонтного периода предполагает существование оптимального межремонтного периода, которому будет соответствовать минимум затрат и, следовательно, этот путь имеет ограничение. Методика определения оптимального межремонтного периода рассмотрена в ч. 2, гл.З. Другой путь повышения безотказности связан с параметрами распределений X, ц, характеризующимися средней наработкой, и ст, Ь, характеризующимися среднеквадратичным отклонением от средней наработки.
В этом случае повышение безотказности достигается за счет увеличения средней наработки и снижения величины среднеквадратичного отклонения
Повышение средней наработки объекта является непростой технической задачей, для решения которой необходимо установить причину отказов и выработать пути их устранения.
Для установления причин отказов необходимо: проанализировать характер нагружения и кинематику узлов, в которых происходят отказы.
проанализировать влияние внешних факторов окружающей среды;
проанализировать соблюдение эксплуатационным и ремонтным персоналом правил технической эксплуатации (ПТЭ) оборудования;
установить вид повреждения;
изучить физику отказов.
При установлении причины отказа оборудования важную информацию несет характер повреждения детали.
Повышение средней наработки при установленной причине отказа основывается на конструктивных решениях, повышении прочностных характеристик материала, повышения износостойкости узлов трения, организационных мероприятиях
Мероприятия по снижению величины среднеквадратичного отклонения связаны, в основном, с соблюдением технологического процесса производства деталей и материала для них, с ужесточением допусков в процессе их производства, с соблюдением ПТЭ оборудования и технологии ремонта машин.
Такими мероприятиями являются повышение квалификации эксплуатационного и ремонтного персонала и ужесточение требований за соблюдением технологической дисциплины на всех операциях процесса изготовления и эксплуатации машин.
Наиболее приемлемыми уровнями вероятности безотказной работы в межремонтный период с учетом экономической целесообразности являются для:
машин P(t)=0,8 .0,9;
механизмов (узлов) P(t)=0,85...0,95;
деталей P(t)=0,9...0.99.
Для металлургических машин межремонтный период узлов и деталей должен быть кратным межремонтному периоду машины.
ГЛАВА 2. ПОВРЕЖДЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ МАШИН
Повреждения деталей металлургических машин являются неотъемлемой частью процесса эксплуатации как следствие развития процессов старения и нарушений правил технической эксплуатации оборудования.
Повреждения деталей машин по характеру воздействий, приводящих к отказу оборудования, подразделяют на:
механические (остаточная деформация, вязкий излом, хрупкий излом, усталостное выкрашивание);
термические (терморазупрочнение, термическая усталость);
коррозионные (коррозия, коррозионная усталость, коррозионное растрескивание);
эрозионные;
кавитационные;
износовые (изнашивание - адгезионное, абразивное, усталостное, окислительное, водородное, коррозионно-механическое, фреттинг-коррозия)
Механические повреждения
Механические повреждения возникают под воздействием внешней нагрузки и проявляются в виде
остаточной деформации (изгиб, скручивание, смятие);
вязкого излома;
хрупкого излома;
усталостного выкрашивания.
Остаточная деформация есть следствие перегрузок, длительного действия переменных контактных, растягивающих или сжимающих напряжений, повышенных температур
Устраняется:
обучением эксплуатационного персонала и повышением требований за соблюдением правил технической эксплуатации (ПТЭ) оборудования;
заменой на материал с повышенными механическими характеристиками;
повышением твердости поверхностного слоя;
изменением конструкции узла.
Вязкий излом возникает под воздействием нагрузок, превышающих допустимые значения и являющихся следствием нарушения ПТЭ Характерным признаком вязкого излома является наличие участка текучести в месте излома.
Устраняется такими же мерами, как и в случае остаточной деформации.
Хрупкий излом является следствием значительных ударных нагрузок, длительного воздействия знакопеременной нагрузки, низкого качества материала с повышенным содержанием Р, S. Н, некачественной термообработки, наличия концентраторов напряжений. Характерным признаком хрупкого излома является кристаллическая структура места излома и сглаженная поверхность мест зарождения усталостной трещины.
Устраняется:
заменой на материал с повышенной ударной вязкостью;
недопущением концентраторов напряжений на поверхности детали;
изменением конструкции узла;
предотвращением появления повышенных зазоров в линии привода, приводящих к появлению повышенных динамических нагрузок.
Усталостное выкрашивание ( питтинг) проявляется при высоких контактных нагрузках и пониженной контактной прочности материала.
Устраняется:
повышением механических характеристик материала с одновременным повышением поверхностной твердости;
повышением класса чистоты обработки поверхности.
Термические повреждения
Наиболее распространенным видом термических повреждений металлургических машин является термическая усталость как следствие одновременно действующих механических нагрузок и циклических, с большим перепадом (до 800°С и более) температур Этому виду повреждения подвержены рабочие валки и ролики рольгангов станов горячей прокатки, ролики МНЛЗ, хоботы завалочных машин и др. Характерным признаком повреждения является так называемая "сетка разгара"
Повышенным сопротивлением термической усталости обладают следующие марки стали - сталь 60С2, сталь ЗОХГСА, сталь Х18Н9Т (закалка с высоким отпуском).
Коррозионные повреждения
Коррозия металлов и сплавов представляет процесс разрушения стали вследствие химического или электрохимического воздействия внешней среды.
По характеру воздействия внешней среды различают атмосферную, газовую и электрохимическую коррозию.
Атмосферная коррозия возникает при влажности среды более 70% за счет конденсации влаги и взаимодействия с кислородом воздуха
Устраняется:
заменой материала с повышенными антикоррозийными свойствами;
пассивацией поверхности;
применением защитных покрытий.
Газовая коррозия возникает при температурах 300-600°С При температуре выше 600°С наблюдается скачок в окалинообра- зовании.
Предотвращается заменой материала с повышенной окали- ностойкостью и применением защитных покрытий.
Электрохимическая коррозия развивается в водной среде с растворенным кислородом за счет электрохимических процессов, связанных с неоднородностью металла, в трещинах, в щелях между металлами. При наличии бактерий, восстанавливающих сернокислые соли, коррозия возможна при отсутствии кислорода. Примером может служить контакт стали с деревом из дуба, каштана.
Устраняется:
ограничением или предотвращением доступа кислорода к поверхности металла;
применением однородных материалов;
устранением условий возникновения электрохимических процессов.
Коррозионное растрескивание возникает под действием статических 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 может произойти внезапное разрушение детали, находящейся под нагрузкой, не превышающей допустимые значения. Коррозионное растрескивание является следствием пониженной коррозионной стойкости границ зерен и их наводораживанием. сопровождающимся развитием значительных давлений по границам зерен. Это
ведет к снижению межкристаллитной прочности и последующему разрушению детали
Устраняется заменой материала и исключением возможности наводораживания.
Коррозионная усталость представляет процесс разрушения металлов при одновременном действии коррозионной среды и циклических напряжений Основными факторами, вызывающими коррозионную усталость, являются активность коррозионной среды, уровень действующих циклических напряжений, число циклов нагружения в единицу времени, прочность и коррозионная стойкость сплава.
Предотвращается защитой деталей от коррозионной среды и применением низколегированных марок сталей.
Кавитационные повреждения
Кавитационные повреждения на поверхности металла возникают под воздействием гидравлических ударов. Гидравлические удары есть следствие образования в жидкости каверн (при понижении 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 повышенным содержанием углерода (до 0,8%);
применением никель- и хромсодержащих сталей (например. 38ХМЮА);
применением низколегированного чугуна с шаровидным
гпягЬитлм-
применением упрочняющей технологии (процессов пластического деформирования - ППД, закалка ТВЧ. азотирование, цементация);
наплавкой и металлизацией высокотвердыми материалами:
применением высокоэластичных материалов;
повышением давления в зоне кавитации
ГЛАВА 3. ИЗНОС ДЕТАЛЕЙ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ МАШИН
В процессе эксплуатации машин в узлах трения развиваются процессы изнашивания, которые на разных периодах эксплуатации характеризуются различными скоростями
Характер изменения скорости изнашивания с течением времени представлен на рис.3.1

Рис.3.1 Закономерности изменения скорости изнашивания
Для наиболее общего случая (рис 3.1,а) в начальный период эксплуатации (период приработки) происходит снижение скорости изнашивания, затем наступает период установившегося износа, который завершается периодом, характеризующимся развитием недопустимых процессов изнашивания, обладающих высокой скоростью.
В ряде случаев период установившегося износа может отсутствовать (рис 3.1,6) или происходит стабипизация износа и скорость изнашивания монотонно убывает (рис. 3.1.в).
На скорость изнашивания оказывает впияние
геометрические и физико-механические свойства поверхностного слоя;
контактные напряжения и скорость относительного смещения поверхностей трения:
физико-механические свойства смазочных материалов пар трения;
окружающая среда
В соответствии с изменением скорости изнашивания для наиболее общего случая (см рис 3.1 ,а) развитие износа в паре трения с течением времени представлено на рис 3.2

Рис. 3.2. Зависимость износа от продолжительности процесса трения
Функции изменения скорости изнашивания и величины износа во времени имеют характерные точки 1 и 2, и соответственно им период эксплуатации узла трения может быть разбит на три периода.
период. Это период начальной эксплуатации, в который происходит приработка трущихся поверхностей Как известно, в этот период должна формироваться оптимальная шероховатость, а для этого должны быть созданы определенные условия, рассмотренные в гл. 4
Если таких условий создано не будет, то в узле трения величина износа достигнет предельно допустимого значения [U] раньше (точка 1"), чем будет сформирована оптимальная шероховатость.
период. Это период установившегося износа, период нормальной эксплуатации, характеризующийся постоянством скорости изнашивания, величина которой зависит от вида изнашивания и факторов, указанных выше
период. Период аварийного, недопустимого износа В точке
узел трения достигает предельно допустимой величины износа и его дальнейшая эксплуатация недопустима Величина предельно допустимой величины износа может лимитироваться толщиной упрочненного слоя, прочностью детали, зазором в соединении, при котором возникают недопустимые динамические нагрузки, условием существования режима жидкостной смазки и др
Износ сопряжения на различных периодах эксплуатации может быть представлен зависимостями
U=IVU„+U,<=[U];
U=U0+lLn‘t„+lL,*t,<=[Ul(3.1)
где Uo - начальный зазор в соединении;
•t.a It а • скорость изнашивания в период приработки и нормальной эксплуатации соответственно;
In, t, - длительность периода приработки и эксплуатации соответственно
Из представленной зависимости вытекает, что при заданной допустимой величине износа [U] время работоспособного состояния узла трения будет зависеть or
первоначального зазора в соединении.
величины износа в период приработки и длительности периода приработки,
скорости изнашивания
Чем меньше величина этих параметров, тем более длителен процесс нормальной эксплуатации узла трения
Первоначальный зазор в сопряжении зависит от выбранной посадки и от скорости изнашивания мапоизнашиваемой детали в восстанавливаемых узлах трения.
Весьма существенного повышения срока службы узла трения можно достичь за счет реализации процесса приработки и сокращения его длительности
Наиболее широкие возможности по увеличению срока службы узлов трения связаны со снижением скорости изнашивания
ГЛАВА 4. ПРИРАБОТКА ТРУЩИХСЯ ПОВЕРХНОСТЕЙ
Процесс приработки есть процесс формирования на поверхности трения оптимальной (равновесной) шероховатости, когда происходит постепенное увеличение упругой составляющей площади контакта и уменьшение доли пластической составляющей Следствием этого является минимизация интенсивности изнашивания в конце периода приработка
Предварительное упрочнение поверхностного слоя пластической деформацией способствует диффузии кислорода воздуха в металл с образованием оксидов железа, что реализует процесс окислительного изнашивания, протекающего с малой интенсивностью
Для формирования оптимальной шероховатости в процессе приработки необходимо обеспечить определенные условия
Существенное влияние на протекание процесса приработки оказывают такие факторы, как нагрузка и скорость скольжения
"Золотое" правило процесса приработки - постепенность увеличения как скорости, так и нагрузки.
Если увеличение давления не превышает некоторого значения рскр (критическое значение контурного давления), качество
прирабатываемой поверхности улучшается.
Так как в процессе приработки происходит снижение контурного давления, то для его поддержания в пределах рскр необходимо постоянно увеличивать внешнюю нагрузку на величину, определяемую функцией N(t), до достижения ею максимального значения.
Продолжительность и оптимальные режимы приработки определяются в следующей последовательности:
Устанавливают начальную нагрузку приработки N, расчетом или экспериментально из условия обеспечения упругого контакта.
979805335280Находят начальную продолжительность приработки t при нагрузке N, из зависимости
(41)
где R* - параметр шероховатости более грубой поверхности;
Jt„ - начальная скорость изнашивания при нагрузке N, (определяется экспериментально);
У - коэффициент увеличения нагрузки, значения которого принимаются в пределах 1,1. .1,3.
Устанавливается число ступеней приработки п с нагрузкой N, для каждой ступени с порядковым номером ступени i.
N,=N, У’1;(4.2)
' Nmax
n = lg
vТ~>(4.3)
Igvгде Nma* - максимальная нафузка приработки, составляющая 50% эксплуатационной нагрузки
Определяется общая продолжительность процесса приработки

(4.4)
r./gJtnIgyФункция роста нагрузки определяется из зависимости
N(t)=N, +(Nmax-N у )(t/T)iy3(4.5)
В процессе приработки достигается минимапьное значение коэффициента трения для заданных условий, что ведет к снижению тепловыделения при трении. Средняя температура (К) в контакте при установившемся режиме трения определяется из зависимости:
Лfn.jn р VZ) J Y)lltl -I/j е>\
“min ~~I— •<46)
Aa(XyKl+^K2yгде р - удельное давление на контакте, МПа;
- скорость скольжения, м/с;
Аа - номинальная площадь контакта, м2;
Х.1,2 - коэффициенты теплопроводности контактирующих тел. Вт/м К;
а,, ио
а,,2 - коэффициент теплопередачи. Вт/м К; п - периметр теплоотдающей поверхности, м.
Для интенсификации процесса приработки применяют металлоплакирующие смазочные материалы и масла с добавками поверхностно-активных веществ (ПАВ), что способствует попуче-нию шероховатости более высокого класса чистоты обработки Например, в качестве такой присадки до 10.. 18% может использоваться полиэтилен.
При отсутствии условий для реализации процесса приработки узлов в процессе эксплуатации необходимо создавать для наиболее ответственных, дорогостоящих узлов специальные обкаточные стенды, основанные на принципе замкнутого силового контура. Затраты на создание таких стендов окупаются за счет существенного увеличения срока службы узлов трения и сокращения расходов на поддержание их в работоспособном состоянии
ГЛАВА 5. ПОДБОР МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ УЗЛОВ ТРЕНИЯ
Узлы трения обобщенно можно подразделить на сопряжения, в которых реализуется сила трения покоя (посадки с натягом, крепежные соединения) и подвижные сопряжения.
При подборе материалов для узлов трения покоя необходимо руководствоваться следующими рекомендациями:
1136650301625в узле трения должно реализовываться внешнее трение, определяемое условием:
(5.1)где НВ - твердость по Бринеллю менее твердого тела, МПа;
Д - комплексная характеристика шероховатости;
т„»т0+Р 'НВ,
где то, Р - фрикционные характеристики (табл. 5.1);
511810237490рс - контурное давление, МПа. определяемое из зависимости:
(5.2)
где -натяг в соединении, м; d- диаметр вала, м; d2 -наружный диаметр ступицы, м;
для предотвращения заедания поверхностей при разборке соединения шероховатость более твердой поверхности должна соответствовать условию

-1532890554990А = 2,3 НВ в1 —
(53)
где 0=(1-ц )/Е.
ц - коэффициент Пуассона;
Е - модуль упругости, МПа;
избегать контурных давлений, соответствующих переходу упругопластических деформаций в пластические:
рс >7.5 Д 2 НВ5 Э4;(5.4)
учитывать возможность схватывания материалов в парах трения
полное схватывание
Al-Cu, Fe-Cu, Pb-Cu, Al-Ag; частичное схватывание
Al-Fe, Fe-Ti, Al-Ni, Zn-AI, Cu-Ag; не происходит схватывания Fe-Pb, Fe-Ag.
Фрикционные характеристики материалов
Таблица 51
Материал то МПа 0 НВ, МПа
Сталь 40Х 184 0,055 3410
Сталь 45 204 0,044 2700
Сталь45 (закалка) 130 0,072 3240
БрА10ЖЗМц1,5 20 0.1 1200
Медь 17 0,08 850
Алюминий 15 0,116 600
Капролон 2 0,06 130
Фторопласт-4 3,4 0,017 30
Для подвижных соединений к материалам пар трения предъявляются следующие требования:
стойкость к задирам;
хорошая прирабатываемость,
минимальный коэффициент трения;
высокая износостойкость.
недефицитность.
Таблица 5.2
Триботехнические и физико-механические свойства антифрикционных материалов
Материал Р..
МПа V.
м/с IPV], МН/{м с) f НВ,
МПа Е.
МПа о»,
МПа Примечания
Баббиты Для работы в условиях жидко
ГОСТ 1320-74 стной или полужидкостной
Б-16 5-10 5-50 10-50 0,006 320 0,35 10s 86 смазки и в паре с деталью
Б-83 5-10 5-50 10-50 0.005 300 0,48 10* 82 твердостью HRC>50
БН 10 15 30 0,006 280 0.4 •10" 72 Бронзы Для работы в условиях полу
ГОСТ 613-79 жидкостной смазки. Хорошие
Бр0бЦ5С5 8 3 12 0,009 600 0.9 10* 100 антифрикционные свойства
Бр010Ф1 15 10 7 0.008-0,15 600-900 0,75 10s 100 ГОСТ 493-79 н В условиях граничной смазки
Бр А4Ж4Л 15 4 12 0,012-0.04 980 1.12 10* 400 при высоких нагрузках и низких
Бр А10Ж4Н4Л 15 4 12 0.006-0,012 1400-1600 1.15 10* 600 скоростях скольжения в паре с
Бр А9Мц2Л 20 5 12 0,012 800-1000 1.2 10s 300 деталью твердостью HRC>50
ГОСТ 18175-78 Используется как наплавочный
Бр КЗМц-1 5 3 7 0.015 900 1,12 10* 500 материал для восстановления
изношенной поверхности
Полимеры Хорошая износостойкость при
Фторопласт-4 1,0 0,5 0.04 0.03-0.1 30-60 500-600 24,0 частичном проникновении
TOCf 1007-80 абразивной среды. Необходим
Капрой ТУ 3 0,2 0,15 0,11-0.15 80-120 1500 65 высокий класс чистоты обра
6-06-309-70 ботки сопряженной детали (8
Капролон В ТУ 4 0,2 0.2 0,12 140-150 2000-300 70 класс чистоты обработки по
6-05-211-950-74 верхности и выше)
Текстолит Б В условиях работы без сма
ГОСТ 5-78 5 1 2 0,2-0,3 280 (0.02-0,1) 10* 50 зочного материала (с.м.) и со
(без с.м.) 10 2 4 0.050.1 280 50 смазыванием водой
(со с.м.) В подвижных соединениях реализуются как прямые, так и обратные пары трения В прямой паре деталь с большей поверх- хтью трения имеет и большую твердость В обратной паре де- аль с большей поверхностью трения имеет меньшую твердость Более износостойкой является прямая пара трения.
Менее твердое тело должно изготавливаться из антифрикционных материалов
При невозможности использования в узле трения смазочного материала или при недостаточном его количестве необходимо использовать антифрикционные материалы с низкими значениями фрикционных характеристик т0 и (У
Но. как правило, такие материалы обладают низкими прочностными свойствами и при их деформации возрастают потери энергии на трение, что ведет к интенсивному нагреванию поверхностных слоев. Разогрев поверхностных слоев вызывает их размягчение, что ведет к росту силы трения и увеличению интенсивности изнашивания Поэтому такие материалы (например, фторопласт-4) используют в виде тонких покрытий или наполнителей
Триботехнические и физико-механические свойства наиболее широко используемых антифрикционных материалов приведены в табл 5.2
Из металлических антифрикционных материалов наибольшее распространение в подшипниках скольжения получили баббиты и бронзы
Баббиты используют в подшипниках скольжения, работающих в режиме жидкостной смазки.
В узлах трения, работающих при небольших окружных скоростях и высоких нагрузках, используют бронзы.
Твердость валов, контактирующих с бронзовыми вкладышами, должна быть не ниже HRC 50
ГЛАВА 6. ВИДЫ ИЗНАШИВАНИЯ
Характеристики нагруженности узла трения
Основным фактором, определяющим срок службы узла трения, является интенсивность изнашивания
Факторы, влияющие на ее величину, рассмотрен^ в гл 3 Одними из важнейших внешних факторов являются контурное давление на контакте и скорость смещения трущихся поверхностей
В дальнейшем, рассматривая способы повышения износостойкости при различных видах изнашивания, будут использоваться термины “низкая" и "высокая" нагрузки, "малые" и "большие" скорости скольжения
К низким нагрузкам будем относить нагрузки, под воздействием которых в паре трения реализуется упругий или упругопластический контакт к высоким нагрузкам - когда реализуется пластический контакт
Условиями реализации различных видов контакта являются следующие неравенства:
Ненасыщенный упругий контакт (ННУК)
TOC \o "1-5" \h \z рс< 5.4 А'1 НВ5 0А(6 1)
Упругопластический контакт (УПК)
5.4 А~2 НВ5 6* < рс<14,5А'2 НВ5 в (6.2)
Ненасыщенный пластический контакт (ННПК)
14.5 А~2 НВ5 в* <рс< 0.06НВ(6.3)
Насыщенный пластический контакт (НПК)
0,06НВ < рс< 0.32НВ(6.4)
где рс - кон-урное давление. МПа;
А - комплексная характеристика шероховатости для более твердого из контактирующих тел (таб.4.2. 4.3);
1 -и2
О= —с_ - упругая постоянная, МПа 1 Е
Е - модуль упругости менее твердого тела, МПа;
НВ - твердость менее твердого тела, МПа
Величина контурного давления рс для различных соединений может быть найдена из следующих зависимостей
Шариковый подшипник качения:
(6.5)
* *Й2 г2
Роликовый подшипник качения:
( * гРс
= 0.564 '
\вЕ г 1 >
где А/ - нагрузки. МН;
9^-6\+62.9] [email protected] ' УпРУгие постоянные контактирующих тел, МПа'1; г - радиус шара, цилиндра, м;
I - длина контакта вдоль продольной оси цилиндра, м.
Посадки с натягом:
Е~‘,
С =
(6.7)
Рс =
1-К
2 )
±Н_
d с

где Лн - величина натяга, м; d - диаметр вала, м.
К2 = —. с1г - диаметр ступицы насаженной детали, м. d
Плоские поверхности:
1.5
3+и
S
з+г>
0,42
НВ
(6.8)
Рс =
Ра
2r el)
К

где ра - номинальное давление. МПа;
Ив, Rb - высота и радиус волны волнистой поверхности, мкм (табл. 6.1);
Ориентировочные значения параметров волнистости
К, S- коэффициенты (табл 6.2)
Метод
обработки R,.
мкм нв
мкм Re
мкм
Круглое шлифование 1.25 ...0,16 0.8... 3 20 ... 160
Плоское шлифование 5.0 ...0.16 1.2... 12 25 ... 90
Растачивание 5,0 ... 0.32 2... 3.5 25 ... 100
Полирование 0.63 ... 0,08 0.3 .1.5 20 ... 160
Таблица 61
Значения коэффициентов К ид'
Деформа^1
ция
выступов 1 Коэф
фици
ент D
max 1»в в у ИВ 0.1 0,2 0,4 0,8 1.6 3.2
50 К 1,05 1,1 1.2 1.35 1.55 2.1
8 0.6 0.7 0,85 1,15 1.5 2,3
Пластиче 100 К 1,1 1.17 1.28 1.43 1.75 2.6
ская 8 0.65 0.8 1.0 1.3 1.65 2.0
200 К 1,13 1.2 1,35 1.55 2.1 3.5
5 0.7 0,85 1.1 1.5 2,35 2.0
Упругая - К 1.05 1,06 1.14 1,25 1.5 2.1
8 0,65 0.8 1,05 1.4 1,95 2.4
Шлицевое соединение (зубчатые муфты):
рс= 0.75^1,(6.9)
п
где (р угол перекоса соединяемых валов;
Н- высота контакта зубьев, м;
£ - длина сопряжения, м.
Зубчатые зацепления:
Для зубчатых зацеплений контурные давления можно определять по зависимостям (8.10)-(8.12).
Критерии «больших» и «малых» скоростей
Критерием больших скоростей является соотношение, м/с:
> 4 а/г,
критерием малых скоростей - соотношение
< 4а/25г,
где а - коэффициент температуропроводности, м2/с; а=0,11*10 4 - для стали; а=1,15*10 4 - для меди; а=0,6*10 4 - для бронзы; г - радиус микронеровностей, м.
Ориентировочные значения малых и больших скоростей для пар трения сталь-бронза, сталь-стапь
Пара
тре
ния Скорость.
м/с Способ обработки
Точение, шлифование | Полирование
Шероховатость мим
1,25...2,5 0.63..25 0.32...0.63 0.32 .0.63 0,16 ..0.32 0.08..0.16
Сталь-
бронза Малая 0.5 0,27 0,18 0,04 0,02 0,015
Большая 12 6,8 4,4 1.0 0,5 0,36
Сталь-сталь Малая 0,09 0,05 0,033 0.007 0,004 0,003
Большая 2.2 1,25 0,8 0,18 0,09 0,07
6.2. Адгезионное изнашивание
Характерно для высоконагруженных сопряжений при разрушении смазочного слоя и сопровождается схватыванием трущихся поверхностей При скоростях скольжения 2,5 1030,5 м/с. высо
ких контактных нагрузках и вибрациях наблюдается схватывание I рода, сопровождающееся образованием на поверхностях трения углублений и наростов со значительным изменением шероховатости. При скоростях 1 .5 м/с и малых нагрузках развивается процесс схватывания II рода В этом случае поверхность становится грубошероховатой с отчетливыми следами течения и размазывания материала.
Для предотвращения схватывания применяют:
поверхностное пластическое деформирование (ППД);
поверхностную закалку;
сульфидирование;
введение в смазочный материал присадок, содержащих S,
CI.P
Возникает при давлении абразивных частиц (подвижных и неподвижно закрепленных) на материал под воздействием внешних сил и характеризуется высокой интенсивностью изнашивания.
При абразивном изнашивании неподвижно закрепленными абразивными частицами износостойкость узла трения зависит от соотношения твердостей абразива На и металла Нм.
Если Нм<(0,8.. 0,6)Н„ то износ не зависит от разности твердостей абразива и металла.
Если Н„=(0,8 1,5)На, износостойкость возрастает с ростом твердости металла.
Износостойкость существенно повышается при Н„>=1.6На.
При наличии свободных абразивных частиц износостойкость И пропорциональна разности твердостей трущихся тел
И=К (Hi-H2).
Следовательно, для повышения износостойкости узлов трения в условиях абразивного изнашивания необходимо применение сталей, подвергнутых упрочняющей технологии (табл. 4.4, ч.Н), и высокотвердых сплавов (табл 6.4).
Окислительное изнашивание
Протекает при нормальных и повышенных температурах при трении без смазочного материала или недостаточном его количестве в диапазоне скоростей скольжения 0,5. 1 м/с.
Повышение износостойкости достигается созданием поверхностей трения с высокой твердостью
Способы повышения твердости:
процессы ППД (для низкоуглеродистых сталей);
цементация (для малоуглеродистых сталей • сталь 20ХГС, сталь 40, сталь 45 и др.);
азотирование (для нержавеющих марок сталей);
хромирование (для средне- и высокоуглеродистых сталей);
нитроцементация (для углеродистых сталей в условиях интенсивного изнашивания);
электромеханическая обработка (для сталей с содержанием углерода менее 0.7%);
закалка ТВЧ (для сталей, содержащих углерода не менее
0,6%);металлизация (при работе узла трения со смазочным материалом).
Износостойкая наплавка.
Марка Наплавленный
металл Твердость
HRC Примечание
электроды; Ц1Я РУЧНОЙ ДУГОВОЙ НАПЛАВКИ по ГОСТ 10051-75
У340П/Б
ОЗН-400У
НР-70
омг-н
12АН/ЛИВТ
ТКЗ-Н
Т-620
Т-590
ЦС-1
ВСН-6 э-югз
Э-15Г5
Э-ЗОГ2ХМ
Э-65Х11НЗ
Э-95Х7Г5С
Э-30Х5В2Г2СМ
Э-320Х23С2ГТР
Э-320Х25С2ГР
Э-ЗООХ28Н4С4
175Б6Х6СТ 28 35 40. 44 31. .41
25. 33
25. .32 50. .60
55. 62 57 63
48. .54
52. 57 Наплавка деталей, испытывающих контактные (ударные) нагрузки: оси, валы, рельсовые крестовины и др Наплавка деталей из стали Г13Л (Гатфильда) Наплавка деталей, испытывающих интенсивные ударные нагрузки с абразивным изнашиванием Наплавка деталей, подверженных абразивному изнашиванию Наплавка деталей, испытывающих абразивное изнашивание с ударными нагрузками
НАП ЛАВОЧНАЯ ПРОВОЛОКА по ГОСТ10543-82
Нр-40ХЗГ2МФ
НП-50ХФА
НП-40Х13 38 44 43 50 45...52 НВ(МПа) Нп-30
Нп-40
Нп-50
Нг-80
Н„-50Г
Нп-65Г
Нп-30ХГСА 1600. .2200 1600. .2200 1800. .2400 2600. 3400 2000 2700 2300. 3100 2200 3000 Наплавка деталей, подверженных абразивному изнашиванию оси. шпиндепи. колеса, опорные катки, ролики
Марка Наплавленный
металл Твердость
НВ(МПа) Примечание
НП-Х15Н60
Н„-Х20Н80 2000. 2200 2000. 2200 Наплавка деталей, работающих при высокой температуре с интенсивным окислением
Проволока порошковая наплавочная по ГОСТ 26101-84
ПП-Н„-30Х5Г2СМ-Т(О)-С(У)-215
ПП-НгГ30Х4Г2М-Т-С(Ф)-2(0
ПП-Н„-14СТ-Т-С-3.0 ПП-Н„-19СТ-Т-С-3,0 ПП-Н„.50ХЗСТ-Т-С-3,0 ПП-Нп-18X1Г1 М-Т-Ф-3,5 50. 56HRC 42 48HRC НВ(МПа)
.2600 3000. .3400 4600 5100
3800 Наплавка деталей общего назначения
ПОРОШКОВЫЕ ЛЕНТЫ
П„-АН101
ПЛ-АН102
Пп-АН111
Пп-АН126 300X25H3C3
250Х20СЗРЗ
Никель-
Карбидхрома
20Х2Г2МТ 50. 55HRC 52. 56HRC
.55HRC
.45HRC Конуса и чаши засыпных аппаратов доменных печей, броневые плиты Детали общею назначения
Спеченные ленты по ГОСТ 22366-77
ЛС-100Х7Р1
ЛС-10Х14МЗ
ЛС-20Х10Г10Т 54. 58HRC
46. .50HRC 38...42HRC Детали, испытывающие интенсивное абразивное изнашивание Плунжеры гидропроцессов, крановые колёса
Порошки для наплавки ГОСТ 21448-75
ПГ-С27
400Х28Н2С2ВМ
ПГ-С1
300Х28Н4С4
ПГ-УС25
500Х38Н >53HRC
>51HRC
>55HRC Для наплавки деталей, работающих в условиях абразивного изнашивания при температуре до 500°С
Для наплавки деталей, подвергающихся абразивному (газоабразивному) изнашиванию
Марка Наплавленный металл Твердость Примечание
Прутки для наплавки ГОСТ21448 -75
Пр-С27
450Х28Н2СВМ
Пр-С1
300X28H4C3 Пр-С2 200X17Н2
Пр-ВЗК
100Х29К63В5 52HRC
50HRC
44HRC
40HRC Для наплавки деталей, испытывающих абразивное изнашивание с умеренными ударами при температуре до 500°С.
То же при нормальной! температуре То же оо значительными ударными нагрузками Для наплавки деталей, испытывающих абразивное изнашивание при нагреве до 750СС, воздействии агрессивных сред и ударных нагрузок
6.5. Усталостное изнашивание
Проявляется при качении а виде местных очагов разрушения (питтинг) и в отделении микрообъемов поверхности при трении скольжения за счет усталости поверхностных слоев
На усталостную прочность <у, характеризующуюся количеством циклов нагружения, существенное влияние оказывает удельная нагрузка на контакте р. связанные соотношением из теории подобия
p3CT=idem,
где idem - условие подобия модели и натуры
То есть незначительное повышение нагрузки ведет к снижению количества циклов нагружения, при котором происходит разрушение поверхности.
Повышение износостойкости в условиях усталостного изнашивания достигается снижением удельной нагрузки на контакте, выбором материала с повышенным сопротивлением усталости, повышением класса чистоты обработки, применением жидких смазочных материалов с высоким классом чистоты
Фреттинг-коррозия
Зтот вид изнашивания проявляется в соединениях (подвижных и неподвижных) при колебаниях контактирующих поверхностей с малыми амплитудами 0,025...2,5 мм. Наиболее интенсивное изнашивание соответствует амплитудам в пределах 0.1 .0.15 мм Распространен на посадочных поверхностях полумуфт, зубчатых колес, подшипников качения, в деталях кривошипно-шатунных механизмов.
На интенсивность процесса изнашивания существенное влияние оказывает количество циклов нагружения.
Характерным признаком процесса фреттинг-коррозии в подвижных соединениях является наличие темных полос по границам сопряжения В соединениях с натягом в месте контакта появляются продукты окисления от светло-красно-коричневого до темно-коричневого цвета.
Повреждения поверхностей вследствие фреттинг-коррозии служат концентраторами напряжений и снижают предел выносливости. В случае усталостного разрушения на фреттинг-коррозию как первопричину указывает характерный язычок металла.
Предотвратить или замедлить развитие процесса фреттинг- коррозии возможно путем:
нанесения на поверхность контакта слоя меди, кадмия, ПТФЭ (политетрофторэтилен);
повышения твердости одной из деталей; увеличения натяга соединения;
увеличения шероховатости поверхности, если устраняется проскальзывание;
фосфатирования поверхности и покрытия ее парафином;
покрытия поверхности свинцовыми белилами или их смесью с
MoS*
смазывания контактирующих поверхностей маслами с проти- воизносными присадками
Избирательный перенос
Избирательный перенос (ИП) - это процесс, заключающийся в формировании при трении на трущихся поверхностях так называемой сервовитной пленки Сервовитная пленка, как правило, формируется из бронзы или медьсодержащих химических соединений и представляет собой очень активную медную пленку толщиной 1 .2 мкм, свободную от окисных пленок. Сервовитная плен-
ка покрывает трущиеся поверхности обоих контактируемых тел (рис. 6.1).

Рис. 6.1 Избирательный перенос.
1 - металлополимерный слой; 2 - сервовитная пленка меди, 3 - сталь
Одновременно с формированием сервовитной пленки образуются полимеры трения, дополнительно разделяющие пары трения, поверхностно-активные вещества (ПАВ), выделяется свободный водород, восстанавливающий окисные пленки на медном сплаве и стали Это положительные факторы, стабилизирующие эффект безизносности
Но при повышении температуры более 65°С интенсифицируется выделение водорода и насыщения им поверхности стали. Поверхность стали в виде порошка переходит на поверхность бронзы. Режим избирательного переноса переходит в режим водородного изнашивания
Наибольшая вероятность реализации ИП в парах трения сталь-бронза при наличии смазочного материала с ПАВ (например, ЦИАТИМ-201, ЛКС-металлургическая, АМ-10 и др.) или сталь- сталь с использованием смазочных материалов, включающих медьсодержащие порошки или химические соединения Порошки вводятся в количестве 10% от объема. А использование в качестве присадки до 3% серно-кислой меди обеспечивает работу пары сталь-сталь с такими же триботехническими характеристиками, как и пары трения сталь-бронза
Наиболее стабилен процесс ИП с циклическим знакопеременным изменением направления смещения контактирующих поверхностей:
-со скоростью скольжения в пределах ^nuX > Ц* >10' м/с
(Отлх - максимальная величина скорости скольжения, ограниченна температурными свойствами смазочного материала);
имеющих шероховатость более твердой детали в пределах 0.3 .0.63 Ra;
работающих при удельных нагрузках более 20 МПа, со смазочными материалами, содержащими ПАВ (динатриевая соль этилдиаминтетрауксусной кислоты, олеиновая кислота, сульфополиамидные производные) в количестве 0.5. .3% от массы смазочного материала.
ГЛАВА 7. СМАЗКА И СМАЗОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Виды смазки
Наиболее эффективным средством снижения величины коэффициента трения и износа в узлах трения машин является применение специальных материалов, получивших название "Смазочные материалы"
При введении смазочного материала между трущимися поверхностями реализуются различные механизмы взаимодействия, определяемые свойствами смазочного материала, свойствами трущихся поверхностей, кинематическими и силовыми условиями на контакте
Действие смазочного материала на поверхности трения, приводящее к снижению трения и скорости изнашивания обозначается термином "смазка"
Различают два вида:
жидкостная смазка,
граничная смазка.
Синонимами этих терминов являются жидкостное трение и граничное трение.
При одновременном возникновении между трущимися поверхностями жидкостной смазки и граничной смазки действие смазочного материала определяют термином "смешанная смазка"
Жидкостная смазка имеет несколько режимов:
гидродинамический:
гидростатический,
эластогидродинамический.
При обозначении режимов жидкостной смазки допускается опускать термин “жидкостная". т.е гидродинамическая смазка, гидростатическая смазка, эластогидродинамическая смазка
Внешнее различие режимов смазки может определяться толщиной пленки смазочного материала, разделяющегося трущиеся поверхности С этой целью введен так называемый коэффициент толщины пленки Л
\]Ra\ + Кг
где h толщина пленки смазочного материала,
R^,Raf - шероховатости поверхностей
При Я < 1 - наиболее вероятна граничная смазка;
Я < 5 - смешанная смазка;
< Я < 10 - эластогидродинамическая смазка;
< Я < 100 гидродинамическая и гидростатическая смазка.
Сравнительные толщины пленок смазочного материала при различных видах смазки приведены на рис7 1
предельный слои смазочного материала
диаметр молекулы окисла
10'TU 10 s
10"
10V
10s
2635250lo78-
10

Рис 7 1 Сравнительная толщина пленки смазочного материала при различных режимах смазки
Известно, что различные режимы трения характеризуются различной величиной коэффициента трения.
У
У
У
У
188087036830U
1т IIРис 7 2 Кривая Штрибека.Зависимость коэффициента трения от параметра Герси
- зона сухого и граничного трения;
зона смешанного трения;
- зона жидкостного трения
На рис.7.2 приведена кривая Штрибека, характеризующая зависимость величины коэффициента трения / от безразмерного
7] (О
параметра,
Р
где tj - динамическая вязкость смазочного материала, Па с,
со - частота вращения, с'1. р - удельная нагрузка, Па
Гидродинамическая жидкостная смазка
Условием реализации жидкостной смазки является полное разделение трущихся поверхностей слоем жидкого смазочного материала. Обеспечить такое разделение можно, зная закономерности механизма взаимодействия смазочного материала и трущихся поверхностей
Один из таких механизмов реализуется в подшипниках скольжения при смещении трущихся поверхностей - это режим гидродинамической смазки
На рис.7 3 и 7 4 представлены схемы поведения деталей подшипника скольжения при изменении скорости вращения вала
Рис. 7 3. Схема возникновения несущего маспяного слоя в подшипнике а - отсутствие вращения вала, б - вращающийся вал

в
Рис. 7 4. Положение вала в подшипнике а - момент трогания; б - установившийся режим.
в
изменение положения центра вала в подшипнике (полукруг Гюмбеля)
Исходное положение вала в подшипнике скольжения (рис.7 3,а) определяется диаметральным зазором Д и радиальным зазором S= Д/ 2 В момент трогания вал накатывается на подшипник, и ось вала отклоняется на угол <р (рис.7 4,а), а при последующем проворачивании вала осуществляется захват смазочного материала.
При достижении номинальной скорости вал занимает положение. соответствующее рис. 7 3,6 и 7 4,6 Между валом и подшипником скольжения формируется слой смазочного материала с толщиной Итт в месте максимального сближения. Разность между радиальным зазором 6 и минимальной толщиной слоя смазочного материала hmm определяет эксцентриситет оси вала относительно оси подшипника Величина эксцентриситета зависит от ве-
личины Р нагрузки на подшипник и частоты вращения вала со Для характеристики подшипни^ скольжения используется относительный эксцентриситет € - —
В слое смазочного Материала возникают напряжения, эпюры которых представлены на рис.7 4.в
Величина номинального давления находится из зависимости
Р
(71)
где d и I - диаметр и длинна подшипника. Величина максимального напряжения
Рт» = (2-3 )Р,Величина слоя смазочного материала Лтт в соответствии с гидродинамической теорией жидкостной смазки зависит ог
частоты вращения вала со.
номинального давления ра,
А
относительного диаметрального зазора у/ = — ,
d
■ вязкости смазочного материала rj
Положение центра вала определяется безразмерным пара-
п со „
метром
-— С ростом этого параметра центр вала перемещает- Р

5
ся к центру подшипника по траектории, близкой к попуокружности диаметром, равным радиальному зазору S (полукруг Гюмбеля). На рис. 7.4,в в качестве величины диаметра использована относительная величина - относительная толщина масляного слоя
(7.2)
п со
центр
При бесконечно большой величине параметра
Р
вала совпадает с центром подшипника. При этом /7тт = 5. клино-
видность зазора исчезает, а давление в масляном клине должно быть равным нулю Такое состояние может наступить при отсутствии внешней нагрузки.
rj(0
толщина масляного слоя
С уменьшением параметра -—
Р
hmM уменьшается, вытекание масла, нагнетаемого в эту область
насосным действием вала, затрудняется, давление в масляном слое повышается, теоретически до бесконечности Реально отклонение от цилиндричности, шероховатость, наличие загрязнения в смазочном материале ограничивают несущую способность подшипника.
1804670597535При гидродинамической смазке относительный эксцентриситет £ и относительная минимальная толщина £ = 1-е являются функциями безразмерного числа Зоммерфельда
(7.3)
Существует оптимальное значение, £ = 0.3...0.35, при котором режим гидродинамической жидкостной смазки наибопее устойчив.
Выше этого значения небопьшие изменения нагрузки ведут к значительному смещению центра вала (полукруг Гюмбеля), которые легко переходят в циклические вихревые движения.
Взаимосвязь между числом Зоммерфельда и относительной минимальной толщиной смазочного слоя может быть выражена следующими зависимостями для различных значений отношения
длины к диаметру подшипника



-2581275182880Для этих случаев оптимальный относительный зазор
-3852545225425(74)
-3730625585470(7.5)
(76)
Предельное значение относительного зазора, при котором еще реализуется гидродинамическая жидкостная смазка:
6489700TJCO
177419045720p
(7 7)

Ограничение на реализацию режима гидродинамической смазки накладывает и величина безразмерного параметра Рейнольдса
v
где h - минимальный слой смазочного материала, мм; и - средняя скорость жидкостной пленки, мм/с; v - кинематическая вязкость смазочного материала, мм2/с. При Re > 1900 ламинарное течение смазочного материала переходит в турбулентное, что ведет к нарушению режима жидкостной смазки.
Гидростатическая жидкостная смазка
Разделение трущихся поверхностей в подшипнике скольжения можно осуществить не только в динамике (при вращении вала), но и в статике, когда вал неподвижен. Это очень важно в момент трогания вала. Это можно обеспечить, подавая в зону контакта вала с подшипником жидкий смазочный материал под высоким давлением, создаваемым установленным вне подшипника насосом. Такой режим разделения трущихся поверхностей получил название «гидростатическая жидкостная смазка», а подшипник, в котором реализуется этот режим, - «гидростатический подшипник жидкостного трения»
Для гидростатической смазки требуется давление масла порядка 20...30 МПа.
Эластогидродинамическая смазка
Этот режим смазки реализуется в подшипниках качения и зубчатых зацеплениях. Предпосылкой для возникновения пленки смазочного материала служат высокие контактные нагрузки, приводящие к упругим деформациям соприкасающихся тел и к росту вязкости смазочного материала в соответствии с зависимостью
(7.8)
Ti = ri0eap
где rj0 - вязкость смазочного материала при р = 0, Па с; р - давление на контакте, МПа,
а - пьезокоэффициент вязкости. МПал , для минеральных масел, 0.01 < а < 0.04
Эпюра давлений в смазочном слое и вид контакта представлен на рис.7.5, т е. на выходе имеется сужающаяся щель и соответствующий сужению всплеск давления

Рис. 7.5. Эпюра распределения скоростей, форма зазора между контактирующими при качении цилиндрами и ориентировочная эпюра распределения в нем давления масла:
1 - контактирующие поверхности; 2 - масло, 3 - эпюра давления масла, 4 - распределение давления по Герцу для несмазанных поверхностей; х{,х2- координаты концов смазочного слоя
В наиболее узком месте увеличивается скорость течения и растет вязкость масла под действием давления. При выходе из зазора вязкость масла резко падает
Наибольшее влияние на распределение максимума давления оказывает параметр скорости U
U = %J±.(7.9)
£' R
где rj0 - вязкость смазочного материала, МПа ■ с,
и - скорость скольжения на контакте, ,
Е1 ■ эквивалентный модуль продольной упругости, Па;
R - эквивалентный радиус кривизны, м.
Минимальная толщина масляной пленки также зависит от параметра скорости, т.е возрастает с его ростом
Сила трения, возникающая при эластогидродинамической смазке при чистом качении, изменяется с изменением параметра скорости и в первом приближении прямо пропорциональна толщине пленки смазочного материала
Существенное влияние на режим эластогидродинамической смазки оказывает шероховатость контактирующих поверхностей. Условной мерой реализации эластогидродинамической смазки является коэффициент толщины пленки Л.
При А > 3 топография поверхности не оказывает влияние на свойства пленки;
при 2< А <3 увеличение поперечной шероховатости приводит к росту толщины пленки;
при 1< А <2 на топщину пленки превалирующее влияние оказывает продольная разнотолщинность. что характерно для реальных режимов трения;
при А = 0,8 возникает смешанное трение с небольшой долей нагрузки, приходящейся на микронеровности;
при А =1.5..2,5 возникают только отдельные контакты, которые исчезают при А > 2.5, обеспечивая режим гидродинамической жидкостной смазки.
После приработки толщина пленки смазочного материала, необходимая для обеспечения жидкостного трения, уменьшается в некоторых случаях до 10 раз.
Граничная смазка
В соответствии с международным стандартом ИСО 4378/3 под граничной смазкой понимается такой вид смазки, которому не могут быть приписаны объемные вязкостные свойства смазочного материала и который определяется свойствами граничных слоев, возникающих при взаимодействии материала поверхности трения и смазочного материала в результате физической адсорбции или химической реакции
Объемные свойства жидкого смазочного материала не проявляются при толщине пленки менее 0,02 .0.1 мкм. Наиболее прочные адсорбционные слои на металлах образуют поверхност- но-активные вещества (ПАВ), такие как жирные кислоты, их спирты и эфиры, животные и растительные жиры
Так, например, при толщине монослоя олеиновой кислоты.
равным 19,02 а. слой смазочного материала может включать 10 ..50 таких монослоев Адсорбционные пленки образуются на металлических поверхностях под действием ориентационных сил притяжения Ван дер Ваальса Молекулы, ориентированные в силовом поле твердой поверхности, занимают стоячее положение (рис. 7 6).

Затем под действием дисперсионных сип образуются следующие слои Молекулы между собой по всей длине находятся под действием поперечных (дисперсионных) сил Таким образом, мультимолекулярный слой приобретает квазикристаллическую структуру комплекса жидких криталлов, обладающего свойствами квазитвердого тела с высоким модулем упругости рис.7 7

Рис. 7 7 Схема структуры граничного смазочного слоя на поверхности металла А - поликристаллическая поверхность металла,
Б - поликристаллическая зона граничного слоя;
В - монокристаллическая зона граничного слоя
Так, модуль упругости молекул жирных кислот достигает Е=3,5 .5 105 МПа. а мультимолекулярные слои выдерживают нагрузку до 100 МПа.
С другой стороны, монослои связаны между собой слабыми дисперсионными силами Ван дер Ваальса. что является причиной легкого скольжения между контактирующими адсорбционными пленками при граничном трении (рис.7 8).
шнннншннж
\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\
///////////////////// /////////////////////ШНШШЖШШ}Рис. 7 8. Схема скольжения граничных слоев, построенных из цепных макромолекул
В результате химических реакций жирных кислот с металлической поверхностью образуются мыла, снижающие трение Наиболее активны медь, кадмий, цинк, магний, в меньшей степени железо. алюминий
Прилегающий к твердому телу монослой образует химические связи с поверхностью металла с образованием химически модифицированных слоев при наличии таких химически активных элементов, как S. Cl, Р В этом случае образуются модифицированные слои, состоящие из соединений железа с S. Cl, Р Модифицированные слои не только обеспечивают снижение трения, но и являются более активными адсорбентами
Модифицированные слои повышают износостойкость, так как в процессе трения разрушается не сам металл, а менее прочный модифицированный слой, существенную долю в котором составляет активный элемент присадки. В результате этого вместо интенсивного изнашивания металла происходит потеря массы присадки, воспроизводимой из смазочного материала.
Эффективность присадок, содержащих CI. начинает проявляться при температуре 100 150°С Супьфидные пленки эффективны при более высоких температурах, но коэффициент трения несколько выше. Самый высокий коэффициент трения имеют фосфид- ные пленки, но они обладают высокой износостойкостью. Поверхностно-активные вещества в результате миграции по поверхности могут проникать в микротрещины, вызывая адсорбционное пластифицирование (эффект Ребиндера) и, как следствие, разрушение тонкого поверхностного слоя Если такой процесс локализуется на микронеровностях, то происходит их сглаживание, идет процесс приработки и улучшения смазывания поверхностей

Рис. 7 9. Схема адсорбционно-рзсклинивающего действия полярных молекул смазочного материала F - давление адсорбированого слоя; О — расклинивающие силы
При высоких нагрузках процесс разрушения поверхн проникает на большую глубину и граничные слои ведут себя нь „ смазочные, а скорее как режущие.
При граничной смазке проявляется еще один эффект - “эффект Дерягина" когда ориентированные граничные слои способны оказывать расклинивающее действие, выражающееся в сопротивлении слоя смазочного материала утоньшению под действием нагрузки (рис.7 9).
Значительное влияние на прочность граничного слоя оказывает температура. Повышение температуры приводит к резкому возрастанию силы трения и повреждению поверхностей, свидетельствующее о разрушении граничного смазочного слоя, т.е о дезориентации и десорбции молекул ПАВ
Повышение температуры в присутствии химически активных добавок в смазочном материале интенсифицирует процесс образования химически модифицированных слоев, обеспечивающих снижение трения и износ Дальнейший рост температуры ведет к разрушению модифицированных слоев, следствием чего является адгезионное изнашивание
Разрушение граничного слоя может вызываться и пластической деформацией поверхностей в сопряженном контакте
Смазочные материалы
7.6.1 Общая характеристика
Для снижения трения и скорости изнашивания широкое распространение получили смазочные материалы Различают несколько видов смазочных материалов
жидкие смазочные материалы (ЖСМ);
пластичные смазочные материалы (ПСМ);
твердые смазочные материалы (ТСМ);
газообразные смазочные материалы (ГСМ);
По происхождению ЖСМ подразделяются на:
минеральные (нефтяные и сланцевые);
жировые (растительные и животные);
синтетические
Минеральные масла представляют сложную смесь углеводородов (парафиновых, нафтеновых, ароматических) В них присутствуют сернистые соединения, смолы, нафтеновые кислоты
Чистые нефтяные масла работоспособны в диапазоне температур -40вС +50аС Эксплуатационные свойства масел улуч-
путем введения присадок Эти масла наиболее широко ис- ол&зуются для смазывания узлов трения механизмов металлургических машин.
Жировые масла обладают лучшими антифрикционными свойствами, чем чисто нефтяные масла, но являются менее стабильными в эксплуатации, быстро окисляются, особенно при повышенной температуре. Работоспособны при температурах - 20°С +100°С В чистом виде используются в основном в процессе холодной прокатки полос, в качестве присадок к нефтяным маслам и при производстве ПСМ
Синтетические масла пока не используются в узлах трения металлургических машин из-за их высокой стоимости.
Они работоспособны в диапазоне температур -60 - +400°С
Применение ЖСМ обеспечивает в узлах трения:
режим жидкостной смазки;
интенсивный теплоотвод,
фильтрацию продуктов износа.
Пластичный смазочный материал (ПСМ) представляет собой систему, состоящую из жидкой среды, которая удерживается в структурном каркасе загустителя. В качестве жидкой среды используются ЖСМ (от 70 до 95% по массе), преимущественно минеральные масла В качестве загустителя используются мыла жирных кислот, твердые углеводороды, пигменты, силикагель, бентонитовые глины Для улучшения эксплуатационных свойств вводятся присадки и наполнители (до 10% по объему).
Применение ПСМ обеспечивает в узлах трения:
режим граничной смазки;
избирательный перенос;
защиту от коррозии;
снижение вибрации;
снижение трения и износа;
уплотнение зазоров в сопряжениях
Твердые смазочные Материалы (ТСМ) и твердые антифрикционные покрытия применяются тогда, когда не могут применяться ЖСМ и ПСМ, т.е. при температурах застывания этих материалов и при высоких температурах, когда эти материалы разлагаются и испаряются.
Твердые смазочные материалы подразделяются на неорганические и органические Из неорганических твердых смазочных материалов наиболее широкое распространение получили: графит, дисульфид молибдена MoS2. дисульфид вольфрама WS2
Из органических ТСМ наиболее широко используются политетрафторэтилен (ПТФЭ), полиамиды
Газовые смазочные материалы используются в высокоскоростных узлах трения при п > 10000об/,ин
Классификация минеральных масел
В зависимости от способа получения нефтяные масла различают
дистиллятные (полученные из масляных дистиллятов после вакуумной перегонки мазута);
остаточные (полученные из гудрона);
компаундированные (путем смешивания базовых дистил- лятных и остаточных масел);
загущенные (с полимерными присадками).
По назначению масла подразделяются на:
индустриальные;
трансмиссионные;
моторные;
энергетические (турбинные, трансформаторные, электроизоляционные. конденсаторные, кабельные, компрессорные, для выключателей);
технологические;
теплоносители;
специальные (пропиточные, парфюмерные, медицинские, для цепей туннельных печей и др.).
В узлах трения металлургических машин в основном используются индустриальные и трансмиссионные масла
В соответствии со стандартом ГОСТ 17479.4-87 “Смазочные материалы индустриальные", разработанном на основании международного стандарта ИСО 3448-75, индустриальные масла подразделяются по вязкости на 18 классов с кинематической вязкостью= 2..1500мм2/с при температуре / = 40° С
По прежней классификации значение вязкости в обозначении марки минерального масла приводилось для эталонных температур 50°Си Ю0°С
Пример обозначения индустриальных масел по прежней и действующей классификациям
Эталонная температура t, ®С -1
50 40 100 40
И-12Н И-Л-А-22 Цилиндровое-11 И-Т-А-100
ИГП-14 И-Л-С-22 МС-14 И-Т-А-220
И-20 А И-Г-А-32 МС-20 И-Т-А-320
ИСП-40 H-T-D-68 П-28 И-Т-А-460
И-50 А И-Г-А-100 Цилиндровое-24 И-Т-А-460
ИГП-72 И-Г-С-100 Цилиндровое-38 И-Т-А-680
ИТП-200 H-T-D-460 П-40 И-Т-А-680
ИТП-300 H-T-D-680 Цилиндровое-52 И-Т-А-1000
В обозначение индустриальных масел входят символы, отражающие область применения, эксплуатационные свойства и класс вязкости
Порядок симвопов Характеристика симвопов [1-2-3-4]
| | | I значение вязкости вммЧс.
| | | 12.3,5,7.10.15.22.46.68.100,150.220.460.680,1000.1500
I I II I I эксплуатационные свойства,
| | | А - масла без присадок
| | | В->А+антиокислительные, антикоррозионные присадки | | | С->В+противоизносные | | | D-^C+противозадирные | | | Е-Ю+противоскачковые
I I| I область применения.
| | Л(Р)-легконагруженные узлы трения | | Г(Н)-для гидравлических систем | | Н(С)-для направляющих скольжения | | Т(С)-тяжелонафуженные узлы трения i И - индустриальные масла
Вязкость
При подборе минеральных масел значение вязкости является определяющей величиной. Различают вязкость динамическую - г) и кинематическую - v В системе СИ за единицу динамической
вязкости принята Паскаль секунда (Па с), за единицу кинематической вязкости - м2/с. Для характеристики вязкости минеральных масел используются более мелкие единицы измерения - мПа с и мм2/с Соотношение между динамической и кинематической вязкостью определяется зависимостью:
(7 11)
Ргде р - плотность минерального масла.
1752600484505На вязкость существенное влияние оказывает температура. В инженерных расчетах значение вязкости в зависимости от температуры можно определить по формуле Прокофьева.
(7 12)
где vt3 - значение динамической вязкости при эталонной температуре (40. 50. 100°С);
t - температура, при которой определяется вязкость смазочного материала, как правило рабочая температура; п - коэффициент, определяемый из зависимости:
Для характеристики изменения вязкости в зависимости от температуры существует так называемый индекс вязкости - ИВ. Если ИВ находится в пределах 85. .95. то минеральное масло имеет удовлетворительную вязкостно-температурную характеристику Чем выше ИВ, тем с меньшей интенсивностью изменяется вязкость с изменением температуры, тем надежнее реализуется режим жидкостной смазки в более широком температурном диапазоне
Температура застывания
Температурой застывания условно считается та температура. при котооой масло, помешенное в пробирку не меняет попо-жение мениска (на глаз) при повороте пробирки из вертикального положения в наклонное под углом 45°
Температура вспышки
Температура, при которой мгновенно вспыхивают накопившиеся газообразные углеводороды при приближении открытого пламени Чем выше температура вспышки, тем более стабильно минеральное масло
Кислотное число
Кислотное число характеризует количество щелочи КОН в мг. необходимой для нейтрализации кислот, находящихся в 1 г масла. Присутствие кислот, особенно низкомолекулярных, вызывает интенсивную коррозию металлов Повышение кислотного числа характеризует старение минерального масла.
Анилиновая точка
Это температура, при которой равные объемы минерального масла и анилина разделяются на две фазы Чем выше температура разделения смеси, тем больше в масле ароматических соединений, тем ниже ИВ
Противозадирные свойства
Характеризуются индексом задира - И3 и нагрузкой заедания - Р
где Р0 - нагрузка прижатия верхнего шара к нижним в четырехшариковой машине трения;
с1г - диаметр площадки упругой деформации шаров;
du - диаметр пятна износа.
Более износостойкими являются остаточные масла. Для них du =0,6 .0,8 мм при нагрузке 196 Н по ГОСТ 9490-75. Для дистил-
лятных масел d„-0,8. 1,1 мм.
Любая система смазывания и гидравлическая система загрязнены уже до начала эксплуатации (остатки материала, образовавшиеся при изготовлении, частицы, попавшие в момент сборки).
Степень загрязнения системы увеличивается вследствие износа за счет попадания загрязнений через вентиляционные отверстия, уплотнения, в процессе проведения ремонтов При этом в одном литре масла может находиться до 100 млн. частиц размером более 1 мкм
До 80% отказов в смазочных и гидравлических системах вызваны загрязнениями (заклинивание, более длительный рабочий цикл за счет износа сопряжений, вибрация подшипников, отсутствие необходимого давления, повышение температуры масла). Поэтому необходима соответствующая постоянная фильтрация масла С этой целью используют защитные фильтры грубой очистки и рабочие фильтры сверхтонкой очистки Первые задерживают крупные частицы, размеры которых значитепьно бопьше зазоров Рабочие фильтры удаляют частицы до 5 мкм и сводят износ до минимума Решающее влияние на износ узлов трения наряду с размерами частиц оказывает и их количество
Разработан международный стандарт ИСО 4406 на чистоту масла. По этому стандарту опредепяется количество частиц размером более 5 мкм и частиц размером более 15 мкм в 100 мл жидкости
Обычные фильтры задерживают частицы размером более 25 мкм, что определяет невысокий срок службы узлов трения, работающих в режиме эластогидродинамической смазки Существенно повышается срок службы таких узлов при фильтрации частиц менее 10 мкм
В процессе эксплуатации необходимо удалять не только частицы загрязняющих веществ, но и воду, проникающую в систему Вода способствует кавитации, коррозии, ускоренному старению масла, особенно при наличии частиц железа или меди, которые являются катализаторами старения масла при наличии воды. Наряду с этим вода способствует осаждению присадок, уменьшению толщины смазочной пленки, ускоренному износу шестеренчатого насоса
7.6.5. Регенерация минеральных масел
Продукты окисления, загрязнения и другие примеси, накапливающиеся в масле в процессе эксплуатации, резко снижают его качество Для восстановления первоначальных свойств масел или существенного снижения количества продуктов окисления и воды разработаны различные способы регенерации Простейшими технологическими процессами регенерации являются:
отстой и фильтрация;
отстой, адсорбционная очистка, фильтрация;
отстой, обработка щелочью, адсорбционная очистка, фильтрация;
отстой, обработка кислотой, адсорбционная очистка, фильтрация;
отстой, обработка кислотой и щелочью, адсорбционная очистка, фильтрация.
Отстой отработавших масел от механических примесей и воды наиболее эффективен при 80° 90°С Время отстоя 24 48 часов.
Для фильтрации масла применяют металлические сетки, плотные ткани, бумагу, картон, отбеливающие земли
Малозагрязненные и малообводненные масла (до 0,3%) в циркуляционных смазочных системах очищают сепараторами при подогреве масла до 60 70°С
Серно-кислотную очистку применяют для глубоко окисленных отработавших масел
Обработка щелочью служит для удаления из масла органических кислот и остатка свободной серной кислоты
Наиболее эффективным способом удаления из масла асфальтосмолистых веществ является адсорбция В качестве адсорбентов применяется активированный уголь и отбеливающие земли Наиболее глубокую очистку минеральных масел, практически полное восстановление исходных свойств можно получить на специальных регенерационных установках В этом случае технологический процесс включает следующие процессы:
осаждение (грубое удаление воды и механических примесей);
атмосферная перегонка (удаление низкокипящих фракций и воды);
серно-кислотная очистка с последующей нейтрализацией известью (удаление продуктов окисления и присадок);
фильтрование (удаление кислого гудрона);
вакуумная перегонка (разделение на один или два маловязких и средневязких дистиллята и остаток);
очистка отбеливающими глинами;
компаудирование и введение присадок.
При подборе ПСМ решающее значение имеют их эксплуатационные характеристики, наиболее важными являются
объемно-механические свойства;
стабильность, как коллоидных систем:
триботехнические свойства.
К объемно-механическим свойствам относятся: предел прочности на сдвиг и разрыв, вязкость, механическая стабильность. термоупрочнение, пенетрация Предел прочности на сдвиг определяет каркас загустителя Для большей части ПСМ в интервале температур t=20 120°С предел прочности составляет Gp =0,1 .2 кПа. При меньших значениях смазочный материал вытекает из узла трения, при больших значениях затрудняется его доступ к смазываемой поверхности.
Вязкость определяет возможность подачи и заправки ПСМ в узлы трения при низких температурах Существующими нагнетателями можно подавать ПСМ вязкостью не более 5 ЮкПа -с. В централизованных смазочных системах вязкость ПСМ не должна превышать 80 Па с
После разрушения структурного каркаса ПСМ начинает течь подобно жидкости С увеличением скорости течения (скорости деформации) до 10 с вязкость смазочного материала понижается в сотни и тысячи раз.
В результате интенсивного и длительного сдвига изменяется предел прочности Изменение предела прочности на сдвиг под воздействием механического нагружения есть механическая стабильность. которая характеризуется индексом разрушения - Кр и индексом восстановления - Кв.
К =-°р100%. Кя =-?—Е. юо%.где аи - исходный предел прочности на сдвиг; ор - предел прочности после разрушения;
ав - предел прочности через трое суток после окончания разрушения
Термоупрочнение характеризует изменение предела прочности на сдвиг ПСМ при нагреве выше 100°С и поспедующем охлаждении
Степень консистенции ПСМ характеризуется числом пенет- рации. Число пенетрации выражает глубину погружения в мм. умноженную на число 10, стандартного конуса массой 150 г под действием собственного веса в течение 5 с.
ПСМ должны сохранять стабильность как коллоидные системы, неизменность состава, стойкость против окисления, инертность к воде и агрессивным средам. Проявлением нарушения коллоидной стабильности является выделение жидкой фазы (минерального масла) в процессе хранения и под воздействием одностороннего приложенного давления
ПСМ обеспечивают реализацию граничной смазки и поэтому имеют лучшие антифрикционные характеристики, чем минеральные масла, на которых они изготовлены
Противоизносные и противозадирные свойства ПСМ характеризуются нагрузкой заедания - Р«р и нагрузкой сваривания - Рс Присутствие в ПСМ свободных щелочей и воды существенно ухудшает их смазочное действие, усиливается коррозионный износ Наиболее эффективно для снижения износа является введение в ПСМ роданида меди, этиленгликоля
Для улучшения триботехнических свойств в ПСМ вводят различные наполнители в виде порошков графита, M0S2 слюды. Sn, Си. РЬ Введение в ПСМ соли однойодистой меди и соли меди ацетилсалициловой кислоты реализует эффект безизносности В качестве полимерных наполнителей используют полиэтилен, полипропилен, ПТФЭ в виде порошков дисперсностью до 10 мкм
7.6.7. Твердые смазочные материалы
Наиболее часто в узлах трения металлургических машин при невозможности применения ЖСМ и ПСМ применяются графит, дисульфид молибдена, мягкие металлы (Pb. Sn), ПТФЭ (фторопласт).
Графит обладает хорошими антифрикционными свойствами в атмосферных условиях до температуры t=400°C, которые теряются в вакууме, инертном газе, сухом воздухе
Дисульфид молибдена M0S2 имеет структуру, подобную графиту, но его антифрикционные свойства ухудшаются при адсорбции кислорода, паров воды и других веществ, вступающих в химическое взаимодействие с серой. В вакууме MoS2 работоспособен до температуры t= 10ОО 1300°С. а на воздухе до t=350°C
Мягкие металлы (металлы с низкой температурой плавления- .In - 1fi5°C Ph -327°С. Sn - 238°С. Cd - 321°С) испопьзуются в качестве основы или компонентов покрытий на твердых конструкционных материалах Их антифрикционность определяется малым сопротивлением срезу в тонком слое мягкого покрытия при относительном движении поверхностей под нагрузкой. Порошки мягких металлов вводят в качестве наполнителей в ПСМ и композиционные антифрикционные материалы.
Из органических полимерных материалов наиболее эффективен политетрафторэтилен (ПТФЭ) или фторопласт (зарубежное название - тефлон). ПТФЭ имеет смешанную кристаллическую и аморфную структуру (степень кристалличности до 90%). Взаимодействие между молекулами и кристаллами ПТФЭ осуществляется слабыми ван-дер-ваальсовыми силами, что и обеспечивает его высокую антифрикционность. ПТФЭ инертен, не горит, не смачивается большинством жидкостей, работоспособен при температурах t=-269. +270°С Основные характеристики:
температура плавления кристаллов 327°С;
твердость 30 .40 НВ(МПа);
предел прочности на растяжение стр=14 ..31 МПа;
модуль упругости при изгибе 0,43...0,85 ГПа;
температурный коэффициент линейного расширения -
24 10'5;
допустимые нагрузки и скорости скольжения [р]=0,2 МПа, [v]=2m/c.
ПТФЭ в узлах трения применяется в виде тонких покрытий, в композиционных материалах и в качестве наполнителя ПСМ
Этот материал требует осторожного обращения при нагреве. При температуре выше 400 .500°С начинается разложение фторопласта с выделением токсичного газа перфторизобутилена. который в 50 раз токсичнее фосгена.
ГЛАВА 8. ВЫБОР СМАЗОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ УЗЛОВ ТРЕНИЯ
Методика выбора смазочных материалов
Смазочные материалы являются, по сути, конструкционными материалами, и от правильного выбора соответствующей марки смазочного материала во многом зависит надежность машин и механизмов.
Освоение методики выбора смазочных материалов позволяет не только осуществлять их выбор, но и выявлять как границы их использования, так и область изменения параметров нагружения, обеспечивающую наибольшую износостойкость узла трения
Применение того или иного вида смазочного материала в конкретном узле трения зависит от многих факторов: условий внешней среды (температура, влажность и т.д.), удельной нагрузки. скорости смещения контактирующих поверхностей, характера движения (прерывистое, реверсивное), геометрических характеристик и материала пар трения, твердости поверхностных слоев трущихся тел, необходимости использования конкретной системы смазывания, конструктивного исполнения узла трения и др.
Металлургические машины, особенно прокатные станы, характеризуются широким спектром нагружения, и поэтому даже рекомендуемые заводом-изготовителем марки смазочных материалов не могут охватить всего диапазона изменения силовых и кинематических параметров технологического процесса. Специалист, осуществляющий техническую эксплуатацию оборудования, обязан знать границы изменения этого диапазона как для испопьзуемых марок смазочных материалов, так и для их заменителей
В общем случае методика выбора смазочных материалов заключается в следующем:
выявляются условия работы и технические параметры узла трения;
осуществляется выбор вида смазочного материала;
определяется марка смазочного материала
Основными параметрами, влияющими на выбор смазочного
материала, являются: удельная нагрузка р и скорость скольжения и. параметр ри и температура 0 твердость и микрогеометрия трущихся поверхностей, материал трущихся поверхностей
Выбор вида смазочного материала
Общая характеристика смазочных материалов
В узлах трения металлургических машин наиболее широкое распространение получили жидкие, пластичные и твердые смазочные материалы.
В качестве жидких смазочных материалов широко используются минеральные масла, способные обеспечить
жидкостную смазку;
интенсивный теплоотвод;
фильтрацию продуктов изнашивания
что*
при температуре выше 1509С происходит деструкция масел;
при незначитепьном изменении температуры масла происходит значительное изменение его вязкости;
требуется эффективная герметизация узлов трения;
необходимо большое количество единовременно используемого масла.
Минеральные масла рекомендуется применять в узлах трения с интенсивным тепловыделением, работающих с достаточно большими контактными нагрузками и скоростями скольжения
К таким узлам металлургических машин относятся, редукторы, шестеренные клети, нажимные устройства, подшипники качения и скольжения и др
Область применения минеральных масел во многом зависит от конструктивного исполнения узла трения. Марки минеральных масел приведены в табл 1 прил. В При невозможности реализации в узле трения жидкостной смазки применяют пластичный смазочный материал (ПСМ). Пластичный смазочный материал обеспечивает-
режим граничной смазки;
удержание смазочного материала в открытых и слабогер- метизированных узлах трения;
работоспособность узпа трения при высоких температурах и нагрузках в широком скоростном диапазоне;
длительный срок службы в герметизированных узлах трения
Недостатками в применении ПСМ являются:
более трудоемкая замена смазочного материала;
малый теплоотвод;
затрудненное удаление продуктов процесса изнашивания
Наиболее эффективно применение ПСМ для смазывания подшипников качения.
Марки ПСМ приведены в табл. 5 прил. В
Твердые смазочные материалы (ТСМ) применяют в узлах трения металлургических машин, характеризующихся следующими условиями работы:
высокие контактные напряжения и низкие скорости скольжения (менее 0,1 м/с);
наличие агрессивных сред, разрушающих обычные смазочные материалы;
экстремальные температуры (выше 300 °с и ниже -80 °С)
ТСМ наносят на поверхность трущихся деталей в виде суспензий. После термической обработки на поверхности деталей образуются твердые смазочные пленки Недостаток таких покрытий - малый срок службы
ТСМ с успехом используются как присадки к жидким и пластичным смазочным материалам. В табл 6 прил В приведены основные физико-механические свойства ПСМ с добавками
Особую группу составляют самосмазывающиеся конструкционные материалы, физико-механические характеристики которых приведены в табл. 7 прил В.
Самосмазывающиеся материалы применяют в тех случаях, когда применение ЖСМ и ПСМ невозможно или затруднено, требуется длительная работа узла трения с низким трением и высокой износостойкостью (в условиях низких удельных нагрузок).
Разработаны конструкционные материалы, основу которых составляют пористые металлы (бронза, железо и др.), пропитанные ТСМ или самосмазывающимися материалами
Выбор вида смазочных материалов для узлов трения Подшипники скольжения
В подшипниках скольжения при скоростях скольжения более 1 м/с и постоянном направлении относительного скольжения поверхностей наиболее эффективны ЖСМ (минеральные масла)
Применение ПСМ целесообразно при скоростях скольжения менее 1 м/с при высоких контактных нагрузках (более 10 МПа), при постоянном изменении направления скольжения поверхностей, при температурах -50+200 °С
При температуре выше 250 °с необходимо использование
ТСМ.
Подшипники качения
В подшипниках качения наилучшим смазочным материалом являются минеральные масла. Но их использование усложняет конструкцию подшипникового узла. При использовании ПСМ упрощается конструктивное исполнение и во многих случаях облегчается его эксплуатация.
Минеральные масла рекомендуется использовать в подшипниках качения при частоте вращения менее 5-10 об/мин и окружной скооости более 5 м/с.
Исходя из условий технической эксплуатации подшипниковых узлов наиболее предпочтительным является применение в них ПСМ. На сегодняшний день подшипники качения являются основными потребителями ПСМ.
Наиболее эффективно применение ПСМ в герметизированных подшипниковых узлах и в подшипниках, подверженных ударным нагрузкам.
Как правило, ограничением на применение ПСМ является окружная скорость, лимитируемая через параметр (d n) (d - внутренний диаметр подшипника, мм; п - частота вращения, об/мин).
При значении параметра d п, не превышающем допустимое значение [d -п] целесообразно использовать ПСМ
Допустимые значения параметра [d п], в зависимости от типа подшипника при среднем нагружении (нормальные контактные напряжения не более 2 103 МПа) следующие
Тип подшипника [dn]
Радиальный шариковый 5 10°
Радиально-упорный шариковый 4 10э
Цилиндрический роликовый 4 10й
Конический роликовый 2 10э
Цилиндрический роликовый двухрядный 5 -10е
Упорный шариковый n(dh)xn = 0.8-105
Игольчатый подшипник ndH = 2,510s
Примечание: h - высота подшипника, мм; dH - наружный диаметр, огибающий иглы, мм.
Величина допустимых значений [d п] снижается на:
для тяжелонагруженных подшипников (контактные напряже
ния до 5 Ю3 МПа) - 25%;
при вертикальном распопожении подшипников - 25%;
при вращении внешнего копьца - 50%;
при спаренных подшипниках - 25%,
Контактные нормальные напряжения можно определять из зависимостей для:
шарикоподшипников
(8.1)
сгк = 1810
w У
роликоподшипников
Я Yj Р
i z I cos а
/ о V №•*
где R - радиальная нагрузка, МН; j - количество рядов тел качения; z - количество тел качения в ряду;
£)я - диаметр ролика, м.,
- длина ролика, м; а - угол наклона роликов;
Y.P ~ сумма кривизны ролика и кольца.
Х/> = 2/ Dw(\-y);y = Dw/D0*cosa;(8.3)
D0 = (d + D)/2 - средний диаметр подшипника.
Зубчатые зацепления
Основным смазочным материалом для зубчатых зацеплений являются минеральные масла. И только для открытых и тихоходных зубчатых передач (и < 0.5 м1с) возможно использование ПСМ ТСМ для зубчатых зацеплений применяются в экстремальных условиях при температурах, превышающих 300 °С
Для открытых зубчатых передач рекомендуется применять битумные композиции и ПСМ, характеристики которых приведены в табл. 5, 6 прил. В
Зубчатые муфты
В зубчатых муфтах наиболее эффективно применение высоковязких минеральных масел, но трудности по обеспечению герметичности в процессе эксплуатации зубчатых муфт побуждают применять ПСМ, а также битумные композиции, рекомендуемые для открытых зубчатых передач (например, 03П-1).
Направпяющие скольжения
Наиболее эффективным и широко испопьзуемым видом смазочного материала являются минеральные масла.
8.3.1. Выбор марки минерального масла для подшипников скольжения
Основным свойством минеральных масел, определяющим возможность реализации режима жидкостной смазки, является вязкость Поэтому выбор марки минерального масла основывается на расчете требуемой вязкости при рабочей температуре узла трения
Для практики эксплуатации подшипников скольжения необходимую вязкость можно определять из зависимости (7.3)
а)
где г|, - динамическая вязкость при рабочей температуре, Па с;
So - безразмерная величина, число Зоммерфельда; ра - номинальное давление, Па;
ш- частота вращения вала, с 1.
^ = дid- относительный диаметральный зазор; d - диаметр вала Значение числа Зоммерфельда So находится из зависимостей (7.3), (7.4) при подстановке в них оптимального значения относительной минимальной толщины масляной пленки £=0,35.
Для конструируемого подшипника скольжения величина относительно зазора у находится из соотношения
где д* ,д * минимальный и максимальный зазоры в попе допуска принятой посадки
Средняя рабочая температура масла в подшипнике скольжения определяется из зависимости
/р=/„+а*/>/2d2(8.4)
где - температура масла, входящего в подшипник. Принимается равной 40 - 60 ®С в зависимости от возможности теплоотвода и нагруженности узла трения.
Р - нагрузка на подшипник, МН; d - диаметр вала, м;
а - коэффициент при давлении масла 0,3 МПа.

При износе подшипника давление масла падает, и при его •';:ении менее 0,1 МПа значение коэффициента а возрастает в 1,6 раза, что ведет к снижению вязкости минерального масла.
1371600685800Определив необходимую вязкость при рабочей температуре, находим вязкость при эталонной температуре 40 или 50 °С для маловязких масел, или при 100 °С для высоковязких минеральных масел.
(86)значение коэффициента п находим из зависимости
где vp - кинематическая вязкость масла при рабочей температуре;
tp- рабочая температура масла.
Выбрав необходимую марку смазочного материала из табл.1 прил. В, возможно найти характеристики подшипника скольжения (коэффициент надежности, максимапьно возможный диаметральный зазор, коэффициент трения и др.).
Пример 8.1
Подобрать марку минерального масла для подшипников скольжения шестеренной реверсивной клети кварто
800/1400x2800,
2 МН -м; 50-120 об/мин; 0.82 м;
0.6 м;
1000 мм; сталь 40 ХН;
50 - HRC;
Б 16;
Исходные условия: момент прокатки частота вращения валков длина подшипника диаметр подшипника межцентровое расстояние материал вала твердость поверхности вала материал подшипника
Н8/е8
температура масла, входящего в подшипник - 50 "С,
посадка подшипника
Решение
Определим необходимую величину вязкости минерального масла при рабочей температуре из зависимости (7.3)
r}t=60 =So(pa/o»<p2 =0,44f3 10б/8,4КЗ,9 Ю"4/ =
= 24 -10-3 Па с = 24 мПа с
Находим значения входящих в зависимость величин для
/d= 0.82 /0,6 = 1,37
So = 0,35/" 0,43/ / + 0.24 )~] = 0.35^0.43 1.37 + 0,24/' =0,44.
Номинальное давление в подшипнике рв = (М k) / du d I cosa ) =(2 0,7) I (1 0,6 0,82 cos20) = 3 МПа, где M - момент прокатки, МН;
dw - диаметр шестеренного валка, м; а - угол зацепления, а=20в;
к - коэффициент перераспределения момента, передаваемого через зубчатое зацепление (изменяется в предепах 0,5 .1.0). а) = я-*л/30 = л *80/30 = 8,34 с'1
Среднее значение относитепьного диаметрального зазора для посадки 0600 Н8/е8
у = ( 0.329+0,135 ) / 2 -600 = 3.9 10^
Определяем рабочую температуру по зависимости (8.4) t р={ы+a p/2d2 =50 + 4,47 1,48/2 0,62 = 60°С Из зависимости (8.5)
а = 11,26(1,37)-“ * (2,8 -1,37)-‘ = 4.47.
Нагрузка на подшипник Р=ра d-J = 3 0,82 0,6 = 1.48 МН
Находим кинематическую вязкость минерального масла при эталонных температурах 40. 50 ®С:
v,-«= ?7,.бо/р = 24/0,9 = 26,7 мм' / с, v»=vw*(60/50)*=26,7(60/50)JJ7 =41,1 мм:/с; п = (1 + Igv) / (2.8 - lg /0) = (1 + lg 26.7) / (2.8 - lg 60) = 2.37;V4o= 26,7(60/40)ZJ7 = 75 мм2 /с.
Из табл 1 прил. В выбираем И - 40 А или в соответствии с ГОСТ 17479.4 - 87 И-Г-А - 68.
При выборе марки минерального масла для подшипникового узла необходимо учитывать размеры подшипника и частоту его вращения, величину нагрузки, действующей на подшипник, рабочую температуру подшипникового узла и состояние окружающей среды.
Выбор необходимой вязкости минерального масла осуществляется по номограммам на рис 8.1 Марка минерального масла находится из табл. 1 прил. В.
Пример 8.2 Подобрать марку минерального масла для подшипников качения шестеренной клети стана 1700 горячей прокатки.
Исходные условия.
Частота вращения шестеренных валков - 500 об/мин; подшипник -№ 97172; рабочая температура подшипника - 60 ®С
Решение
Подшипник № 97172 роликовый, радиально-упорный, конический, двухрядный с наружным диаметром D = 540 мм Тогда средний диаметр D0 = (d+D) / 2 = (360+540) 12 - 450 мм.
По номограмме «а» на рис 8.1 из точки, соответствующей D0 = 450 мм проводим вертикапь до пересечения с наклонной линией п = 500 об/мин. Из точки пересечения проводим горизонтальную линию до пересечения с осью ординат Получаем
vi-*o= 12 mmj /с.
По номограмме «б» рис. 8.1 находим вязкость минерального масла при эталонной температуре (40, 50 или 100 “С)
Из точки на оси ординат, равной 12 мм2/с, проводим горизонталь до пересечения с вертикалью, проведенной из точки 60 “С
Из точки пересечения проводим прямую, параллельную ближайшей наклонной прямой, до пересечения с вертикалью, проведенной из точки (40, 50 или 100 *С).
Из полученной точки проводим горизонталь до пересечения с осью ординат Находим:
уя=18мм3/с;vw=28mm2/c.
Из табл. 1 прил В выбираем марку минерального масла И- 20 А ГОСТ 20799 - 88.
аб
Рис.8.1 Номограммы для выбора масла с вязкостью, соответствующей заданным условиям эксплуатации
Выбор марки минерального масла для зубчатых зацеплений
На выбор марки минерального масла для зубчатых передач оказывают влияние: температурный режим (50 - 130 °С), окружная скорость, нормальные контактные напряжения в зоне контакта, твердость и состояние контактирующих поверхностей.
Как правило, для легко- и средненагруженных зубчатых передач применяют индустриальные масла без присадок.
В пегконагруженных зубчатых зацеплениях нормальные контактные напряжения не превышают 800 МПа при окружной скорости до 100 м/с, в средненагруженных зубчатых зацеплениях соответственно 1200 МПа и 10 - 15 м/с. Для более тяжелых условий работы используют индустриальные масла с противоизносными и противозадирными присадками табл. 2 прил В.
Определение необходимой вязкости минерального масла для стальных зубчатых передач производится по графику на рис.
в зависимости от параметра х
x^hvpLx(88)и-10
где HV - твердость по Виккерсу, МПа;
Рпах. * максимальное нормальное контактное напряжение, Па;
и - окружная скорость, м/с Для нахождения твердости по Виккерсу, зная значение твердости по Роквеллу, можно пользоваться зависимостью
(8.9)
HV =1,86 106 (110-HRC)'2,Наибольшее нормальное контактное напряжение для цилиндрических прямозубых зацеплений

и л о
цилиндрических косозубых и шевронных зацеплений

(8 10)
(8.11)
конических зацеплений
9601203062605(812)
где и - передаточное число;
А - межцентровое расстояние, м;
b - ширина зубчатого венца, м;
dek - диаметр внешней делительной окружности (на дополнительном конусе), м;
к * коэффициент, равный 1,3. 1,5 (меньшие значения следует выбирать при расположении колес на валах, близком к симметричному; большие значения - при несимметричном расположении колеса);
Мк - крутящий момент на колесе, МН м.
Верхний предел вязкости (рис 8.2) принимается при следующих условиях:
изготовление обеих зацеппяющихся шестерен из одной марки или хотя бы одной из шестерен из никелевой или хромоникелевой стали со сквозной закалкой;
работа передачи с ударными нагрузками;
температура окружающего воздуха выше 25 °С
Нижний предеп (меньшее значение вязкости) при:
высокой точности обработки шестерен (не менее 6-й степени точности);
температуре окружающего воздуха ниже 10 °С;
фосфатированной или сульфидированной шестерни;
параметре х >100
Пример 8.3 Подобрать марку минерального масла для зубчатого зацепления шестеренной клети кварто 800 11400 х 2800 Исходные данные:
момент прокатки-2 МН -м;
межцентровое расстояние-1000 мм;
частота вращения-50-120 об/мин;
длина шестеренного валка-1700мм;
материал шестеренных валков- сталь 40 ХН;
твердость поверхности зубьев -HRC 50.
Решение.
Определяем параметр х
517 4,610s/907
/и 105/2,62 105
HV = 1,86-10бт 0-ЯЯС\Г2 = 1.86 106П 10-50^~2 =517 Для шевронных зацеплений
/£„=7.5 104Гм + 1'3 к Мк/ 2=7.5 Ю423 V '/2 2=4,6 105
/и2 А7 Ь/\2 I2 1.7
и = ndn/ 60 = f 3,14 1 50;/60 = 2.6 м/с.
Так как шестеренные валки изготовлены из хромоникелевой стали, то значение вязкости находим по верхней кривой
Значению параметра х =907 соответствует значение кинематической вязкости vJ0=190 мм2/с
Найдем значения кинематической вязкости при эталонных температурах 100 и 40 °С.
vl00=v50(50/\00/' =190 0.52-91 =25 мм2 /с. n = (\+lgvp)/(2.%-lgip) = (\ + lg\90)/(2$-lg50) = 2.9Y,
v40 = v'JO('50/40;', = 190 1.252-9’ =364 мм2 /с.
Так как контактные нормальные напряжения
Рта ~ V4.6105 =678 МПа < 800 МПа, то выбираем минеральное
масло без присадок П-28 ГОСТ 6480 -78 или ИГП-182 ТУ 38 101413-78. По новой классификации И-Т-А- 460 или И-Т-С- 320.

Рис. 8.2 Зависимость вязкости минерального масла от параметра х
Необходимую вязкость минерального масла для червячных передач определяют по номограмме на рис 8.3 в зависимости от
отношения Ks / V, определяемого из зависимости:
(8.13)
•У _
А/ АЪ п
где М - крутящий момент на червячном колесе, Н м;
А - межосевое расстояние, м; п - частота вращения червяка, мин'
По найденному значению вязкости vA0 при t = 40 °С выбирают марку минерапьного масла. Как правило, вязкость высоковязких минеральных масел в таблицах приводится при t = 100 °С Поэтому вязкость i/f=loo находят из зависимостей (7 12) и (7 13), а затем
из табл 3,4 прил.В выбирают марку минерального масла
V40, мм2/с

Рис 8 3. Определение вязкости минерального масла для червячных передач
Пример 8.4 Подобрать марку минерального масла для червячного редуктора механизма подъема штабепировочного стола Исходные данные:
крутящий момент на червячном колесе -50 кН м;
межосевое расстояние-0,625 м;
частота вращения червяка-560 мин'1
Решение
Определяем параметр /с / v
Kf/v = M /Л3л = 50 103'0.6253 560 = 4023
По номограмме рис 8.3 находим - 570 шг/с
Для высоковязких минеральных масел в таблице значения вязкости даны при эталонной температуре 1ЭТ=100°С Находим
»/ino =^40/100/' =570-МО/100Л* = 32 шГ >с п = (\ +/gt'4o;/{2.R-/g40) = 3.14 Из табл 3 прил В выбираем минеральное масло цилиндровое • 38 ГОСТ 6411 - 76
Задачи
Каждая задача имеет 4 варианта (1. 2. 3.4).
Первый вариант (11)- исходные условия задачи Второй вариант (1.2) - в исходных условиях скорость скольжения или частота вращения принимаются меньшими в 2 раза
Третий вариант (13) - в исходных условиях скорость скольжения или частота вращения принимаются меньшими в 1.5 раза, а нагрузка в контакте - в 1,5 раза большей
Четвертый вариант (1.4) - в исходных условиях скорость скольжения или частота вращения принимается меньшими в 3 раза.
Задача 1. Подобрать смазочный материал для подшипников скольжения клети Дуо сортового стана «350»
Исходные данные
давление металла на валки- 0,7 МН;
частота вращения валков- 600 об./мин;
внутренний диаметр подшипника- 250 мм;
длина подшипника-200мм;
посадка подшипника- E9/h8
Задача 2. Подобрать смазочный материал для подшипников качения валков №777752 клети кварто 500/1300x1200.
Исходные данные
давление металла на валки-20МН;
скорость прокатки смещение оси рабочих валков относительно опорных
- 30 м/с; -10 мм.
Задача 3. Подобрать смазочный материал для ПЖТ опорных валков со следующими параметрами: d = 900 мм, I = 700 мм, посадка подшипника E8/h8
Исходные данные задачи 2
Задача 4. Подобрать смазочный материал для ПЖТ валков клети Дуо 250 проволочного стана «250»
Исходные данные
давление металла на валки-0,4МН;
скорость прокатки- 40 м/с;
внутренний диаметр втулки-180мм;
длина подшипника-150 мм;
посадка подшипника- E9/h8.
Задача 5. Подобрать смазочный материал для двухступенчатой цилиндрической передачи нажимного механизма клети кварто 800/1500 x 2800
Исходные данные:
передаваемая мощность-100 кВт;
частота вращения шестерни I ступени- 730 об/мин;
межцентровое расстояние I ступени-190,9 мм;
межцентровое расстояние II ступени- 1092 мм;
передаточное число I ступени- 5.35;
передаточное число II ступени- 2.15;
ширина зубчатого венца I ступени-195 мм;
ширина зубчатого венца II ступени- 280 мм;
материал зубчатых колес- Стань 40ХН.
Задача 6. Подобрать смазочный материал для комбинированного редуктора шестеренной клети дрессировочного стана кварто 600/1500 х 2500.
Исходные данные:
передаваемая мощность-260 кВт;
наибольший крутящий момент на
выходных шестеренных валках- 2x25 кН м;
ступень - z1 = 37. z2 = 104, mH = 7 мм, m$ =7,07 мм. p =8°06’34";
ступень - Zi = 35. z2 = 124. mH = 10 мм, ms =10,1 мм,
(3 =8°06'34":
Шестеренная пара -z^ = z2 = 25, ms =20 мм, p =30°; скорость прокатки- 2,5 м/с;
ширина зубчатого венцаI ступени- 200мм;
ширина зубчатого венцаII ступени■ 320мм;
ширина зубчатого венцаIII ступени- 400мм;
ступень
материал шестерни- Сталь 40ХН;
материал колеса- Сталь 30 ХГСН
ступень
материал шестерни- Сталь 40ХН;
материал колеса- Сталь 30 ХГСН.
ступень
материал шестеренных валков- Сталь 40ХН
Задача 7. Подобрать смазочный материал для подшипников скольжения эксцентрикового вала ножниц усилием 20 МН слябинга «1150»
Исходные данные
число полных ходов в минуту-12;
диаметр подшипника-1200 мм;
длина подшипника- 450 мм;
температура подшипника- 80°С
Задача 8. Подобрать смазочный материал для подшипников качения № 2097152 барабана летучих ножниц 0,25 - 0.6 х 1000 мм
Исходные данные:
скорость разрезаемой полосы-1.5 - 5.0 м/с;
диаметр окружности режущей части ножей- 500 мм
Задача 9. Подобрать смазочный материал для подшипников качения № 777/620 рабочих валков клети кварто 1100/1600 х 3200
Исходные данные:
давление металла на валки- 30 МН;
скорость прокатки-1 м/с;
температура подшипника- 70°С;
смещение оси рабочих валков относительно опорных
Задача 10. Подобрать смазочный материал для подшипников качения № 77788 клети Дуо 850 х 2000 Исходные данные:
давление металла на валки-7 МН;
скорость прокатки-1 м/с;
Задача 11. Подобрать смазочный материал для ПЖТ опорных валков клети кварто 1100/1600 х 3200
Исходные данные:
давление металла на валки- 30 МН;
скорость прокатки-1 м/с;
внутренний диаметр втулки подшипника- 1000 мм;
длина подшипника- 750 мм;
посадка подшипника- E9/h8.
Задача 12. Подобрать смазочный материал для подшипников качения № 771/500 валков вертикальной клети широкополосного стана «1700»
Исходные данные
давление металла на валки-2МН;
частота вращения валков- 20 об/мин;
температура подшипника- 70°С.
Задача 13. Подобрать смазочный материал для подшипников качения № 1077756 рабочих валков клети кварто 600/1500 х 2500 холодной прокатки.
Исходные данные:
давление металла на валки- 35 МН;
скорость прокатки- 21 м/с;
смещение оси рабочих валков
относительно опорных- 6 мм;
температура подшипника- 60°С
Задача 14. Подобрать смазочный материал для подшипников качения № 777/660 валков клети кварто 500/130 х 1700.
Исходные данные;
давление металла на валки-18 МН;
скорость прокатки- 7 м/с;
температура подшипника- 60°С
Задача 15. Подобрать смазочный материал для подшипника скольжения в устройстве уравновешивания шпинделей чистовой клети широкополосного стана «2000»
Исходные данные:
масса шпиндепя-15850 кг.
расстояние от оси головки шпинделя со стороны шестеренной клети до опорного подшипника- 3200 мм;
длина шпинделя- 8000 мм;
частота вращения шпинделя- 120 об/мин,
внутренний диаметр втулки подшипника• 470 мм,
посадка подшипника- E9/h8;
коэффициент переуравновешивания шпинделей -1,2
Задача 16. Подобрать смазочный материал для вкладышей головки шпиндепей чистовой клети широкополосного стана «2000»
Исходные данные:
передаваемый крутящий момент- 2 кН -м;
максимальный угол наклона шпиндепя-1°20':
длина шпинделя- 8000 мм;
длина контактной поверхности вкладышей- 250 мм;
диаметр контактной поверхности вкладышей- 550 мм;
ширина вкладышей- 300 мм;
материал вкладышей* БрАЖМц 10-3-1.5
Задача 17. Подобрать смазочный материал для подшипников качения №1097992 шестеренной клети с межосевым расстоянием А= 700 мм
Исходные данные:
передаваемый крутящий момент- 0,5 кН м;
частота вращения- 400 об/мин;
Задача 18. Подобрать смазочный материал для подшипников качения № 97172 шестеренной клети А = 650 мм клети кварто 660/1300 х 1700.
Исходные данные: максимальный крутящий момент
на приводном валу-100 кН -м;
частота вращения- 500 об/мин:
длина шестеренного валка- 1400 мм;
материал шестеренных валков- Сталь 60Х2МФ
Задача 19 Подобрать смазочный материал для зубчатого зацепления шестеренной клети А = 650 мм рабочей клети кварто 660/1300 х 1700
Исходные данные максимальный крутящий момент
на приводном валу-100 кН м;
частота вращения- 500 об/мин;
длина шестеренного валка-1500 мм;
материал шестеренных валков-Сталь 30Х2ГМТ
Задача 20. Подобрать смазочный материал для цилиндрического двухступенчатого редуктора ЦД-4000.
Исходные данные.
крутящий момент на ведущем валу-100кН м;
частота вращения- 500об/мин;
ступень - Zi = 32, z2 = 168, ms = 16, mH = 14;
ступень - z, = 36, z2 = 164, mH = 24; (J =30°
ширина зубчатого венца I ступени- 600мм;
ширина зубчатого венца II ступени- 950мм.
Задача 21. Подобрать смазочный материал для вкладышей универсального шпинделя клети кварто 600/1500 х 2500 стана холодной прокатки.
Исходные данные
передаваемый крутящий момент- 200 кН м;
частота вращения шпинделя- 800 об/мин;
максимальный угон наклона шпинделя- 0°21';
длина контактной поверхности вкладышей-150 мм;
диаметр контактной поверхности вкладышей- 230 мм;
ширина контактной поверхности вкладышей-160 мм.
Задача 22. Подобрать смазочный материал для подшипников качения № 7616 универсального шпинделя дрессировочного стана кварто 600/1500 х 2500
Исходные данные
передаваемый крутящий момент- 50 кН м;
частота вращения шпинделя-800 об/мин;
расстояние между подшипниками випки- 240 мм,
максимальный угол наклона шпинделя-8°;
температура подшипника- 50°С
Задача 23. Подобрать смазочный материал для зубчатого зацепления шестеренной клети с межцентровым расстоянием А = 1000 мм
Исходные данные:
крутящий момент со стороны электродвигателя-100 кН -м;
частота вращения- 50-120 об/мин;
длина шестеренного валка-1700 мм;
материал шестеренных валков- Сталь 40ХН
Задача 24. Подобрать смазочный материал для зубчатой цилиндрической передачи нажимного механизма блюминга «1150»
Исходные данные:
передаваемая мощность- 270 кВт;
частота вращения шестерни Iступени- 500 об/мин;
межцентровое расстояние I ступени- 667 мм;
межцентровое расстояние II ступени- 1092 мм.
передаточное число I ступени- 4,5;
передаточное число II ступени-1,0;
ширина зубчатого венца I ступени- 95 мм;
ширина зубчатого венца II ступени-190 мм;
материап зубчатых колес- Сталь 35ХНВ,
Задача 25. Подобрать смазочный материал для подшипника качения № 2097152 ролика приемного рольганга слябинга «1150»
Исходные данные:
масса слитка- 30 т;
окружная скорость роликов-1.5 м/с;
температура подшипников- 90°С
Задача 26. Подобрать смазочный материал для двухступенчатой цилиндрической передачи привода роликов рольганга холодильника.
Исходные данные:
передаваемая мощность- 45 кВт;
частота вращения ведущего вала I ступени- 580 об/мин;
ступень
межцентровое расстояние- 450 мм;
передаточное число- 3,74;
ширина зубчатого венца-180 мм;
материал- Сталь 40ХН;
ступень
межцентровое расстояние- 480 мм;
передаточное число-1.61;
ширина зубчатого венца- 200 мм;
материал- Сталь 40ХН.
Задача 27. Подобрать марку минерального масла для червячного редуктора механизма опрокидывания люльки слитковоза
Исходные данные
TOC \o "1-5" \h \z крутящий момент на червячном колесе- 220 кНм;
межосевое расстояние- 0,6 м;
частота вращения червяка- 300 мин1
Задача 28. Подобрать марку минерального масла для глобо- идного редуктора нажимного механизма блюминга «1500»
Исходные данные:
крутящий момент на глобоидном колесе- 6 МНм;
межосевое расстояние- 0,9 м;
частота вращения глобоидного червяка-100 мин-1
ЧАСТЬ 2.
ЭКСПЛУАТАЦИЯ И РЕМОНТ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ МАШИН
РАЗДЕЛ 1. ЭКСПЛУАТАЦИЯ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ
МАШИН
ГЛАВА 1. СИСТЕМА ТЕХНИЧЕСКОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ И РЕМОНТА МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ МАШИН
Содержание системы ТО и Р
Время с момента пуска машины до её списания или прекращения выполнения ею основных функций определяет время эксплуатации машины
Для металлургических, как правипо, уникальных, металлоёмких и дорогостоящих машин время эксплуатации составляет десятилетия, и поэтому поддержание их в работоспособном состоянии длительное время является сложной инженерной задачей
Период эксплуатации машины включает
время работы машины с выполнением заданных функций;
простои машины;
ремонт машины.
Период непрерывной работы машины ограничен моментом времени, при достижении которого параметры работоспособного состояния машины выходят за допустимый уровень.
В этом случае необходимо вмешательство в работу системы. т.е. техническое обслуживание, направленное на получение максимального эффекта от её эксплуатации В задачах технического обслуживания воздействовать на объект, т.е. управлять объектом, можно выбором сроков проведения ТО и глубиной восстановления Глубина восстановления и сроки проведения этого восстановления определяют вид и характер восстановительных работ Восстановительную работу называют плановой, если известен момент начала её проведения, и внеплановой в противном случае. Если в начале восстановительной работы система была работоспособной, то такую восстановитепьную работу называют предупредительной, если же система была неработоспособной, то работу называют аварийной.
Для поддержания работоспособного состояния оборудования осуществляется комплекс организационно-технических мероприятий, получивших название системы технического обслуживания и ремонтов (ТО и Р).
Система ТО и Р включает
внутрисменное техническое обслуживание (ТО) и проведение профилактических осмотров оборудования эксппуата- ционным и дежурным персонапом спужбы механика производственных цехов;
техническое обспуживание ремонтным и эксплуатационным персоналом в межремонтные периоды и подготовку плановых ремонтов;
выполнение плановых ремонтов и испытаний оборудования;
систематическое совершенствование и модернизацию оборудования.
Система ТО и Р предусматривает четыре вида текущих плановых ремонтов и капитальный ремонт
Для доменных печей предусмотрены три вида капитальных
ремонтов: ремонт 3-го разряда, 2-го и 1-го разрядов
Длительность и объем работ 3-го разряда определяется в основном работами по замене засыпного аппарата.
Основным содержанием работ 2-го разряда является замена огнеупорной кладки и холодильников шахты доменной печи
При ремонте 1-го разряда производится практически полная замена шахты доменной печи и футеровки лещади.
На основе опыта эксппуатации металлургических агрегатов системой ТО и Р предлагаются ремонтные циклы и их структуры для конкретных металлургических машин
Ремонтные циклы - это комплекс периодически повторяющихся ремонтных работ между капитальными ремонтами. Структуру ремонтного цикла определяет порядок чередования осмотров и видов ремонта на протяжении ремонтного цикла.
Техническое обслуживание
Задачами ТО является замена деталей узлов, регулирование взаимного расположения деталей, затяжка крепежных соединений. смазывание узлов трения и т.д.
Решение задач техобслуживания включает
выбор стратегии техобслуживания;
оценку потребности в запасных частях;
оценку эффективности принимаемых решений.
Оптимальной стратегией ТО оборудования будет та, которая
в конкретных условиях производства обеспечит
минимальную стоимость ТО;
максимальную обеспеченность материальными ресурсами, инструментом, оборудованием, персоналом, и т.д.,
необходимый уровень надежности;
оптимальное соотношение между стоимостью ТО и стоимостью ресурсов. Таким соотношением считается соотношение 65/35.
Существующий системой ТО и Р регламентируется содержание ТО, включающее:
соблюдение “Правил технической эксплуатации" (ПТЭ);
ведение технической документации (журнал приемки и сдачи смен, агрегатный журнап) или занесение информации о техническом состоянии оборудования в базу данных компьютера;
выполнение обязанностей эксплуатационным, дежурным и ремонтным персоналом;
техническое диагностирование.
Внутрисменное техническое обслуживание, осуществляемое дежурным и эксплуатационным персоналом, включает
наблюдение за работой оборудования закрепленных участков в соответствии с графиком;
замену сменного оборудования;
устранение мелких неисправностей;
затяжку крепежных соединений;
содержание оборудования в чистоте и недопущение утечек смазочных материалов.
Техническое обслуживание, осуществляемое ремонтным персоналом, включает
осмотры оборудования в соответствии с ПТЭ и фиксацию их результатов в журнале или компьютере;
регулировочные и наладочные работы;
устранение неисправностей на закрепленном оборудовании;
выявление случаев нарушения ПТЭ и принятие мер к их устранению;
обеспечение нормальной работы централизованных систем смазывания;
подготовку информации о содержании и объемах работ плановых ремонтов;
участие в подготовке и проведении ремонтов;
контропь качества ремонтных работ, проводимых ремонтными цехами и сторонними организациями;
выполнение работ по совершенствованию и модернизации оборудования.
Как правило, металлургические агрегаты являются агрегатами непрерывного действия и большой производительности. Любой отказ связан с большими потерями. Поэтому основой надежной работы оборудования явпяются периодические остановки на про-
ив
^млактическое техобслуживание и ремонты. В таких ситуациях лавной проблемой является планирование объема ремонтных р^бот. т.е. какие узлы, детали менять в тот или иной ремонт, или ,ie менять, обеспечивая готовность замены в пюбой момент
В качестве критерия для оценки стратегий восстановлений принимается интенсивность затрат (средние затраты на восстановление в единицу времени).
Рассмотрим возможные стратегии восстановлений применительно к оборудованию металлургических заводов.
9Cr!h Стратегия аварийных замен (стратегия -1)
■. К VMN.
~тема восстанавливается полностью только после отказа.
^Лного восстановления показатели надежности системы
е^ЙАвуют ее исходному состоянию
>1>2>3In
t,t2UUtРис. 2 1 Схема стратегии аварийных замен:
U, h. tj и tn — моменты отказов; li. h, h и In - наработки;
- полное восстановление
Для данного случая интенсивность затрат R определяется из зависимости:
Л =(2.1)М(£)гдеМ(С) - математическоеожиданиеэксплуатационных затрат
вCt - м цикле;
M(L) - математическоеожиданиенаработок, имеющих про
тяженность L,.
Стратегия плановых и аварийных полных замен (стратегия - 2)
Система в случае отказа подвергается попному аварийному восстановлению, а в фиксированные моменты времени tj=T, 2т, пт проводятся плановые замены.
Г>¥^—►
т2тптt
Рис.2.2. Схема стратегии - 2
Обозначим через Сл и Са затраты, связанные соответственно с плановыми и аварийными заменами, тогда интенсивность эксплуатационных затрат'
X
где Н(т) - математическое ожидание числа аварийных восстановлений на интервале [0, т).
Оптимальный межремонтный период:
Сп+СаН(х) Cah(x) *где h(x) = Н (т) - плотность восстановлений.
Если существует оптимальный межремонтный период т’. то минимальная интенсивность эксплутационных затрат
R(T*) = h(x*)
Стратегия полных плановых и аварийных минимальных замен
(стратегия - 3)
Система в моменты времени t=x, 2т, пт планово восстанавливается попностью. В случае отказа в межремонтный период осуществляется минимальное восстановление системы
Примем затраты на полное восстановление - Сп, затраты на минимальное восстановление - С,
сп > сa > Оt2тптt
Q - минимальное восстановление
Рис 2.3 Схема стратегии -3
В среднем на календарный цикл [0,т] приходится Х(т) минимальных восстановлений, опредепяемых из зависимости:
A(x)=J\(t)dt,А(х)=-InP(t).О
Поэтому интенсивность затрат
Тогда оптимальный интервал восстановления х из условия R'(x ) = 0 определяется уравнением:
(2.3)
х Я, (т ) — Л (т) = ——Если X (/) • интенсивность отказов - возрастающая функция, то
(2.4)
I
(2.5)
а
л(т')-С„Я.(т*)
Так, для распределения Вейбулла:
С„
(Ь-\)С
х * = а

ь-\
(2.6)
(MQ.
*И=-саагде b - параметр формы;
а - ресурсная характеристика
Пример 2.1 Наработка редуктора имеет распределение Вейбулла
b> 1
Q(t) = \-exp
с параметрами а=Э0 сут, Ь=2
Затраты на полную замену Сп=12 ед., на минимальную замену Са=6 ед (условие 1)
Найти оптимальный интервал профилактических замен и соответствующую ему интенсивность затрат Решение.
Находим оптимальный интервал из зависимости (2.5).
Для заданных условий (1) по зависимости (2.6) находим интенсивность затрат
Ь_ г ( с ) ь -1 к. 12
'-о
a — и
90 L 6(2 — 1) J
Ь-1
= 0.188
2-1
2
ед.
сут

Установим, как изменяется ситуация с изменением параметров распределения Вейбулла и соотношения затрат на минимальное и полное восстановления
Условие 2. Примем Ь=3 при низменных затратах, тогда:
К
12
г* =90
= 90 сут. 3-1

ед
= 0,2—. сут/?(90) = — 6 90
12
,6(3*1)JПолучаем возрастание интенсивности затрат
Условие 3. Для Ь=2 и Са=3 ед.. получим:
т * = 180 сут Л(180) = 0.067 —
сут
Условие 4. Для Ь=3 и Са=3 ед.. получим
т*«113.4фот R(\ 13.4) = 0,084 —
сут
Более эффективным является снижение затрат на минимальное восстановление
Сравним для заданных условий эффективность стратегий 3 и
1
Для стратегии аварийных полных замен Ь=2, С=12 ед.
‘80,4сутТаким, образом для условий 1 и 2 более эффективной является стратегия аварийных замен, так как
Rl = 0,147 <Л(127) = 0.188, R] = 0,149 </?(90) = 0,2.Для условий 3 и 4 более эффективна стратегия 3, так как /?3 (180) = 0,067 < /?i =0.188,
R3 (113.4) = 0,084 < Л, =0,149.То есть применение той или иной стратегии восстановления работоспособности оборудования определяется характером распределения и соотношения затрат на полные и минимальные восстановления
Стратегия аварийных минимальных замен (стратегия -4)
Интенсивность эксплуатационных затрат:
Система после первых (п-1) отказов подвергается минимальному восстановлению. Поспе n-го отказа система восстанав- ливается полностью

12пт
Рис 2.4 Схема стратегии - 4
Cm[n -l) + Си М(Хп)где Cm, Сп - средняя стоимость минимальных и соответственных полных восстановлений;
М(Хп) - математическое ожидание длины цикла.
Для распределения Вейбулла оптимальное число минимальных восстановлений:
• ь (—■-Л"
п — Ь-1 у. Cm )Ш
М(Х.)=о Г{п)
(,-гу
+1;
(2.8)
(2.9)

где и = 1,2 тогда
(210)Пример 2.2. Замена комплекта вкладышей универсального шпинделя составляет 300 ед. (минимальное восстановление). Полное восстановление путем замены шпинделя в сборе 12000 ед.
Наработка комплекта вкладышей имеет распределение Вейбулла с параметрами а=60 сут, Ь=4
Определить оптимальное число минимальных восстановлений и соответствующую этому интенсивность эксплуатационных затрат
Решение:
Находим оптимальное число восстановлений
п* =
Тогда минимальная интенсивность эксплуатационных затрат составит
300(14-1)+ 12000 (п-2)! оА/ r(и) =V1v_ J 20,4ед/ ,
аГ(14)/сУт
= — е~п пп 1+—i-U
< п )V12-п)
Длительность интервала полных замен:

2.3. Восстановление при постепенных отказах

\ п J
В отличие от внезапных отказов, начинающиеся постепенные отказы можно распознать при наблюдении за параметрами, определяющими работоспособность системы, и предотвратить их в дальнейшем соответствующими восстановительными мероприятиями
В ряде случаев планирование восстановительных работ можно осуществлять не на основе допустимой величины параметра, определяющего работоспособность системы (например, допустимая величина износа), а на основе текущих затрат на восстановление
Если текущие затраты на восстановление неоправданно велики, то можно говорить о постепенном отказе. Поэтому необходимо найти наиболее выгодное в отношении затрат время эксплуатации (время от ввода системы в действие до ее снятия с эксплуатации).
Обозначим через A (t) средние затраты на восстановление, которые возникают за время (0, т ). То есть предполагается, что одновременно эксплуатируются несколько однотипных систем (группа прессов, волочильных станов, мостовые краны и т.д.).
Если функция A (t) растет линейно A (t) = a t, то с точки зрения затрат нет необходимости производить полное восстановление (замена системы), так как удельные затраты на восстановление остаются постоянными:
A(t) at
t t
- a - const t
Если длина цикла - т , а затраты на восстановление (замену системы) — с. тогда интенсивность эксплуатационных затрат

т
(2 11)
Если же функция A (t) растет быстрее, чем линейно (то есть изменение средних затрат d A(t)= a (t) d t, то может оказаться экономичнее заменить систему на новую
Тогда экономичное время эксплуатации т , определенное соотношением:
R (т *) =min R (т),те(0,х),
является решением уравнения R (х) = 0.


т
(212)
и тогда
R(T )=а(т ).Т

а
Кривая эксплуатационных затрат описывается выражением
(213)
Согласно выражению (2 10) для X =Т*
С + А(Т *) = а (Т *)Т •
прямая у = а (т * )t касается кривой эксплуатационных затрат, что опредепяет экономичное время эксплуатации т * (рис 2.5).
1467485624840Если принять, что a (t) = a t, а > 0 (что, как показывает практический опыт, во многих случаях соответствует действительности), тогда в соответствии с уравнением (2 10)
(2.14)
Соответствующая минимальная интенсивность эксплуатационных затрат-(215)
R(T*) = at* = V2ac

Пример 2.3 Средние затраты в единицу времени на замену вкладышей в линии привода группы чистовых клетей стана 2500 г/п a (t) = 6 ед./сут, полная замена шпиндельного соединения С = 12000 ед. Средняя наработка вкладышей Т=60 сут
Определить экономичное время эксплуатации и соответствующую интенсивность эксплуатационных затрат Решение:
В соответствии с формулами (2.14J и (2.15) у/2ПШ
= 490 сут.
т * = •
о.1а = a (t) / Т = 6 / 60 = 0,1;
R(490) = yl20,\ 12000 =49 —
сут
Общие затраты Т = 490 49 = 24010 ед.
Восстановление на основе задания лимита затрат
Стратегия экономичного времени эксплуатации отражает динамику средних затрат на восстановление A (t) в рассматриваемой совокупности систем Однако текущие затраты на восстановление конкретных систем часто заметно отличаются друг от друга из-за различных условий эксплуатации (рис.2.6).
«.т*
Рис 2.6 Стратегия задания лимита затрат на восстановление
Для учета специфики каждой системы применяется методика с ограничением затрат на восстановление
Сначала оцениваются затраты на восстановление. Если они превышают заданную границу - лимит затрат на восстановление, то система не восстанавливается, а заменяется.
Тогда интенсивность эксплуатационных затрат есть величина постоянная для используемой стратегии
_ (L(i) + J(t))R = = const(2.16)
Mft)
Из уравнения (2 14) лимит затрат на восстановление
L(t) = RM (t)-J(t).
Если затраты на восстановление на интервале (O.t)
t
A(t ) = | a( x )dx.
0
/•
TOC \o "1-5" \h \z J(t>-\a(x)dx.0<t<т*;
/
M (t) = т * -1,0<t<т*,
тогда лимит затрат на восстановление
г
Ltu = (z*-t)*a(x*)-\a(x)dx,Т*
/
При линейной зависимости a (t) = at с учетом формул (2 12) и
(2.13J
J(l)- \ a(x )dx = с - at1 / 2. /
L(t) = (>J2c/a -1 )yjlac - с + at2 /2,
L(t) = c + at2 /l-t'Jlac(2.17)
Пример 2.4 Определить, требуется ли в момент времени t=400 сут восстановление линии привода путем замены комплекта вкладышей или необходима замена шпинделя в сборе Исходные данные примера 2.3
Решение.
Определим из зависимости (2 17) лимит затрат на восстановление
Z//> = 0.1 4002 /2-V2 0,1 12000 400 + с = 404 ед.
Восстановление должно производиться путем замены комплекта вкладышей, так как затраты на их замену составляют 360 ед., что меньше лимита L(t)=404 ед.
Оценка эффективности принимаемых решений при техническом обслуживании
Работоспособность оборудования в конечном итоге должна обеспечивать его эффективную работу, приносить доход. Поэтому необходим и анализ потерь, снижающих эффективность работы оборудования.
Такими критериями являются:
простои из-за отказов оборудования;
ремонтные и монтажные работы;
незначительные остановки оборудования:
технологические недоработки;
сокращение скорости технологического процесса;
сокращение доходов.
В общем виде предельная эффективность (ПЭ) оборудования может быть представлена уравнениями Накаямы
ПЭ = Готовность Производительность Качество
Готовность выражается через коэффициент готовности Кг.
Кг = (Рабочее время - Время простоя) / Рабочее время.
Производительность - через темп производства (ТП), как произведение нормы эксплуатации (НЭ) на норму скоростной эксплуатации (НСЭ).
ТП = НЭ НСЭ.
Выпуск продукции
нэ=.(Рабочее время Время простоя) Время реального цикла где fyv.’.w}н\иыюги цини/- время на производство единицы продукции
Плановое время цикла
нсэ=Фактическое время цикла Качество выражается через коэффициент качества К,.
Количество качественной продукции
К« =
Общее количество продукции
Из анализа представленных зависимостей можно сделать следующие выводы
Уровень готовности определяют два первых вида потерь (простои из-за отказов оборудования, ремонтные и монтажные работы)
Уровень производительности определяется остановками оборудования и скоростью технологического процесса
В понятие качества входят потери, связанные с технологическими недоработками и сокращением доходов, вызванных снижением качества продукции
Для оценки эффективности решений, связанных с техническим обслуживанием оборудования, существует обобщенный показатель - так называемая интегральная шкала эффективности (ИШЭ), предложенная Хиби:
ми i-i _ Стоммостьобщего ремонта ^Стоимость потерь —Стоимостная контрольная шкала
160
В качестве стоимостной контрольной шкалы используется стоимость энергии (кВт ч) или другие измеряемые показатели.
В развернутом виде формула ИШЭ = U за i-й период:
U- (R + (У? + Li + Li)i + Lw + L\i + Li'ji
P P P * / 11 11
где U, - интегральная шкала эффективности за i-й период,
R - стоимость ремонта;
L - потери при отказе оборудования;
L, - производственные потери;
L„ - затраты на поддержание производства;
1-12 - фактические убытки производства;
•-2 - издержки;
Р - стоимость контрольной шкалы за i-й период.
Следовательно, для оценивания эффективности мероприятий необходимо постоянно осуществлять мониторинг состояния оборудования и затрат на поддержание его работоспособного состояния.
ГЛАВА 3. ОЦЕНКА ПРЕДЕЛЬНОГО СОСТОЯНИЯ ИЗДЕЛИЯ
Предельное состояние по степени повреждения и по выходному параметру
Предельное состояние характеризует выход изделия из области работоспособного состояния Это относится как к машине в целом, так и к ее узлам, деталям и элементам.
Требования к изделию с точки зрения точности функционирования, обеспечения технических характеристик, безопасности эксплуатации, влияния на окружающую среду, эффективности работы и другие оговариваются, как правило, в технических условиях через предельно допустимые значения параметра X*,,.
При достижении предельного состояния дальнейшая эксплуатация изделия должна быть прекращена, так как возникает потребность в ремонте или техническом обслуживании
Установление нормативов и расчет предельно допустимого значения параметра Хмах является сложной инженерной задачей, требующей специального методического подхода
Для обеспечения требуемых нормативно-технических показателей необходимо установить предельно допустимые значения всех тех параметров элементов и деталей, от которых зависит работоспособность изделия в целом
Предельно допустимое состояние может быть установлено как для степени повреждения изделия (UM„), так и для выходного параметра (Х„ая), хотя они и связаны функциональной зависимостью Оценка предельного значения для каждого из этих показателей имеет свой смысл
Установление Хы„ является основным, так как именно изменение выходного параметра определяет область работоспособности изделия
Поскольку изменение выходных параметров изделия является следствием повреждения отдельных элементов, для восстановления работоспособности изделия надо решать вопрос, допустима ли степень повреждения отдельных элементов и какие из них требуют ремонта или замены.
Поэтому наряду с назначением Хмах необходимо установить Uпах дпя повреждений, которые участвуют в формировании выходного параметра.
Существует нормативно-техническая документация по ГОСТ 2.604-95 Технические требования на дефектацию и ремонт", в которой должна быть указана предельная степень повреждения UM#X.
Могут быть три основных случая взаимосвязи Хм„ и U„„.
выходной параметр определяет (в основном) один из видов повреждения
Хц2х К U1ХЭХ '
выходной параметр определяется суммарным повреждением эпементов с учетом их влияния через некоторое передаточное отношение "К *
п
Хмах = £Ki Uiwax,
i
выходной параметр связан сложной функциональной зависимостью с предельным повреждением элементов
Хмах = Р (U,;U2t...U„).
Таким образом, предельные состояния по степени повреждения (UM1X) должны назначаться, исходя из допустимых отклонений выходного параметра Х^, и учитывать зависимость между X и показателями степени повреждения элементов изделия.
Критерии оценки предельного состояния по выходному
параметру
При оценке работоспособности механизма необходимо установить предельно допустимые значения износа [ U ] его звеньев Это является весьма сложной задачей, поскольку к механизму в целом и к его деталям предъявляются самые разнообразные требования.
При занижении значений [ U ] срок службы деталей используется не полностью, при их завышении возрастает доля аварийных ремонтов из-за отказа деталей в межремонтный период
Критерии предельного износа следует устанавливать исходя из общих принципов оценки предельного состояния На рис 3.1 приведены примеры критериев предельного износа для трёх основных случаев.
При износе направляющих толкателя кулачкового механизма (рис.3.1,а) возможно заклинивание механизма из-за перекоса толкателя, изменения угла давления и возрастания давления в опо-
Критерии предельного износа
При оценке работоспособности механизма необходимо установить предельно допустимые значения износа [ U ] его звеньев Это является весьма сложной задачей, поскольку к механизму в целом и к его деталям предъявляются самые разнообразные требования
При занижении значений [ U ] срок службы деталей используется не полностью, при их завышении возрастает доля аварийных ремонтов из-за отказа деталей в межремонтный период.
Критерии предельного износа следует устанавливать исходя из общих принципов оценки предельного состояния На рис 3.1 приведены примеры критериев предельного износа для трёх основных случаев.
При износе направляющих толкателя кулачкового механизма (рис.3.1,а) возможно заклинивание механизма из-за перекоса тол-
pax В результате износа механизм прекращает функционировать (критерий 1-й группы). Предельно допустимый износ должен определяться в данном случае из условия надёжности функционирования механизма.



Рис.3.1 Примеры критериев предельного износа изделия
Пример попадания механизмов в зону интенсивного возрастания его выходных параметров (критерий 2-й группы) показан на рис. 3.1,6. При износе зубьев реверсивной пары шестерня-рейка при каждом изменении направления движения возникает удар, си-
164
ла которого прогрессивно возрастает по мере износа пары Зона интенсивного возрастания динамических нагрузок и определяет значения предельно допустимых износов
Пример выхода параметров за допустимые пределы (критерий 3-й группы) приведен на рис.3.1.в, где показан износ плунжерной пары в гидравлической системе
Утечка жидкости при износе корпуса и плунжера оказывает большое влияние на стабильную работу гидравлической системы
ГЛАВА 4. ПРЕДЕЛЬНЫЕ ИЗНОСЫ В СОПРЯЖЕНИЯХ УЗЛОВ ТРЕНИЯ
Предельные износы по условию прочности
Для ряда деталей узлов трения, где допустимы сравнительно большие износы. критерием предельного состояния может служить уменьшение прочности детали при её износе
Простейшим случаем влияния на прочность будет уменьшение размеров детали в результате её износа
Соединение винт-гайка
Например, еспи толщина витка гайки а в соединении винт- гайка из-за износа U уменьшилась и стала равной af=a-l/. то максимально допустимое значение износа [U] может быть подсчитано из условия расходования витком запаса прочности При проектировании гайки был обеспечен запас прочности нь срез п>1, так как допускаемые напряжения [х /определялись по отношению к пределу прочности на срез т ср как
[T] = bLп13804903810001380490716280Это условие означает, что при достижении износом значения U =[U] имеющийся запас прочности п>1 будет исчерпан Из равенства (4 1) получим
Поскольку площадь среза равна S = al. где I - длина витка, можно записать, что

Пример 41 Определить допустимую величину износа витков гайки с резьбой УП440х48 нажимного механизма блюминга 1150, если запас прочности п=2.
Решение.
Определяем допустимую величину износа из зависимости (4.2)

Топщина витка гайки:
a = |(l + 0.75 #33°) = 0.74 S = 0.74 48 = 36 мм,где S - шаг резьбы, мм.
Зубчатое зацепление
Испопьзуя аналогичный подход, определение значения максимально допустимой вепичины износа [U] для тихоходных зубчатых передач можно осуществить по зависимости:
-26244554782185.2
а ва
-2721610445135(4.3)
(4.4)
где а - толщина зуба в основании; ав - предел прочности.
Для быстроходных зубчатых передач при опредепении [U] из условия прочности необходимо также учесть возрастание динамических нагрузок при увеличении зазора в зацеплении.
В этом случае зависимость (4.3) следует представить в виде
Кл = \ + о
(4.6)
1
J2+J\
(<.-[£/])
Коэффициент динамичности находим из зависимости
Л
2M.>tCA
1 +Ц—я,
М 11

где М, - пусковой момент электродвигателя;
J, - момент инерции двигателя;
J2 - момент инерции вращающихся частей линии привода;
С - жесткость наиболее податливого звена в линии привода;
Мс - статический момент сил сопротивления;
Д- зазор в сопряжении, равный:
Д=ф] + </,+{/„>!-,(4.7)
г
где [U] - допустимая величина износа зуба шестерни как наиболее изнашиваемой детали;
U,- величина износа зуба колеса;
U0- начальный зазор в сопряжении; г - радиус основной окружности шестерни.
Величины 11* и [U] связаны зависимостью К,
(4.8)
и, =-[{/].U
где и - передаточное число передачи;
К=И«/ИШ - коэффициент, равный отношению износостойкости колеса и износостойкости шестерни.
Подставляя значения Кд (4.6), Д(4.7), U* (4.8) и произведя небольшие преобразования, получим зависимость для определения максимально допустимой величины износа наиболее изнашиваемой детали в сопряжении
-1
-1
-Un
(4.9)
1- 14 * и + К 2/Ця,С
п\ 1-

Значение [U] находят методом итерации, те методом последовательных приближений, задаваясь начальным значением [U], добиваясь соблюдения равенства (4 9).
Пример 4.2 Определить допустимую величину износа шестерни реечного толкателя слябов. Модуль шестерни т=38, запас прочности п=1,2.
Решение
Определяем допустимую величину износа шестерни из зависимости (4.4).
Толщина зуба в основании
0-2.5
Пример 4.3. Опредепить предельно допустимую величину износа зуба шестерни редуктора в линии привода валков пятиклетевого стана “630” холодной прокатки. Исходные данные: передаваемый крутящий момент Мс=21 кН -м, пусковой момент электродвигателя М, =24 кН м, п, =0,02, длина зубчатого шпинделя 1=2955 мм, диаметр делительной окружности шестерни D =400 мм, т=10 мм, диаметр тепа шпинделя d =190 мм, начальный зазор Uo=0,2 мм, запас прочности зубьев п=2.5. передаточное число редуктора и =1,764.
Решение.
Предельно допустимую величину износа зуба шестерни найдем из зависимости (4.9), приняв [i/]= 2мм, К=1
1.764 (2H0~3)J-0»2 /
1.764+1 2 24-IO-3 0,02-3,47(
-олю"3
-3,78-10"3(л0-3,78*и

Жесткость наиболее податливого звена - зубчатого шпинделя найдем по зависимости
С-7,85^-103 -7,8S|^103 =3.47(«^,
Толщина зуба у основания
400-2,5 ю/я-10 „ „Л.
о-^20,35(«м)
Принимаем [6Г]=2,06 мм. тогда получим
2.18-10'1 (л<)=2,18
С учетом точности измерения толщины зуба принимаем [{/]=2мм
Предельный износ в подшипниках скольжения
1013460938530В подшипниках скольжения, работающих в режиме жидкостной смазки, предельно допустимая величина зазора [Д] при эксплуатации определяется из условия перехода из режима жидкостной в режим полужидкостной смазки, характеризующийся резким возрастанием интенсивности изнашивания
(4 10)
где rjt — вязкость смазочного материала при рабочей температуре. Па с.
ра - номинальное давление в подшипнике, Па;
to - частота вращения, с'1, d • диаметр подшипника, м;
/ - длина подшипника, м.
Наряду с этим важно знать, в каких пределах возможно изменение скорости, нагрузки, вязкости смазочного материала в любой момент времени, обусловленный соответствующей величиной износа
Такие возможности характеризуются коэффициентом надежности подшипника х
1751330344170Граничным условием является
(4 11)
где So ,SoKр - число Зоммерфельда и критическое значение числа Зоммерфельда соответственно
So «в находится из зависимостей (7.3), (7.4) для значения
4=0.1
Если, например, х=3, то подшипник может выдержать в 3 раза большую нагрузку или работать на пониженной в 3 раза скорости, возможно понижение вязкости смазочного материала в 3 раза.
В действительности эти соотношения несколько иные, так как, например, с ростом нагрузки будет расти тепловыделение, снижающее вязкость масла
Пример 4.4 Определить предельное значение нагрузки, скорости, диаметрального зазора и вязкости смазочного материала, при которых будет обеспечена надежная работа подшипников скольжения шестеренной клети реверсивной клети кварто 800/1400x2800
Исходные данные: диаметр подшипника d=600 мм; длина подшипника /=820 мм; нагрузка на подшипник Р=1.5МН; смазочный материал МС-14; частота вращения 6-12 с'1, посадка подшипника Н7/е8.
Решение.
(4 10). [Л]-2.8 Р
Находим предельно допустимый зазор из зависимости
= 520 мкм
:V/~^=2-8.fr-10>/0.820.62=5.210и.м=
V Р0V3.0510б
1.5
Р =■ e / d 0.82 0.6
Находим вязкость масла МС-14 при рабочей температуре подшипника из зависимости
59.2 *60“ С
а Р 50 + 4.‘ i 1.3
= '« +
2 d2 2 0.62
Тогда 100^ 2.5 14 о
о
&
II 60; , 60
‘60*
2.5
= 50 мПа с
[А] = 2.8 £10 . 6 \/о.82 0.62 =5. V 3.05 106
9 10 м — 590 мкм
= 3.05 МПа
Следовательно, предельно допустимая вепичина зазора в подшипнике равна 590 мкм при номинальной нагрузке и скорости Найдем коэффициент надежности подшипника
So 0.67
Х SoKp ~ 0.12 ~
P.VДля посадки Н7/е8
д _ \м + ^max _ 329 + 135 _ 2222
232 10"6
0.6
2= 3.87 10‘

So =
50 6 103106 15 1О-8 2 При возрастании нагрузки в 2 раза: 0.133 0.12
Из зависимости (7 4) находим для £=0.1 и l/d=820/600=1 37
$0кр 0.43 ^ + 0.24 0.43 1.37 + 0.24
Подшипник обладает большим запасом надежности Но в процессе изнашивания его надежность снижается, и при увеличении зазора в 2 раза коэффициент надежности будет равен
So 0.167 X == “= 14.
0.12 50 6 10
= 0.167
= 0.12
So,
0.1
'*Р
кр

So -
= 1 1
X —

So
0.133.
13.7 •6•10“2 3 106 15 10"80.6^
'100^
,60,
15
15
-мГН
I 60
= 50 мПа с
100*

Коэффициент надежности приближается к единице на изношенном подшипнике.
На изношенном же подшипнике перегрузки недопустимы при работе с частотой вращения о = 6 с'1
В валковой системе клети кварто из-за износа контактирующих поверхностей рабочих валков и в результате случайного комплектования подушками рабочих валков при их сборке возможно возникновение в рабочей клети перекоса осей рабочего и опорного валков, что ведет к появлению осевой силы А, воздействующей на элементы линии привода (рис 4 1).
Направление прокатки


Рис.4.1 Схема действия сил на площадке контакта при перекосе осей рабочего и опорного валков (а), и эпюра удельных сил трения вдоль оси
опорного валка (б)
На рис 4.1,6 показана эпюра максимальных касательных напряжений на контакте рабочего и опорного валков. Ниже оси абс
цисс показано изменение максимальной величины предварительного смещения по ширине площадки контакта 2а.
Площадь эпюры касательных напряжений характеризует величину осевой нагрузки в зависимости от угла перекоса валков ср
Значение удельной силы трения на участке предварительного смещения находим по зависимости из работы [13]
Г2 Т=[5] 1- 1 -T(f N)TTT\ ]►.(4 12)
где б - текущее значение величины предварительного смещения;
Т, f- сила и коэффициент трения соответственно;
N - нагрузка,
v - параметр шероховатости (v =2).
Преобразуя зависимость (4 12), найдем величину удельной силы трения
т =/ р 1 -(I-фдг/[бJ)251(4.13)
где р - контактное давление;
(р - угол перекоса осей валков.
а* - текущее значение ширины площади контакта.
При малых углах перекоса (до 1 103 рад) для упрощения расчетов заменим образующую ОВа' прямой ОВС, проходящей через точку В. характеризующей величину удельных касательных напряжений на полуширине площадки контакта.
Тогда полное осевое усилие А найдем из уравнения
2 а
■ + L
(4 14)
J/ p{x)dx.= К
1 +
I / Рп
т
где L - длина бочки валков, х с - абсцисса точки С,
Т( - величина удельной силы трения в точке С. определяемая из зависимости
Ц
тв -
f Р№
(4 15)

Значение касательного напряжения в точке В находим из зависимости (4 13), принимая х=а

Полуширина площадки контакта а и значение максимального давления рт находим по формулам Герца:
.= 0.564^3^(4.16)Радиусы кривизны вершин выступов для поверхностей с различной обработкой
где 9ь 9 2 - упругая постоянная материала рабочего и опорного валков соответственно; 0г= 0 1+ 0 2, 0 =4.3 10 е - для стальных валков, 0=6.3 10'6 - для чугунных валков, МПа'1, R - приведенный радиус валков.
Вид Класс Радиус, мкм
обработки шероховатости поперечный г„ продольный гпо
Шлифование 6-7 4-10 100-300
Точение 8-9 10^0 100-300
5-6 20-40 400-500
7-8 40-120 -
Фрезерование 4-5 30-60 400-500
6-7 60-80 -
Таблица 4.1
Таблица 4.2
Ориентировочные значения параметров шероховатости для различных видов обработки стальных поверхностей
Вид
обработки Класс
шероховатости Rmaxi
МКМ г.
мкм Ь V А
Круглое 7 9.4 8 0.6 2.0 1.610"
шлифова 8 4.7 12 0.9 1.9 4.110*2
ние 9 2.4 20 1.3 1.9 9.610‘2
10 1.2 30 2.0 1.9 2.810'2
Точение 5 37 15 1.0 2.1 2.510и
6 18 20 1.4 1.9 7.9 Ю'1
7 9.4 35 1.8 1.8 1.910'1
8 4.7 55 2.0 1.6 6.310'2


Таблица 4.3
Ориентировочные значения параметров шероховатости для различных видов обработки чугунных поверхностей
Вид
обработки Класс
шероховатости Rmax.
МКМ г,
мкм Ь V Д
Круглое 6 11 50 0.70 1.9 2 72 10''
шлифова 7 7.2 85 1 20 1.9 6.510'2
ние 8 3.5 150 1 25 1.8 2.0 10 2
9 1.8 190 1.55 1.7 7.5 103
Точение 4 48 25 1 10 1.9 1.8510"
5 21 37 1.20 1.8 5.4 10'1
6 12 60 1 45 1.7 1 54 10*1
7 7.4 130 1.50 1.6 4.410-2
/? =
(4 17)
Л, /?2R\+R2
Ri,R2- радиус рабочего и опорного валков соответственно Решая уравнение (4 14) совместно с (4 15), получим
192024032397701.57 - arcsin
(4 18)
А =0 5 Pm J а L
где
х
а
1 -КА
(4 19)
\ + Кл
Величину [б] находим по зависимости из работы [9] для условий насыщенного пластического контакта
\0-5f/,г\0.5(Г / I\Ю
(4.20)
(Wi+/2J -iгде г - радиус микронеровностей, мкм;
Rrnax - максимальная высота микронеровностей (из табл 4.1), мкм;
НВ - твердость более мягкого из валков. МПа; рс - контурное давление, МПа.
Условие реализации насыщенного пластического контакта
рс>0.062 НВ.(4.21)
Для ненасыщенного пластического контакта
рс<0.062 НВ(4.22)
,0.25
0.125
19(l+/2)'
Рс_ {нв
0.5
[5] = 141 г Д1

где Л - комплексная характеристика шероховатости (из табл.4.2,4.3).
При малых углах перекоса осей валков (до 5 10ч рад) можно пользоваться упрощенной зависимостью
Лш\21 N /(4,24)
(i + к2)2Пример 4.5 Определить величину осевого усилия со стороны рабочих вапков при неравномерном износе подушек рабочих валков
Исходные данные: перекос осей рабочего и опорного валка 1 10"4 рад; давление металла на валки 20 МН; диаметры валков: рабочего 0.6 м, опорного 1.4 м; материал рабочих валков - чугун, опорных - сталь, расстояние между подушками рабочего валка I = 3 м; твердость валка 3000 МПа;
характеристики шероховатости валка: г =20 mkm,Rvw=18 мкм; коэффициент трения f =0,15.
Решение.
Величину осевого усилия находим из зависимости (4.24)
А = 1.27 N /
мт0.183
= 0.65 МН
Л = 1.27 20 0.15
(1 + 0.1832)
Величину К находим из зависимости (4.15)
1 10-4 5.77
= 1-1-
= 0.183
7.44 10-3 j
Полуплощадку контакта "а" находим из выражения
. |0т R N , ,1ю.6 10-6 0.21 20
-(-wf
2.5

е£ = 43-10~*+ 6,3 1 (Г6 =10,6 Ю^МПа~1
*=А
0.3 0.7
= 0.21 м
Л| + /?20.3+0.7
Установим вид контакта
EZ
V 10.6
N
20
= 1 128
= 1297 МПа
КГ6 0.21 1 7
\вг R L
рс = рт= 1297МПа > 0.062 3000 = 186 МПа.
что соответствует пластическому насыщенному контакту Тогда
0 5
0.5
N
[в ]=V2 г
1+Г
-1
Г12965
0.5
[гу/йо.
= >/2 20 18
15
-1
= 7,44 мкм.
13000,
Если величина А =0.69 МН является предельно допустимой из условия прочности элементов её воспринимающих, то разность в величине износа подушек
Д=<р L, =1 10-4 3000=0.3 мм, где L,- расстояние между подушками валков, мм
4.4. Предельный износ ролика транспортного рольганга
Транспортные рольганги широко используются в прокатных цехах для транспортировки металла между технологическими операциями Причинами отказа роликов являются износ их поверхности вследствие абразивного изнашивания при соприкосновении с поверхностью транспортируемого металла, разрушение подшипников, износ полумуфты
Вынужденная или плановая замена отдельных узлов роликов при эксплуатации приводит к тому, что в линии транспортного рольганга находятся ролики с разными диаметрами бочек. С тем, чтобы обеспечить один уровень транспортировки, под подушки роликов с меньшим диаметром бочек устанавливают прокладки
Однако это не приводит к равенству окружных скоростей точек роликов, контактирующих с поверхностью транспортируемого металла, имеющего какую-то скорость V„. Следовательно, ролики, имеющие больший диаметр бочки, будут стремиться проскальзы-

вать относительно транспортируемого металла, а ролики, имеющие меньший диаметр, будут работать в тормозном режиме
Как в первом, так и во втором случае при определенном соотношении диаметров наступает относительное скольжение поверхности роликов относительно транспортируемого металла и транспортируемого металла относительно поверхности роликов, что неизбежно ведет как к интенсивному изнашиванию, так и к повышенным потерям энергии на трение.
Поэтому необходимо знать, при какой величине в разнице износов бочек роликов начинается относительное скольжение поверхности бочки ролика и транспортируемого металла.
755650313690
Рис.4.2 Расчетная схема к определению допустимой величины износа бочки ролика: а ■ условие начала скольжения контактных точек поверхности бочки ролика по полосе, б - усповие начала скольжения поверхности бочки
ролика по полосе
На рис.4.2 представлена схема к расчету допустимой величины разности износов бочек роликов
Обозначим через R радиус бочки ролика, определенного из соотношения:

где VM - скорость транспортируемого металла; ш - угловая скорость роликов.
Обозначим через R„ радиус изношенной бочки валков
где [U] - допустимая величина износа поверхности бочки ролика. при которой начинается её скольжение относительно транспортируемого металла.
Тогда из рис 4.2
VM~Vp=V[b\(4.25)
где V[6j - скорость относительного смещения контактирующих точек поверхностей на выходе, при которой величина предварительного смещения достигает максимальной величины [б].
U(b) = [5] R a/a(4.26)
где а - полуширина площадки контакта, определяемая по формуле Герца:
а = 1,228Г01 * R*N/1)х'2,где 0i-=6, + 62
0,->Bfl-n,22;/£|, - упругая постоянная контактирующих поверхностей;
ц12 - коэффициенты Пуассона;
Е, 2 - модули упругости;
N - нагрузка;
I - ширина контактирующей поверхности бочки по длине ролика.
U„ — Up = со (R - Rn) = со [ U J(4.27)
Подставляя зависимости (4.26) и (4.27) в выражение (4 25). получим формулу для подсчета предельно допустимой величины износа
( U) = [8 ] R / а.(4.28)
Максимальная величина предварительного смещения находится из зависимостей (4.23), (4.26).Учитывая,что
рс = 0.546(N/QZ г Пи2принимая НВ=1000 МПа, f = 0,3 для условий транспортировки горячекатаного металла при температуре 600 - 700°С, и подставляя в уравнение (4.28), найдем допустимую величину износа в случае ненасыщенного пластического контакта
А1
- упругая постоянная, МПа ; г - радиус микронеровностей, мм;
N - нагрузка на ролик, МН;
Д - комплексная характеристика шероховатости поверхности бочки роликов.
Величину сил трения при частичном проскальзывании роликов по полосе можно найти из зависимости;
Г = 0,32 N f (2к/(\ + к2)+ 1,57-arcsinfl-к2)/(1 + к2)),(4.30)
где N - нагрузка на ропик; f- коэффициент трения; к - коэффициент;
где U - величина износа бочки ролика
При достижении износа бочки ролика предепьно допустимой величины U =[U] величина силы трения будет равна
Г = 0.32 N / = 0,82 0.3 N = 0,246N
Тогда как при отсутствии проскапьзывания роликов по поносе величина силы трения при транспортировке металла равна;
т = о,ошТаким образом, разница в диаметрах роликов ведет как к интенсивному их изнашиванию, так и к повышенному расходу энергии.
Пример 4.6. Определить предельно допустимую величину износа бочки ролика транспортного рольганга стана 2500 горячей прокатки.
Исходные данные:
диаметр бочки роликаD = 300 мм;
нагрузка на роликN = 1 кН;
ширина полосы1,5 м;
модуль упругости транспортируемого металла при
t = 600 °С,=1,5105МПа;
твердость горячего металла НВ = 1000 МПа;
поверхность бочки ролика обработана по 6-му классу чистоты обработки;
скорость транспортировки 10 м/с
Решение,
Допустимую величину износа находим из зависимости (4.25).
г -j 0,025 (/ Л)0471 г Д0-5
i. J00.625jy0.325“
0,025 (1,5 0,15)°'37S 20 Ю’3 (7,9 10-')°-s
(10,4-106 )0,62S (1 Ю-3)0325" , (ЛШ)Определяем значение упругой постоянной qt
0£ = Ъв+йп = (\-\>г )/Ер + П~ \l2)/Ем == П-0,32;/105 + 2,Ы03 +П-0.32>/1,5 105 =10,4 \0~*МПа~]
Значение радиуса микронеровностей г и комплексной характеристики шероховатости находим из табл 4.2.
г = 20 мкм, Д = 7,9-10_|
То есть при диаметре бочки ролика транспортного рольганга, превышающем средний диаметр роликов, находящихся в контакте с транспортируемым металлом, более чем на 6 мм, происходит проскальзывание поверхности роликов относительно транспортируемого метаппа.
В этом случае достигается максимальный расход энергии на преодоление сил трения, величину которых найдем из зависимости
Г = 0,246N = 0,246-1 = 0,246 кН
Тогда необходимая мощность на преодоление трения одним роликом
N = Т и = 0,246-10 = 2,46 кВт.
А суточные затраты в рублях при коэффициенте загрузки ропьганга К=0,5 составят
Q = N t С = 2,46 -24 0.5 0,4 = 11,808 руб., где С - стоимость 1 кВт -ч.
При разнице в диаметрах бочки ропика по отношению к среднему диаметру в 1 мм сила трения находится из зависимости (4.30)
Т = 0.32 V f(2k /(\ + к2 ) +1.57 - arcsinfl - к1)/({ + к2 )) =
= 0.32 I 0.3f 2 • 0.323/П + 0.3232 >+1.57 - arcsinfl - 0,3232 )/(\ + 0.3232 )) -= 0.12 кН
K=\-a-U a/RfbJ)*-25-1—<1-1 36/150 1,66>2S =0,323 Находим а из зависимости (4 14)
« = 1.128% /•=1.128^1.04Ю"50,15110~3/1.5>,/2 =
0.36 10~*.м = 0.36 мкм
[Ь]ш(Рс/НВ^((К\ + /2)''2У5,23 -I) 1.41 г Д05 =
= m.66/100oA2i<Y2fI + 0.32//2/,'2i-U l.41 20 0.790-3 =1.66 мк.и
Контурное давление рс находим из зависимости (4 18)
г !))' -= 0.564Г1 10"3/П.04 10'5 0.15 1,5^'/2 =
= 11,66 МПа
Тогда затраты в сутки на преодоление сил трения при проскальзывании 1 ролика составят
Q = К Т и t С = 0.5 0.12 10 24 0.4= 5,76 руб Если, например, из 220 роликов у 50 диаметры будут меньше на 1 мм средней величины диаметра роликов рольганга, то перерасход затрат на электроэнергию за год составит
Q = 0.5 7000 0,12 10 0,4 -50 = 8400 руб
Предельные износы, определяемые толщиной упрочненного слоя
В ряде случаев в узлах трения, контактирующие поверхности которых подвергнуты упрочняющей обработке, предельно допустимая величина износа может лимитироваться глубиной упрочненного слоя. Методы упрочняющей поверхностной обработки рассмотрены в работах [7,8]. Толщина упрочненного слоя, достигаемая методами упрочняющей поверхностной обработки, приведена в табл 4.4
Технологические возможности методов упрочняющей поверхностной обработки
Методы
упрочения Класс
шерохова
тости
поверхности Твердость
обработанной
поверхности Толщина упрочненного или нанесенного слоя, мм
мин. макс.
Накатывание
роликами 7-11 Увеличивается на 20-50% 1.0 10,0
Вибрационное
накатывание 1,0 15,0
Накатывание
шариками 9-11 0,3 5,0
Поверхностное
накатывание 0,3 5,0
Упрочнение резанием 3-5 Увеличивается на
20-30% 0,05 0,5
Виброударная
обработка 4-7 Увеличивается на 20-40% 0,1 0.7
Ультрозвуковая
упрочняющая
обработка Увеличивается на 2-4 класса Увеличивается на 50-90% 0,1 0.9
Алмазное
сглаживание 8-11 Увеличивает-ся на 30-60% 0,01 0,2
Цементация Снижается на 1 -2 класса НРС 60-70 0,5 2.0
Азотирование Снижается на 1-2 класса Н 650-1200 0,05 0,6
Цианирование НРС 60-75 0.01 2.5
Алитирование - 0.05 0,5
Хромирование Снижается на 1-2 класса Микротвердость
1600-2000 0,02 0.3
Силицирование - 0.02 0,03
Сульфидиро-
вание Не изменяется 0.05 1.0
Закалка с нагревом газовым пламенем Снижение на один класс НРС 40-70 0.5 10,0
Закалка с нагревом ТВЧ Не изменяется 0.2 ю.о
Методы
упрочения Класс
шерохова
тости
поверхности Твердость
обработанной
поверхности Топ щи на упрочненного ипи нанесенного слоя, мм
мин. макс.
Ручная газовая наплавка Г рубая поверхность НВ 200 - 400 0,5 20
Ручная электро- дуговая наплавка 2.0 Электродуговая
биметаллизация НВ 250-450 1.0 3-5
Механизированная наплавка под слоем флюса 1.5 40
Электрошлако- вая наплавка НВ 500-650 2.0 40
Вибродуговая
наплавка 0.3 3.0
Г азовая металлизация Г рубая поверхность НВ 120-420 0.3 15,0
Электрометалли
зация 1.3 15,0
Плазменная металлизация Г рубая поверхность НВ 500-2000 0.3 20-30
Хромирование НВ 500-1200 0,01 1.0
Твердое никелирование 6-8 НВ 550-650 0,05 2.0
Осталивание 3-5 НВ 120-600 0.2 5.0
Н 2200 0,1 0,3
Борирование 4-7 НВ 40 -120 0,05 2,0
Глубокое оксидирование - Микротвердость 400 -450 0,01 •
см со о' о
Никелирование хромирование, покрытие кобальтом и никель- кобальтом 6-10 Микротвердость 800 -950 0.01 0,3
Если допустимая величина износа детали может лимитироваться несколькими факторами (прочность детали, прочность поверхностного слоя, режим жидкостной смазки и т.д.), то за допустимую величину принимается меньшая из возможных. Так, например, исходя из условий динамического нагружения, допустимая величина износа зуба в зубчатом зацеплении равна 3 мм, а толщина упрочненного слоя (цианирование) не превышает 2 мм, величина 2 мм принимается за предельно допустимую величину износа. так как в противном случае возможны аварийные ситуации, связанные с заеданием в зубчатом зацеплении.
Расчет допустимой величины износа детали, работающей в паре трения с быстроизнашиваемой деталью
Работоспособность ряда сопряжений (зубчатые зацепления, подшипник скольжения, универсальные шпиндели) лимитируется допустимой величиной зазора в соединении
Как правило, в начале эксплуатации таких соединений первоначальный зазор возрастает и достигает предельно допустимой
величины зазора за счет величины износа быстро изнашиваемой детали Ui. В этом случае восстановление работоспособности соединения осуществляется путем замены быстроизнашиваемой детали.
Но с течением времени с ростом величины износа сопряженной малоизнашиваемой детали Uj сокращаются периоды замен At, быстроизнашиваемой детали.
Те достижение предельно допустимой величины износа [С/Е ] обеспечивается износом обеих деталей:
[uz]=b +U,+U2,(4.32)где 5 - первоначальный зазор в соединении.
В функции времени зависимость (4.35) примет вид:
+7,^+4,(4.33)
где J, - скорость изнашивания быстроизнашиваемой детали;
J, - скорость изнашивания малоизнашиваемой детали.
В соответствии с рис 4.3 и зависимостью (4.33) период времени каждой последующей замены с начала эксплуатации tn ра-
т [1 + mJ
Л,где т = -p.
п - количество замен быстроизнашиваемой детали.

Период между заменами быстроизнашиваемой детали Д/(- постоянно сокращается и начиная с момента времени tn удельные затраты на замену быстроизнашиваемой детали ДQ, будут превышать удельные затраты на замену малоизнашиваемой детали
Д Q,А//п
В момент tn равенства удельных затрат ДQin = AQ2n имеем
J_n_ -Q2 _ (
ton Q,~На рис.4.4 представлены графики изменения удельных затрат для быстроизнашиваемой детали и сопряженной с ней малоизнашиваемой деталью

Рис 4.4. Схема изменения удельных затрат при восстановлении работоспособности пары трения
Для значения А(п =t„— полупим
*'=ЧГ(7^Г<436)Подставляя в зависимости (4.38) выражения (4 37). (4.38) получаем
+ /w(c + l)
In5-
n =} +(4.37)
/«(1 + w)
Зная номер цикла л находим момент времени с начала эксплуатации, когда необходима замена соединений в сборе по зависимости (4.37)
Допустимая величина износа малоизнашиваемой детали [СУл] может быть найдена из зависимости
[и.’Ьл лТогда, подставляя значение t„ из формулы (4.38) получим
№(М-б)-*£^.(4.38,
(1 + т)Пример 4.7 Максимально допустимый зазор в шарнире универсального шпинделя линии привода валков составляет 10 мм Определить допустимую величину износа трущейся поверхности вилки головки шпинделя Известно, что скорость изнашивания вилки шпинделя составляет 0,01 интенсивности изнашивания вкладыша Первоначальный зазор в шпинделе 1 мм Затраты на замену комплекта вкладышей составляют 300 условных единиц. Затраты на восстановление работоспособности шпинделя:
путем замены на новый шпиндель составляют 12000 уел единиц;
путем перешлифовки головки шпинделя на новый ремонтный размер составляют 1200 уел единиц,
путем наплавки изношенной поверхности головки шпиндепя 3000 уел. единиц.
Решение
Обозначим соотношение затрат на восстановпение работоспособности шпинделя для первого случая через c1t для второго - с2, для третьего - с3.
С!= 12000 / 300 = 40; <*= 1200 / 300 = 4; с3 = 3000 / 300 = 10.
Определим допустимые величины износа головки шпинделя
в первом случае
j 1 + 0,01(1 + 40) 1+ 0,01о о С о оп =—гг— = 33 J « 33ln(l + 0,01)
[и^[,0-'][Т^Г'2Ммм)-во втором случае
1п1+ 0,01(1 + 4)
п-1 + 0,011п(1 + 0,01)'
- «*М:в третьем случае
,1 + 0,01(1 + 10)"—/»мй“9J“W
М- [»в -7^-7(;Х/Г; = ад5(ЛШ)
Анализируя полученные результаты, приходим к следующим выводам.
Восстановление работоспособности шпиндельного соединения целесообразно осуществлять путем перешлифовки головки шпинделя при износе контактирующей с вкладышем цилиндрической поверхности на величину 0,35 мм.
Если позволяет прочность вилки головки шпинделя, то произвести шестикратную перешлифовку
После шестикратной перешлифовки осуществить наплавку изношенной поверхности. Дальнейшую эксплуатацию шпиндельного соединения прекратить при достижении величины износа, равной 2,5 мм.
Соединения с натягом (посадка подшипников качения на вал или в корпус, посадка полумуфт, ступиц зубчатых колес и т.п.) должны гарантировать фиксацию контактирующих поверхностей, предотвращающих относительное проскальзывание Это реализуется за счет назначения соответствующих натягов. Однако в процессе сборки таких соединений методом запрессовки эти натяги уменьшаются (табл. 4.5).
Таблица 4.5
Уменьшение натяга при прессовой сборке
Параметр шероховатости Ra, мкм Уменьшение натяга, мкм
2.5 -1,25 12
1,25-0,63 8
0,63 - 0,32 4
Более надежными являются соединения, выполненные методом тепловой сборки При сборке соединений с натягом, как правило, реализуется между контактирующими поверхностями либо пластический ненасыщенный контакт, если
Aff > 14,5 с/ A'2 Q* НВ5 С,(4.39)
где d - диаметр вала, мм;
Д - комплексная характеристика шероховатости;
Q = (1 -ц:)/Е - упругая постоянная. м2/МН;
Е - модуль упругости, МПа; j! - коэффициент Пуассона,
НВ - твердость более мягкой поверхности, МПа,
С =
1+К
(4.40)
/ +у
1-К]rrd5 /
где К3 = yd,
d, - наружный диаметр ступицы,
либо пластический насыщенный контакт, если
Дя = 0,124а НВ d- С,(4.41)
где а = 0.5 - при прессовой сборке, а = 1 - пои тепловой сбппке
190
Момент не вызывающий изменения прочности соединения с натягом в условиях ненасыщенного пластического контакта
(fm Аи 0,21 A0i A° f) d С НВ,К25 С025
в условиях насыщенного пластического контакта:
' L
НВ025
nd2l
М =
(4.42)
. 0,45 A0J АУ1
nd2l
2
(443)
1.5
d С
С

где fM - молекулярная составляющая коэффициента трения, принимается равной 0,12
Минимально допустимая величина натяга [Дн ] находится из (4.42), (4.43) при приравнивании в них значений моментов М соответствующим значениям технологических моментов сопротивления. Минимально допустимую величину натяга [Д„ ] можно найти из зависимости
2М СдАЯ в 7Т~7 *Апр<4■")
fm ' ^ d ■ I
где Anf: - уменьшение натяга при прессовой сборке из табл 4.5.
Для подшипников качения моменты сопротивления можно найти из зависимости:
Л/ = Л/0 + А/,,(4.45)
где м0 - момент трения, зависящий от типа подшипника. Н мм;
М, - момент трения, зависящий от нагрузки на подшипник, Н -мм:
при v л к 2000
M0=l 10-7 f0(v п//3 Dg.(4 46)
при v п < 2000
А/0«1,6 10"3 /о D&,(4.47)где п - частота вращения, об/мин;
v - кинематическая вязкость смазочного масла (при пластичном смазочном материале вязкость базового масла), мм1/с,
О0* средний диаметр подшипника; Д, «(</ + £>)/2;
/0- коэффициент, зависящий от типа подшипника и условий смазывания (табл 4.6)
P Do(4.48)
где ft и qt p - из табл 4.7
Пусковой момент равен удвоенному значению определенному по формуле (4.48).
Таблица 4.6
Значение коэффициента /0
Тип подшипника Вид смазывания
Масляным
туманом В масляной ванне
Горизонтальный вал Вертикальный вал
Шариковый однорядный и двухрядный сферический 0,7-1 1.5-2 3-4
Шариковый ради- апьно-упорный однорядный двухрядный 1 2 4
2 4 8
Роликовый радиальный с цилиндрическими роликами игольчатый: однорядный двухрядный сферический 1-1.5 2-3 4-6
3-6 6-12 12-24
6-10 12-20 24-40
2-3 4-6 8-12
Роликовый радиально-упорный 1.5-2 3-4 6-8
Шариковый
упорный 0.7-1 1.5-2 3-4
Роликовый упорный с цилиндрическими роликами сферический • 2 4
— 3-4 6-8
Меньшие значения /п для более легких серий
Значения коэффициентов fx и р
Тип подшипника Яу Р
Шариковый
радиальный однорядный двухрядный сферический 91( (2-3 )Fa- -0.1 Fr
blW/cf 1.4У Fa- -0,1 Fr
Шариковый радиально-упорный однорядный
двухрядный 13-lOrV^q/33 Fa - 0,1 Fr
1 ю-г(р/сГ \AFa-Q,\Fr
Роликовый радиальный с цилиндрическими роликами, игольчатый
двухрядный сферический 2,5-3 Ю-4** Fr
4-510^** 1.2Y Fa
Роликовый радиально-упорный конический 4-5 10~*’* 2Y Fa
Шариковый упорный U']04^f Fa
Роликовый упорный: с цилиндрическими роликами сферический 1.8 10-4 Fa
5-6-10-4"* Fa
Обозначения: с0- статическая грузоподъемность; Fr - радиальная нагрузка , Fa - осевая нагрузка; Y - коэффициент осевой нагрузки (из характеристик подшипников по справочникам) при Fa/Fr < е
Примечания: при qx р< Fr принимать ql р= Fr;
* меньшие значения в скобках при Fa/Ca »1; большие значения при Fa/C0 * 0,1;
** меньшие значения/, для более легких серий подшипников
Пример 4.8. Зубчатая полумуфта (МЗН7) установлена с помощью пресса на вал диаметром 100 мм с посадкойдля
передачи крутящего момента [М] = 20 кН м. Диаметр обоймы по- лумуфты Dj = 170 мм. Длина посадочной поверхности I = 145 мм
Комплексная характеристика шероховатости Д=0,5. Твердость поверхности вала НВ=2500 МПа. 6 класс чистоты обработки посадочной поверхности Проверить, обеспечит ли выбранная посадка передачу заданного крутящего момента.
Решение
Определяем вид контакта для посадки #7 / р6 Из справочника находим нижнее и верхнее значения натягов дм =37 мкм д =94 мкм Определяем величину д„. характеризующую уело-
пшп
вие перехода к насыщенному пластическому контакту
А/l = 0.124 а НВ cl С = 0,124 2500 0.5 0.1 0.5 1<Г5 =7.8 10_5m = 7,8 мки
С = 1\+(К\ + \)/(\-К.{)]/Е = [\+(\Л\+\)/(\-\Л\)]/г,\ 105 =0.5 ю~5 К2 = £>,/</ = 170/100 = 1.7
То есть в соединении может реализоваться как ненасыщенный. так и насыщенный пластический контакт
При максимальной величине натяга 94 мкм крутящий момент определяем из зависимости (4.46), подставляя д// = 94-12 = 84
мкм Величина 12 мкм взята из табл. 4.5 для 6-го класса чистоты обработки поверхности.
М = [0,12 84 10*/0.1 0.5 Ю'5+Г0 45 0.505 ^84 10~6/>5>/
^2500°5 (0,5 \0~*/*)] к0.12 0,145/2 = 4,7 10~‘МН * = 47 кИ м
Для минимальной величины натяга д =37 - 12 = 25 мкм

крутящий момент определяем из зависимости (4.42)
М = [0,\2 25 Ю^/О,! 0.5 10'5+f9,21 0.50 5 (14 АО'6 )°'25 )/
< 2500u 2S (0.5 \0 s )0 2S Jj n 0.12 0,145/2 = 1,37 10'2 MH .w = 13.7 кН m. т.е минимальный допуск для данной посадки не обеспечивает передачу заданного крутящего момента Необходимо либо перейти на другой тип посадки Н,1г6, либо установить минимально допустимый натяг (д„) из зависимости (4.44)
/■Д*/ = 2 20 10_3 0.5 10~5/0,12 п 0.1 0.145 + 12 10“6=49 мкм Если осуществлять сборку соединения нагревом зубчатой втулки полумуфты, то величина [дя] = 37 мкм, и передача заданного крутящего момента будет обеспечена.
ГЛАВА 5. ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА
Технология диагностирования
Неотъемлемой частью системы поддержания оборудования в работоспособном состоянии является технология диагностирования. Технология диагностирования должна быть связана с программами надежности и технического обслуживания
Технология диагностирования включает
знание технического состояния оборудования на текущий момент (выявление причин отказов и неисправностей);
прогнозирование будущего технического состояния оборудования.
Технология диагностирования предполагает использование современных диагностических систем с компьютерным обеспечением. Внедрению же систем диагностики должна предшествовать работа по совершенствованию профилактического технического обслуживания и выяснение эффективности диагностирования на предприятии.
Для решения вопроса о применении систем диагностики необходимо знать физику отказов и выяснить:
частоту и условия возникновения отказов;
существуют ли средства обнаружения отказов;
возможно ли избежать отказа;
какова величина ущерба в случае отказа и какова стоимость контрмер по предотвращению отказа;
какие существуют методы анализа исследования причин повреждений и неисправностей;
каково состояние дел по контролю за сбором и накоплением информации о техническом состоянии оборудования и данных, необходимых для диагностирования;
как организована взаимосвязь между технологическим, эксплутационным и ремонтным персоналом, какая существует система общения.
Технология диагностирования и технические средства диагностики определяют понятие “техническая диагностика"
Составной частью технической диагностики является разработка методов диагностики, которая включает-
распознавание неисправности;
оценку выявленной неисправности;
принятие решения (воздействие).
Диагностирование можно представить в виде следующей схемы функции:

Рис 5 1 Схема технологии диагностирования
- контроль тенденции износа;
- раннее обнаружение отклонений от нормы,
- идентификация неисправностей;
- контроль тенденций изменения работоспособности;
- расчет, анализ и оценка нагруженности;
- обнаружение и оценка неисправности;
- анализ работоспособности оборудования;
- прогнозирование срока службы;
Контролирующие - устройства.
- передвижные или переносные;
- стационарные
а - для механического оборудования;
б- для гидравлических систем; в - для смазочных систем;
- диагностическая система для вращающихся деталей;
- анализатор характеристик оборудования.
Методы диагностирования
В качестве методов контроля тенденции износа, раннего обнаружения отклонений и поиска неисправностей могут служить.
методы, включающие получение, обработку и накопление данных в ЭВМ, характеризующих состояние узлов трения;
методы преобразования напряжений, вибрации, звуковых и тепловых излучений в электрический сигнал;
косвенные методы (наличие масляной пленки, изменение давления, измерения расхода смазочного материала и др.). Для контроля изменения работоспособности служит аппаратура, регистрирующая параметры (температуру, скорость, нагрузки и т.д.).
Для точной диагностики наибольшее распространение получают:
вибродиагностика (подшипники качения, зубчатые зацепления);
виброакустическая диагностика (подшипники качения, подшипники скольжения, зубчатые зацепления, валы для передачи энергии);
акустическая эмиссия (металлоконструкции, вращающиеся детали);
тепловая диагностика (металлоконструкции).
Вибродиагностика
Это методика, основанная на распознавании вибросигналов, являющихся следствием развития неисправностей.
Вибросигнал, улавливаемый вибродатчиками, поступает в виде нерегулярных колебаний и поэтому его невозможно непосредственно использовать для оценки технического состояния объекта.
Поэтому полезный сигнал выделяется с помощью фильтров с некоторой полосой пропускания частот Если попезный вибросигнал "у". тогда
у = A-cos(a>t+(p),(5.1)
где А - амппитуда колебаний:
(й - частота колебаний; ф - фаза
В качестве признака технического состояния объекта используют среднюю амппитуду А0.
Амплитуда вибрации характеризует деформации конструкций и рекомендуется для диагностирования неисправностей, приводящих к изменению линейных и угловых размеров (зазоры, изгибы валов и т.д.)
Диагностическим признаком является и виброскорость v которая связана с уровнем напряжений а в теле детали соотношением:
G=(X-V,(5.2)
где a - коэффициент пропорциональности, зависящей от свойств системы.
Виброскорость позволяет оценить напряженность конструкции и характеризует процесс накопления повреждений и долговечность конструкции
Наиболее чувствительным параметром к изменениям в конструкции объекта является виброускорение а, которое связано с виброскоростью соотношением:
a=cov.(5.3)Контроль виброускорения наиболее эффективен для диагностики технического состояния роторов машин и зубчатых зацеплений
Средняя амплитуда вибросигнала, виброскорость и виброускорение связаны между собой соотношением:

Система вибродиагностики включает экран, на который возможно выводить и регистрировать энергетический спектр, и его целесообразно использовать как для диагностики системы в целом, так и для различных ее частей, в которых возникает вибрация с различными частотами и амплитудами.
Виброакустическая диагностика
Виброакустическая диагностика - это методика распознавания акустических образов, позволяющая выявлять не только уже развившуюся неисправность, но и обнаруживать развивающийся дефект на очень ранней стадии
Виброакустический сигнал в режиме нормального функционирования механизма определяет уровень помех при диагностировании Отклонение виброакустического сигнала характеризует отклонения от нормы параметров технического состояния объектов.
Диагностическая система предполагает ее обучение, т.е. для каждого уровня технического состояния формируются эталоны диагностических признаков и их пороговые значения.
На основании сравнения текущих и эталонных диагностических признаков, хранящихся в блоке долговременной памяти ЭВМ. осуществляется принятие решения о принадлежности к тому или иному классу состояний Таким образом, работа диагностической системы разбивается на 2 этапа - обучение и распознавание акустического образа.
Виброакустический частотный диапазон разбивается на поддиапазоны:
низких частот 0.. .200 - 300 Гц;
средних частот 200 -300 1 -2 кГц;
высоких частот 1-2 кГц. 10-20 кГц;
сверх высоких частот 10-20 кГц. 100-200 кГц.
Низкочастотная вибрация носит преимущественно гармонический характер, так как ее причиной является неуравновешенность вращающихся масс, отклонение от соосности валов, нарушение геометрии узлов, периодические силы, создаваемые рабочим процессом
Среднечастотный диапазон обусловлен:
высшими гармониками сил неуравновешенности ротора как следствие наличия нелинейных элементов в системе;
нарушением геометрии кинематических пар динамическим взаимодействием элементов машин между собой и окружающей средой.
Диапазон высоких частот характеризует упругие волны колебаний машин, распространяющихся по неоднородным конструкциям.
Система виброакустического диагностирования включает:
датчики колебаний различного типа (микрофон, акселерометр, тензодатчики и др.);
согласующие устройства;
усилители-формирователи;
нормализаторы с регистрацией попученной первичной информации в оперативном и долговременном запоминающих устройствах,
ЭВМ, обрабатывающую полученную информацию.
5.2.3. Бесконтактная тепловая диагностика
Это диагностическая система, распознающая повреждения и неисправности по тепловым признакам (тепловым попям).
Для фиксации температуры и тепловых полей служат пирометры, радиометры, тепловизоры. Тепловизоры - это сканирующие пирометры, снабженные системой наблюдения тепловых полей. с выведением их на экран.
Температурные поля условно подразделяют на низко- (до 423 К), средне- (423 1073 К) и высокотемпературные (выше 1073 К). Для контроля высокотемпературных полей применяют телевизионные системы; среднетемпературных полей - акустические сканирующие пирометры с неохлаждающимися преобразователями и телевизионные системы с охлаждающим фотокатодом; низкотемпературных полей - системы параллельного съема информации и оптикомеханические сканирующие параметры с охлаждающими преобразователями (тепловизоры).
Тепловизоры осуществляют поэлементную регистрацию образующихся электрических сигналов в виде тепловых карт и преобразуют инфракрасное излучение нагретых тел в видимое изображение.
Тепловая диагностика позволяет обнаруживать изменение усталостных свойств деталей, определять состояние защитных покрытий и прогнозировать ресурс деталей Выявление усталостных изменений основано на следующем эффекте
При монотонном увеличении нагрузки и при напряжениях, не превышающих предела выносливости, единственной причиной рассеивания энергии являются упругие деформации При появлении пластических деформаций рассеивание энергии резко возрастает При испытаниях регистрируется зависимость температуры саморазогрева рабочей зоны образца от напряжений в материале в условиях монотонно возрастающей нагрузки Точка перегиба полученной кривой при соответствующей нагрузке, определяет предел выносливости испытуемого образца
Термограммы позволяют выявить зоны внутренней концентрации напряжений
РАЗДЕЛ 2 РЕМОНТ УЗЛОВ И ДЕТАЛЕЙГЛАВА 1. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС РЕМОНТА УЗЛОВ
В процессе ремонта металлургических агрегатов восстановление их работоспособности и соответствующего уровня надежности может осуществляться несколькими методами:
заменой или восстановлением непосредственно отказавшей детали;
заменой узла, в состав которого входит поврежденная деталь.
заменой всего механизма или крупного блока, включающего несколько узпов, содержащих поврежденные детали
Первый метод применяется, как правило, для быстроизна- шивающихся деталей с облегченным доступом и малым временем для их замены (вкладыши подшипников скольжения, вкладыши универсальных шпинделей, втулки, направляющие, фурмы и т.д.).
Второй метод на металлургических предприятиях получил наибольшее распространение. Он позволяет существенно сократить время и снизить трудоёмкость замен В этом случае восстановление работоспособности узла переносится в специализированные ремонтные цехи или на ремонтные участки цеха. Таким методом ремонтируются редукторы, ролики рольгангов, налеты агломашин, гидроцилиндры, гидроаппаратура и т.д.
Третий метод испопьзуется для наиболее сложных и трудоемких в регулировке механизмов, таких как, засыпные устройства доменных печей, роликовые секции, кристаллизаторы МНЛЗ, барабаны моталок широкополосных станов горячей прокатки и др
Когда ремонт осуществляется в специализированных ремонтных цехах (на участках), технологический процесс ремонта, в общем случае, включает следующие операции
разборка;
промывка;
дефектация;
восстановление или замена дефектных деталей;
сборка;
регулировка;
испытания;
приработка.
Для реализации последней операции на предприятии должны быть установлены специальные нагрузочные стенды Осуществление операции приработки позволяет существенно повысить (в 2-10 раз) срок службы узлов трения
Разборка узла
Разборка узла осуществляется с целью выявления дефектных или изношенных деталей. Однако в процессе разборки приходится разъединять соединения (пары трения), которые находятся в работоспособном состоянии и в которых трущиеся поверхности приработаны
Наличие в узле нескольких однотипных, унифицированных пар трения может в дальнейшем, при сборке, привести к их комплектованию из однотипных деталей, но принадлежащих к разным парам трения Это ведёт к нарушению приработки трущихся поверхностей и. следовательно, к сокращению срока службы
С другой стороны, в узле трения нагруженной может являться одна часть детали (например часть поверхности неподвижного кольца подшипника качения) или часть деталей (например часть роликов подшипников качения на цапфе кольца конвертера)
Тогда необходимо повернуть кольцо подшипника на соответствующий угол, чтобы нагрузить другую часть кольца или другую часть роликов подшипника
То есть для реализации таких возможностей требуется перед разборкой зафиксировать взаиморасположение деталей пар трения. Фиксация может осуществляться кернением или окраской, или иным другим способом.
Наиболее трудоёмкой операцией при разборке является разборка соединений с натягом. Для разборки таких соединеий применяют
винтовые и гидравлические съемники;
гидравлические прессы;
гидропрессовый способ (масло под большим давлением подаётся на поверхность контакта и разъединяет контактирующие детали масляной пленкой).
В ряде случаев в соединениях с натягом развивается процесс фреттинг-коррозии, результатом которого является заклинивание Тогда единственно возможным способом является разрезание охватывающей детали. В этом случае данная деталь восстановлению не подлежит
После разборки узла детали промываются (керосин, содовый раствор, пар и другие растворители) вручную или в специальных установках, и готовятся к визуальной или инструментальной дефектоскопии.
После промывки детали подвергаются визуальному осмотру и инструментальному контролю с целью выявления дефектов, возникших в процессе эксплуатации узла Для наиболее ответственных и нагруженных деталей используются спецальные методы дефектоскопии
Для выявления развившихся трещин применяются:
магнитная дефектоскопия,
люминесцентная дефектоскопия;
ультразвуковая дефектоскопия.
В магнитной дефектоскопии трещины на поверхности деталей фиксируются по характерному разрыву магнитных силовых линий на дефекте Направление магнитных силовых линий фиксируется железным порошком, мельчайшие частицы которого перемешаны в керосине. Этой смесью покрывается поверхность детали
Метод люминесцентной дефектоскопии основан на способности ряда жидкостей светиться под воздействием ультрафиолетовых лучей Одной из таких жидкостей может являться смесь керосина с трансформаторным маслом (люминофор) Для большей эффективности в растворы добавляются специальные люминесцентные краски Поверхность детали покрывается люминофором, который проникает в имеющиеся дефекты (трещины). Затем с поверхности удаляется люминофор и поверхность покрывается гигроскопичным порошком, который извлекает люминофор из дефекта По величине светящихся линий и времени начала их свечения судят о размерах дефектов
Эффективным методом выявления трещин и дефектов внутри деталей является метод ультразвуковой дефектоскопии Обнаружение дефектов основано на принципе отражения (или задержания) ультразвуковых волн дефектами Известно, что ультразвуковые волны отражаются на границах раздела сред, в данном случае металл - воздух
При использовании этого метода необходимо обеспечить плотный контакт излучателя и приёмника с поверхностью исследуемой детали. В качестве среды, улучшающей контакт, применяется минеральное масло. Кривизна излучателя и поверхности исследуемой детали должна быть одной и той же
Определение величины износа осуществляется микромет- рированием с использованием различных измерительных инструментов (микрометр, индикатор, штангенциркуль, штихмасс, зубо- мер, нутромер, щуп и др.).
ГЛАВА 2. МЕТОДЫ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ
Как правило, детали металлургического оборудования характеризуются большими линейными размерами (до нескольких метров) и значительной массой (до Юти более). Отказы же деталей связаны, в большинстве случаев (от 70 % и более), с развитием процессов изнашивания, т е с разрушением тонких поверхностных слоев, масса которых намного меньше массы деталей. Поэтому многие детали (ролики, чаши и конусы, шестеренные валки. шпиндели, направляющие, зубчатые колёса, валы, оси, колёса и т.д.) целесообразно восстанавливать, а не заменять на новые.
При повреждении крупногабаритных деталей (трещины, сколы, деформации) также целесообразно их восстановление).
Для восстановления изношенных поверхностей деталей разработаны методы
пластического деформирования;
изменения конструкции детали;
наращивания поверхностных слоёв.
Восстановление повреждённых деталей (трещины, изломы,
деформации) осуществляется методами:
правка,
сварка;
доотливка;
сшивание
При обосновании метода восстановления детали решающее значение имеет экономическая эффективность. Целесообразным является тот метод, который полностью восстанавливает техническую характеристику детали и при этом стоимость восстановленной детали ниже вновь изготовленной.
Способы восстановления изношенных деталей
Пластическое деформирование
Реализация метода пластического деформирования для восстановления изношенных поверхностей осуществляется двумя способами - осадкой и выдавливанием. Этими способами восстанавливаются валы, оси, зубья зубчатых колёс и т.п
При осадке детали вдоль её продольной оси увеличиваются поперечные размеры, компенсирующие износ детали Для восстановления изношенных посадочных поверхностей валов применяется способ выдавливания.
На посадочной поверхности вала коническим роликом накатывается винтовая канавка. За счёт выдавливания металла происходит увеличение диаметра на 0,2. .0,3 мм Затем сглаживающей пластиной при вращающейся детали обеспечивается номинальный диаметр.
Для облегчения процесса пластического деформирования через контакт ролик-деталь пропускают ток I = 300-600 А при напряжении U = 1-5 В. При этом на контакте температура повышается до 850-9000 С.
Изменение конструкции детапи
Под изменением конструкции детали понимается либо изменение размеров детали (переход на другой размер резьбы, переточка или перешлифовка и др.), либо выполнение детали составной (гипьзование, надевание “рубашек", крепление накладок и тд.)
Способы наращивания поверхностных слоев
Электролитические способы
Эти способы используются при наращивании слоя толщиной. измеряемой сотыми и десятыми долями миллиметра. Наиболее распространёнными являются хромирование, никелирование, осталивание.
Механический способ
За последние годы в МГТУ им Г.И.Носова разработан метод нанесения покрытий вращающимися проволочными щётками Этот метод позволяет восстанавливать изношенную поверхность путём нанесения антифрикционных, износостойких покрытий. Толщина наносимого слоя находится в пределах сотых, десятых долей миллиметра.
Нанесение самотвердеющих пластмасс
Этот способ находит применение для восстановления изношенных поверхностей базовых и корпусных деталей
Самотвердеющие пластмассы марок АСТ-Т, ТШ, СХЭ-2 напыляют на деталь нагретую до t = 200-250вС После схватывания обрабатывают на номинальный размер
За последние годы на металлургических предприятиях находят применение самотвердеющие при нормальной температуре износостойкие композиции, разработанные английской фирмой "BELZONA"
Этими способами восстанавливается изношенный слой толщиной до 5 мм
Металлизация
Это процесс нанесения на поверхность частиц расплавленного металла струёй сжатого газа или плазмой.
По способу расплавления различают металлизацию элек- тродуговую и высокочастотную
Способ металлизации позволяет наносить высокоизносостойкие покрытия толщиной от 0.3 до 15 мм.
Металлизованные покрытия выдерживают многократные пе- репрессовки Покрытия, наносимые электродуговыми и газовыми высокочастотными металлизаторами, хрупкие, имеют слабую прочность сцепления с металлом заготовки Поэтому эти способы не нашли широкого применения.
Разработка и внедрение в промышленность плазмотронов существенно расширяет возможности восстановления деталей металлизацией.
Высокие температуры плазмы (до 20. .50 тыс. К) и скорости её истечения (до 10 тыс. м/с) значительно повышают прочность сцепления наносимого материала с материалом заготовки Металлизованные поверхности хорошо работают со смазочными материалами, и продолжительность работы узла трения до заедания в 10 раз выше пар трения, не подвергнутых металлизации.
Важное значение для хорошего сцепления наносимого слоя имеет подготовка восстанавливаемой поверхности (химическое травление, дробеструйная обработка, нарезание рваной резьбы, электроискровая обработка и т.д.).
В качестве примера рассмотрим технологию восстановления маталлиэацией посадочных мест вала барабана моталки стана горячей прокатки:
протачивание участка вала на глубину 1,5 мм для удаления повреждённого поверхностного слоя;
нарезание резьбы с шагом t=0.9 мм и высотой резьбы 0,5 мм;
-нагрев до температуры t=150eC кислородноацетиленовым пламенем;
наплавление подслоя толщиной 0,05 мм;
металлизация основного слоя.
206
Наиболее широко для восстановления деталей металлургического оборудования используются различные способы наплавки
Различают наплавку - дуговую, газовую, электрошлаковую. плазменную, индукционную, диффузионную, электроконтактную.
Высокую производительность имеют полуавтоматические и автоматические установки для наплавки под слоем флюса слоёв толщиной 0,8-10 мм
Недостатком данного способа является высокий нагрев детали и значительное перемешивание основного и присадочного материалов
При плазменной наплавке с вдуванием порошка получаются наплавленные слои высокого качества с минимальной глубиной проплавления
При плазменной наплавке с присадочной проволокой возрастает глубина проплавленного слоя.
Наиболее высокая производительность и качество наплав- леннго слоя достигается при плазменной наплавке с нагретой присадкой
2.3. Способы восстановления поврежденных деталей
Правка
Валы. оси. металлоконструкции, имеющие деформации изгиба, подвергаются правке на прессах, чеканкой, нагревом
510540481330Валы, оси диаметром до 50 мм правят чеканкой Один конец вала закрепляется, а под место изгиба устанавливается медная подставка Затем по месту выпуклости наносятся удары по схеме рис.2 1
Рис 2 1 Схема чеканки вала
Нагревом возможна правка валов большого диаметра В этом случае вал обкладывается мокрыми листами асбеста слева исправа от места изгиба и производится нагрев выпуклого участка до температуры 500-600 0 С в течение 3-5 мин Остывая, вал выпрямляется.
В некоторых случаях детали с большим отношением длины к диаметру (например штанга большого конуса) могут правиться на токарных станках приспособлением, закрепленным в суппорте
Сшивание
Под этим термином понимается соединение частей детали различными элементами. Этим способом восстанавливаются прочностные свойства корпусных деталей, в которых развились трещины
286194567373528956001289050Существует несколько реализаций данного способа Один из них - соединение планками (рис 2.2). По обе стороны от трещины посверливаются отверстия на расстоянии “а", в которые вставляются штифты.


Рис. 2.2 Восстановление прочности корпуса
Изготавливается планка с отверстиями на расстоянии Ь < а и производится её нагрев до температуры, при которой расстояния а и Ь между отверстиями становятся равными Планка устанавливается на штифты и при её остывании происходит стягивание трещины Для того, чтобы трещина не развивалась дальше, необходимо засверливать её концы
Другой способ - соединение гребёнками По обе стороны от трещины высверливается ряд отверстий 1 (рис. 2.3,а).

Рис. 2.3 Сшивание трещин
208


В эти отверстия забивается гребёнка из хромоникелевой стали. Для повышения прочности соединения справа и слева от гребёнки по трещине высверливаются отверстия, в которые забиваются конические штифты. Для герметизации трещина заделывается герметиком.
Разновидностью данного способа является использование вместо гребёнки прокатного профиля (рис 2.3,6). В этом случае между отверстиями 1 прорезываются канавки
ГЛАВА 3. РЕМОНТ ДЕТАЛЕЙ ОБЩЕГО НАЗНАЧЕНИЯ
Валы и оси
В процессе эксплуатации возможно появление следующих дефектов;
изменение диаметров и формы шеек, трещины, задиры; изгиб и скручивание;
смятие и выкрашивание рабочих поверхностей шпоночных канавок и шлицев, разрушение резьб; излом.
Выбор способа восстановления или замена поврежденной детали определяется экономической эффективностью или необходимой целесообразностью
Для восстановления поверхностей, контактирующих с подшипником скольжения, используют следующие способы
обработка до следующего ремонтного размера;
нанесение поверхностного слоя металла одним из способов. описанных в разд 6.5, и последующая обработка до номинального размера.
Повреждённые шпоночные канавки заплавляют и последующим фрезерованием под углом 90° или 135° выполняют новые
Износ зубьев шлицевого соединения восстанавливают способом, зависящим от величины износа.
При износе шлица по толщине до 0.5 мм производят раздачу зуба шлицевого соединения холодным пластическим деформированием на гидравлическом прессе с помощью шлиценакатной головки (рис.З 1,а)
f
6
aПри износе 0,5-1,2 мм по наружному диаметру на головку шлица наплавляют валик металла (рис.3.1,б) и осаживают на гидравлическом прессе с помощью шлиценакатной головки
При износе более 1,2 мм боковые поверхности шлицов наплавляют и подвергают механической обработке
На рис 3 2 приведен пример технологических процессов восстановления гладких валов в зависимости от величины износа поверхностей
Примерный технологический процесс восстановления шлицевых валов представлен на рис. 3.3.
Зубчатые колёса
Характерными повреждениями зубчатых колёс являются:
повреждение рабочих поверхностей (питтинг. износ, задиры);
трещины или поломка зубчатого венца;
изгиб или поломка зубьев;
поломка цапфы оси;
деформация шпоночного паза:
износ посадочной поверхности на вале Восстановление зубчатых колёс может осуществляться
различными способами.
а)Переворачивание колеса
В нереверсивных зубчатых передачах изнашивание зуба происходит с одной стороны. Если глубина упрочнённого слоя зуба небольшая, то после его износа восстановление работоспособности зацепления можно осуществить, включая в работу неизношенную поверхность зуба путём переворачивания колеса Возможность реализации данного способа определяется конструктивным исполнением зубчатой передачи

Рис. 3.2. Технологический процесс восстановления гладких валов
подготовка технологических баз 1 +
наплавка резьбовых поверхностей и шпоночных пазов
i нормализация j
т • •
| правкаI
токарная обработка
| раздача зубьев |
|калиброван шлицев | _1
фрезерование шпоночных пазов
.. —у —,термообработка |
У| прз°кз I
обдирочное шлифование
зл контактная правка ленты
TOC \o "1-5" \h \z Г -"■*1 ‘
Iшлифование|
| мойка|
контроль качества
Рис. 3.3. Технологический процесс восстановления шлицевых валов
б)Замена зубчатого венца
Этот способ реализуется для червячных и крупногабаритных зубчатых колёс со стальным зубчатым венцом
в)Установка нового зуба
Этот способ применяется для восстановления отломившегося зуба в тихоходных крупномодульных передачах
г)Горячая объёмная штамповка
Зубчатое колесо нагревают и помещают в закрытый штамп Давлением металл перемещается в пластическом состоянии из нерабочих участков на изношенные. В случае недостаточного запаса металла зубчатое колесо предварительно наплавляют по нерабочей (торцевой) поверхности и основной металл выдавливается на изношенные поверхности. После штамповки проводят все те виды механической и химико-термической обработки зубчатых колёс. какие выполняют при изготовлении новых
Недостаток - высокая себестоимость восстановления.
д)Ротационное пластическое деформирование
Изношенный зубчатый венец нагревают ТВЧ, раздают пуансоном или роликами и одновременно обкатывают зубчатыми накатниками. формирующими зубчатый венец с минимальными припусками на последующую обработку
е)Корригирование зубчатой пары
В крупногабаритных зубчатых передачах восстановление их работоспособности может быть осуществлено высотным корригированием
При обработке большого колеса впадины зуба углубляются, удаляется изношенный слой металла, в результате восстанавливается эвольвентный профиль зуба Восстановление фактически сводится к уменьшению диаметра большого колеса и соответственному увеличению диаметра малого колеса (шестерни) На рис 3.4 представлена схема процесса восстановления зубчатых колёс
Базовые детали
Основными причинами выхода из строя базовых деталей (корпуса, станины, направляющие и т.д.) являются:
износ поверхностей трения,
трещины, местные изломы,
повреждения гладких и резьбовых отверстий.
Для устранения этих повреждений используется механическая обработка (шлифование мест разъёма в корпусах), сварка, нанесение пластмасс, сшивание
наплавка торгов зубьев _ |отжиг
т _дробеструйная обработка
|про м ивка^отверстия^
нагрев зубчатого венца
|осадказубчатоговенца
I нормализация j I токарная обработка наружи диаметра
TOC \o "1-5" \h \z I1
I зубофрезерование 1 | зубозак^гл ениеj
I зубош ебинтование ! +
IмойкаI
промежуточный контроль
термообработка
дробеструйная обработка
! обкатка
-- _ - Г
зачистка заусениц и забоин |контроль качества i
Рис. 3.4. Схема технологического процесса восстановления зубчатых колес
Для восстановления посадочных отверстий корпусных деталей используется нанесение самотвердеющих пластмасс, металлизация, установка тонкостенных колец.
Сущность последнего способа заключается в следующем: Посадочные отверстия восстанавливаемого корпуса растачивают на 0.9-1 1 мм на сторону, после чего в них нарезаются винтовые канавки треугольного профиля с углом при вершине 60-80° и глубиной 0.35-0.45 мм. Скорость резания при растачивании 70- Ю0м/„ии подача 0 13-0.16 ““/об Шаг винтовых канавок равен 3-
мм в зависимости от ширины посадочных отверстий
После растачивания и нарезания винтовых канавок в отверстия устанавливаются свертные кольца, изготовляемые преимущественно из листовой углеродистой стали толщиной 1 3-1 4 мм
После запрессовки свертные кольца в отверстиях раскатывают многоропиковыми дифференциальными раскатниками на радиально-сверлильных, горизонтально-расточных или на специальных агрегатных станках. В процессе раскатывания металл колец деформируется и заполняет винтовые канавки, благодаря чему достигается высокая прочность соединений, обеспечивающая надёжную работу сопряжений
Минимальный натяг раскатывания назначают в зависимости от материала колец и диаметра отверстий. С учетом допусков на предварительно расточенные отверстия и на толщину листа натяг раскатывания отверстий диаметром 80-160 мм при материале колец сталь СтЗ, сталь 20 сталь 30 равен 0 18-0 53 мм; частота вращения раскатников составляет 150-300 06/№(чем больше диаметр отверстия, тем меньше частота вращения раскатников). Подачу раскатывания назначают в пределах 0.2-0.4 ““/^ Раскатывание свертных колец не обеспечивает требуемой точности размеров и формы отверстий, а также их взаимного расположения Поэтому необходимо растачивание посадочных отверстий, для чего оставляется припуск на чистовое растачивание
15-0.3 мм на сторону
Для повышения класса чистоты восстановленных поверхностей отверстий чистовое растачивание совмещают с упрочняющим выглаживанием, т.е. в гнездо борштанг последовательно за резцом устанавливают одношариковый раскатник.
Припуск на выглаживание 0.01-0.02 мм. скорость резания при чистовом растачивании 90-120 “/„««. подача 0.08-0 1 "“/об
Предпочтительные размеры восстанавливаемых отверстий 50-210 мм. но могут быть восстановлены отверстия меньших и больших размеров.
Такая технология восстановления корпусных деталей представлена на рис 3.5.
мойка
Т :дефектация
1г—
I заделка трещин | востановп ение резьбовых отверстий |
подготовка технологических баз
Т —растачивание отверстий под подшипники и стаканы
| установка светлых колец|
закрепляющее раскатьвание свертных колец
3
чистовое растачивание и выглаживание отверстий
1
[мойка
|контрол
ь качества
Рис.3.5. Схема технологического процесса восстановления корпусных деталей
ГЛАВА 4. СБОРКА ТИПОВЫХ УЗЛОВ
Способы сборки узлов и соединений
В процессе сборки узлов важным является обеспечение соответствующей точности сборки, т.е обеспечение требуемых сопряжений, зазоров, натягов.
Требуемую точность можно обеспечить.
применением карт измерений сопрягаемых поверхностей;
пригонкой;
применением компенсаторов;
макетной сборкой.
Карты измерений, как правило, составляются при сборке узлов, содержащих стандартные или унифицированные детали Особенно это касается сборки сдвоенных подшипников качения, когда должна быть обеспечена минимальная разница диаметров внешних колец в пределах существующих допусков
В этом случае должна быть обеспечена высокая точность измерений
При использовании пригонки точность сборки достигается путем пригонки одного из заранее намеченного для этой цели звена Все остальные звенья при этом изготавливают с допусками, экономически приемлемыми для определенных производственных условий
Для компенсации погрешностей, полученных при обработке сопрягаемых деталей, и при их сборке во многих случаях используют компенсаторы Компенсаторы подразделяются на неподвижные (прокладки, шайбы, кольца, слой самотвердеющей пластмассы и др.) и подвижные (клинья, втулки, пружины, эксцентрики, регулировочные винты и т.д.).
Этот способ широко используется при сборке зубчатых и червячных передач
При сборке крупногабаритных изделий иногда испопьзуется макетная сборка Например, при соединении штанги с большим конусом доменной печи требуется высокая плотность сопряжения поверхностей клина с конусом и штангой В этом случае изготавливается макет соединения конуса и штанги и на нем осуществляется подгонка поверхностей клина.
На макетах осуществляется подгонка криволинейных участков трубопроводов циркуляционных смазочных систем, монтируемых в подвальных помещениях
Резьбовые соединения в конструкциях машин составляют 15-25 % от общего количества соединений Сборка их в процессе монтажа оборудования (крепление крышек, полумуфт) в большинстве случаев выполняется вручную из-за отсутствия механизированного инструмента или невозможности его применения. Эти операции являются наиболее трудоемкими и в то же время требуют высокой квалификации рабочего, чтобы обеспечить необходимое усилие затяжки Примерно 80 % энергии, расходуемой на весь процесс завинчивания, затрачивается на преодоление сил трения и около 20 % на затяжку Поэтому необходима разработка способов, обеспечивающих значительное снижение трудозатрат на затяжку болтовых соединений, особенно при монтаже металлургических машин, где используются болты с резьбой от М10 до М400. Затяжка болтов может осуществляться двумя способами:
удлинение болта на величину, обеспечивающую необходимое усилие, и затем довинчивание гайки на эту величину;
довинчивание гайки, обеспечивающее необходимое усилие затяжки, с использованием механизированного инструмента.
На работоспособность болтового соединения решающее влияние оказывает правильно выбранное усилие затяжки.
Сила предварительной затяжки может быть найдена из выражения:
(4.1)
р -р ‘ Jam 1
К
Е\ F\+E2 F2j

где Р - внешняя нагрузка на болтовое соединение, МН;
К - коэффициент, равный 0,75-1,0 и зависящий от конструктивных особенностей соединения;
Ei, Ег - модуль упругости материала болта и соединяемых деталей соответственно, МПа;
Fb F2 - поперечные сечения болта и детали (условного цилиндра), MJ
При затяжке резьбового соединения вращением гайки необходимое усилие Ркп, приложенное к гаечному ключу на расстоянии Цл от оси вращения, можно определять из зависимости
/>„ = (0,2-0,25)~.(42)
где d - наружный диаметр резьбы.
Необходимая величина затяжки может быть достигнута поворотом на определенный угол ф гайки после соприкосновения стыковых плоскостей соединения.
Ф =360(4.3)
tom-
Е F Е F
х-j г, Cj г2 у
где L - длина болта или шпильки между опорными плоскостями, м;
S- шаг резьбы, м;
E;1t Е2 - модули упругости материала соответственно болта и детали. МПа;
Ft, F2 - площади сечения болта и скрепляемых деталей, м2 Затяжку резьбового соединения можно также контролировать, измеряя удлинение болта
_ Рют ^(4.4)
^зам ~ г г
Е\
Напряжение растяжения в болте в этом случае не должно превышать 0,5-0,7 предела текучести материала.
При монтаже стяжных болтов (соединение станин прокатных клетей, мощных прессов и других машин), имеющих значительные диаметры резьбы, при затяжке требуются большие крутящие моменты на ключе В ряде случаев создание таких моментов представляет значительные трудности В распоряжении монтажных организаций имеется гидравлический ключ УБС-200, рассчитанный на затяжку болтов диаметром до 200 мм Существует способ затяжки резьбовых соединений, основанный на растягивании болта гидроцилиндром с захватом за дополнительную гайку, установленную на болте В этом случае основная гайка должна находиться под небольшим натягом
После растяжения болта основная гайка должна быть повернута на угоп ф, рассчитанный по зависимости (4.3). Но по конструктивным или технологическим условиям часто не может быть использован гидравлический принцип растягивания болта Тогда применяют термический способ затяжки. Требуемая сила затяжки Pjam обеспечивается удлинением болта после предварительного нагрева на величину Х,=/1мТ
Температура подогрева может быть определена из следующего соотношения:
Л/ =—,(4.5)
О Лгде а -коэффициент линейного расширения материала болта;
U - длина нагрева болта.
Контролируют нагрев измерением удлинения болта. После нагрева гайку поворачивают до соприкосновения с деталью
Сборка соединений с гарантированным натягом
В металлургических машинах соединения с гарантированным натягом имеют большое распространение: соединение полу- муфты с валом, подшипника качения с валом, ступицы зубчатого колеса с валом, зубчатого венца со ступицей и т.д.
По способу получения нормальных напряжений на сопрягаемых поверхностях соединения с гарантированным натягом условно делят на поперечно-прессовые и продольно-прессовые
В поперечно-прессовых соединениях сближение сопрягаемых поверхностей происходит радиально или нормально к поверхности. Такие соединения осуществляют одним из следующих способов:
нагреванием охватывающей делали перед сборкой;
охлаждением охватываемой детали;
путем пластической деформации (например, развальцовки);
приданием упругости охватываемой детали;
при использовании материалов, обладающих "памятью"
формы.
При продольно-прессовом соединении охватываемая деталь под действием прикладываемых вдоль оси сил запрессовывается в охватываемую деталь с натягом.
Сборку с нагревом охватывающей детали осуществляют тогда, когда в соединении предусмотрены значительные натяги.
Минимальная температура после нагрева для стальных деталей:
/ = — ±Ь.(46)
a d
где d - диаметр отверстия, мм;
t„ - начальная температура детали, °С;
а - коэффициент, равный 1,15-1.3, компенсирующий частичное охлаждение детали в процессе ее установки перед запрессовкой;
- натяг, мм;
а - необходимый свободный зазор, мм;
«+»- нагрев.
«-»- охлаждение.
При сборке продольно-прессового соединения с гарантированным натягом наибольшая сила запрессовки Р может быть найдена по формуле:
Р = f*n ?i/>ed L,(4.7)
где fja„ * коэффициент трения при запрессовке;
рс - контурное давление на поверхности контакта, МПа;
d - диаметр охватываемой детали, м;
L - длина запрессовки, м Контурное давление на поверхности контакта можно определить по формуле:
р =5 _* 10-6(4.8)
ЕI + Е: .
где 5- расчетный натяг, мкм;
Ei, Е2 - модули упругости охватываемой и охватывающей детали соответственно, МПа;
С^О.7 - для сплошного стального вала;
С2 - для охватывающей детали:
„D2+d2
где D - наружный диметр охватывающей детали, м; d - внутренний диаметр детали, м; ц2 - коэффициент Пуассона, для стали - 0,3, чугуна - 0,25, бронзы - 0,33.
Коэффициент трения при запрессовке колеблется в широких предепах от 0,05 до 0,25 (меньшие значения со смазочным мате-
f4i«n пгм а\
При гидропрессовом способе с целью уменьшения усилия запрессовки на контактную поверхность между сопрягаемыми деталями подается масло под давлением, обеспечивающем разделение контактирующих поверхностей слоем смазочного материала (рис.4 1).
Усиме Л
Рис 4.1 Схема запрессовки путем нагнетания масла
909955875030Масло от насоса
Охватываемая деталь делается с разными посадками по длине запрессовки, чтобы обеспечить незначительный натяг в начале ее и за счет этого создать необходимое давление масла на поверхности контакта.
Сборка узлов с подшипниками качения
Основные требования, предъявляемые к собираемым узлам
тщательная промывка;
точная сборка и регулировка радиальных зазоров
От качества выполнения посадки подшипников на вал или в корпус зависят долговечность и надежность работы машины Сборка подшипниковых узлов может осуществляться различными способами
с помощью ручных, пневматических или гидравлических прессов:
подогревом подшипников в горячем минеральном масле;
охлаждением вала с применением твердой углекислоты;
индукционным нагревом
Работоспособность подшипников обеспечивается при точном соблюдении радиальных зазоров На сборке, вследствие затруднения измерения радиальных зазоров, чаще всего измеряют и контролируют осевой зазор, т е осевое перемещение вала с напрессованным внутренним кольцом относительно внешнего кольца подшипника Особое внимание необходимо уделять контролю осевых зазоров в регулируемых подшипниках Регулировка осевых зазоров подшипников в узлах металлургических машин, как правило, осуществляется подбором необходимого комплекта прокладок, обеспечивающих заданный осевой зазор Порядок регулировки следующий
установка торцевой крышки (рис 4.2) до упора в торец наружного кольца подшипника и закрепление ее равномерно винтами так, чтобы выбрать осевой зазор в подшипнике (туго проворачивается вал);
измерение щупом зазора К в нескольких местах по окружности между торцевыми поверхностями крышки и корпуса;
определение толщины комплекта регулировочных прокладок по формуле
/ = £, + с,И9)
где Кср - средний зазор между крышкой и торцевой поверхностью корпуса, мм;
С - осевой зазор подшипника, мм.
установка рассчитанного комплекта регулировочных прокладок, затягивание винтов и проверка вращения вала (оно должно быть свободным).

Рис 4.2 Регулировка конического роликоподшипника
Сборка разъемных подшипников скольжения включает установку вкладышей в корпус и крышку, шабрение вкладышей по валу, для обеспечения диаметральных зазоров, и соответствующей поверхности контакта
При установке вкладышей добиваются их плотного прилегания соответственно к крышке и основанию. Площадь прилегания должна быть не менее 70% Некоторые вкладыши, в том числе текстолитовые, крепят в корпусе с натягом по напряженной или прессовой посадке Натяг создается в результате того, что длина вкладыша по дуге больше длины постели полуотвестия на величину Iw (рис. 4 3), которая рассчитывается по формуле:
, а а к D
П IBXJ —«
360Епгде о - допускаемое напряжение сжатие для материала вкладыша, МПа;
а угол контакта дуги вкладыша, град..
D - средний диаметр вкладыша, м;
Е - модуль упругости материала вкладыша. МПа;
п=3-5 - коэффициент запаса прочности материала вкладыша.

Создание посадки осуществляется в результате упругого сжатия вкладышей путем плотного соединения крышки с корпусом болтами или с помощью клиньев, как показано на рис 4.3
Равномерное прилегание рабочих поверхностей вкладышей к валу достигается шабрением
Шабрение требуется для устранения;
погрешностей внутренней поверхности вкладышей по конусности и овальности;
смещения осей внутренней и наружной поверхности вклады-
шей;
погрешностей (несоосность, перекос) расположения осей отверстий в корпусных деталях.
13792201447800Зазор между валом и вкладышем определяют щупом или с помощью свинцовых проволочек. Последний метод точнее Для этого не менее чем в двух точках по длине верхней образующей вала и в разъемах вкладышей укладывают свинцовые проволочки (рис 4.4) и деформируют их верхним вкладышем, прижимаемым крышкой подшипника при затянутых болтах По разности среднеарифметических толщин сдеформированных проволочек, измеряемых микрометром, определяют действительный диаметральный зазор:
(4.10)
где а, - толщина оттисков, уложенных на вал; bi, С| - толщина оттисков в разъеме, вкладышей; п - количество проволочек соответственно по каждому ряду
\&Щ

Рис 4.4. Сборка разъёмных подшипников
Если >*<6™, где 6min - минимальный диаметральный зазор, то производят шабрение внутренней поверхности вкладыша для снятия слоя металла толщиной бт1„-Х, еслигде fw - мак
симальный диаметральный зазор, то шлифованием удаляют слой металла толщиной Х.-бта, на крышке или основании и на разъемах вкладышей После сборки зазоры в разъеме основания и крышки не допускаются Местные зазоры могут быть допущены до 0,05 мм
ГЛАВА 5. СБОРКА РЕДУКТОРОВ
К сборке редукторов предъявляются следующие требования;
обеспечение бокового зазора в зубчатом зацеплении в пределах. заданных стандартом;
обеспечение пятна контакта в соответствии со стандартом;
регулировка подшипников качения и скольжения по данным чертежа,
равномерность и ппотность затяжки всех болтовых соединений;
поступление масла во все смазываемые точки; отсутствие утечки масла через уплотнения и в местах стыков.
обкатка и испытание после сборки
Регулировка цилиндрических зацеплений
Процесс сборки и регулировки крупных редукторов связан главным образом с нормами бокового зазора и со степенью точности по нормам контакта зубьев. Боковой зазор зацепления колес (рис 5.1) определяется слесарным щупом, свинцовыми пластинами. индикатором Несоответствие бокового зазора норме может являться следствием неправильной регулировки подшипников качения (конических), либо повышенных радиапьных зазоров подшипников скольжения, еспи отсутствуют нарушения в технологии изготовления зубчатых колес Качество зацепления фиксируют по пятну контакта (см. рис 51).
Пятно контакта зубчатых колес проверяют следующим образом На боковые поверхности зубьев шестерни, сцепляющейся с зубчатым колесом, наносят тонким слоем краску и провертывают ее на несколько оборотов, слегка затормаживая колесо Поверхности зубьев колеса покрываются следами краски, характеризующими размеры пятна контакта и его расположение Отпечатки краски дают несколько увеличенное по сравнению с истинным пятно контакта, поэтому для окончательной проверки передачу обкатывают в течение 10 -20 мин без краски и масла с подачей на зубья керосина На поверхности зубьев образуются хорошо видимые блики, дающие точную картину величины и месторасположения пятна контакта


Рис 5.1 Проверка качества зубчатого зацепления
Регулировка конических зацеплений
Особенностью сборки конической передачи является относительная осевая подвижность валов, что оказывает влияние на качество зацепления Поэтому для конических редукторов установлены допуски на непересечение осей дК и отклонения межо- севого угла Дер (рис 5.2)
Регулировка конического зацепления по этим параметрам осуществляют лекальной линейкой, которую устанавливают со стороны дополнительного конуса колес Осевым перемещением валов добиваются совпадения поверхностей конуса по дополнительному конусу, после чего определяют толщину прокладок а и Ь и устанавливают их под стакан и крышки Регулирование положения колес можно производить непосредственно по пятну контакта и боковому зазору Боковые зазоры в конической передаче опредепяют по нормали к поверхности зубьев у большого основания делительного конуса с помощью щупа, свинцовых пластинок и индикатора Боковые зазоры регулируют путем осевых перемещений валов Осевое смещение шестерни связано с изменением бокового зазора С в зацеплении зависимостью:

Рис 5.2 Регулировка конического зацепления а. Ь, с - толщина прокладок обеспечивающая необходимый боковой зазор.
d - толщина прокладок, обеспечивающая необходимый осевой зазор подшипников
С = 2S sin a cos Р,(5^где S - величина осевого смещения вала; а - угол зацепления;
р • угол начального конуса, Р = arctg .
где гш, z« - количество зубьев шестерни и колеса соответственно Площадь пятна контакта собранной конической передачи определяют так же. как при сборке цилиндрических передач
Регулировка червячных зацеплений
При сборке червячного редуктора регулируют положение червячного колеса таким образом, чтобы его средняя плоскость 0-0 (рис 5.3) совпала с осью червяка Для этого конические подшипники торцевыми крышками зажимают так. чтобы устранить осевые зазоры
Затем на боковой торец колеса Т устанавливают шаблон. Фактический зазор между шаблоном и базовым пояском сравнивают с расчетным зазором и судят о степени смещения средней плоскости колеса относительно оси червяка Расчетный зазор 60 между базовой шейкой червяка и шаблоном вычисляют по зависимости:
= К - — - С ± е, 2
где К - фактическое расстояние средней плоскости колеса до его базового торца;
D&- фактический диаметр базового пояска червяка,
С - фактический перепад между базовыми плоскостями шаблона.
е - допустимое смещение средней плоскости колеса относительно оси червяка.

Рис 5.3. Регулировка червячного редуктора: а - схема выверки червячного колеса, б - схема “завалки“ зубьев колеса; в - правильное расположение пятна контакта, г, д. е ■ неправильное расположение пятна контакта
о
Если фактический зазор 5Ф, измеренный щупом, меньше или больше расчетного значения, то колесо смещают по оси на необходимую величину в ту или иную сторону Образовавшиеся зазоры а и Ь измеряют в нескольких местах по окружности и вычисляют их среднеарифметическое значение S^. Необходимую толщину прокладок определяют по зависимостям:
t\ - a + 0 5ScP ± е; ti = b + 0.5ScP ± е
Вепичина е берется со знаком «-», еспи допустимое смещение направпено в сторону прокладки, толщина которой определяется, и со знаком «+», если оно направлено от прокладки, толщина которой определяется.
Положение средней плоскости можно проверить при помощи контрольной линейки, накладываемой на базовый торец червячного колеса и щупа, а также по краске в зацеплении или с помощью отвесов (в передачах с верхним расположением червяка), опускаемых с червяка по обе стороны колеса
Проверку бокового зазора в червячном зацеплении проверяют двумя методами:
На корпус редуктора крепят стойку с индикатором, головку индикатора упирают в зуб червячного колеса на начальной окружности и производят качание колеса в обе стороны до упора в витки червяка
Определяют холостой ход червяка при неподвижном колесе Для этого на корпус редуктора крепят круговую шкалу в градусах поворота, а на шейку червяка устанавливают стрелку Поворачивая червяк от упора до упора в зубья колеса, определяют угол поворота стрелки. Боковой зазор подсчитывают по следующей зависимости:
С = 8 .7 (pqm sink cos cl .(5.3)
где ф - угол поворота червяка, град.,
q - число модулей в делительной окружностй червяка,
d.Я = —* m
где m - модуль, мм:
d4 - диаметр начальной окружности червяка, мм;
X угол подъема витка червяка на депительном цилиндре,
X - arctg
где а - профильный угол прямобочной рейки, сцепляющейся с эвольвентным червяком в нормальном сечении;
- число заходов червяка.
Регулировка глобоидных зацеплений
Глобоидные редукторы используются в нажимных устройствах рабочих клетей листопрокатных станов, в листоправильных и других машинах
Главным при сборке глобоидной передачи является: совмещение средней плоскости червяка А - А с осью колеса (рис.5.4) и совмещение средней плоскости колеса О - О с осью червяка (рис 5.3). Сборку начинают с выполнения первого условия, применяя приспособления, конструкция которых зависит от пространственного расположения глобоидного червяка и колеса. На базовые шейки Дб червяка, установленного в корпус в собранном виде с зажатыми торцевой крышкой подшипниками, накладывают шаблон, прижимая его к базовому торцу (см рис.5.4,а). По измерениям между шаблоном и базовой поверхностью оправки, уложенной в отверстие корпуса, регулируют положение червяка, подбирая под фланцы стакана регулировочные прокладки Толщина прокладок определяется в зависимости от значения кольцевого зазора а и осевого зазора в подшипниках

где а - шаблоном;
б - индикаторным приспособлением
Для выверки червяков в крупных глобоидных редукторах используют специальное индикаторное приспособление (см. рис 5.4,6), базируемое в отверстии корпуса редуктора. Червяк поджимают торцевыми крышками до выбора осевых зазоров в упорных подшипниках Вращая червяк, перемещают державку из положения I в положение II, фиксируют показания индикатора и по их разнице (еспи она существует) определяют, в какую сторону по оси нужно сдвинуть червяк. Если после этого допустимое смещение равно 0 (+/- 0,16 для глобоидных редукторов рабочих клетей 1100, 1300, 2000, 2500), или направлено от упорных подшипников, то

Нопгяблем?
Рис 5.5. Схема расположения пятна контакта на зубьях глобоидного колеса
толщина прокладок равна кольцевому зазору а, вычисляемому как среднеарифметическое значение 4-6 измерений по окружности
Если допустимое фактическое смещение средней плоскости червяка направлено в сторону упорных подшипников, то толщина прокладки:
t = a-s,
где s - осевой зазор в упорных подшипниках (лежит в пределах 0,04-0,08 мм).
Осевой зазор в подшипниках не влияет на положение червяка при выполнении условия S<e/2, где е - допустимое смещение средней плоскости червяка относительно колеса
Положение средней плоскости колеса относительно оси червяка и боковой зазор в глобоидном зацеплении определяют и регулируют так же, как и для червячного редуктора.
Пятно контакта глобоидной передачи, определяемое по бликам или по краске, отличается от пятна в червячных передачах тем, что на зубьях глобоидного колеса (рис 5.5) оно располагается по всей рабочей высоте зуба и занимает по ширине не менее 1/10 В и не более 1/3 В. где В - ширина венца. По длине зуба колеса пятно контакта сдвинуто от средней плоскости в сторону хода червяка примерно на 2/3 своей длины, если червяк однозаходный, и примерно на попную величину - если многозаходный
Следы касания на червяке располагаются по всей высоте витков и находятся в средней его части на протяжении 2-3 шагов Касание витков червяка на входе и выходе из зубьев колеса и на концах самого червяка не допускается. В этих местах должны быть зазоры в пределах 0,12 - 0.2 мм
РАЗДЕЛ 3. ОСНОВЫ МОНТАЖА ОБОРУДОВАНИЯГЛАВА 1. ГЕОДЕЗИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ МОНТАЖА
Монтаж оборудования ведётся относительно осей и высотных отметок, закреплённых на фундаментах Оси закрепляют плашками (металлические плоскости), высотные отметки реперами (рис. 1 1).
На плашке накернивается треугольник с точкой в центре Один из углов треугольника указывает направление оси Две точки противоположных плашек фиксируют ось.
В качестве репера (высотной отметки) используют либо головки рельса железнодорожного* пути, либо головки заклёпки диаметром не менее 20 мм. либо поверхность плашки, либо любую металлическую плоскость, зафиксированную относительно фундамента.


SO
t:Рис 1 1 Схема установки плашек и реперов: 1 - репер; 2 - плашка, 3 - монтажная ось
Система продольных и поперечных осей и высотных отметок называется схемой геодезического обоснования монтажа
Этими осями и высотными отметками оборудование увязывается между собой в единую технопогическую пинию, на рис 1.2 представлена схема геодезического обоснования монтажа блюминга «1150»
-935990-187325Зр @ Ф зр<§)4-!!-44 44 44 44 4-234
■»ж»
тшш«ю - -»w зпоо
iom
Условные обозначения:
_Оси^Репера
С )—контрольные,контрольные:
@ - основные.
■ ■ основные ,
сэ - вспомогателоные;
Рис. 1.2. Схема геодезического обоснования монтажа блюминга «1150»
© -места мкрепления контрольны j всей та бетонных монолитах Вне фундаментов под оборудование; в — место мзнреппгния амшен основных и вспоногатк-пьных рабочих осей но агунда ментах под оворудовани/;
• -места установки совмещенные репера и плеи.<и,
ъс/юные,
вспомогательные, чг ло/юнпы,
о- оси и ряды колонн.
W/-7 номера фундаментов оборудования
Вдоль оси прокатки 1 на фундаменте зафиксированы ось первого приёмного рольганга 2, ось люльки опрокидывателя 3. ось весов 4. ось последнего ролика подводящего рольганга 5. ось девятого ролика правого рабочего рольганга 6, ось рабочей клети 7, ось девятого ролика левого рабочего рольганга 8, ось последнего раскатного рольганга 9, ось манипулятора 10. ось последнего отводящего рольганга 11, ось ножниц 12, ось конвейера уборки обрезков 13. ось клеймителя 14, ось цепного транспортёра 15. ось последнего ролика рольганга 16. ось стеллажа и сталкивателя 17. ось передаточного устройства и сталкивателя 18, ось рольганга за цепным транспортёром 19, оси эпектродвигателей сталкивателя 20, 21. ось привода передаточных устройств 22
Оси и высотные отметки подразделяют на контрольные - главные для цеха в целом и рабочие Контрольные, как правило, совмещают с осями колонн здания цеха
Рабочие отметки подразделяются на основные и вспомогательные Их закрепляют на фундаментах непосредственно в местах установки оборудования, но не закрываемых основаниями машин.
К основным осям относят продольную ось технологической линии агрегата (линия прокатки, линия резки, продольная ось МНЛЗ и т.д.) и поперечные оси - линии привода механизмов (линия привода валков, линия привода ножниц, линия привода роликов МНЛЗ и т.д.). Затем параллельно основным осям наносят в случае необходимости, вспомогатепьные оси для выверки оборудования в плане с испопьзованием оптико-геодезического метода.
При монтаже технологического оборудования условной уровневой поверхностью (нулевой отметкой) служит поверхность чистого попа первого этажа или головка железнодорожного рельса подъездных путей
ГЛАВА 2. СПОСОБЫ УСТАНОВКИ ОБОРУДОВАНИЯ
Способ установки оборудования на фундамент определяется характером силового воздействия этого оборудования на опоры Металлургическое оборудование по этому признаку делится на три группы:
к первой группе относится оборудование, передающее только статические нагрузки (конверторы, насосы, вентиляторы и
др);ко второй группе - оборудование, воспринимающее вибрационные нагрузки (вспомогательное оборудование, главным элементом кинематической схемы которого является кривошипношатунный механизм);
к третьей группе - оборудование, воспринимающее ударные нагрузки (рабочие клети, рабочие рольганги и др.).
Одновременно любой из способов должен обеспечить точное расположение базовой поверхности ее проектному положению. Наиболее эффективным является тот способ, который обеспечивает минимальные трудозатраты, минимальный расход металла и надежное крепление оборудования на фундаменте
В настоящее время распространены 3 способа установки оборудования на фундаменте
первый - на плоских подкладках со ступенчатой регулировкой по высоте (рис 2 1);
второй - на регулируемых элементах (клиновые подкладки, винтовые домкраты, отжимные винты) (рис 2.2);
третий - бесподкладочный, при котором нагрузка на фундамент передается через подливку (рис 2.3).
И

7804150n
3181985182880Ч\ч\ w \~л\чл\Л 1
ч
5 ШИ



Рис 2.2 Установка оборудования на регулируемых по высоте элементах а - винтовых домкратах, б - встроенных винтах, в - клиновых подкладках
32308800ги

664845396240Рис. 2.3. Схема бесподкладочных способов установки оборудования а - клиновым домкратом; б- на тарельчатых шайбах (1 - до подливки бетоном, 2 - после подливки бетоном)
25177751130300Ч\\\\\ \ \ \v

Установка оборудования на плоских подкладках
Для точной регулировки по высоте и на горизонтальность оборудование устанавливается на подкладки (см.рис 2 1).
Подкладки устанавливаются с одной стороны болта, если его диаметр не превышает 36 мм, и с двух сторон при большем диаметре
Плоские подкладки делятся на установочные (толщина 20 - 50 мм) и регулировочные (толщина 0,5 - 5 мм).
Установочные подкладки выполняют из стали или чугуна, регулировочные - из листовой стали Плоскости подкладок должны быть чистыми, без заусенцев и выпуклостей Нижняя подкладка должна плотно прилегать к фундаменту, а ее контактная площадь должна быть больше площади пакета подкладок. Количество подкладок в стопе, в том числе и регулировочных, не должно превышать 5 После выверки пакет подкладок сваривается. Площадь
нижней подкладки Fn опредепяют расчетом по рис.2 1
2М + a(G + nQ )Г =-•
an v [о ]
где М - опрокидывающий момент,
а - расстояние между стопой подкладок, п - число стоп подкладок,
G - вес оборудования,
О- усилие затяжки фундаментного болта, v(/ - коэффициент, учитывающий степень контакта подкладки и фундамента, принимается ц/ = 0,5,
[су ]- допустимое напряжение бетона
Способ установки на плоских подкладках обеспечивает высокую устойчивость и сохранность положения машины в процессе эксплуатации, но требует больших трудозатрат при выверке оборудования и большого расхода металла, особенно при заниженном уровне фундамента под подливку
Установка оборудования на регулируемых по высоте элементах
Впервые установка металлургического оборудования в СССР на регулируемых элементах (винтовые домкраты) была осуществлена в 1932 - 1934 гг на монтаже прокатных станов ММК
Установка обеспечивалась специальными малогабаритными домкратами при слабо затянутых болтах Домкраты заливались в фундамент (рис.2.2,а).
В 1948 г при монтаже репьсобалочного стана на «Азовста- ли» были использованы клиновые подкладки Установка на клиновых подкладках получила широкое распространение, так как обеспечивалось точное расположение оборудования по высоте без применения грузоподъемных механизмов (рис.2.2,в).
Легкое металлургическое оборудование или оборудование, не воспринимающее динамических нагрузок, поступает на монтаж со встроенными регулировочными болтами (см. рис 2.2,6)
ГЛАВА 3. СПОСОБЫ ВЫВЕРКИ ОБОРУДОВАНИЯ
Базовые детали машин выверяют раздельно в вертикальной и горизонтальной плоскостях двумя методами:
оптико-геодезическим;
по геодезическим знакам Операции выверки оборудования являются наиболее ответственными и выполняются специалистами высокой квалификации Наибольшую точность выверки оборудования обеспечивает оптико-геодезический метод.
Оптико-геодезический метод
Выверка базовых деталей машин по высоте и на горизонтальность осуществляется с использованием нивелира и миллиметровой линейки (рис 3.1).
Определяя превышение соответствующих точек базовой детали (как правило, располагающихся над местом крепления машин к фундаментам), проверяют точность установки и производят не-
обходимую корректировку по одному из вышерассмотренных способов установки оборудования.
Выверку начинают с установки высоты пакета подкладок:
h = Л, + ДА,,где Л, - фактический зазор между фундаментом и проектной отметкой опорной поверхности базовой детали;
ДЛ, - величина упругой деформации пакета под нагрузкой
Затем устанавливается базовая деталь и производится окончательная выверка машины по высоте с предварительной затяжкой болтов Не допускается корректировка уровня горизонтальной плоскости базовой детали путем регулирования усилия затяжки фундаментных болтов Это ведет к дополнительным напряжениям, которые совместно с рабочими напряжениями могут превысить предел прочности детали
В ряде случаев при проверке горизонтальности целесообразно испопьзование лазера, закрепляемого на тубусе нивелира Пятно от светового луча на нивелирной линейке позволяет судить
оположении базовой детали Этот метод используется для установки по горизонтали рельс агломашины.
Выверку деталей в горизонтальной плоскости осуществляют теодолитом (рис 3.2) Контролируются отклонения от продольной и поперечной осей, а также перекос относительно этих осей Итлчр

Рис.3.1 Определение превышений:
ГИ - горизонт инструмента, b, d - отсчеты по линейке относительно репера и поверхности стопы подкладок; h - высота контрольной отметки, Ьф - фактическая высота фундамента в месте установки подкладок
Продольную ось машины и ось привода отмечают на базовых деталях рисками или линиями
Основную и вспомогательную рабочие оси, зафиксированные на фундаменте плашками, реализуют визирным лучом теодолита Теодолит устанавливают точно над керном плашки На противоположном конце рабочей оси над керном второй плашки устанавливают светящуюся марку и фиксируют на ней перекрестие линий теодолита. Если ось машины зафиксирована рисками, то ее отклонение от рабочей оси фиксируется теодолитом, который устанавливается на площадку, имеющую возможность смещаться в горизонтальной плоскости с указанием величины смещения

Рис.3.2. Схема выверки плитовин оптикогеодезическим методом 1 - теодолит типа Т-2; 2 - переносная визирная марка с микрометрической головкой: 3 - малогабаритная нивелирная рейка; 4 - стационарная светящаяся марка; 5 - плашка; 6 - плитовина; 7 - нивелир типа НА-1:
8 - ось клети; 9 -вспомогатепьная ось
Измерение углов перекоса осуществляется непосредственно теодолитом
Этим способом можно осуществлять выверку в плане собранных машин, имеющих детали, определяющие положения осей машины (выходные валы). В этом случае рядом с основной рабочей осью оазбивают вспомогательную, kotodvio оеализуют уста-
241
новкой теодолита и светящейся марки. По показаниям магнитных нивелирных линеек, устанавливаемых на цилиндрические поверхности валов, судят об отклонениях оси машины относительно оси на фундаменте.
Инструментальный метод
Схема выверки базовых деталей по геодезическим знакам приведена на рис. 3.3.

С помощью уровня 7 и поверочной линейки 9 совмещают все точки контролируемой поверхности с горизонтальной плоскостью. Высотную координату измеряют штихыасом 10 между поверочной линейкой 9 и репером 11. Положение базовой детали по высоте изменяют за счет толщины подкладок. В горизонтальной плоскости выверку базовых деталей осуществляют по двум осям. Продольную ось фиксируют струной 6, поперечную ось - струной 3 относительно плашек 12, 17 Струны из стальной ппояпптги лияиртппи пч _ пд мм опираются на стойки 8. В качестве стоек используют элементы арматуры фундамента или специальные каркасы Устойчивое положение струн достигается грузами 2. Чтобы устранить колебания грузов при сильном ветре, их помещают в сосуды с минеральным маслом. Выверяют струны по плашкам 12 с помощью отвесов 1.
Отклонение отвесов 5 от продольной и поперечной осей, зафиксированных на корпусе, характеризует точность установки оборудования в плане.
Этот способ имеет пониженную точность в сравнении с первым, а наличие струн затрудняет проведение подъемнотранспортных работ 243 :: 244 :: Содержание
3.3. Центровка валов
Одной из разновидностей выверки оборудования является центровка валов.
Эта, на первый взгляд, простая операция требует высокой тщательности и проведения несложных, но очень важных расчётов по подбору подкладок и величины смещения в горизонтальной плоскости (рис. 3.4).
Центровка валов заключается в устранении их не соосности и перекосов в горизонтальной и вертикальной плоскостях.
При центровке валов должны выполняться следующие операции:
замер радиальных и торцевых зазоров в вертикальной плоскости;
определение расчётным путём по результатам замеров необходимых величин подкладок под опоры центрируемого вала,
установка подкладок под опоры;
замер радиальных и торцевых зазоров в горизонтальной плоскости;
определение расчётным путём по результатам замеров необходимых величин смещения опор центрируемого вала в горизонтальной плоскости;
смещение опор центрируемого вала в соответствии с расчётными данными;
закрепление центрируемого узла;
соединение полумуфт
При замере радиальных и торцевых зазоров попумуфты центрируемых валов должны вращаться совместно, с целью исключения дефектов поверхности полумуфт (вдавлины, раковины и т д.) и их эксцентриситета при изготовлении или сборке.
I

Рис. 3.4. Центровка валов: а, Ь- радиальное и торцевое смещение полумуфт в точках замера 1. Зи 2, 4 соответственно. S - величина несоосности валов; d - диаметр окружности, на которой находится
точка замера; Р - угол перекоса осей валов
По результатам замеров определяют необходимую величину смещения в вертикальной плоскости (за счёт изменения толщины подкладок под опорами а и б в горизонтальной плоскости).
Радиальные зазоры фиксируют несоосностъ валов, торцевые - перекос осей.
Величина смещения в горизонтальной плоскости для опоры А (см рис 3.4)
Аа' АЪе , Г =+/.2 D Лдля опоры Б
Величина смещения в вертикальной плоскости для опоры А
Аав AV Dдля опоры Б
, Аа' АЬв .h6 =+/г,
2 Dгде d - диаметр, на котором производятся замеры зазоров.
ГЛАВА 4. МОНТАЖ ТИПОВЫХ УЗЛОВ И ОБОРУДОВАНИЯ
Монтаж прокатной клети
Оборудование прокатных цехов отличается большим разнообразием машин Наиболее высокие требования предъявляются к монтажу непрерывных агрегатов, в частности прокатных станов При монтаже прокатных станов необходимо обеспечить высокую точность установки машин с минимальными отклонением от линии прокатки
ш

Рис 4.1 Схемы выверки плитовин и станин прокатной клети I - выверка соосносности клети; II - выверка вертикальности; III - установка плитовин шаблоном; а, б, с, - точки замеров,
1 - станина, 2 - плитовины; 3 - шаблон; 4 - визирная марка,
5 - теодолит, б - прокладки
1п

Рис.4.2. Монтаж станин прокатной клети
Монтаж оборудования прокатных станов имеет следующие особенности:
значительная протяжённость прокатных станов, когда машины и механизмы, входящие в их состав, устанавливаются на различные фундаменты;
большие габариты узлов, деталей;
большая масса узлов, деталей, превышающих грузоподъёмность технологических мостовых кранов
Наиболее сложной и ответственной операцией является установка станин прокатной клети или прокатных клетей в сборе
Монтаж рабочей клети начинается с установки на фундамент поперечных балок (рис 4 1). Балки устанавливают на подкладках, уложенных с двух сторон каждого фундаментного болта
Балки выверяют в вертикальной плоскости по рабочему реперу, а в горизонтальной - по оси прокатки и оси клети горизонтальных валков. На поперечные балки ставят плитовины 2, выверка которых проводится в соответствии со схемой (см рис.4 1) с использованием шаблона. При монтаже станин стана 2000 горячей прокатки на ММК от шаблонов отказались. Был применен более простой и эффективный способ Одна плитовина крепилась к балке, другая не закреплялась Затем монтируются станины 1 (рис.4.2). После монтажа станины незакреплённая станина гидродомкратами поджимается к станине, закрепляется плитовина и крепятся станины к плитовине.
Выверка соосности станин осуществляется с помощью визирной марки 4, закрепляемой на магните к внутренним поверхностям станин и теодолита 5, визирный луч которого зафиксирован относительно оси линии привода валков
После предварительной выверки их соединяют стяжками, проверяют повторно и окончательно закрепляют болтами Затяжку болтов осуществляют двумя способами
После предварительной затяжки нагревают болт и поворачивают гайку на определенный угол При остывании болта происходит окончательная затяжка
По второму способу затяжку осуществляют гидравлическим ключом УБС, разработанным строительно-монтажной сварочной лабораторией треста Востокметаллургмонтаж
Монтаж многоопорных трансмиссионных валов
Проверка и обеспечение соосности подшипников и опор для многоопорных валов является трудоемкой операцией Выверку опор многоопорных валов осуществляют по фальшвалу (рис 4.3) с
Для проверки соосности подшипников трансмиссионного вала по первому методу (рис.4.3, а) изготавливают фальшвал 1 такой длины, чтобы он одновременно укладывался на три опоры. Начинают проверку с укладки вала в крайние гнезда 2. постепенно перекладывая его затем на одну - две опоры вперёд. По плотности прилегания калибрующей части судят о правильности установки опоры в вертикальной и горизонтальной плоскостях
использованием поверочной линейки (рис.4.3,6, рис.4.4) щупом (рис.4.3,г) при установке вала на подшипниках качения, оптикогеодезическим способом (рис.4 5).

Рис 4.3
Схемы выверки подшипниковых опор
3581401755775Правильность установки опор можно проверить и с помощью поверочной линейки 3, уровня 4 и щупа (рис. 4.3, б). Для подшипников скольжения линейку устанавливают на дно вкладыша или на плоскость разъёма, при этом необходима проверка правильности расточки места посадки относительно вертикальной плоскости Перекос допускается не более 0,02 мм на 100 мм длины гнезда. В горизонтальной плоскости проверку производят, укладывая линейку к краям расточек вкладышей. Зазор замеряют щупом Аналогично осуществляют проверку положения подшипников качения в двух плоскостях (рис 4.3, в) с помощью линейки 3 по на-
n\/WULlKI 1/ПП1. 11311 1АЛТПП\/1Л п г»о DLioorvt/u О ООГЧТШ/О r>L 11Л14 П ППГ1/ЛЛТМ
устанавливают сверху на кольца, а затем прикладывают к ним сбоку При разном диаметре колец между ними и линейкой укладывают набор концевых мер длины б

Рис 4 4 Выверка подшипниковых опор
Соосность опор вала, смонтированного на подшипниках качения, можно проверить щупом (после установки его в сборе с подшипниками в опоры), вводя его в зазор между телами и поверхностью качения в ненагруженной зоне 1 (рис 4.3,г) и перемещая по всей длине зазора от точки IV до точки II на всех подшипниках при одном положении вала
При правильной установке радиальные зазоры всех подшипников расположены в ненагруженной зоне симметрично относительно вертикальной оси, как показано на рис 4 З.г В подшипниках с цилиндрическими роликами зазоры должны быть одинаковы на обоих концах. Наличие зазора в положении II или III указывает на необходимость сдвига корпуса в направлении, противоположном расположению зазора.
Вышерассмотренные методы трудоемки и не обеспечивают надлежащей точности.
Повышение точности установки многоопорных валов достигается применением оптико-геодезического метода контроля соосности валов и подшипниковых опор с применением специальных приспособлений. Схема проверки положения многоопорного вала показана на рис. 4.5.
Рис 4.5. Схема выверки трансмиссионного вала:
• теодолит; 2 - марка-насадка; 3 - малогабаритная шкаловая рейка,
4 - зеркало, 5 - прецизионный нивелир; 6 - микрометрическая марка;
7 - трансмиссия; 8 - стационарная визирная марка
Соосность опор относительно вертикальной плоскости проверяют теодолитом 1, микрометрической маркой 6 и стационарной визирной маркой 8, закрепляемой на обноске, с помощью которых провешивают монтажную (оптическую) ось 1-8. После закрепления монтажной оси выверку опор осуществляют с помощью подвижной микроскопической марки (рис 4.6,а), которая состоит из щитка с визирной целью 1 (в виде биссектора), уровня 2, микрометра 3 и подставки с магнитом 4. Плоскость симметрии призматического основания совпадает с осью симметрии визирной цели марки, что определяет нулевое положение марки по отсчету микрометра Марку призмой устанавливают на вал или наружное кольцо подшипника. Величину линейного смещения оси расточки (вала) после введения визирной цели марки в створ монтажной оси трансмиссии (визирный луч теодолита) определяют как разность между нулевым и фактическим отсчетом по микрометру Соосность опор относительно горизонтальной плоскости (отклонение от горизонтальности) осуществляют с помощью прецизионного нивелира типа НА-1 и малогабаритной шкаловой рейки (рис 4.6, б). Высокоточная штриховая шкала 5 рейки с ценой деления 5 мм укреплена на штоке 6 с пятой 8 для установки на вал 9 Шток свободно перемещается во втулке подставки перпендикулярно призме. Вертикальность положения рейки определяют с помощью уровня 2 и регулировочного винта 7 Подобная рейка с плоской опорой применяется при проверке горизонтальности плоских поверхностей (пли- товин, станин и т.п.). При монтаже валов одна из опор устанавливается с помощью нивелирной рейки РН-1 и нивелира на проектную отметку по высоте, а затем проверяют ее горизонтальность уровнем по разъему, наружному кольцу или расточке. В дальнейшем эту опору принимают за базу, относительно которой производят выверку остальных опор

Рис. 4.5 Схемы приспособлений для выверки валов
Одновременно методом авторефлексии контролируется перекос расточек опор относительно оси вала трансмиссии Выверку осуществляют тем же теодолитом 2 (рис. 4.7 а) с маркой-насадкой
на объективе, который закреплен на столике 1, и приспособлением с зеркалом (рис 4.7,6), состоящим из зеркала 4, микрометрического винта 5, нониуса 6 для отсчета углов поворота призмы 7 Центр перекрестия на марке-насадке совпадает с визирной осью трубы 10 теодопита. Зеркапо закреплено на оси, перпендикулярной плоскости симметрии призмы, и может вращаться вокруг как горизонтальной, так и вертикальной оси

Рис 4.7 Схема выверки оптическим методом авторефлексии
При проверке отклонения от соосности на наружное кольцо подшипника устанавливают по уровню приспособление с зеркалом. Наблюдатель (геодезист) поворачивает зеркало 12 относительно горизонтальной и вертикальной осей до фиксации совпадения отраженного изображения 8 марки-насадки 3 с перекрестием сетки нитей 9 трубы теодолита 11 По нониусу лимба определяют угловую величину перекоса, согласно которой проводят разворот корпуса опоры, после этого выполняют повторную проверку, результаты которой заносят в формуляр на установку вала
Монтаж централизованных систем смазывания
Монтаж централизованных систем смазывания - трудоемкая работа Трудоемкость монтажа систем смазывания составляет 20
50 % трудовых затрат на монтаж основного оборудования, в то время как масса систем смазывания составляет 1,7 - 7.2% массы основного оборудования.
Монтаж систем смазывания - это в основном работы по прокладке трубопроводов. Монтаж трубопроводов систем смазывания включает операции травления, продувки, пневматического испытания и промывки, а иногда разборки и вторичного монтажа.
Монтаж систем смазывания можно разделить на три этапа;
установка оборудования станции и обвязка его коммуникациями в пределах маслоподвала;
прокладка магистральных трубопроводов;
монтаж отводов от них и разводка маслопроводов по машинам.
Работы необходимо выполнять одновременно в нескольких местах и в первую очередь в маслоподвалах, каналах и туннелях, т.е там, где они не зависят от монтажа основного оборудования
Для обеспечения высокой надежности систем смазывания в эксплуатации необходимо при монтаже выполнить следующие основные требования:
все аппараты и устройства должны быть расконсервированы и предварительно испытаны;
гидравлическую часть аппаратов систем необходимо надежно защитить от пыли и посторонних включений;
перед монтажом трубопроводов их внутренние поверхности должны быть очищены, промыты и высушены;
смазочный материал перед заправкой необходимо тщательно отфильтровать, класс частоты - не ниже четырнадцатого по ГОСТ 17216 - 71;
установку аппаратов и устройств систем производить в строгом соответствии с монтажными чертежами, принципиальной схемы системы и паспортами (руководствами по эксплуатации) аппаратов и устройств;
окончательную затяжку накидных гаек трубопроводов производить после заправки системы смазочным материалом и полного удаления воздуха из гидравлических магистралей системы
Подготовка к пуску смазочной системы в общем случае включает заправку резервуаров и трубопроводов системы смазочным материалом, наладку аппаратов и устройств для обеспечения функционирования системы на заданных режимах, проведение приемосдаточных испытаний
Заправку резервуаров производят через заливные горловины и заправочные штуцера, снабженные фильтрами Во избежание попадания воздуха в магистраль, полное опорожнение резервуаров не допускается. Основную трудность при заправке системы смазочным материалом представляет удаление воздуха из гидравлических магистралей Наличие воздушных включений в магистралях резко снижает стабильность подачи смазочного материала, особенно в тех системах, в которых объем смазочного материала в магистралях на много (в 100 раз и более) превышает объем подачи.
Заправку трубопроводов и распределительной аппаратуры последовательных систем следует производить в таком порядке:
отсоединить трубопроводы от смазочной станции, питателей и штуцеров для ввода смазочного материала в точки;
включить смазочную станцию и после появления смазочного материала без воздушных пузырьков на выходе из станции подключить трубопровод;
заполнить смазочным материалом трубопровод от станции до центрального питателя, подсоединить трубопровод к питателю;
продолжая нагнетать смазочный материал, добиться его появления без воздушных пузырьков из отводов центрального питания, подсоединить к отводам питателя;
аналогично прокачать вторичные питатели и трубопроводы, соединяющие отводы питателей со штуцерами для ввода смазочного материала в точки и питатели между собой;
надежно затянуть все соединения трубопроводов во избежание утечек смазочного материала.
Для заполнения смазочным материалом систем с большим объемом гидравлических магистралей (при небольшой подаче штатной смазочной станции) необходимо применять высокопроизводительные заправочные станции с подключением их через тройник с обратным клапаном.
После окончания настройки и регулирования всех элементов смазочной системы необходимо включить систему на некоторое время для прокачки и выхода на рабочий режим, а также провести испытания.
При приемо-сдаточных испытаниях наиболее важно проверить подачу смазочного материала в каждую точку, номинальное давление в системе и работу системы контроля и сигнализации.
Байхельт Ф., Фринкен П Надежность и техническое обслуживание Математический подход: Пер с нем. М. Радио и связь, 1985.
Белевский Л.С.. Жиркин Ю.В., Анцупов В.П. Основы триботехники и методы упрочения деталей металлургического оборудования: Учеб пособие. Магнитогорск: МГМИ, 1989 94 с.
Временное положение о техническом обслуживании и ремонтах (ТО и Р) механического оборудования предприятий системы Министерства черной металлургии СССР Тула. 1983, 389 с
Гребеник В.М., Цапко В.К. Надежность металлургического оборудования (оценка эксплуатационной надежности): Справочник М: Металлургия, 1980. 344 с.
Гребеник В.М., Гордиенко А.В., Цапко В.К. Повышение надежности металлургического оборудования: Справочник. М Металлургия, 1988. 688 с.
Жиркин Ю.В. Сборник задач и упражнений по курсу «Надежность, ремонт и монтаж металлургических машин» Учеб пособие Свердповск. УПИ. 1986 85 с.
7 Жиркин Ю.В Надежность металлургических машин 4 1 Основы теории надежности: Учеб пособие Магнитогорск МГМИ, 1994 52 с
Жиркин Ю.В Надежность металлургических машин 4.2 Эксплуатационная надежность Оценивание показатепей безотказности Учеб пособие Магнитогорск: МГМА, 1995 60 с.
Жиркин Ю.В. Надежность металлургических машин. Ч.З Техническое обслуживание и ремонт Учеб пособие Магнитогорск МГМА, 1996 60 с
Жиркин Ю.В К расчету осевых усилий в валковой системе прокатных клетей кварто II Изв вузов Черная металлургия. 1981 №10. С 156-158
Жиркин Ю.В. Технология и особенности монтажа металлургических машин. Свердловск: УПИ, 1985 90 с.
Жиркин Ю.В Надежность, эксплуатация, техническое обслуживание и ремонт металлургических машин. Магнитогорск МГТУ. 1998 331 с
Капур К.. Ламберсон Л Надежность и проектирование систем Пер. с англ. М Мир, 1980 604 с.
Надежность и эффективность в технике: Справочник В 10 т./ Ред. совет В.С Авдуевский (пред.) идр М Машиностроение, 1987 Т.2 Математические методы в теории надежности и эф-
фективности / Под ред. Б.В. Гнеденко. 260 с.
Надежность и эффективность в технике: Справочник: В 10 т./ Ред. совет ВС Авдуевский (пред.) и др. М. Машиностроение, 1989. Т б. Эксплуатация и ремонт / Под ред. В. И. Кузнецова и К.Ю. Барзиловича. 320 с.
Надежность машиностроительной продукции: Практическое руководство по нормированию, подтверждению и обеспечению М.: Изд-во стандартов, 1990 328 с.
Надежность технических систем: Справочник / Ю.К. Беляев, В.Н Богатырев, В.В. Блотин и др., Под ред. И.А. Ушакова М. Радио и связь, 1985 608 с.
Орлов П.И. Основы конструирования: Справочно-методическое пособие: В 2 кнJ Под ред. П.Н Усачева. 3-е изд., испр М. Машиностроение, 1985. 544 с.
Проников А.С Надежность машин. М. Машиностроение, 1978. 542 с.
Трение, изнашивание и смазка: Справочник: В 2 кн./ Под ред. И.В.Крагельского, В.В. Алисина. М.. Машиностроение, 1978 Кн. 1. 400 с.
Труды международной конференции по ремонту и техническому обслуживанию."JCOMS - 96" Австралия.Мельбурн.1996.
Приложение А
ОЦЕНИВАНИЕ ПОКАЗАТЕЛЕЙ НАДЁЖНОСТИ
Глава 1. Определение параметров планов испытаний
Для выбранного плана испытаний необходимо установить объём выборки N, который определяет точность и достоверность оценки оцениваемого параметра распределения или показателя надёжности.
Необходимый объём выборки для оценки средней наработки до отказа может быть определён по следующим формулам в случаях
экспоненциального распределения (Ь=1). распределения Вейбулла
TOC \o "1-5" \h \z — = ^5 + \)ь(планы|NUN|и(NUzl);(11)
Xl-q(2Nj
^=(5+ 1)ь; r=v*N (план [Nur]);(1.2)
Xo-fUr
нормального распределения.
УГЛМ; _ 5(планы |NUN| и |NUz|);(1.3)
у/N v
tq;( |—1)5
j=— =—; r=v*N(rmaH[Nur]);(1.4)
Vr V
логарифмически нормального распределения:
/ \2
N=
//t(v2+i) [l + 0.5/n(v2 + l)J (план[МиМ]) (1.5)
Здесь v - степень цензурирования;
tq- квантиль распределения Стьюдента (табл 4, прил.
Б);квантиль нормального распределения (табл 3,
прил Б);
v - коэффициент вариации;
6 - относительная ошибка.
При выборе значений 5, q и v можно пользоваться нижеследующими рекомендациями.
5q
Изделие в целом0,15 - 0,200,80 - 0,90
Базовая деталь0,10 - 0,150,90 - 0,95
Детали, обеспечивающие
безопасность изделия0,050,95 - 0,99
Рекомендации по выбору значения коэффициента вариации v Необходимость проведения капитального ремонта 0,3 - 0,6 Предельный износ0,3-0,4
Разрушение
обусловленное сочетанием износа,
усталости, коррозии0,3 - 0,4
от усталости при изгибе, кручении0,3 - 0,5
крепёжных соединений0,7 - 0,8
от контактной усталости0.6 - 0,7
Объём выборки при плане [NUN] может быть найден для;
нормального распределения по графикам на рис. 1 1 и рис.
1.2;экспоненциального распределения по табл. 1.9;
распределения Вейбулла по табл. 1 1 - 1.3;
логарифмически нормального распределения по табл 1.8.
В случае экспоненциального распределения можно найти продолжительность испытаний по следующим зависимостям:
при плане |NUTJ:
TaTCp^n 1.781N;(1.6)
при плане |NUz|:
Т=——(л 1.7 в iN •п=-*<17>
Л + цц х
где X- интенсивность отказов; т- средняя наработка до цензурирования.

Рис 11 Номограмма по определению числа объектов испытания N при плане [NUN] и нормальном распределении для оценки среднего

Рис. 12 Номограмма по определению числа объектов испытаний N при плане [NUN], нормальном распределении и ограниченном объеме совокупности М для оценки среднего
При плане (NUT| для заданного объёма выборки N определяется продолжительностью испытаний Т из выражения:
Т= Тср х,(1.8)
где х - относительная продолжительность испытаний в долях средней наработки до отказа;
Тср - ориентировочное значение оцениваемой средней наработки до отказа
Значения х определяют по формулам:
для нормального распределения
(1.9)
x = 1-mvv; у = —■
Nдля экспоненциального распределения (Ь=1) и распределения Вейбулла
Уь
In
(1 10)
X -
i+i Ь)где и v - квантиль нормального распределения уровня v;
N - заданный объём выборки;
г - прогнозируемое число отказов (предельных состояний), определяемое по рис 1 1 и 1.2 и табл. 1 1 — 1.9;
Ь - параметр формы распределения Вейбулла;
V = •
N
(1 11)
где г- прогнозируемое число отказов, определяемое по табл 1.9
при плане |NMT|:
Число объемов испытаний N при плане [NUN] и распределении Вейбулла при планировании по предельной относительной ошибке
5 q N при v
0,4 0,5 0.6 0,7 0,8 0.9 1,0
0.10 0.80 13 25 32 50 50 65 100
0.90 32 50 65 100 125 150 200
0,15 0.80 6 10 15 20 25 32 40
0,90 15 25 32 40 65 80 80
0,20 0,80 5 8 10 15 20 20 25
0,90 10 15 20 32 40 40 50
Таблица 1.2
Число объектов испытаний N при плане [NUN] и распределении Вейбулла при планировании по нижней доверительной границе
5 1
q 2.7 2.1 17 1.45 1 26 1.1 1
0,10 0,80 6 10 17 24 33 45 57
0,90 16 28 45 63 85 115 139
0,15 0,80 2 3 6 9 12 18 21
0.90 6 11 17 25 33 45 55
0.20 0.80 1 1 3 4 6 8 10
0,90 3 5 8 12 17 22 28
Таблица 1.3
Число объектов испытаний N при плане [NUN] и М = 10 для распределения Вейбулла
5 q М при v
0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0
0,10 0,80 3 4 5 6 6 7 7
0,90 5 6 7 7 7 8 8
0,15 0,80 2 2 3 4 4 5 5
0,90 3 4 5 6 6 7 7
0,20 0,80 1 1 2 2 3 3 4
0,90 2 3 3 4 5 5 6
Число объектов испытаний N при плане [NUN] и М = 20 для распределения Вейбулла
6 q N при v
0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0
0.10 0.80 4 6 8 9 10 12 13
0,90 8 10 12 13 14 15 15
0,15 0,80 2 2 4 5 6 8 8
0,90 4 6 8 9 10 11 12
0.20 0,80 1 1 2 3 5 5 5
0,90 2 4 5 6 8 8 9
Таблица 1.5
Число объектов испытаний N при плане [NUN] и М = 30 для распределения Вейбулла.
£ а N при v
О м 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0
0,10 0,80 5 7 9 11 13 15 17
0,90 9 13 16 18 19 21 22
0.15 0,80 2 2 4 6 7 10 10
0,90 5 7 9 12 13 15 16
0,20 0,80 1 3 3 3 5 5 6
0.90 2 4 6 7 9 10 12
Таблица 1.6
Число объектов испытаний N при плане [NUN] и М = 40 для распределения Вейбулла
а N при v
О ч 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0
0,10 0,80 5 7 11 13 16 18 21
0,90 10 15 19 22 24 26 27
0,15 0,80 2 3 5 7 8 11 12
0,90 5 8 11 14 16 18 20
0,20 0,80 1 1 3 4 5 6 7
0,90 3 4 6 8 10 12 14
Число объектов испытаний N при плане [NUN] и М = 50 для распределения Вейбулла
5 q SJ при v
0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0
о.ю 0.80 5 8 11 14 17 21 24
0,90 11 16 21 25 28 31 33
0.15 0.80 2 3 5 7 9 12 13
0.90 5 8 12 15 17 21 22
0,20 0,80 1 1 3 4 5 6 7
0.90 3 4 6 9 11 13 16
Таблица 1.8
Число объектов испытаний N при плане [NUN] и логарифмически нормальном распределении
6 q М при v
0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0
0,10 0,80 10 20 25 32 40 50 65
0,90 25 40 65 80 100 125 150
0,15 0,80 5 8 10 15 20 25 32
0,90 13 20 25 40 50 50 65
0,20 0,80 3 4 6 8 10 15 20
0,90 6 10 15 20 25 32 40
Таблица 1.9
Число отказов г в N испытаниях для планов [NMr] и [NMT]
5 г при q
0,50 0.80 0,90 0,95
0,05 8 331 684 1052
0,10 7 88 217 346
0,15 6 56 114 170
0,20 5 29 59 116
Пример 1 1
Определить необходимый объём выборки для комплекта вкладышей универсального шпинделя, чтобы с доверительной вероятностью q=0,9 ошибка при оценивании средней наработки до отказа не превышала 6=0,1
Решение
Принята система технического обслуживания, при которой комплект вкладышей заменяется при достижении шарниром максимально допустимой величины износа Следовательно, испытания шарнира шпинделя по определению средней наработки могут быть отнесены к плану |NUN| и допустимо предположение о принадлежности выборки по наработкам к нормальному распределению.
В соответствии с рекомендациями принимаем v=0,4 (предельный износ), а по графику (см.рис 1 1) находим N=25
Таким образом, для оценивания средней наработки до отказа с доверительной вероятностью q=0,9 и ошибкой 6=0,1 необходимо иметь данные о наработках не менее 25 комплектов вкладышей
Пример 1.2
При плане |NL'N| определить необходимый объём выборки для оценивания средней наработки до отказа шпинделя пинии привода валков q=0,9; 6=0,1 Известно, что выборка принадлежит распределению Вейбулла с коэффициентом вариации v=0.8 Предполагается, что общее число замен шпинделей за время эксплуатации линии привода валков не превысит 10 шт
Решение
Так как мы имеем ограниченный объем совокупности (10 шпиндепей), то по табл 3 находим N=7 шт
Таким образом, произвести оценивание средней наработки на отказ шпинделя линии привода валков с доверительной вероятностью q=0,9 и ошибкой 6=0,1 мы сможем, только имея данные о наработках до отказа 7 шпинделей
Пример 1.3.
При плане |NL'T| определить продолжительность испытаний карданного вала линии привода формирующего ролика моталки для оценивания средней наработки до отказа с доверительной вероятностью q=0,9 и ошибкой 5=0,1 Предположительно выборка принадлежит к распределению Вейбулла с параметром Ь=2 Ориентировочное значение средней наработки до отказа Тер =25 сут
Решение.
Из зависимости (1.8):
Т=ТСр Х=25 х 0.617=17,4 сут
По формуле (110) находим
г \r 1 «Г/чп

I In —
[ I, .У - г + 0.Э )_

50 + 0.5
Г(1 +1/2)
Принимаем N=50 шт в предположении, что такое количество замен будет произведено в течение трёх лет Тогда по табл 7 находим г=16
Но так как на испытания ставятся не все 50 карданных валов одновременно, а последовательно один за другим, то общая продолжительность испытания составит
Т 1=17,4 х 50= 870 суток или 2,4 года.
Если же осуществить оценивание с доверительной вероятностью q=0,8 и ошибкой 6=0,2 . то г=8 и Т=25х 0.469=11.7 сут.,
а общая продолжительность испытаний составит Г v=11.7 х 50=586 (сут) * 1.6 года.
ГЛАВА 2. ОЦЕНИВАНИЕ ПОКАЗАТЕЛЕЙ БЕЗОТКАЗНОСТИ 2.1 Оценивание показателей безотказности на основе
параметрических методов
Когда известен вид закона распределения наработки до отказа. то точечное и интервальное оценивание показателей безотказности осуществляется по нижеприведенным формулам в зависимости от вида распределения
Экспоненциальное распределение
Точечное оценивание
средняя наработка
(2.1)

д
где А, - точечная оценка параметра экспоненциального распределения;
(2.3)
-3672840-500380- интенсивность отказов
АА
А*•
Р (t )= е
- вероятность безотказной работы
(24)
Определение нижней доверительной границы (НДГ) средней наработки и гамма-процентной наработки при плане |!NUN|

Xq;2N
(25)

(26)
при плане [NUT| при плане |NUz|
N=r;
(N 1 )=N

Пример 2.1
При проведении исследований на надёжность карданного вала формирующего ролика моталки были получены следующие значения наработок в сутках 1. 4. 26. 5, 15, 5. 8, 3, 12, 5. Найти точечные и интервальные оценки показателей безотказности в случае экспоненциального распределения
Решение.
Используя формулы (2 1) и (2.3), найдем точечные оценки
для:
средней наработки до отказа

гамма-процентной наработки для у=0,8
1/ I/ О. «ЛГ
Используя формулы (2.5), (2.6), найдём НДГ для:
средней наработки до отказа для q =0.8
Г =Т 2( 'У ~ - = 9.35-2П 0 - и / 25.03 = 6.72 сут.,
Xq.2Nзначение квантили ^'4;n находим из табл 5, прил Б;
гамма-процентной наработки для (у=0,8, q =0,8 )
т^т (пуг=б.пъ>у0Я-исутXу; IX
То есть истинное значение средней наработки до отказа при доверительной вероятности q=0,8 не ниже 6,72 сут
И если мы хотим обеспечить безопасную работу с вероятностью у=0,8. то необходимо осуществлять замену карданного вала через 1.5 сут либо иметь к этому моменту времени карданный вал, готовый к замене
С другой стороны, такие значения показателей безотказности характеризуют крайне низкий уровень надёжности и требуется разработка технических решений по увеличению средней наработки до отказа
Нормальное распределение Точечное оценивание
средняя наработка
Л А
Т = /J ,(2.7)
гамма-процентная наработка
Ту - jx-UyG,(2.8)где иу - значение квантили «и»порядка у ,
интенсивность отказов
вероятность безотказной работы
( • \
p(t)=o .
V а у
где значение квантили “и" порядка у - из табл 3. прил Б. значение функции cp(z) - из табл 2, прил Б; значение функции Лапласа Ф(г) - из табл 1. прил Б
Определение нижней доверительной границы (НДГ) средней наработки до отказа и гамма-процентной наработки при плане |NL) N|:
-26854153459480а
Т =T-t
(2 11)

(212)
где tq (г_1) -квантиль распределения Стьюдента (табл 4, прил Б);
Ц q г -коэффициент, значения которого приведены а табл 9, прил Б,
r=N;

при плане [NUN |
при плане |NUz|
Пример 2.2
При проведении испытаний на надёжность карданного вала формирующего ролика моталки по плану |NLz| было зафиксиро-
вано 4 плановых и 10 аварийных замен и получены следующие наработки после упорядочения исходной выборки 4*. 5, 6*. 7. 8, 9,
10, 10*. 12,12, 12*. 15. 21 (звездочкой обозначены наработки до цензурирования). Найти точечные и интервальные оценки показателей безотказности, если известно, что выборка описывается нормальным распределением.
Решение:
В соответствии с зависимостями (2.7)-(2.10) получим точечные оценки:
средняя наработка до отказа
T = ]i = l0 сут.
гамма-процентная наработка для у=0.8.
7q£ = fr- «о.8^ = 10 _ 0.85-3 = 7.45 сут,
значение квантили uo.e находим из табл. 3, прил. Б;
интенсивность отказов для t=7 сут
I'tilд )_<р(I) 0,242
= 0.096;
Л( t-1 )=■
3ф(\) 3*0,841
данвероятность безотказной работы для t=7 сут
Р(1) = фрГ* j +j + 0,5 = 0,841Значение функции <p(z) находим из табл. 2, значение функции Лапласа Ф(г) из табл. 1, прил. Б.
Найдём НДГ средней наработки до отказа и гаммапроцентной наработки по зависимостям (2.11), (2 12) план |NUz|, q =0.9.7=0,75.
А
— ^ — ^o.9:iю-|Г I = 10 —1,372х .— — 8,9 сут;VrV10» »
тг — Т—k0.7S.0.9:to -о = Ю-1,671 х3 = 5,0 сут.Логарифмически нормальное распределение Точечное оценивание:
средняя наработка
т°
Т = схр |i + —
гамма-процентная наработка
Ту=ехр(р-и, сг);(2.14)
интенсивность отказов
■№гНвероятность безотказной работы
i<0=JjL^Eij*0,5.(2.16)
Находятся значение квантили из табл. 3, прил. Б, функция <р(/) из табл. 2, прил. Б; функция <I>(z) из табл. 1, прил. Б.
Определение нижней доверительной границы (НДГ) средней наработки до отказа и гамма-процентной наработки при плане |Nli N|:
(2-17)
T,=T-k,,!N о.(218)
где tq; (N-i) - квантиль распределения Стьюдента (табл. 4, прил. Б);
k,. q N - коэффициеж. значения которого приведены в табл. 9, прил. Б;
при плане INUTJN=r
при плане |NUz|N = r = N[l-P(t()].
Распределение Вейбулла Точечное оценивание:
средняя наработка
*
Т = а Г
(2.20)
(2.21)
гамма-процентная наработка
1289050146050интенсивность отказов
X(t) = b
[2.22)
вероятность безотказной работы
Р(t) = схр
где а и b - оценки параметров распределения Вейбулла. Значения Г(х) берут из табл. б.прил Б Определение нижней доверительной границы (НДГ) средней наработки до отказа и гамма-процентной наработки при планах |N UN|. |NUT|
1 = 71 \-€ИХ Л'>15;
л
7^ = Гу(|-4);*>15.
9906000(2.23)
(224)
(2.25)
(2.26)
,N515;
,N<15;

где vq, v\ * квантили распределения V - статистики, определяемой из табл 8, прил Б. При определении значений v4, vTq для
*
плана [NUz| следует полагать, что г =N[1-P(t,)],
£H=f(v.q.N) - определяется из табл. 10,11. прил Б; v - коэффициент вариации для распределения Вейбулла. определяемый по зависимости:

у= Г I +
V
/
(2-27)
Пример 2.3.
При испытаниях на надёжность 12-й секции транспортного рольганга была получена выборка по наработкам в сутках, которая после упорядочения приняла следующий вид: 24, 30* 42, 48, 60* 70, 75. 78. 84. 90*. 90*, и после статистической обработки были получены оценки параметров распределения Вейбулла
а = 74,b = 2,5 Звёздочкой отмечены наработки до цензурирования Найти точечные и интервальные оценки показателей безотказности секции транспортного рольганга.
Решение
Находим точечные оценки по формулам (2.19)-(2.22):
- средняя наработка до отказа

- гамма-процентная наработка для у=0,9
-136525076200Л
Уг. s
- интенсивность отказов для t=50 сут
= 30 сут;
Я Г 50) = Дг^- > 50( 2,5-1 i =0 019. 74
вероятность безотказной работы

Р (50) = exp
74,
= 0,687
Т =Техр
Т7 = схр
= 65,6 ехр
£п а-
= ехр
1200785359410Находим НДГ средней наработки до отказа и гаммапроцентной наработки по формулам (2.23), (2.24) для q =0,9, у=0,9
С^Ь53>7суг'=14сут
2,5,
Для нахождения квантили vq и vTq по табл. 8. прил Б при плане |NUz| необходимо найти значения г и P(t,) по формулам
, (2.29).
r=|N[l-P(tf)]|,
+ 1)]*
1.
Р(1()=П
1-
(N

Р(24)=[1 -1/(10+1 )]=0.909; Р(42)=0,909 х [1-1 /(8+1)]=0,808 Р(48)=0,808 х [1-1 /(7+1 )]=0,707 Р(70)=0,707 х [1-1 /(5+1)1=0,589 Р(75)=0,589 х [1-1 /(4+1)1=0,471 Р(78)=0,471 х[1-1/(3+1)1=0,353 Р(84)=0,353 х [1-1 /(2+1)1=0,235
г=| 11 х (1-0,235) |=| 8,4|=8.
= 0,5,
Тогда
0.9
vo9= 4,15

Пример 2.4.
При испытаниях по плану |NUz| на надёжность подшипника скольжения в механизме уравновешивания нижнего шпинделя линии привода валков была получена выборка по наработкам на отказ в сутках, которая после упорядочения приняла следующий вид:
5, 8, 9. 11. 15. 18. 21, 23, 24, 30*. 30*. 30*. 36. 41, 46. 56. 58. 70. 82 Звёздочкой отмечены наработки до цензурирования Известно, что наработки описываются распределением Вейбулла с парамет-
рами а = 35 и b = 1,2 Установить точечные и интервальные оценки показателей безотказности подшипника скольжения
Решение
Найдём точечные оценки по формулам (2 19), (2.20), (2.22). средняя наработка до отказа
Т = а Г
сут;
1+ / = 35 Г[ 1+— =35x0,94 = 32,9
< /ь >^значения Г(х) находят из табл. 6, прил Б;
гамма-процентная наработка для 7=0,8
Тт = а [£п \
ь _
= 35 х
-101473042545X*
= 10 сут;
in -L) 0,8/вероятность безотказной работы для t=20 сут
1.1
Р(20) = ехр
= 0,6
схр
/ Л ь
v/.

Найдём НДГ средней наработки до отказа и гаммапроцентной наработки для у=0,8 при доверительной вероятности q =0,8 по формулам (2.25), (2.26), т.к. общее число наработок N=18
А
Т =Т(1-£Н) = 32,9 х (1-0,32)= 22,4 сут.
л
Тт =ТУ (l-£) = 10х(1-0,43) = 5,7сут
Для нахождения ен из табл. 10, прил. Б и е’н из табл 11, прил Б определён коэффициент вариации v по формуле (2.27).
Оценивание показателей безотказности на основе непараметрических методов
Оценку показателей безотказности можно получить и тогда, когда нам неизвестен вид закона распределения или известно, что распределение относится к классу возрастающей функции интенсивности отказов (ВФИ-распределение).
В этом случае оценивание осуществляют на основе непараметрических методов, одним из которых является метод множительной оценки показателей безотказности.
Начинают с вычисления функции распределения наработок непосредственно по упорядоченной статистической совокупности, в которой наработки до отказа и до цензурирования выстроены в порядке неубывания. Если значения наработки до цензурирования равны значениям наработки до отказа, то сначала указывается наработка до отказа, затем наработка до цензурирования
Для каждой наработки до отказа I) вычисляют оценки вероятности безотказной работы p(t ) и вероятность отказа Q(t )
Вычисления при планах [NUN|, |NUT| производят по формулам:
-30327604468495N >10,
-3039110140335N <10,
при плане |NUz| по формуле

(2.28)
(2.29)
где N, - число работоспособных изделий после отказа при наработке t„
Точечное оценивание осуществляют по нижеследующим формулам:
средняя наработка до отказа
т = X* [AQ(t,ZN.(2.31)
где zv =max(tr, тг) - наработка до отказа; т„ - наработка до цензурирования;
ЛА
AQ(t,) = Q(t,)-Q(t,_,), 10 = 0;(2.32)
гамма-процентная наработка
Т(ЬУНОО^)AQ(t.)1(2.33)
ЛА
Q(t,_,)<( 1-у ) < Q(t,)i t0 = 0 ,
вероятность безотказной работы
. t.-t
Ч-*м(2.34)
f,., <t<tn r£rf, t0 =0; Г = й.
Определение НДГ средней наработки до отказа осуществляется по формуле:
1-т-ы, Д£доЦ,(-г(2.35)
Распределения с возрастающей функцией интенсивности отказов (ВФИ- распределения)
Точечное оценивание средней наработки до отказа в случае ВФИ- распределения производят по приближённой формуле:
Т- 2~у у . Гу(2.36)
2tn 1
где Т, - точечная оценка гамма-процентной наработки до отказа при 0,368<у*0,6;
Т, - вычисляется по формуле (2.33).
2845435426720
где к - наибольшее число, при котором
Определение ИДГ средней наработки до отказа осуществляется по формуле:


S* - суммарная наработка до к-го отказа
(2.38)
(2.39)
(2.40)
Пример 2.5.
Имеется упорядоченная статистическая совокупность по наработкам карданного вала формирующего ролика 4*. 5, 6*. 7. 8, 9,
10, 10*. 12, 12, 12*, 15, 21 (звездочкой обозначены наработки до цензурирования). Найти точечные оценки вероятности безотказной работы для наработки t=9 сут. точечную и НДГ средней наработки до отказа для q=0,9.
Решение
Найдём точечную оценку средней наработки до отказа по формулам (2.29) - (2.32).
Q(5)=1/13=0,077;Q(7)=2/12=0,167;Q(8)=3/12=0,25;
Q(9)=4/12=0,333;Q(9)=5/12=0,417;Q(10)=6/12=0,5;
Q(12)=7/11=0,636;Q(12)=8/11=0,729;Q(15)=9/10=0,9;
A
T=5 x (0.077-0)+7 x (0,167-0,077)+8 x (0,25-0,167)+9 x (0,333- 0,25)+9 x (0,417-0,333)+10 x (0,5-0,417)+12 x (0,636-0,5)+12 x (0,729- 0,636)+15 x (0,9-0,729)+21 x (1-0,9)=11,4 сут
Нижнюю доверительную границу НДГ средней наработки найдём по формуле (2.35).
57-6

(0,6)г+0.093 х (0,6)2+0,171 х (3,6)г+0.1 х (9,6)г=17
Найдём точечную оценку вероятности безотказной работы для наработки
t=7 сут и t-б сут по формуле (2.29)
4235451718310
По формуле (2.34) найдём
Р(6) = 0,755 х+ 0,923 х= 0,839
57-5
Сравнивая полученные значения Т и Т с оценками, полученными в прим 2.2. видим, что оценки средней наработки до отказа попучаются несколько завышенными, а оценка вероятности безотказной работы - заниженной
То есть отсутствие информации о законе распределения наработок до отказа снижает точность получаемых оценок.
Пример 2.6
По условиям прим. 2.5. если известно, что мы имеем дело с ВФИ-распределением, найти точечные и НДГ оценки средней наработки до отказа и гамма-процентной наработки
Решение.
Найдём точечную оценку средней наработки до отказа Точечная оценка средней наработки до отказа находится по формулам (2.31), (2.33) и получена в прим. 2.5 В случае ВФИ- распределения можно воспользоваться формулами (2.36), (2.33).

А
А
сут
Примем у=0,5, тогда Q(9)<1-0,5s Q(10) и
Найдём точечную оценку гамма-процентной наработки у=0,8 по формулам (2.33):
Q(t,_, )<1-0,80<Q(t,)Из прим 2.5:
Q(t„,)=Q(7)= 0,167.Q(t,)*Q(8)=0,25;To.»=7-t- (1~°^0)~0,167 x (8 - 7) = 7,87 сут 0,038
НДГ средней наработки до отказа и гамма-процентной наработки находим по формулам (2.37) - (2.40).
Для вычисления Т полагаем у =0,5.
при к = 1 -“--=0,301>—=0,071,
Вычислим Т0 5 при q=0,9:
Хо .9:214
при К = 6- 20,5=0,075>0,071,
X 0.9; 12
при К =7 -^-^ = 0,066 <0,071
X 0,9; 14
Поэтому выбираем к =6, тогда суммарная наработка по формуле (2.40)
5
£ t,+(14-6) xt6 =38+ 8x10 = 118сут
I
S* US „
Т0, = —= — = 8,4 сут -И N 14
Следовательно, НДГ средней наработки до отказа по формуле (2.37)
Т =8,4уу— = 9,1 сут.2/”/0.5
По формуле (2.38) вычислим Т0,7з при q =0,9:
при К = 1 - -''-73 = 0,125 > — = 0,071,
Хо,9:2^
при К = 2 - - И 0,75 = 0,074 > 0,071;
Хо.9.4
при К = 3 - 20,75 =0,054 <0,071.
Хо,9; 6
Поэтому выбираем к =2
Тогда суммарная наработка
S2=t1+12t2=5+12 х 7=89 сут;
89
Т0.7,=-=6,36СУТ
14
ААА
Сравнивая полученные значения Т, Т ,То.» ,To.?i с результатами, полученными в прим 2.2 и 2.5, видим, что дополнительная информация о характере интенсивности отказов повышает точность получаемых оценок.
Оценивание показателей безотказности при испытании с измерением определяющего параметра (величины износа)
В ряде случаев условие работоспособности машины можно определить такими параметрами, как износ и "прочность - нагружение" Такие параметры называются определяющими параметрами (ОП).
Модели отказов, использующие определяющие параметры, называют параметрическими моделями надёжности, а надёжность изделий, оцениваемую на основе этих моделей, - параметрической надёжностью.
В этом случае оценка параметрической надёжности изделия возможна по результатам измерения определяющих параметров, не дожидаясь появления отказов изделия, и появляется возможность прогноза уровня его надёжности
Частными случаями моделей отказов, использующих определяющие параметры, являются модели отказов типа непревыше- ний (допусковые модели). Для этой модели условие работоспособности изделия имеет вид.
A={UeD); D=(U0,Ud),
где U - определяющий параметр (величина износа), рассматриваемый в некоторый критический момент времени на интервале [0,to] (to - заданная продолжительность функционирования изделия).
Запись A={UeD} означает, что мы имеем дело с событием А, заключающимся в том. что величина износа находится в допустимой области, ограниченной величиной допуска U0, заданной ТУ, и максимально допустимой величиной износа Ud.
Это так называемая статическая (допусковая) модель, в которой точечная оценка вероятности безотказной работы, принимая, что величина износа имеет нормальный закон распределения, находится по формуле
Р = Ф ^ h J + 0,5,(2.41)
А
где h - нормированный допуск
А
: ud -|!h = л- , еслиD=(U0,Ud).(2.42)
На рис. 2 1 представлена схема статической модели. Определение НДГ и ВДГ вероятности безотказной работы осуществляется по формулам:
Р = Ф(Ь)+0,5; Р = Ф(й)+0,5,*(2.43)
где Ф(Ь) - функция Лапласа, определяемая из табл. 1, прил. Б;
.*1-0,5И2
Ч~й-1 ;(244)/1 + 0,5 И2
b =.(2.45)
w.» *
где uq - квантиль порядка q, определяемая из табл. 3,
прил Б
Когда нет возможности производить измерения износа в отдельные моменты времени на интервале наблюдений 1,=[0, т ]<[0. t0], то в этом случае при проведении испытаний осуществляют подсчёт числа тех реализаций из их общего числа N,
которые на промежутке 1, вышли за допуск [U], назначенный ТУ. или за некоторый контрольный, более жёсткий допуск [I]'
2222500Рис.2 1 Статическая (допусковая) модель отказов Считая случайный процесс изнашивания гауссовским со
АА
средним значением ц и дисперсией а, а значение [U] допуска (в
допустимой области D=(U0[U]) на U(t) ) достаточно высоким, так, что поток выбросов U(t) за уровень [U] можно считать пуассонов- ским. тогда вероятность безотказной работы P(t0) на промежутке [ О, to] можно представить в виде
\,
I..
'о©
(2-46)
Р( 10) = ехр
1
Л У
271
I i1
-ехр
2 V

где
Л =
запас определяющего параметра U(t) по
ми)отношению к допуску на него; ст
V = — - коэффициент вариации, известный на основе И
предварительных испытаний;
а
самого процесса изнашивания U(t) (предполагается априори известной).
Для получения точечных и интервальных оценок вероятности безотказной работы воспользуемся биноминальным пианом испытаний, при котором на испытания будут поставлены N образцов изделий в течение времени ^=[0, to], ti< t0 и зафиксировано d, отказавших образцов.
При этом отказом изделия за промежуток ti считается выход ОП (U (t) - величина износа) не за допустимый уровень [U], а за ужесточённый уровень [U]', когда [U] >[U]' Показатель Xi=[U]/[U]' называется коэффициентом "ужесточения” испытаний в момент tv
Контроль работоспособности машины производим в единственный момент времени t i(t i< t0), например в момент профилактики
Коэффициент "ужесточения" х1 назначают из таких соображений, чтобы, как правило, имел место исход испытаний d ,=0
633730341630Имея данные N-i и d , на момент t=t1( находим точечную оценку
(2.47)
Для наиболее частого случая, когда d 1=0:
(2.48)
P,=l; Р, —(1—у)
Затем определяют точечную оценку вероятности безотказ-
А
234950259080ной работы Р (t0,t, ) по формуле
(2.49)
502920176530и НДГ вероятности безотказной работы
(2.50)
где
0.51
Л| -
2 tn
- v
^2n(nP\
/
1 - V 2 tn
» V
2к (п( т. 1 )
V—!— /
Л| =
0.51
0'i
(2.52)

Коэффициент вариации v и параметр 0 оцениваются на основании априорных данных
Пример 2.7
Величина зазора U в шарнире универсального шпинделя на вкладышах скольжения по ТУ должна удовлетворять требованию [ U]>U, где [И]=7 мм (допустимая величина зазора) в течение наработки t0. По результатам испытаний N=4 шарниров универсальных шпинделей были получены следующие результаты по измерению зазора, мм: 5,4; 6,0; 6,2; 6,4 Требуется оценить вероятность безотказной работы шарнира универсального шпинделя за наработку td =30 сут (межремонтный период), если распределение L'(t) принять нормальным
Решение.
Находим оценки параметров ц, ст и h по формуле (2.42).
ААА
|!=6; а =0,6; h =1,667
По формуле (2.41) с использованием табл 1, прил Б находим точечную оценку вероятности безотказной работы
А
Р =Ф(1,667)+0,5=0,951
По формуле (2.43) и (2.44) находим НДГ вероятности безотказной работы q=0,9.
= 0,525,
U7^l+~1,6672)h = 1,667-4-1Р = Ф (0,525)+ 0,5 = 0,7.zoo
ГЛАВА 3. ОЦЕНИВАНИЕ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ДОЛГОВЕЧНОСТИ
Модели оценивания
Для характеристики долговечности объекта используются показатели, рассмотренные в гл.2 части I.
Для условий эксплуатации металлургических машин наиболее приемлемым является средний ресурс Т Средний ресурс - это математическое ожидание ресурса, т.е наработки объекта от начала его эксплуатации или её возобновления после капитального ремонта до перехода в предельное состояние
При решении вопроса о плановой замене важное значение приобретает знание среднего остаточного ресурса Т(т), где г - наработка, после которой производится оценка данного показателя
Оценивание среднего ресурса по результатам испытаний может быть сведено к оцениванию функции надёжности, т.е к вероятности безотказной работы (ВБР) - P(t)
T=JP(t)dt
о
Однако в ряде случаев, широко распространённых на практике. можно получить готовые выражения для оценки среднего ресурса непосредственно - без испопьзования функции надёжности.
Исходными данными для оценки показателей долговечности изделия являются результаты испытаний (наблюдений) N образцов изделия
В общем случае результаты таких испытаний представляются в виде:
выборочных значений наработки до предельного состояния (отказа), г
*-»» *2» Л!
выборочных значений наработки до цензурирования, п
причём N = г ♦ п.
. Планы испытаний рассмотрены в гл. 8 части I, раздел 1 > Наиболее распространёнными являются планы [NUN] и [NUzj.
По исходным результатам испытаний с числом возможной априорной информации о виде и характере закона распределения
наработки до отказа находятся точечная оценка Т ресурса и его доверительные границы на основе параметрической модели оценивания.
Параметрические модели оценивания были рассмотрены в гл.2 прил.А.
Оценивание среднего ресурса возможно и в том случае, если известна функция распределения определяющего параметра (например, функция изменения величины износа с течением времени).
Если же о функции распределения ничего не известно (кроме её непрерывности) или известна её принадлежность к некоторому непараметрическому классу распределений (ВФИ- распределение), то используются непараметрические модели оценивания.
Непараметрические модели оценивания
В том случае, когда нет априорной информации о виде закона распределения ресурса, а объём имеющихся данных не позволяет достаточно обоснованно выбрать какое-либо параметрическое семейство распределений, используются непараметрические модели оценивания показателей долговечности.
Различают непараметрические модели оценивания общего вида, справедливые для произвольных функций распределения ресурса, и непараметрические модели частного вида, когда функция распределения ресурса принадлежит к ВФИ или ВСФИ- распределениям (см. гл 4. 6 части I).
Анализ отказов металлургического оборудования показывает, что наработки до отказа (на отказ) деталей и узлов, как правило, описываются распределениями с возрастающей функцией интенсивности отказов (ВФИ - распредепения). В этом случае точечные оценки среднего ресурса Т можно попучить, используя следующие статистики:
542290176530для ппана [NUNJ(3.1)
где t| i-й член вариационного ряда из наработок;
для ппана [NUzl

N 2N + 1
2 ) т =
2
если: 1) N-чётное число; 2) N-нечётное число.
Нижняя доверительная граница (НДГ) оценки среднего ресурса для плана [NUN):
7>Г-^,,3.3,
Л *
ат
для плана в случае ВФИ-распределения
Т.*'"/тПример 3.1
По результатам наблюдений за работой карданного вала 4- го формирующего ролика моталки были зафиксированы следующие наработки, сут 98, 85. 68, 40. 74, 90. 20. 19, 31. 26, 26. 24 Найти оценку среднего ресурса и его НДГ при q=0.9.
Решение.
Так как наблюдения проводились по плану [NUN], то воспользуемся зависимостями (3.1), (3.3), (3.4).
12
T = J2Сут
30 4
Го, 9 = 50-1, 28 -JJJ = 38 8 Сут
и 0,9=1.28 из табл. 3, прил. Б.
12
0T=\ — 1(ti-50) =30.4 сут
Оценивание среднего ресурса на основании информации о
величине износа
В некоторых случаях, когда возможен контроль величины износа, появляется возможность прогнозировать величину среднего ресурса издепия, не дожидаясь появления отказа изделия.
TOC \o "1-5" \h \z Известно, что величину износа "U" можно описать функцией U=U0-Hft,(3.6)
где и0 - начальный зазор в паре трения ,
It - скорость изнашивания
ААА
Оценкой параметров U.U0, It являются ц , ц,, ц соответ
ственно, тогда
А А АА 2 А 2 А 2
H = H, + H2t,a =CTi -Юг t2(3.7)
и точечная оценка среднего ресурса Т
15970253175(3.8)
т-([игде [U] предельно допустимая величина износа
ААНахождение оценок ц, и ц, будет зависеть от методики
проведения измерений величины износа.
По первой методике замеры зазора в узле трения или размера изнашиваемой детали производятся для N объектов в начальный момент времени t=0 и через заданный момент времени t= ti
По второй методике замеры зазора в узле трения или размеры изнашиваемой детали производятся для N объектов в начальный момент времени и через определённые заданные промежутки времени ti,t2 t,, где I- число замеров
Вторая методика даёт более точные значения среднего ресурса, но существенно усложняются расчёты.
При использовании первой методики для получения точеч-
А*
ной оценки среднего ресурса т значение ц2 (оценки математического ожидания скорости изнашивания) находят из зависимости
(3.7).Нижняя доверительная граница (НДГ) среднего ресурса Т
находится из соотношения:
Л
Тл= **', ■(39)
Рг+ия
где о2 - из зависимости (3.7).
Необходимо отметить, что соотношение (3.9) даёт несколько завышенные (но несущественные для условий эксплуатации металлургического оборудования) значения НДГ среднего ресурса, так как оно получено для условия неизменности начального зазора
Более точные значения НДГ среднего ресурса можно получить при использовании второй методики, производя несколько замеров в заданные моменты времени, тогда:
А
т^=_1НЬц_.(З.ю)|12+гл/0 ст
4-0.5
гдеz = ич -| ——
“l
N 2 v-N)
v = N • £ - 2,N - число объектов, в которых производятся замеры;
£ - число замеров на одном объекте;
uq- квантиль нормального распределения для доверительной вероятности q
ЛА
Точечные оценки ц,, II, и а определяются по методике, рассмотренной в прим. 3.3.
л
Точечная оценка гамма-процентной наработки Тт находится из зависимости (3.10) для z = иа
НДГ гамма-процентной наработки Tfq находится также из зависимости (3.10) при
и„
1Ч-
2v
(2Y'Г.22N 2v 2v N
Пример 3.2.
Измерения зазора в шарнире универсального шпинделя слябинга 1150 в начальный момент времени и через 20 суток на трёх комплектах вкладышей дали следующие результаты: [1,1 мм, 4,7 мм], [1,0 мм, 4,3 мм], [0,9 мм, 4,0 мм]. Найти точечную оценку среднего срока службы и его НДГ при доверительной вероятности q=0,9 , если допустимая величина износа |U|=15 мм.
Решение
Значение точечной оценки среднего срока службы находим из зависимости (3.8)
т-[и1~ц‘- 15~1,0
А 1 6,6 1 о" 2^л
1,1+1,0+0,9 Hi == 1.' мм.
4,7*4,3+4.0 ^20“~=4-3-’мм
4,33-1,0-2
М-2 ~~-16.61°мм/сут
20
НДГ среднего срока службы по зависимости (3.9):
Г . И-Ь..=74.3сут16,610*2+1.28* 1,75 *10'2
А*
Ц2+М, О!
А 2
, <У -<5\0.123-0.01
а;=;—=:—«3.05-ю,
V 20 g2=1.75-1 0 2
А
о,=—*^- = 0,01-
N-1
Изо
а, =—^^- = 0,123;
N-\
uq = wog = 1.28 (из табл. 3, прил. Б).
Пример 3.3-
Измерения зазора в шарнире универсального шпинделя в начальный момент времени, через 14. 28 сут на трёх комплектах вкладышей дали следующие результаты, мм: [1.1-2,7-4.3]; [1,0-2,5- 4.3]; [0,9-2,3-4,0]. Найти значения показателей долговечности ком-
Л А
плекта вкладышей ( Т. Ту) Известно, что отношение
2
4 = ®.= =0,0 3.
Решение
В соответствии с зависимостью (3.10) необходимо найти
АА
оценки среднего зазора |д, , средней скорости изнашивания ц2 и средне квадратичного отклонения измеряемого параметра (зазора)
л
ст
U(t)-Uo+I, *!+«(«)
Принимаем, что изменение зазора в шарнире описывается зависимостью
или
U(t>=l)c -<pi(t)+I, -<p2(t)+e(t),где Uo - начальный зазор;
I, - скорость изнашивания;
<Pi(t), Фг(0 - базисные функции;
e(t) - не зависящий от Uo и I, слабо коррелированный случайный шум. дисперсия которого удовлетворяет условию
A2=D[E(t)]/D(U0)-0,01
Случайный шум есть результат появления накапливающихся случайных ошибок при измерении величины износа, которые независимы и распределены нормально с нулевым средним значением и дисперсией вида о2 -Д1, где Д2 - заданная величина.
Полагаем, что U(t),Uo, I, - нормально распределённые случайные величины с математическими ожиданиями ст2; о* о22 соответственно. Тогда
Измерения зазоров в шарнире производятся в регламентированные моменты времени t=0, 14 сут, 28 сут на трёх комплектах вкладышей
Данные об измерении зазора в указанные моменты времени
—♦ -Ч
представим в виде трёх векторов U i ;U 2 ;U 3, компоненты которых есть измеренные значения реализаций процесса U(t) в эти моменты времени, мм.
Ui -11.1; 2.7; 4,3 Г.
U2 = |1.0; 2,5; 4,3 Г,
U3 = | 0.9; 2,3; 4,0 Г
В нашем случае число реализаций N =3, число измерений на каждой реализации 1=3, а матрицы
©„ © 031 03
1 0 0 0,004
и
0=
1 0
— 1 14
1 28
ф|(*,),Ф2(^),
Ф.(Ч). Фг(Ч); Ф,(М;);
F =

-♦*л
Оценки ц,ц, ,ц, но определяются на основе обобщённого
о =
метода наименьших квадратов по формулам, использующим матричное умножение
| •' -F т W и,
\Т Г *Л ч -»
W и ,-F ц
/ ^ У
I U.-F Ц
где к - число неизвестных параметров (к=2);
w=( f-o-ft+a2i, )1;
- единичная матрица порядка 1\
-* 1 ( -*-> \
и =—(^ и, + ,. + Un |* среднеарифметическое ре
зультатов измерений N реализаций.
Вычислим вспомогательные матрицы W и ( FT W F ) '1
1 О 1 14 I 28
1 0 0 0 1 0 0 0 I
1 О О 0,004
1 I 1
0 14 28
W=(F 0 FT + A3Ir) ' =
+ 0,01

111
0 14 28

I 0 1 0,056 1 0,112
TOC \o "1-5" \h \z 17,67-33,0716,22
-33,0766,8-33,4
16,22-33,417,02
0,0100
О0,010
О00,01
1,0111
11,7942,568
2,5684,146
1 0 \
• 1 14 1 28 /
1 1 1 О 14 28
( F т W F )•' =
17,67-33,0716,22
-33,0766,8-33,4
16,22-33,417,02

0,99 0,14 -1 101 -0,00056
0,14 250,9 -0,00056 0,004
17,67-33,0716,22
-33,0766,8-33,4
16,22-33,417,02
Ц2 =0,115
М>
2,5
4,2
1,01-0,00056
-0,000560,004
г а.
=|0,964 0,1151\ ц, =0,964, Вычислим матрицу
f Л \ и, -F J > А
шЛ U 1 0
и,- F ц = 2,7 - 1 14
4,3 1 28
А W 1 0
U2- ' F 2,5 - 1 14
4,3 1 28
А 0,9 1 0
и3- F » = 2,3 - 1 14
4,0 1 28
г т / А > U i-F ц W з,- F —♦ ц =
/ V > 0,136 0,126 0,116
0,036
-0,074
0,116
-0,064 -ОД 74 -0,184
0,964
0,115
0,964
0,115
0,964
0,115
17,67-33,0716^2
-33,0766,8-33,4
16,22-33,417,02
0,136
0,126
0,116
= | 0,136 0,126 0,1161
= 0,018,

f *\ т ( Л^
->
Uj-F ц W U,-F ц
v > к /
=1,502 .

17,67 -33,07 16,22 0,036
= | 0,036 -0,074 0J161- -33,07 66,8 -33,4 • -0,074
16Д2 -33,4 17.02 0,116
Uj-F ц W
J
= |-0,064 -0,274 - 0,184
10,018+1,502+1,518
3 3-2
17,67-33,0716,22
33,0766,8-33,4
16Д2-33,417,02
-0,064
-0,274
-0Д84
= 0,145

a=0,38
Находим среднюю наработку T и её нижнюю доверительную
границу (НДГ) Tq = 0,9-0,964 0,115
[U] — И-
4 »,ч**
= 82
сут
>•0.9
= 2,33
Z—'
1
0,115*038 233JOW 1,28
сут
15-0,964
1 1,28

N 2N[N I-к)\323(33-2)Оценивание остаточного ресурса
В процессе эксплуатации металлургического оборудования осуществляются плановые замены деталей и узлов. Решение вопроса о замене того или другого узла в плановый ремонт может определяться величиной остаточного ресурса узла на данный момент времени.
Под остаточным (после времени т) ресурсом объекта понимается его наработка, начиная с момента т до перехода в предельное состояние при установленных режимах применения и условиях эксплуатации
Одним из основных показателей остаточной долговечности является средний остаточный ресурс Т(т), (математическое ожидание остаточного ресурса после времени т).
441960685800(3-11)где Р(т) вероятность безотказной работы в момент времени
т.
N

Точечная оценка остаточного ресурса Тут) находится из зависимости:
(3.12)
где Z, = t, -т .
t( - наработка после времени т;

К число отказавших объектов на интервале [ 0, т ].
316865445135Нижняя доверительная граница (НДГ) остаточного ресурса уровня q определяется из зависимости:
(313)
где г и р - число объектов на интервале [х; т+t) соответственно наблюдаемых и отказавших;
t - продолжительность наблюдения после т.
Пример 3.4
По наблюдениям за 23-мя карданными валами (план [NUN]) в линии привода формирующего ролика моталки были получены слепуюшие наоаботки до поедельного состояния, сут- 54, 36, 7,
21. 24, 77, 12. 14, 94, 10. 13. 77, 25, 21. 4. 10. 94, 63, 13. 3. 13. 4. 15. Найти точенную оценку остаточного ресурса и его НДГ после 20 суток.
Решение
Находим точечную оценку остаточного ресурса Т^о j
23
?Z‘Т (2 0)= —12-= 3 3.2 7 сут
(23-12)
Z ,= t, -20 = (34, 16.1. 4. 57. 74. 57. 5.1. 74. 43).
Находим нижнюю доверительную границу (НДГ) уровня
4=0.8.ЗНАЧЕНИЕ ФУНКЦИЙ И КВАНТИЛЕЙ РАСПРЕДЕЛЕНИЙ
Z Сотые доли z
0 1 2 3 4 5 5 7 8 9
0,0 0,00000 0.00399 0,00798 0,0119 0,01595 0,01994 0,0239 0,0279 0,0318 0,03586
0,1 03983 04380 04776 05172 05567 05962 06356 06749 07142 07535
0,2 07926 08317 08706 09095 09483 09871 10257 10642 11026 11409
0,3 11791 12172 12552 12930 13307 13683 14058 14431 14803 15173
0,4 15542 15910 16276 16640 17003 17364 17724 18082 18439 18793
0,5 19146 19497 19847 20194 20540 20884 21226 21566 21904 22240
0,6 22575 22907 23237 23565 23891 24215 24537 24857 25175 25490
0,7 25804 26115 26424 26730 27035 27337 27637 27935 28230 28524
0,8 28814 29103 29389 29673 29955 302324 30511 30785 31057 31327
0,9 31594 31859 32121 32381 32639 32894 33147 33398 33646 33891 1
1,0 34134 34375 34614 34850 35083 35314 35543 35769 35993 36214
1.1 36433 36650 36864 37076 37286 37493 37698 37900 38100 38298
1.2 38493 39686 38877 39065 39251 39435 39617 39796 39973 40147
1.3 40320 40490 40658 40824 40988 41149 41309 41466 41621 41774
1.4 41924 42073 42220 42364 42507 42647 42786 42922 43056 43189
1.5 43319 43448 43574 43699 43822 43943 44062 44179 44295 44408
1.6 44520 44630 44738 44845 44950 45053 45154 45254 45352 45449
1.7 45543 45637 45728 45818 45907 45994 46080 46164 46246 46327
Таблица 1. Нормированная функция Лапласа <t>(z)
300

Сотые доли z0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
1,8 46407 46485 46562 46638 46712 46784 46856 46926 46995 47062
1.9 47128 47193 47257 47320 47381 47441 47500 47558 47615 47670
2,0 47725 47778 47831 47882 47932 47982 48030 48077 48124 48169
2,1 48214 48257 48300 48341 48382 48422 48461 48500 48537 48574
2.2 48610 48645 48679 48713 48745 48778 48809 48840 48870 48899
2.3 48928 48956 48983 49010 49036 49061 49086 49111 49134 49158
2.4 49180 49202 49224 49245 49266 49286 49305 49324 49343 49361
2,5 49379 494396 49413 49430 49446 49461 49477 49492 49506 49520
2,6 49534 49547 49560 49573 49585 49598 49609 49621 49632 49643
2.7 49653 49664 49674 49683 49693 49702 49711 49720 49728 49736
2.8 49744 49752 49760 49767 49774 49781 49788 49795 49801 49807
2,9 49813 49819 49825 49831 49836 49841 49846 49851 49856 49861
Z Z Ф(2) Z Ф(г) Z Ф(2)
3.0 0,49865 3,4 0,49966 3,7 0.49989 4,0 0,499968
3,1 0.49903 3.5 0,49977 3,8 0,49993 4,5 0,499997
3,2 0,49931 3,6 0,49984 3,9 0,49995 5,0 0,49999997
3,3 0,49952 Таблица 2. Значения ординат плотности нормированного нормального распределения (p(z)
со оо m
см N-
03 оо
(О см
л 3 о
гм in
00 5 со
о ш
О О!
со 03
(О 8 (О
со ю
со со
со т-
со оз
см со
см см a 03
00 £ in
СМ со
со см ю
ш см
N с8 со оз
о 00
со г5 03
со
о 05 03 СП N ш со ^— О) N* CN оз
со со со со со со со см см см OI г*
о см г^ ю см N- ч> см см г— см
1ч. 00 со см N О) оо (1) со 03 LO т—
О ОЗ
со 03
со со N-
со 8 со
со г—
со 03
см N
см чг
см см
04 о
см
гм оз N. О) о> о О) оз <р со со
СО 00 со vr> со О) т— о оо in ,— rt
о 03
со 03
«о 8 £ in
со я см
СО я & ш
см я N
■ЧТ in
5 N. <м т 03 сз о 0) 03
ю 00 СП ш о см СО Т“ со оз in
о ГТ> оз оо г- со о- см о N- m см о
со со со со со со со со см см см см
(О ч— СП 1Л 00 т~ 5 со ш со со
00 in сгз (М м- m со о со см оо
3 05
со оз
со 8 8 S см
со о
со CD
см in
см со
см о
см
оо со 1Г> 00 N. т- N- 03 N- N-
СО 00 ш СО 1". (О ю к 25 см 00 о
о 05 03 00 N <о см о оо ш СО ,—
со со СО со СО А СО со см см см см
0) г- 'Т о СО т см 03 о со г~ т—
см оо <л оз 03 ш со 03 N- щ т- N- со
о оз 03 оо со ГГ <м о оо со со со со со со со со со со см см см см
оз ю см см оо to см ТГ со in
ч— 00 ю о о «о о о N со 03 in
о CD 03 оз со сг> ю СО т~ аз сг> СО со со со со со со со со см см см см
о О)
оо ° о
*— чг 8 я см
(О а & *“
со 8 о>
h-
о О) оз оз оо <о in со т— сгз со М- т-
СО со со со сО со со со см см см см
N о *— см со «о со 00 о» о Т“
z .00 01 02 03 04
1.2 1942 1919 1895 1872 1849
13 1714 1691 1669 1647 1626
1.4 1497 1476 1456 1435 1415
1.5 1295 1276 1257 1238 1219
1.6 1109 1092 .1074 1057 1040
1 7 0940 0925 0909 0893 0878
1.8 .0790 0775 0761 0748 0734
19 .0656 0644 0632 0620 0608
2.0 .0540 .0529 .0519 0508 0498
21 0440 .0431 0422 0413 0404
2.2 0355 0347 0339 0332 0325
2.3 0283 .0277 0270 0264 0258
2.4 0224 0219 0213 0208 0203
303

05 06 .07 08 .09
1826 1804 1781 1758 1736
1604 1582 1561 1539 1518
1394 1374 1354 1334 1315
1200 1182 1163 1145 1127
1023 1006 0989 0973 .0957
0863 0848 0833 0818 .0804
0721 .0707 0694 .0681 .0669
.0600 0584 .0573 0562 .0551
.0488 0478 0468 0459 0449
0396 0387 0379 0371 0363
.0317 0310 0303 0296 0290
.0252 .0276 .0241 0235 .0229
0198 0194 .0189 0184 .0180
со (О Т“ со со о 00 N* 03 см со со см С7> о ю ю
£ 2 N О) со в со н to о со см О) ш N О) 5 го т- о
о> см s см N см со 05 см 1X3 N. о см ю со о со D 0) см ю
04 ч- г- О) г- т— *— см см см «о со со со см со ю
щ со тт о со 0) г: см т— см со 0) о t— см h- со
00 о
о Т-
ш см
о S о
см L.O Т“
N £ см
N 00
ЧГ Й § см со
1Г) О)
N N
о см
о § CD
Т“ г-
см N О) ’T- Т“ см см см со со со со тг 1Л ю
ю со со во N см со со ю со 0) ш см со со со со со
г*- ю СО
см N-
N со
N СО
Т“ п
чг 00
(О о> Л h-
О) п
см 8 N
N а ч—
со о>
ю N
со WO
У~ т— (О 0> т- т~ см см см см со со со ЧТ 1л *л
см см со со со см N со о О) о со 00 ю со О) т т о N.
со о см го 1Л о со т— г- со СО Iл N. *— 00 со см Т—
т о \п о со О) в О) см N о см U-) со т- со *“ т~ Г“ *“ ci см см см со ГГ) со ю ю
СО Т“ <3- о со к т— n- со ч- со О) О) со h т—' со
ю СО со со со со О о (О см в ю т- оо 5 со f— о 00
1Л см N см N- Г— со со 00 ч— СО о> Т— я N а см ш со со
'T- со со GO т— Г" сч см см см со со со ю ^г Tf 1Л ю
СМ о о со if> со 5— со 00 N. со о ю см о О) см о
о т— см со о ID 'T- СО см к со ст> со см О) 5 п 00 N ю
ТГ о ш о ш ч— со СО со 'T- со со со т— 2 О) см »л N о СО
Т“ со СО со 'T- Т— Т- СМ см см см со со со со ю ю
СМ о> со Т- о СМ со о со со V- г- 00 ю N. см о
со ю 1Л со 00 со со ч 2? uf> ч— N п СП со п о со 5 СО
см N см о со Ш со о со CD со т- со сг: О) см 5 N* о со
о со *о со *■ т— см см см см со со со со ЧГ in ю
со N о 1Л о ю о г^ in iO N см 00 1
г- о ТГ со ID см
о о т- со ю о со у— N см СО о N со о N ю со г— о
в ю о о СО ш со о со ■л XI г- со ш 9 о со
См о со ID 00 *— Т— см см см см со со со со ТГ ю 4Л
СО
1Л ш СМ
О СМ Ю
ODO(NinOliO’-a<J)T-iOrOWNinsn
SnoOn<D'tOint-OOtT-CO«tMO«ON
SONiOSOnmoOOrtfflOOT-'tfNfflN
Sri-i-i-CMNIMNnnWn^'T'TTrK)
о г^ ю ю •5 N. о S Qi ю со со о ю со ю О) о>
о о т— см О ю Т” N. 1 в ш 8 ш см О) к ю
о 0 о 1Л о см ю N о см N о со ст. со со О)
о см ю N ч- *- см см см см со со со со ■^г ТГ
тт
ID
8
см
оо о о
doododdoodooddddooddo
э
О, О г гм
(OTrintDSDOlOt-NrtTriniOSeOfflO ifliainininUlininiOinUIOlOtCtOIOIOIOIOION
odddddddddooddddddodo
p(q) 0
0.71 0. 5534
0.72 0 5828
073 0. 6128
074 0 6433
0.75 0. 6745
0.76 0 7063
0 77 0 7388
078 0 7722
0 79 0 8064
0.80 0. 8416
0.81 0. 8779
0.82 0 9157
0 83 0 9542
0.84 0.994
0 85 1 036
0.86 1 080
0.87 1 126
0.88 1 175
0 89 1 227
0 90 1 282
091 1 341
0.92 1 405
305
1 2 3
5563 5592 5622
5858 5888 5918
6158 6189 6219
6464 6495 6526
6776 6808 6840
7095 7128 7160
7421 7454 7488
7756 7790 7824
8099 8134 8169
8452 8488 8524
8816 8853 8890
9192 9230 9269
9681 9621 9661
0 999 1 003 1 007
1 041 1 045 1 049
1 085 1 089 1 094
1 131 1 136 1 141
1 180 1 185 1 190
1 232 1.237 1 243
1.276 1.293 1 299
1 347 1 353 1 359
1 412 1 419 1 426
4 5 6
5651 5681 5710
5948 5978 6008
6250 6280 6311
6557 6588 6620
6871 6903 6935
7192 7225 7257
7521 7554 7588
7858 7892 7926
8204 8239 8274
8560 8596 8633
8927 8965 9002
9307 9346 9385
9701 9741 9782
1.011 1 015 1.019
1.054 1 058 1.063
1.098 1 103 1 108
1 146 1.150 1 155
1 195 1.200 1 206
1.248 1.254 1.259
1 305 1.311 1 317
1 356 1 372 1.379
1 433 1 440 1 447
7 8 9
5740 5769 5799
6038 6068 6098
6341 6372 6403
6651 6682 6713
6967 6999 7031
7290 7323 7356
7621 7655 7688
7961 7995 8030
8310 8345 8381
8669 8705 8742
9040 9078 9116
9424 9463 9502
9822 9863 9904
1 024 1.028 1 032
1 067 1.071 1 076
1 112 1 117 1 122
1 160 1 165 1.170
1.211 1.216 1.221
1 265 1,270 1.276
1 323 1 329 1 355
1 385 1 382 1 398
1 454 1 461 1 468
. , p(g) 0 1 2 3
0.93 1.476 1.483 1.491 1.499
0.94 1.555 1.563 1.572 1.580
095 1.645 1.655 1.665 1.675
0 96 1.751 1 762 1.774 1.787
097 1.881 1.896 1.911 1.927
0.98 2.054 2.075 2.097 2.120
0.99 2.326 2.366 2.409 2.457
0.991 2.365 2.370 2.374 2.378
0.992 2.409 2.414 2.418 2.423
0.993 2.457 2.642 2.468 2.473
0.994 2.512 2.518 2.524 2.530
0.995 2.576 2.583 2.590 2.597
0.996 2.652 2.661 2.669 2.678
0.997 2.748 2.759 2.770 2.782
0.998 2.878 2.894 2,911 2.929
0.999 3.090 3.121 3.156 3 195
306
4 5 6
1.506 1.514 1.522
1.589 1.598 1.607
1.685 1.695 1 706
1 799 1 812 1 825
1.943 1.960 1 977
2 144 2.170 2 197
2 512 2.576 2.652
2.382 2.387 2.391
2.428 2432 2.437
2.478 2.484 2.489
2.536 2.543 2549
2.605 2.612 2.620
2.687 2.697 2.706
2.794 2.807 2.820
2 948 2.968 2.989
3.239 3.291 3.353
7 8 9
1.530 1.538 1 546
1.616 1.626 1.635
1.717 1 728 1.739
1 838 1.852 1 866
1.995 2.014 2.034
2.226 2.257 2.290
2.748 2.878 3 090
2.395 2.400 2.404
2,442 2.447 2.452
2.495 2.501 2.506
2.556 2.562 2.569
2.628 2.636 2.644
2.716 2727 2,737
2.834 2.848 2.863
3.011 3.036 3.062
3.432 3.540 3.719
чг о СО см ю со ю о со OJ СО Г\ т— т- СО со О СП Ю «-
см ю со Т“ ■О- о> в со *— О) СО (О ю ЧГ 4J- CO CVJ СМ см
со о> СО о О) со со CD со N. N- N- N. N. N- N> N- N;
О CN c\i <м ГМ т- Т“ т— т- ч— Т“ Т“ т- т- т- ч— т- т- т— т—
in
О)
о
03
о
При q

СО 00 СО со О ю N- со CN со сО о ю ' г- со о со ш со
со со со N- чт ч- О) 00 ю ю чг м- со со со см см см
со <£> ю ЧГ TJ- СО со СО со со со со со со со со со со со
т— т— Т— т— Г" г- т- г— т— г- t— т- Т— т- т— ж— г— т— т— т—
Йгггггггггггг
6
СР
СО Т- СО о (О со О) со О) (О со о 00 8 ю со см о 0)
N- (О ЧГ см о О) оо со N- N- СО со со CD со со ю
СО О О) О) О) СП 00 со 00 00 00 со ОО CD со CD CD сю со СО 00
ч,— о о о о о о о о о о о о о о о о о о о
00
Р
N.
О
SN9o®rt®(On<MOO)OS®«)'t ТГСОСОСЧ СЧч-ООгпЮЮ-сГ^чГТГчгсОСОСОСОСОСО Г) СО СО СО
г^(0«!п‘л>л‘0»л,л‘л1л‘лкл>‘р‘91г>,г> ю in ю in
О О О О оо оо о о о о оо о оо о о о о
СМСОЧ-1ПСО^СОО>°;:£«™££
V» при q0.9
1.321 1.319 1.318 1.316 1.315 1 314 1.313 1.311 1.310 1.303 1.296 1.289 1.282
0.95
1.717
1.714
1.711
1.708
1.706
1.703
1.701
1.699
1.697
1.684
1.671
1.658
1.645
p.s0.858 0.858 0.857 0.856 0.856 0.855 0,855 0.854 0.854 0.851 0 848 0.845 0.842
^0)t-0)'-(BrlOO)nNO^SOniCe)»-4'
ю
сп
сосплтГт-с\|'ч-1о'<оооспт-с4е01г1<Ь^-спо'г-
МЮГ-.СЛт-т-т-т-т-т-т-СМСМСМСМСМСМСМОООО
г-'г1ЛОО^ШО'Г\ОП1П«т-ОЮЮОСМ^
SCOCJStNQtvinTtttlSOOCTir-NnvtONCO
(М^СОГ^ОТТ-Т-Г-Т-Т-Т-Т-Т-СМСМСМСМЛСМСМ
■Ч- <S|о> а> (О
со см со о> см ю со
^nVlON(00)r’T-^T-t-»-T-T-fN(M
OONniOOOONCOmtOCOOO ojo^irir^odaiOT-CNcoLO ■ <м см см
St О Ю V
Ч О (О п О О т- т-
ft)
О
noo(d®oioo(dS^§§PS осососот-споосо-ч-'/^Я^'^'^
СМСГ»СОТГ1ПСОСОГ^ООШ°^1^^!^2^
bndu
S-S
О " «о.
riOO
OtnOOOinOOTf’-OSCMOXOin^-
rpnOOfflNQg» JrOOffi'f
см
с
N
(ONOOt’rfflinn r^CMCMCOTj-^tiricOh-N
о о ■«-
00 (Л у- Г- т-

04 Й со
ю
о
о
2n<M<-IOIOSWlflOin(ONT-_CMCMO Goi0'-410(Dn<MrfS(M0)Sm(0N®.—
0T-nS»-tOT-SnO)in(MejlOpjO)(DP)oo
OOOT-r(NNnn4;IOl0(0NNCDa)^r-
смс^юсо^юоО-^со^юсо^юао
m ХЧ,т2 ПРИ Р
0.05 0.1 0.2 0.8 09 0.95
21 11.59 13.24 15.4 269 29.6 32.7
22 12.34 14.04 16.3 27.3 30.8 33.9
23 13.09 14.85 172 284 32.0 35.2
24 13.85 15.66 18.1 29 6 33.2 36.4
25 14.61 16 47 18.9 30.7 34.4 37.7
26 15.38 17 29 19 8 31 8 35.6 389
27 16.15 18.11 20.7 32.9 36.7 40.1
28 16.93 18 94 21 6 34.0 37 9 41.3
29 17.71 19.77 22.5 35.1 39.1 42.6
30 18.49 20.60 23.4 36.3 40.3 43.8
40 26.51 29.05 32.3 47.3 51.8 49.8
60 43.19 46.46 50.6 69,0 74.4 79.1
120 95.70 100.62 106,8 132.9 140.2 146.6
310

X Г(х) X г(*) X Г(х)
ООО 1,00000 1,340 0,89221 1,680 0,90500
010 0.99432 1,350 0,89115 1,690 0,90678
020 0.98884 1,360 0,89018 1,700 0,90863
030 0,98354 1,370 0,88931 1,710 0.91057
040 0,97843 1,380 0,88853 1,720 0.91258
050 0,97350 1.390 0,88785 1,730 0.91466
060 0.96874 1,400 0,88726 1,740 0,91682
070 0,96415 1,410 0,88676 1,750 0.91906
080 0.95972 1,420 0,88635 1,760 0.92137
090 0.95545 1,430 0,88603 1,770 0,92376
100 0.95135 1.440 0,88580 1,780 0,92622
110 0.94737 1,450 0,88566 1,790 0,92876
120 0.94359 1.460 0,88560 1,800 0.93138
130 0.93993 1,470 0,88563 1,810 0.93407
140 0,93641 1,480 0,88574 1,820 0,93684
150 0,93304 1,490 0,88594 1,830 0,93969
160 0,92980 1,500 0,88622 1,840 0,94261
170 0,92669 1,510 0,88659 1,850 0,94561
180 0,92372 1,520 0,88703 1,860 0.94868
190 0,92088 1,530 0,88756 1,870 0,95184
200 0,91816 1,540 0,88817 1,880 0,95507
210 0,91557 1,550 0,88886 1,890 0.95837
220 0,91310 1,560 0,88963 1,900 0.96176
230 0,91075 1,570 0,89048 1,910 0,96523
240 0,90852 1.580 0,89141 1,920 0,96877
250 0,90640 1,590 0,89242 1.93С 0,97239
260 0,90439 1,600 0,89351 1,940 0,97609
270 0.90250 1,610 0,89468 1,950 0,97988
280 0,90071 1,620 0,89592 1,960 0,98374
290 0,89904 1,630 0,89724 1,970 0.98768
300 0,89747 1,640 0,89864 1,980 0.99170
310 0,89600 1,650 0,90011 1,990 0.99581
320 0,89464 1,660 0,90166 2,000 1,00000
330 0,89337 1,670 0,90329 | Г\Мг 0,1 0.2 Таблица 7. Распределение Пуассона 0.3 0,4 0.5 0.6. 0,7 0,8 СП
о
0 0.9048 0,8187 0.7408 0.6703 0,6065 0.5488 0,4966 0,4493 0.4066
1 0.0905 0.1638 0.2222 0.2681 0,3033 0,3293 03476 0.3595 0.3659
2 0.0045 0,0164 0.0333 0,0536 0,0758 0,0988 0,1217 0,1438 0.1647
3 0.0002 0.0019 0.0033 0,0072 0,0126 0,0198 0,0284 0,0383 0.0494
4 0,0001 0.0002 0,0007 0,0016 0.0030 0.0050 0.0077 0.0111
5 0.0001 0.0002 0,0004 0.0007 0.0012 0,0020
6 0.0001 0.0002 0,0003
<V, 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
0,36790.13530.04980,01830.00670,0025 0.00090,00030,00010.0000
0,36790.27070.14940.07330.03370.0149 0.00640.00270,00110.0005
0.18390.27070.22400.14650,08420.0446 0.02230.01070.00500,0023
0.06130.18040.22400,19540,14040.0892 0.05210,02860.01500,0076
0,01530,09020,16800,19540,17550.1339 0.09120.05720,03370,0189
0,00310,03610.10080,15630,17550.1606 0,12770,09160,06070,0378
0,00050,01200,05040,10420,14620,1606 0,14900,12210,09110,0631
0,00010.00370.02160.05950.10440,1377 0.14900.13960.11710,0901
0,0009 0,0081 0,0298 0.0653 0,1033 0,1304 0,1396 0,1318 0,1126
0.0002 0,0027 0,0132 0,0363 0.0688 0,1014 0,1241 0,1318 0,1251
0,00080,0053 0,01810.0413 0,0710 0,09930,1186 0,1251
0,00020,0019 0,00820,0225 0,0452 0,07220,0970 0,1137
0,00010,0006 0.00340,0126 0,0263 0,04810,0728 0,0948
0.0002 0.0013 0,0052 0.0142 0.0296 0,0504 0.0729
0.0001 0.0005 0,0022 0.0071 0.0169 0,0324 0.0521
0,0002 0,0009 0.0033 0.0090 0,0194 0.0347
0.0003 0,0014 0.0045 0.0Ю9 0.0217
0.0001 0,0006 0,0021 0.0058 0.0128
0.0002 0.0009 0,0029 0,0071
0.0001 0,0004 0,0014 0,0037
0.0002 0.0006 0.0019
0.0001 0.0003 0.0009
0.0001 0.0004
0,0002
40.0001
Таблица 8. Квантили распределений статистик Vq и Vqy
N г Статистика Vq ■ т—
Статистика Vq (у =0,9)
0.1 0.9 0.1 0.9
3 3 -1.49 1.46 1.43 8,99
4 3 -2.32 1.06 1,49 9,03
4 -0,96 1.07 1,46 6,47
5 3 -3.04 0.86 1.51 8,78
4 -1.24 0,88 1.51 6.49
5 -0,73 0,89 1.49 5.48
6 3 -3.72 0.75 1.53 8.24
4 -1.59 0,76 1.55 6.33
5 45.91 0,77 1.54 5.42
6 -0,64 0.77 1.53 4.66
7 3 -4,45 0,68 1.53 7,80
4 -1.94 0.66 1.58 6,16
5 -1.10 0,66 1.57 5.36
6 -0.73 0.67 1.56 4,86
7 -0.56 0.68 1.55 4.46
8 3 -5,01 0,67 1.52 7.51
4 -2.18 0,64 1.60 5.96
5 -1.25 0.62 1,60 5.28
6 -0,83 0.63 1.59 4.83
7 -0.61 0.63 1.58 4.49
8 -0.50 0.63 1.58 4.21
9 3 -5.64 0.66 1.51 7,14
4 -2.47 0,61 1.61 5.77
5 -1,40 0,58 1,63 5.13
6 -0,94 0,57 1,62 4,74
7 ■0,70 0,57 1,62 4,48
8 -0,55 0.58 1.61 4,26
9 -0,47 0,58 1,60 4,04
10 3 -6.05 0.66 1.46 6,75
4 -2.70 0.60 1.62 5.56
5 -1,56 0.56 1.64 5.00
6 -1,03 0,54 1.64 4.67
7 -0,77 0,54 1.64 4,41
8 -0,62 0,53 1,63 4,22
9 -0,50 0,54 1.63 4.03
10 -0,44 0.54 1.62 3.86
11 3 -6,42 0,65 1.42 6.41
4 -2,95 0.58 1.61 5.46
5 -1,75 0.54 1.64 4.90
N г Статистика Vq т
Статистика Vq (У *0.9)
0.1 0,9 0.1 0.9
6 -1.16 0,52 1,64 4.58
7 -0,85 0,50 1,64 4.36
8 -0,66 0,50 1.64 4.15
9 -0.54 0,50 1.64 4,01
10 -0.46 0.50 1.64 3,87
11 -0,42 0,50 1.64 3,76
12 3 -6.92 0,64 1.37 6,00
4 -3.17 0,58 1,60 5,17
5 -1,88 0,53 1,66 4,72
6 -1,27 0,50 1.67 4,41
7 -0,92 0,48 1.67 4.21
8 -0.71 0,48 1,66 4,06
9 -0.58 0.47 1,66 3,94
10 -0,48 0.47 1,65 3,87
11 -0,43 0,47 1.64 3,72
12 -0.39 0,47 1.64 3,62
13 3 -7.41 0,65 1,34 5,88
4 -3,37 0.59 1,60 5.10
5 -1,99 0,54 1.67 4.71
6 -1,35 0,51 1.68 4,43
7 -0,98 0,47 1,68 4.23
8 -0,77 0.46 1,68 4,06
9 -0,61 0,45 1,68 3.94
10 -0,52 0.45 1.68 3.83
11 -0,45 0,45 1,68 3,74
12 -0,41 0,45 1,67 3,65
13 -0,38 0,45 1.67 3,57
14 3 -7,65 0,65 1.25 5.56
4 -3,53 0,59 1,59 4,93
5 •2.17 0,54 1.67 4,58
6 -1,45 0,50 1,69 4,33
7 -1,06 0,47 1,69 4.15
8 -0,81 0.45 1,69 4,03
9 -0,66 0.44 1,69 3,90
10 -0.54 0.43 1,68 3,78
11 -0,48 0.43 1,68 3,71
12 -0,42 0,43 1,68 3,64
13 -0,38 0,43 1,68 3,55
14 -0,36 0,43 1,68 3,46
15 3 -8.14 0,64 1.19 5,39
4 -3.74 0,60 1.59 4.78
5 -2,27 0.55 1.67 4.43
6 -1.55 0,50 1.69 4.22
7 -1.11 0,47 1.70 4,08
8 •0.86 0,45 1.70 3,95
9 -0,70 0,43 1,69 3.85
N г Статистика Vq У
Статистика Vq (у =0.9)
0.1 0.9 0.1 0.9
*-10 -0,59 0,42 1.69 3.76
11 -0.51 0.42 1.69 3,69
12 •0,45 0,41 1.69 3.62
13 -0,41 0.41 1.68 3.55
14 -0.37 0.41 1.69 3,49
15 -0.35 0.42 1.68 3.41
Таблица 9. Значения коэффициента K(q, у, N)
N Y -0,75 у -0,90
Доверительная вероятность
0,90 0,95 0,90 0,95
3 2,501 3,152 4,258 5,310
4 2,134 2,680 3,187 3,957
5 1,961 2,463 2,742 3,400
6 1,860 2,336 2,494 3,091
7 1,791 2,250 2^33 2,894
8 1,740 2,192 2,219 2,755
9 1,702 2,141 2,133 2,649
10 1,671 2,103 2,065 2,568
11 1,646 2,073 2,012 2,508
12 1,624 2,048 1,966 2,448
13 1,606 2,026 1,928 2,403
14 1,591 2,007 1,895 2,363
15 1,577 1,991 1,866 2,329
16 1,566 1,977 1,842 2,299
17 1,554 1,964 1.820 2,272
18 1,544 1,951 1,800 2,249
19 1,536 1,942 1.781 2,228
20 1,528 1.933 1,765 2,208
21 1,520 1,923 1,750 2,190
22 1,514 1,916 1,736 2,174
23 1,508 1,907 1,724 2,159
24 1,502 1,901 1,712 2.145
25 1,496 1,895 1,702 2,132
30 1,475 1,869 1,657 2,080
35 1,458 1,849 1,623 2,041
40 1,445 1,834 1,598 2,010
45 1,435 1,821 1,577 1.986
50 1,426 1,811 1,560 1.965
> 0, 3q=0.8 q=0,9
N V V
1,0 0,8 0,6 0.4 0,2 1,0 0,8 0.6 0,4 0Т2
10 0,50 0,40 0,35 0,21 0,10 0,62 0,60 0,48 0,33 0,17
20 0,35 0,30 0,28 0,18 0,08 0.48 0,48 0,42 0,27 0,13
30 0.30 0,25 0,21 0,15 0,07 0,40 0,38 0,32 0,20 0.10
50 0.25 0.22 0,20 0.14 0,06 0,36 0.35 0,30 0,19 0,09 1
• q=0,8 q=0,9
% N V V
1,0 0,8 0,6 0,4 0f2 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2
80 10 0,58 0,50 0,41 0,28 0,13 0,65 0,55 0,48 0,32 0,17
20 0,48 0,41 0,37 0,21 0,11 0,50 0,45 0,38 0,27 0,13
30 0,40 0,39 0,30 0,19 0,08 0,45 0,40 0,35 0,23 0,11
50 0,35 0,31 0,20 0?17 0,06 0,40 0,38 0.30 0,20 0,10
90 10 0,60 0,52 0,42 0,28 0,15 0,75 0,62 0,55 0,36 0,20
20 0,48 0,45 0,35 0,23 0,11 0,60 0,50 0,42 0,30 0,15
30 0,45 0,43 0,32 0,21 0,04 0,55 0,45 0,38 0,27 0,13
50 0,35 0,35 0,28 0,18 0,07 0,50 0,40 0Т32 0.23 0,11
ОСНОВНЫЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ СВОЙСТВА СМАЗОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ
0.
7 ТС
с износа (196Н, 1ч), мм Ю
О)
о' о>
о>
о о"
Нагрузка S _ х
l| о
3 °-
и 2000 2240 3760
Индекс га
% « 5 s 3 (О
со я
8
| вязкости
ИВ •Л
ОС ю
GO 1Л
со ш
со 1Л
со 8 о
9> В
| гики
масла гост
20799-88 гост
20799-88 гост
20799-88 00
OR
8 со
8?
■"8 ТУ-38.
101672-77 ТУ-38.
101672-77 ТУ-38.
101292-79
Вязкость hi 13-17 29-35 41-51 61-75 90-110 0U-06 198-242 414-506
Обозначе- ние масла поГОСТ 17479 4-87 И-Л-А-22 гм
<?
1 И-Г-А-46 Se И-Г-А-100 И-Н-Е-100 И-Н-Е-220 8
£
Л
ш |S"S
V 15-14 17-23 28-30 35-45 47-55 60-70 100-120 216-240
Рано© 8 | i 11 И-12А И-20А И-ЗОА И-40А И-50А (А
S О
h
й ИТП-200
Ранее
принятое
обозначе
ние Вязкость
при
U=50°C,
мм’/с Обозначение масла по ГОСТ 17479.4-87 Вязкость
при
Ur=40°C.
мм:/с Характерис
тики
масла Индекс
вязкости
ИВ Индекс
задира
Из Цагрузка
сварива
ния
Рс. Н Диаметр пятна износа (196Н, 1ч). мм
ИТП-300 304-357 И-Т-Д-680 612-748 ТУ-38.
101293-79 55 3760 0.7
ИТП-500 470-620 И-Т-Д-1000 900-1100 ТУ-38
101450-78 0.45
ПС-28 t*100bC
26-30 И-Т-А-460 414-506 ГОСТ
12669-77 80 П-40 t=100°C
32-44 И-Т-А-680 612-748 ТУ-38.
101312-78 80 ИРо^О 33-40 И-Т-Д-68 61-75 40 3150 0.7
ИРп-75 72-80 И-Т-Д-100 90-110 ТУ-36
101451-78 45 3350 0.9
ИРгг150 120-140 И-Т-Д-220 198-242 ТУ-38
101451-78 50 3550 0.9
ИРп-85 75-90 И-Т-Д-150 135-150 ТУ-38
101853-83 90 50 3350 0.5
ИСП-40 34-40 И-Т-Д-68 61-75 ТУ-38
101293-78 40 2660 0.45
Ранее
принятое
обозначе
ние Вязкость
при
t„=50°C,
мм2/с Обозначение масла поГОСТ 17479.4-87 Вязкость
при
W«№,
ммг/с Характерис
тики
масла Индекс
вязкости
ив Индекс
задира
Из Нагрузка сваривания Рс. Н Диаметр пятна износа (196Н. 1ч), мм
ИСП-65 61-68 И-Т-Д-100 90-110 ТУ-38
101293-78 45 3150 0,45
ИСП-110 110-118 И-Т-2-220 198-242 ТУ-38
101293-78 50 3350 0,45
ИМТ-160 150-180 И-Т-С-320 288-352 ТУ-38
101674-78 90 55 3160 0,45
И-Т-Д-32 29-35 ТУ-38
1011337-90 40 0,45
И-Т-Д-68 61-75 ТУ-38
1011337-90 40 0.45
И-Т-Д-100 90-100 ТУ 38 1011337-90 45 0,45
И-Т-Д-220 198-242 ТУ-38
1011337-90 50 0,45
И-Т-Д^бО 414-506 ТУ-38
1011337-90 55 0,45
И-T-Д-680 612-748 ТУ-38.
1011337-90 55 0.45
320
Таблица 2. Основные эксплуатационные свойства масел для ПЖТ и редукторов прокатных станков
lllli
pis* О)
S. ? “ х
Q. О.
X о СО
Индекс
задира
Из Г"»
Индекс
вязкости
ИВ CD
Характерис
тики
масла Ю
| £ О 5 On
in i
CQ Обозначе- нив масла по ГОСТ 17473.4-87 со
£ О ^ с V #
tr II 2
СО J СМ
Ф 0)
I i is * l|х -
94488008108952197735
Обозначение Характеристики Вязкость Индекс Область
масел масел t„ ,ммг/с вязкости приме ИС4МЯ
1 2 3 4 5
ТУРБИННЫЕ МАСЛА (t„=SO“C)
Т20 ГОСТ 32-74 28-32 65 В циркуляционных смазочных системах
Т46 ГОСТ 32-74 44-48 60 В циркуляционных смазочных системах
Т57 ГОСТ 32-74 55-59 60 В циркуляционных смазочных системах
ЦИЛИНДРОВЫЕ МАСЛА (1„ =100°С)
Таблица 3. Основные эксплуатационные свойства специальных масел
322

Цилинцровое-11 ГОСТ 6411-75 9-13 65 Для тяжело нагруженных зубчатых и червячных передач
Цилиндровое 24 ГОСТ 6411-75 22-28 35 Для тяжело натруженных зубчатых и червячных передач
Цилиндров ов-38 ГОСТ 6411-75 32-50 60 Для тяжело нагружешых зубчатых и червячных передач
Цилиндров ое-5 2 ГОСТ 6411-75 60-70 80 Для тяжело нагруженных зубчатых и червячных передач
АВИАЦИОННЫЕ МАСЛА (t„=100°C)
МС-14 ГОСТ 217443-76 14 85 В циркуляционных смазочных системах для ПЖТ, шестерных клетей, нажимных устройств
МС-20 ГОСТ 217443-76 20 85 МК-22 ГОСТ 217443-78 22 70 Обозначение
масла Характеристики
масла Вязкость при tor =100“ С, мм2/с Индекс
вязкости
ИВ Индекс
задира
Из Нагрузка сваривания Рс, Н Диаметр
пятна
износа,
мм
1 2 3 А 5 6 7
Нигрол -3 ТУ 38 101529-75 18-22 Нигрол -Л ТУ 38 101529-75 27-34 ТАП-15В ГОСТ 23652-79 15 90 50 3920 0,5
ТАД-17И ГОСТ 23652-79 17 100 58 3687 0,4
Таблица 4. Основные эксплуатационные свойства трансмиссионных масел
323

Наименование смазочного материала Вязкость при 20° С,
Па с П ротивоэадирные свойства Температурный
диапазон,
°С Соотношение
цен
Рк, Н Рс, Н Солидол-С ГОСТ 4366-76 80-150 550-900 1750-2500 -30 .+60 1
Пресс солидол-С ГОСТ 4366-76 30-90 550-650 1750-2000 -40...+50 1
Солидол-Ж ГОСТ 1033-79 40-180 700-800 1580-1600 -30. +70 1,5
Пресс солидол-Ж ГОСТ 1033-79 30^0 -40...+50 1,5
КОМПЛЕКСНЫЕ КАЛЬЦИЕВЫЕ МЫЛА
ЦИАТИ М-221 ГОСТ 9433-80 40-100 280-340 1100-1780 -60.. +150 60
Униол-1 ТУ 38 201150-78 40-80 800-1120 2240-3200 -30...+150 1,5
ВНИИНП-207 ГОСТ 19774-74 80-100 420 1780 -50. +180 56
Униол-2 ГОСТ 23S10-79 55 -10. +160 2.2
I
Таблица 5. Основные характеристики пластичных смазочных материалов на
мыльных загустителях
324


Наименование смазочного материала Вязкость при 20° С, Па с Противозадирные
свойства Температурный Соотношение
Рк, Н Рс, Н °С НАТРИЕВЫЕ И НАТРИЕВО-КАЛЬЦИЕВЫЕ МЫЛА
Консталин ГОСТ 1957-73 100-200 700-850 2000 -20...+110 2,7
1-13 ОСТ 3801145-80 100-200 600-1120 1780-2250 -20...+110 3,2
НК-50(СТ) ГОСТ 5573-67 200-750 650-750 2250-3550 -15...+150 2,5
ИП-1 ТУ за 101820-80 80-90 0...+70 1.6
ЛИТИЕВЫЕ МЫЛА
ЦИАТИ М-201 ГОСТ 6267-74 45-120 280-500 1000-1580 -60. +90 2,8
ВНИИНП-242 ТУ 38 101359-73 140-240 700 2250 -30...+100 19
Литол-24 ГОСТ 21150-75 80-120 630-800 1600-2240 -40...+130 5
Фиол-2 ТУ 38 201188-79 80-120 600-800 1200-1400 -40.. +120 4
ЛКС-мегаллургическая ТУ-38 401124-85 180-200 800 2400 -30.. +150 4
Наименование
смазочного материала Наполнитель.
% Вязкость при 20° С. Па с Проиэводст венные свойства Температурный Соотношение
цен
Рк, Н Рс, Н °С 1 2 3 4 5 6 7
Графитная Ус-А ГОСТ 3333-79 Графит (4) 60-100 670-1000 2000-2500 -30+60 0,8
ВНИИНП-220 ТУ 38 101471-74 MoS,. (3) 280 3780 -30.. +150 62
НК-50 ГОСТ 5573-67 Коллоидный графит (0,5) 300-750 650-750
3550 2250- -15.+150 2,5
Фиол-2 М ТУ 38(0)233-75 MoSj. (2) 80-120 850-900 1800-2000 -40. +120 6,5
Шрус-4 ТУ 38 201312-81 MoSz, ПТФЭ 200 1410-1580 7500-10000 -40.. +120 11
Таблица 6. Основные характеристики пластичных смазочных материалов с
присадками
326

Материал Т емператур- ный диапа зон.
С° Состав Способ нанесе ния Область применения Примечание
Графит ГОСТ 5279 - 74 -250+350 (/=0,009-0,7) Распыление аэрозолей Разделение трущихся поверхностей. подшипники зубчатые колеса В среде агрессивных газов
Двусернистый Молибден ТУ МХПРУ 10 -82 54 -180+520 (/«0.02-0,07) Механическим
втиранием При нагрузках Р=3000 МПа
Нитрид бора +540 (/=0,40.5) То же Разделение трущихся поверхностей Дисульфид
вольфрама +500 Распыление аэрозолей • -
Йодистый и фтористый кадмий +1050 Распределение и сушка при 1093°С Молибдвново кислый свинец +650 Твердая пленка испарением в вакууме Разделение трущихся поверхностей Высокие удельные нагрузки до 7000 МПа
Фталоцианин ТУШ 3 • 37 64 -60+820 Органическая
смазка То же Таблица 7. Основные характеристики пастообразных и твердых смазочных
материалов
327

Материал Температурный диапазон,
Са Состав Способ нанесения Область
применения Примечание
ВНИИ НП-213 -250+350 МоБг+кремний- органическая смола К 55 Распылением.
окунанием,
кистью Разделение трущихся поверхностей Нагрузка до
750МПа,
ресурс
ВНИИ НП-229 -250+350 МоБг+силикат
Na Распылением, окунанием, кистью То же Нагрузка до
750МПа.
ресурс
ВНИИ НП-230 +200 Намазыванием То же Высокие нагрузки, низкио скорости скольжения
Ы« смазочные мате эиалы
ВНИИ НП-232 -20+120 МоБг+минераль ное масло Щеткой, шприцем 8-1 Очна 1 мг Зубчатые передачи, болты, шарниры Предотвращает заедание
ВНИИ НП-225 -30+350 М05г+кремний-
органическая
жидкость То же То же то же
ВНИИ НП-210 •10+400 МоБг+кремний- органическая жидкость ♦ графит ♦стабилизатор Тоже Подшипники качения Высокие нагрузки, малые и средние скорости
328

Суспензии
ВНИИ НП-243 -30+200 Мовг+синтетич Щеткой, шпри Для цепей, редук Низкая концентра
еское масло цем 8-10 ч на 1 мг торов и Т.Д. ция


Материал Твердость
МН/м Температурный диапазон. С° Допускаемое удельное давление. МПа Допускаемая скорость без смазки, м/с Применение Примечание
Капрон
(поликапролактам) ГОСТ 10589 - 73 100-120 +60 3.0 0.2 1-1,5 Сухое трение Фторопласт
(ПТФЭ)
ГОСТ 10067 - 72 -269+200 0.7-1,0 0.5 0,4 В виде покрытий в агрессивной среде Фторопласт с наполнителем -269+200 1.0-1.2 1.0 2-8 Агрессивные
среды •
Металлокерамика с фторопластом -269+200 10.0-13.0 5,0 1.5-2 Тоже Фторопласт-4 ГОСТ 10067-72 30-40 -269+180 " - То же Необходим теплоотвод
Фторопласт-3 10-30 +125-195 * * То же Необходим смаэ. материал
Фторопласт-40 60 -100+200 То же Необходима хорошая обработка сопряженных поверхностей
Ф 40 С15Н1.5 75 -269+200 1,2 с водой до 0.8 +5,0 То же -
АМАН-1 250-270 •100+220 2-10 1 То же .
АМАН-4 270-290 -100+300 2-10 1 Тп ж* .
Таблица 8. Основные характеристики самосмазывающихся и металлокерамических материалов
329


Материал Твердость
МН/мг Температурный диапазон. С® Допускаемое удельное давление. МПа Допускаемая скорость без смазки, м/с Применение Примечание
■ронэогрэфит 170-300 +80 180 6.0 65-70 Пропитывается
маслом /«0,04-0.07
Келеэографит 600-900 70-80 250 4-5 50-70 Пропитывается
маслом /=0,07-0.09
оафитсхйтооо- ластовые маге- ■иалы В-2А 85-140 +250 1*1,5 5- В паре с чугуиа- ми, сталями с хромовыми покрытиями /=0,002-0.004
*ФГМ 67-143 +180 1-1.5 5- В парю со сталью IX18H10T
\ФГ-80ВС 60-95 +200 1.5 5- f-0.08-0.15
;илицированный
oaebffl :г-т 250 2,5 20- В агрессивных средах, содержащих абразивные частицы ;г-п 250 2,5 25- 'глесюдныс материалы \Г-1500 70-72 од По Шору -30
+400 0.1 6 В паре со сталями 40Х. ШХ-15. Р18, Х17Н13М2Т /=0.04 со смазкой минеральным маслом И-50А
330


Приложенные файлы

  • docx 18352200
    Размер файла: 3 MB Загрузок: 0

Добавить комментарий