2 Основні вимоги до технологічних машин і апаратів

Основні показники якості технологічного устаткування – техніко-експлуатаційні, стандартизації й уніфікації, ергономічні, естетичні, економічні, надійність і технологічність. Крім цих основних показників не менш важливими є вимоги безпеки як до окремих видів устаткування, так і до комплексних установок, потокових ліній і в цілому до підприємства.

Крім загальних вимог (міцність, твердість і вібраційна стійкість) при проектуванні, виготовленні й експлуатації до машин хлібопекарського виробництва висуваються додаткові вимоги.

Можливість виконання процесів прогресивної технології. Інакше кажучи, машини й апарати при повній їхній продуктивності повинні робити на оброблюваний продукт технологічно оптимальний вплив. При цьому неминучі втрати повинні бути мінімальними. У силу цього при конструюванні нових чи модернізації діючих машин при оптимальному режимі технологічного процесу необхідно забезпечити відповідність швидкостей і траєкторій руху робочих органів фізико-механічним, хімічним і біологічним властивостям вихідних, проміжних і кінцевих продуктів.

Висока техніко-економічна ефективність. Її підвищення відображається в рості продуктивності суспільної праці, тобто в зниженні витрат на одиницю продукту, виробленого на зазначених машинах і апаратах. Підвищення техніко-економічної ефективності обумовлюють наступні параметри, віднесені до продуктивності машин: розмір займаної площі, витрата енергії, води, пари, вартість виготовлення, монтажу, ремонту й експлуатації устаткування.

Під займаною площею розуміється не тільки площа, зайнята машиною, але і площа, яку необхідно тримати вільною для технічної експлуатації машини.

Висока зносостійкість робочих органів машин і апаратів. Це важлива вимога, характерна для устаткування харчових виробництв, тому що якщо частки матеріалів, з яких виготовлена машина, потраплять у продукти, то це може зробити їх непридатними для продовольчих і харчових цілей. 

Можливість передачі руху машині безпосередньо від індивідуального чи групового електродвигуна. У багатьох випадках це поліпшує конструкцію машини і підвищує її експлуатаційні показники.

Надійна герметизація і раціональне переміщення обсягів повітря систем аспірації, що дозволяє уникнути виділення пилу у виробничі приміщення.

Ці вимоги особливо важливі в зв'язку з вибухонебезпечністю зернового, крохмального, цукрового, борошняного пилу при визначеній її концентрації в повітрі і при наявності джерел теплоти достатньої інтенсивності.

Технологічність машин і апаратів, тобто відповідність їхніх конструкцій оптимальним способам виготовлення устаткування при заданих масштабах виробництва й економії матеріалів.

Технологічність конструкції машини чи апарата відноситься до всього комплексу виробничих процесів, починаючи від виготовлення деталей і закінчуючи випробуванням зібраної машини. Для оцінки технологічності використовують наступні показники: загальну трудомісткість і масу машини чи апарата. Крім цього можуть бути використані такі показники, як ступінь конструкційної уніфікації і наступності, тривалість виробничого циклу й ін.

Уніфікація і нормалізація деталей і вузлів машин, максимально широке застосування стандартизованих деталей і виробів, що підвищує серійність і технологічність машин, а отже, підвищує продуктивність і зменшує вартість виробництва, спрощує і прискорює проектування, знижує ремонтну складність машин, скорочує номенклатуру необхідних запасних деталей.

Застосування економічних профілів металів при конструюванні і виготовленні машин, що зменшує її матеріалоємність.

У багатьох випадках застосування заготівок пустотілих профілів дозволяє без збитку для міцності і твердості деталей і складальних одиниць зменшити витрати металу в 2...3 рази. Для зменшення маси деталей доцільно вибирати матеріали з підвищеними механічними властивостями, орієнтуючись у багатьох випадках на штампування і зварювання окремих частин.

Необхідно широко використовувати сучасні прогресивні методи зміцнення металів. До них відносяться зміцнення (деформування) наклепом, накочування роликами і т.п., термомеханічне оброблення, поверхневе загартування, цементацію, азотування, ціанування, хромування, сульфідування, наплавлення і напилювання спеціальних матеріалів на робочі органи машини.

Застосування синтетичних матеріалів (пластмас) при виготовленні і ремонті машин. Ці матеріали при малій щільності мають достатню механічну міцність, пружність, еластичність і високу зносостійкість.

Застосування синтетичних матеріалів у багатьох випадках приводить не тільки до зниження маси машини, збільшенню її надійності і довговічності, але і до зниження трудомісткості і собівартості виготовлення. Економічний ефект від заміни металів пластмасами досягає значних розмірів, але при розрахунку деталей з нових конструкційних матеріалів необхідно враховувати їхні фізико-механічні властивості.

Машини й апарати повинні складатися з окремих блоків, що нескладно з'єднуються. Виконання цієї вимоги полегшує розбирання, переміщення і зборку машин при монтажі і ремонті.

При виготовленні машин і апаратів потрібно забезпечити відповідність допусків матеріалів і деталей державним стандартам, що є необхідною умовою взаємозамінності деталей і вузлів.

Машини і апарати повинні відповідати вимогам безпеки праці і виробничої санітарії. Зокрема, машини повинні мати з зовнішньої сторони гладку й обтічну форму, що полегшує дотримання вимог виробничої санітарії і є також вимогою безпечних умов праці.

Шум, що виникає під час роботи машин, не повинний перевищувати припустимі норми безпеки праці як по загальному рівню, так і по спеціальному складу. Звуки великої інтенсивності травмують центральну нервову і серцево-судинну системи, органи слуху і шлунково-кишковий тракт, що приводить до різних професійних захворювань.

Механічний шум виникає в результаті пружних деформацій деталей через неврівноваженість обертових систем, при роботі зубчастих передач і підшипників.

Зазначені деформації деталей і частин машини виявляються у вигляді вібрацій, що передаються корпусу машини, чи фундаменту при встановленні її на міжповерхове перекриття.

Аеродинамічний шум виникає при великих швидкостях повітряного чи газового потоку, при вихорах, зривах і пульсації швидкості і тиску.

По фізичній сутності між шумом і вібрацією немає розходження. Основна відмінність шуму від вібрацій полягає в їхньому психологічному сприйнятті, тобто шум і звук сприймаються слухом, а вібрація – на дотик.

Для послаблення шуму необхідно заміняти ударні способи дії без ударними; зворотно-поступальні рухи, що змінюються по гармонійному закону – рівномірно обертальними; демпфувати вібрації деталей, що ударяються і окремих вузлів шляхом зчленування їх з матеріалами, що мають велике внутрішнє тертя (гума, пробка, бітумний картон, повсть, азбест і ін.); зменшувати інтенсивність вібрацій деталей, що мають великі поверхні (корпуса, кожухи, кришки і т.п.) шляхом їхнього облицювання, заповнення спеціально передбачених порожнин у них матеріалами, що демпфують вібрації, чи установки гнучких зв'язків (пружних прокладок, пружин) між цими деталями і вузлами, що збуджують вібрацію.

Крім того, для зниження шуму необхідно виконувати наступні правила: заміняти металеві деталі на пластмасові чи з інших подібних (по ознаці шумових властивостей) матеріалів або чергувати металеві деталі з деталями із пластмаси; передбачати мінімальні по можливості допуски при виготовленні і зборці деталей агрегату для зменшення зазору в зчленуваннях деталей, зменшуючи тим самим енергію зіткнень і інтенсивність вібрацій; широко застосовувати змащення деталей, що ударяються, в’язкими маслами й укладати в масляні ванни деталі, що вібрують і видають шум. Якщо переважає шум підшипників, можна в деяких випадках заміняти підшипники кочення підшипниками ковзання. 

При неможливості зниження шуму в джерелі до гранично допустимого рівня (ГДР) варто включати в конструкцію машини пристрої, що перешкоджають поширенню шуму, та ізолюють чи поглинають його. Для цього вузли, що видають шум (шестерні редуктора, ланцюгові передачі і т.п.), і деталі, що ударяються, укладати в звукоізолюючі кожухи; машини, що видають шум усією своєю поверхнею, укладати повністю у звукоізолюючі кожухи з виводом назовні органів керування і контрольних приладів; необхідні отвори в звукоізолюючих кожухах виконувати у вигляді каналів, облицьованих зсередини звукопоглинаючими матеріалами; усі машини, що створюють надмірний шум унаслідок вихроутворення чи вихлопу повітря (вентилятори, повітродувки), забезпечити спеціальними глушниками; машини, призначені для установки на звичайних (не спеціальних) фундаментах, оснащувати амортизаторами.

14. Автоматизація контролю і регулювання робочих процесів. У потокових, жорстко зблокованих лініях необхідно передбачати автоблокувальні пристрої, які дозволяють:

– вимикати лінію, якщо хоча б одна з машин, що входить у неї, не готова до пуску;

– зупиняти будь-яку машину при вимиканні однієї з наступних машин лінії;

– зупиняти всю лінію при припиненні подачі продукту чи тари.

15. Статичне чи динамічне врівноваження обертових частин і поступально рухомих мас. Внаслідок неточності чи інших дефектів заготівок (наприклад, відливок), неякісної механічної обробки деталей і збиранні елементів машини виникає неврівноваженість через нерівномірність розподілу матеріалу в обсязі складальної одиниці.

Розрізняють статичну і динамічну неврівноваженість.

Статична неврівноваженість виникає при зсуві центра ваги обертового тіла щодо геометричної осі його обертання. Динамічна неврівноваженість виникає при розбіжності головної центральної осі інерції тіла з геометричною віссю його обертання.

При обертанні неврівноважених деталей виникають відцентрові сили, що досягають іноді значної величини. Неврівноваженість елементів машини викликає вібрацію її опор, а також підлоги (перекриття) будинку, надмірний знос підшипників і інших частин машини, збільшення витрат енергії, зниження продуктивності машини, збільшення експлуатаційних витрат, пов'язаних з частим ремонтом і заміною зношених деталей, порушення вимушених коливань і вібрацій, що приводять до зниження довговічності машини, погіршенню якості її роботи, саморозгвинчуванню різьбових сполучень.

Тому обертові частини машини повинні бути піддані статичному чи динамічному зрівноважуванню, тобто провести процедуру, що складається з оцінки розподілу мас ротора і, за необхідності, їх перерозподілу таким чином, щоб значення залишкового дисбалансу, вібрації або сил, що впливають на опору на частоті обертання ротора, не виходили за межі встановлених допустимих значень.

 

image028.jpg

 

16. Технічна досконалість і надійність машин і апаратів. Характеристикою технічної досконалості машини є надійність і період часу, протягом якого вона по своїх основних показниках буде відповідати сучасному рівню техніки.

Нижче приведені основні елементи, терміни і визначення в області надійності машин, що є загальними для різних галузей промисловості.

image030.jpg

 

Надійність – властивість машини (приладу, апарата, системи і їхніх частин) виконувати задані функції, зберігаючи свої експлуатаційні показники в заданих межах протягом необхідного проміжку чи часу необхідного наробітку.

Надійність машини обумовлюється її безвідмовністю, довговічністю, ремонтопридатності і збереженістю, а також довговічністю частин.

Кількісно надійність можна оцінювати добутком імовірності безвідмовної роботи протягом заданого часу на коефіцієнт оптимального технічного використання машини.

Під час оцінювання надійності машини користуються такими термінами і поняттями:

Граничний стан (англ. limit state, ultimate state) — стан об'єкта, за яким його подальша експлуатація неприпустима чи недоцільна.

Пошкодження — подія, яка полягає в порушенні справного стану об'єкта, коли зберігається його працездатність.

Термін служби — календарна тривалість експлуатації об'єкта від початку чи її поновлення після ремонту до переходу в граничний стан.

Безвідмовність — властивість об'єкта виконувати потрібні функції в певних умовах протягом заданого інтервалу часу чи наробітку. Ця властивість особливо важлива для машин, відмова яких може спричинити людські жертви (літальні апарати) або значні матеріальні ушкодження. Такі відмови називаються катастрофічними.

Ремонтопридатність (англ. maintainability) - властивість об'єкта бути пристосованим до підтримання та відновлення стану, в якому він здатний виконувати потрібні функції за допомогою технічного обслуговування та ремонту. Ремонтопридатність характеризується або середнім проміжком часу простою для профілактики, відшукання місця пошкодження і його усунення, або ймовірністю виконання технічного обслуговування і ремонту протягом заданого часу. Високий ступінь ремонтопридатності досягається застосуванням в конструкціях елементів і вузлів, які легко замінюються.

Довговічність — властивість об'єкта зберігати роботоспроможний стан (працездатний стан) або виконувати потрібні функції до настання граничного стану при встановленій системі технічного обслуговування і ремонту. Кількісним показником довговічності є технічний ресурс або термін служби. Призначеним ресурсом називається сумарний наробіток виробу, у разі досягнення якого експлуатація має бути припинена незалежно від його стану. Середній ресурс — математичне очікування ресурсу, гамавідсотковий ресурс — наробіток, впродовж якого не досягається критичний стан із заданою ймовірністю γ у відсотках (зазвичай γ = 80…90%).

Збережуваність — властивість об'єкта зберігати в заданих межах значення параметрів (безвідмовностідовговічності і ремонтопридатнос­ті), що характеризують здатність об'єкта виконувати потрібні функції, під час і після зберігання та (чи) транспортування. Властивість збережуваності має важливе значення для виробів, що мають відносно малий коефіцієнт використання за часом.

Працездатність – стан машини, при якому вона може виконувати  задані функції з параметрами, установленими вимогами технічної документації.

Відмовлення – подія, що полягає в порушенні працездатності.

До причин відмовлень відносять:

конструктивні дефекти, що однаково позначаються на усіх виробах;

технологічні дефекти, що приводять до зниження надійності частини виробу;

експлуатаційні дефекти, що сприяють передчасному виходу з ладу окремих виробів;

знос і старіння, що викликають необоротні зміни у виді порушення координації і взаємодії сполучених елементів, зниження їхньої міцності і виникнення усталосних руйнувань.

Наробіток – тривалість чи обсяг роботи машини, вимірювані в годинах (хвилинах, секундах), циклах, кубометрах, в інших одиницях.

Показниками довговічності ще можуть служити, наприклад, ресурс чи термін служби.

Ресурс – наробіток машини до граничного стану, обговореного в технічній документації.

Термін служби – календарна тривалість експлуатації машини до граничного стану, обговореного в технічній документації, чи до списання.

Несправність – стан машини, при якому вона не відповідає хоча б одному з вимог технічної документації.

Коефіцієнт технічного використання – відношення наробітку машини в одиницю часу за деякий період експлуатації до суми цього наробітку і часу всіх простоїв, викликаних технічним обслуговуванням і ремонтами за цей період експлуатації.

Тео́рія наді́йності — наука, що вивчає закономірності розподілу відмов технічних пристроїв, причини і моделі їх виникнення.

Теорія надійності вивчає методи забезпечення стабільності роботи об'єктів (виробів, пристроїв, систем тощо) в процесі проектування, виробництва, прийманняексплуатації та зберігання.

Встановлює і вивчає кількісні показники надійності. Досліджує зв'язок між показниками ефективності і надійності.

 

image032.jpg

       

Наука про надійність базується на використанні математико-статистичного і ймовірного методу у створенні технічно зробленого устаткування, установлює закономірності виникнення конструктивних, технологічних і експлуатаційних відмов і відновлення працездатності устаткування; вона в об'єктивній формі розглядає вплив зовнішніх і внутрішніх факторів, створює і систематично уточнює основи розрахунку надійності устаткування при його конструюванні, виготовленні й експлуатації.

 

До змісту