Магистерская работа по проектированию манипуляторов, гидроманипуляторов, промышленных роботов на тему «Повышение эксплуатационной надежности стержневых мельниц цеха гидрохимии АО «Русал-Ачинск»».

ВВЕДЕНИЕ

Обогатительная промышленность имеет значительный вес в структуре российского технико-экономического комплекса на протяжении многих лет. В связи с чем снижение качества и эффективности производства является приоритетной задачей для технологического и технического обеспечения производства. Даная задача осложняется тем, что функционирование оборудования происходит в сложных условиях постоянного воздействия агрессивных сред.
Одно из наиболее интенсивных воздействий осуществляется на мельницы и дробилки различных типов, поскольку измельчение породы приводит к постоянному разрушению внутренних покрытий дробилок, что приводит к необходимости их постоянной замены, таким образом, происходит постоянная остановка производства, а, следовательно, потери прибыли и срыв сроков поставок продукта производства.
Над вопросами повышения качества различных элементов стержневых мельниц работают специалисты различного профиля с прошлого века, предлагая различные технические решения, но наиболее интересные и перспективные предложения появились не так давно, когда обогатительная промышленность объединилась с полимерной химической технологией. Одним из перспективных направлений является применение резиновых и полимерных покрытий, которые более устойчивы к абразивному износу.
Данная работа посвящена вопросам повышения эксплуатационной надежности стержневых мельниц, которые подвергаются гидроабразивному износу. В качестве способа повышения эксплуатационной надежности предлагается способ применения резиновой футеровки, поскольку изучение данного способа является прогрессивным. Таким образом, актуальность данной работы имеет высокую практическую ценность, поскольку позволяет рассмотреть вопрос применения более эффективной футеровки с теоретической и практической точки зрения.
Цель работы заключается в повышении эксплуатационной надежности стержневых мельниц цеха гидрохимии.
Задачи работы:
рассмотреть вопросы надежности оборудования;
охарактеризовать практику отечественного и иностранного применения стержневых мельниц;
изучить основные методы повышение эксплуатационной надежности измельчающего оборудования;
предложить мероприятия по повышению надежности футеровки мельниц;
предложить мероприятия по повышению надежности опор мельниц;
разработать мероприятия по диагностике износа оборудования;
провести экономический расчет.
Объектом исследования является проблема разработки более износостойкой футеровки для стержневых мельниц. Предметом исследования являются процессы абразивного износа футеровок.

ГЛАВА 1. ОПИСАНИЕ ТЕОРИИ НАДЕЖНОСТИ ОБОРУДОВАНИЯ, ПРИМЕНЯЕМОГО В РЕШЕНИИ ПРОБЛЕМЫ
1.1 Общие положения теории надежности, применяемые в обеспечении эффективности эксплуатации оборудования

Надежность – одна из важнейших характеристик технологического оборудования вообще, и металлургических машин в частности. Безотказность оборудования позволяет предприятию работать максимально эффективно, выполняя заказы оперативно и без значительных внеплановых издержек.
Какими факторами определяется надежность металлургического оборудования? Во-первых, качеством конструкторских разработок – рационально спроектированная машина всегда более надежна, чем та, при разработке которой использованы нецелесообразные решения.
Во-вторых, надежность зависит от качества изготовления оборудования. Здесь уместно вспомнить о таком понятии, как культура производства. На предприятиях с высокой культурой производства используется прогрессивная техника и технология, оптимизирована организация труда, работает высококвалифицированный персонал, соблюдаются требования эргономики, экологии и трудовой дисциплины.
В-третьих, надежность металлургической машины зависит от условий эксплуатации – соблюдения предприятием рекомендованных режимов работы и периодичности технического обслуживания, – а также от качества сервисной поддержки, обеспечиваемой производителем или поставщиком.
Многочисленные исследования показали, что в первые четыре-пять лет эксплуатации металлургических машин нет выраженной тенденции к росту прямых затрат на техническое обслуживание и ремонт. Это объясняется следующими факторами:
высокой надежностью оборудования;
эффективностью реализуемой стратегии технического обслуживания и высокой квалификацией специалистов сервисного центра компании;
хорошей ремонтопригодностью, позволяющей типографиям по мере освоения оборудования выполнять значительную часть работ по обслуживанию и ремонту своими силами.
Чем сложнее технологическое оборудование, тем выше затраты на его обслуживание и ремонт – аксиома в теории надежности. Но исследование показало, что удорожание технического обслуживания и ремонта высокотехнологичных машин последнего поколения не столь существенно и многократно перекрывается выгодами, обеспечиваемыми таким оборудованием. По предприятия, прямые затраты на техническое обслуживание и ремонт оборудования в первые пять лет эксплуатации (без учета первого года бесплатного гарантийного обслуживания) в среднем составляют:
для машин крупного дробления – около 7200 тыс. руб. в год;
для машин среднего дробления – около 4700 тыс. руб. в год;
для машин мелкого дробления – около 3500 тыс. руб. в год.
Эти данные показывают, что сумма ежегодных затрат не превышает 1 % от суммы первоначальных инвестиций, что является выдающимся результатом.
По качеству конструкторских разработок применяемое на предприятии оборудование являются одними из лидеров рынка. Все технологические процессы стандартизированы, каждая группа операций сертифицируется и тщательно контролируется, что гарантирует безукоризненное качество и надежность машин. Передовая система управления производством позволяет минимизировать время изготовления и отгрузки оборудования. Каждая металлургическая машина перед запуском в производство проходит полномасштабное испытание.

1.2 Понятия и определения основных критериев оценки эффективности эксплуатации оборудования (отказы, ресурс, КТГ, КИО)

Отказом называют событие, заключающееся в нарушении работоспособности объекта. Признаки (критерии) отказов устанавливают нормативно-технической документацией. При классификации отказов применяют термины: независимый и зависимый, внезапный и постепенный, перемещающийся, конструкционный, производственный и эксплуатационный и др.
Независимым отказом называют отказ, не обусловленный отказом другого объекта, в отличие от зависимого, возникновение которого связано с отказом одного или нескольких других объектов данной системы. Внезапные отказы характеризуются скачкообразным недопустимым изменением одного или нескольких заданных параметров объекта. Возникают они, как правило, без предшествующих симптомов в результате неблагоприятного сочетания внешних воздействий, превышающих возможности объекта к их восприятию. Чаще всего при таких отказах изделие совсем не может выполнять своих функций (поломка вала механизма подъема, обрыв тяговой цепи или подъемного каната и др.). Внезапные отказы подобного рода называют в литературе отказами функционирования.
Постепенные отказы, связанные, как правило, с процессами изнашивания, коррозии, усталости и ползучести, характеризуются постепенным изменением одного или нескольких параметров объекта с выходом их за допустимые пределы (недопустимое снижение мощности двигателя в результате износа деталей цилиндропоршневой группы; недопустимое увеличение тормозного пути в результате износа деталей тормоза и др.). Такие отказы в литературе называют параметрическими. Перемежающимися называют многократно повторяющиеся отказы одного и того же характера, обусловленные дефектами конструкции, нарушением процесса изготовления, низким качеством монтажа, неправильной эксплуатацией. Подобные отказы называют также систематическими [12].
Деление отказов на конструкционные, производственные и эксплуатационные связывают с тем, на какой стадии жизненного цикла объекта допущены несовершенства или нарушены установленные правила, нормы, требования и условия, обусловившие возникновение отказа. 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 эксплуатационные 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. Различают также полные отказы, при котором объект не может функционировать (например, при упомянутой поломке вала), и частичный, после которого объект можно использовать по назначению, но с меньшей эффективностью.
Наиболее характерными для ПТМ внешними проявлениями процессов старения являются разрушение и изнашивание деталей. Их природа более подробно рассмотрена ниже. При анализе отказов и повреждений рассматривают их причины и последствия. Причинами отказа могут быть дефекты, допущенные при конструировании, производстве и ремонтах, нарушения правил и норм эксплуатации, различного рода повреждения, а также естественные процессы изнашивания и старения. Последствия отказа — явления, процессы и события, возникшие после отказа (повреждения) и в непосредственной причинной связи с ним, например, падение груза вследствие обрыва каната.
Коэффициент технической готовности служит для планирования и оценки технического состояния парка однотипных машин и оборудования. Он характеризует технический и организационный уровень ТО и Р, учитывающий не только время на ТО и Р, но и простои в ожидании ремонта.
Коэффициентом технической готовности Kтг парка машин и оборудования Kтт за определённый период времени – эксплуатационный период, цикл, квартал, месяц – называется отношение числа машино-дней в исправном состоянии к числу машино-дней пребывания в хозяйстве (по каждому типу и марке машин и оборудования в отдельности) [15]:

(1.1)

где МDИ – машино-дни в исправном состоянии;
МDХ – машино-дни пребывания в хозяйстве;
МDТОиР – машино-дни простоя в ТО и Р.
Машино-дни пребывания в хозяйстве получают путём суммирования кален-дарных дней пребывания в хозяйстве, включая выходные и праздничные, каждой машины за рассматриваемый период времени.
Машино-дни простоя в ТО и Р получают путём суммирования этих дней в ТО и Р в собственных мастерских, на других предприятиях, РММ, РМЗ. К этим же машино-дням относят простои машин, подлежащих списанию, но не списанных в течение рассматриваемого периода.
Машино-дни в исправном состоянии получают путём вычитания машино- дней простоя в ТО и Р из машино-дней пребывания в хозяйстве.
Общее число дней исправного состояния машин и оборудования включает в себя дни работы и дни простоя машин в исправном состоянии.
Для целей планирования Kтг определяется расчётным путём на основании норм, предусмотренных "Положением" по следующей формуле:

(1.2)

где – суммарные простои парка (группы) машины, ч;
– годовой фонд работы машины, ч;
– списочное количество машин, шт.
Фактическое значение Kтг парка однотипных машин и оборудования определяют по данным графика ТО и данным первичного учёта:

(1.3)

где – количество соответствующих видов ТО за год;
– продолжительность одного ТО соответствующего вида (норма простоя), ч;
– удельная продолжительность ТР (норма простоя) на 1000 км пробега, ч;
– дни простоя машин в капитальном ремонте;
– время смены, ч.
КИО— показатель, характеризующий степень производительного использования активной части производственных основных фондов. Рассчитывается по времени, мощности (производительности) и объему произведенной продукции или выполненной работы. Коэффициент использования оборудования по времени определяется путем деления времени фактической работы оборудования на плановый фонд времени, т. е. на количество часов работы оборудования, предусмотренное планом с учетом числа календарных дней в периоде, праздничных и выходных, установленного режима работы, продолжительности смены, а также времени на планово-предупредительный ремонт.

1.3 Общие положения базовой и эксплуатационной надежности

Изменение уровня надежности оборудования в ходе эксплуатации является частным случаем общего снижения его качества. Необходимый уровень эксплуатационной надежности достигается как за счет достижения высокой базовой надежности при проектировании и изготовлении, так и соответствующей эксплуатацией оборудования.
Обеспечение базовой надежности включает три основные стадии. Первая стадия - предварительные исследования, сравнительный анализ надежности различных вариантов конструкции оборудования. На этой стадии анализируют требования, предъявленные к оборудованию, изучают условия его эксплуатации, информацию о надежности аналогичного оборудования и его отдельных узлов. На основании анализа надежности различных вариантов конструкции выбирают окончательный вариант. При этом составляют расчетные функциональные схемы оборудования, обеспечивающие выполнение заданных функций, и принимают к разработке такую из них, при которой надежность будет оптимальной (по данным сравнительного экономического анализа на второй стадии разработки).
Работа по обеспечению высокой базовой надежности в основном проводится конструкторами и является сложной и разнообразной. При этом обеспечивается конструкционная надежность оборудования, применение надежных материалов, различных методов их упрочнения, покрытия, футеровок, в том числе для защиты от коррозии. При разработке конструктивно сложного оборудования проводится углубленный расчетный анализ надежности с применением метода структурных схем.
Правильный выбор конструкционных материалов также играет важную роль в повышении надежности целлюлозно-бумажного оборудования.
Современная техника предоставляет в распоряжение конструктора-механика, создающего новое оборудование или модернизирующего действующее, разнообразную номенклатуру материалов. Это черные и цветные металлы и сплавы, различные синтетические материалы, керамика, огнеупоры.
Так, применение титана при создании отбельного оборудования значительно улучшило его надежность вследствие повышения стойкости к коррозии, использование керамики при изготовлении обезвоживающих элементов в сеточных частях бумагоделательных машин обеспечило надежную работу при высоких скоростях благодаря значительному повышению износостойкости; аналогичный результат дало применение покрытий из нержавеющей стали прессовых желобчатых валов [9].
Для повышения надежности оборудования необходимо подвергать упрочнению высоконагруженные, быстро изнашиваемые детали, имеющие наименьшие показатели надежности. С повышением доли упрочняемых деталей снижаются потребность в них и их фактический расход.
Включению в схему надежности системы и анализу подлежат только элементы третьей группы.
Метод структурных схем надежности (ССН) применим для расчета надежности как вероятности отказов при условии, что все элементы системы являются одноотказными (т.е. в элементах невозможны разные отказы одновременно) и отказы элементов независимы.

Выводы по разделу 1

Надежностью называют свойство объекта (машины, прибора, механизма, детали) выполнять заданные функции, сохраняя во времени значения эксплуатационных показателей в заданных пределах, соответствующих заданным режимам и условиям использования, технического обслуживания, ремонтов, хранения и. транспортирования (ГОСТ 27.002 – 89). Теория надежности изучает общие закономерности, которых следует придерживаться при проектировании, испытаниях, изготовлении, приемке и эксплуатации изделий для получения максимальной эффективности их использования. Она выявляет законы возникновения отказов и восстановления работоспособности изделий, создает основы расчета надежности и прогнозирования отказов, изыскивает способы повышения надежности при конструировании и изготовлении изделий, а также ее сохранения при эксплуатации, определяет методы сбора, учета и анализа статических сведений, характеризующих надежность.
Отказом называют событие, заключающееся в нарушении работоспособности объекта. Признаки (критерии) отказов устанавливают нормативно-технической документацией. При классификации отказов применяют термины: независимый и зависимый, внезапный и постепенный, перемещающийся, конструкционный, производственный и эксплуатационный и др.
Изменение уровня надежности оборудования в ходе эксплуатации является частным случаем общего снижения его качества. Необходимый уровень эксплуатационной надежности достигается как за счет достижения высокой базовой надежности при проектировании и изготовлении, так и соответствующей эксплуатацией оборудования.

ГЛАВА 2. ОБЗОР СОВРЕМЕННЫХ ТЕНДЕНЦИЙ В ОБЛАСТИ ПОВЫШЕНИЯ ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ НАДЕЖНОСТИ ИЗМЕЛЬЧИТЕЛЬНОГО ОБОРУДОВАНИЯ
2.1 Отечественный опыт эксплуатации измельчительного оборудования в цветной металлургии

В машине, предназначенной для измельчения материалов, в зависимости от ее назначения и принципа действия используются следующие виды нагрузок: раздавливание (а), удар (б), раскалывание (в), излом (г), истирание (д). В большинстве случаев различные виды нагрузок действуют одновременно, например, раздавливание и истирание, удар и истирание и т. д.


Рисунок 2.1. Схема методов измельчения

Необходимость в различных видах нагрузок, а также в различных по принципу действия конструкциях и размерах машин для измельчения вызывается многообразием свойств и размеров измельчаемых материалов, а также различными требованиями к крупности готового продукта. Так же как процессы измельчения, машины, применяемые для этих процессов, разделяют на дробилки и мельницы.