автореферат диссертации по технологии, машинам и оборудованию лесозаготовок, лесного хозяйства, деревопереработки и химической переработки биомассы дерева, 05.21.03, диссертация на тему:Эксплуатационная эффективность бумагоделательных машин и вариативность системы их ремонта



Ижевский государственный технический университет

На правах рукописи

Турыгин Юрий Васильевич

Эксплуатационная эффективность бумагоделательных машин и вариативность системы их ремонта

Специальность 05.21.03 - " Технология и оборудование химической

переработки древесины, химия древесины"

Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук

Научный консультант заслуженный деятель науки и техники РФ, доктор технических наук, профессор И.В. Абрамов

Ижевск - 1998

Содержание

Стр.

Введение 5

Глава 1. Состояние теории и практики обеспечения

эксплуатационной эффективности бумагоделательных машин 14

1.1. Эксплуатационная эффективность и ее свойства 14

1.2. Бумагоделательная машина как объект исследования 27

1.3. Ремонт оборудования по техническому состоянию 35

1.4. Проблемы теории и практики повышения эксплуатационной эффективности и основные пути их решения 45

Выводы 53

Глава 2. Теоретические основы формирования гибкой

структуры ремонтного цикла бумагоделательных машин 54

2.1. Критерии оптимизации и целевая функция эффективности бумагоделательных машин 54

2.2. Модель эксплуатации бумагоделательной машины

как системы непрерывного действия 69

2.3. Модель надежности бумагоделательной машины как технологической системы с последовательно соединенными элементами 78

2.4. Стратегии технического обслуживания и ремонта бумагоделательных машин 88

2.5. Построения гибкой (адаптивной) структуры

ремонтного цикла бумагоделательных машин 98

Выводы 110

Глава 3. Роль диагностики в техническом обслуживании и ремонте бумагоделательных машин и их составных частей 113

3.1. Техническое состояние оборудования ЦБП и задачи диагностики 114

3.2. Модели диагностирования и оценка остаточного

ресурса составных частей 123

3.3. Основы построения гибкого графика ремонта системы

по результатам технического диагностирования 134

3.4. Нормирование диагностических параметров 136

3.5. Диагностирование технического состояния и организация технического обслуживания и ремонта бумагоделательных машин 154

Выводы 162

Глава 4. Статистическое исследование эксплуатационной

эффективности бумагоделательных машин 164

4.1. Информационное и методическое обеспечение статистического исследования 164

4.2. Исследование влияния времени эксплуатации бумагоделательных машин на параметры ремонта 173

4.3. Статистический анализ процесса эксплуатации бумагоделательной машины 181

4.4. Оценка надежности бумагоделательных машин и их

составных частей 187

4.5. Оценка динамики эксплуатационной эффективности 198 Выводы 205 Глава 5. Автоматизированное управление ремонтом

оборудования 207

5.1. Комплексы задач автоматизированной системы

управления ремонтом 208

5.2. Автоматизированное рабочее место механика 215

5.3. Информационное обеспечение технического обслуживания и ремонта 220

Выводы 229

6. Обеспечение конструктивно - эксплуатационных свойств и организация ремонта современных бумагоделательных машин 230 6.1. Технико - экономические аспекты проектирования и

эксплуатации бумагоделательных машин 230

6.2. Требования к ремонтопригодности и эксплуатационной технологичности 234

6.3. Пути повышения эксплуатационной технологичности и ремонтопригодности бумагоделательных машин 239

6.4. Автоматизированное проектирование трубчатых

валов бумагоделательных машин 246

6.5. Совершенствование системы технического обслуживания и ремонта технологического оборудования по

производству целлюлозы, бумаги и картона 264

Выводы 270

Общие выводы 272

Литература 275

Приложение 290

Введение

Выпуск кондиционной продукции при снижении общего уровня затрат всегда является актуальной задачей (проблемой) производства, в т.ч. и целлюлозно-бумажного. Эффективность использования бумагоделательных машин, особенно современных, имеющих высокие технические характеристики, зависит от многих факторов. В числе этих факторов важное место занимают достигнутый уровень надежности, организация технического обслуживания и ремонта , а также объем затрат времени и средств на их проведение.

Характеризуя объект исследования, следует отметить, что современные бумаго- и картоноделательные машины являются автоматизированными механическими технологическими линиями непрерывного действия большой единичной мощности. В конструкциях вновь проектируемых бумагоделательных машин учитываются и объединяются современные достижения науки и техники, в частности, в технологии бумаги, методах проектирования, конструкциях составных частей, методах эксплуатации и т.п. В этой связи каждая машина является уникальным изделием, отличается от других параметрами производительности, имеет конструктивные особенности, эксплуатируется при различных режимах и условиях окружающей среды.

Современный парк бумаго- и картоноделательных машин в России насчитывает около 400 единиц. За период с 1975 по 1990г., было введено в эксплуатацию 16 современных машин отечественного и зарубежного производства, что существенно укрепило технический потенциал целлю-лозно- бумажной промышленности (ЦБП).

В настоящей работе все исследования эксплуатационной эффективности бумаго- и картоноделательных машин проведены применительно к машинам с обрезной шириной полотна свыше 4200 мм. Под эксплуатационной эффективностью будем понимать свойство реальной техни-

ческой системы производить наибольшее количество продукции во время эксплуатации с оптимальными затратами средств и времени на поддержание функциональной работоспособности. Фактические данные об их работоспособности были получены из отчетов ЦСУ РФ, а также от служб главного механика Архангельского, Балахнинского, Соликамского, Пермского и других целлюлозно - бумажных комбинатов.

Важнейшими факторами увеличения выпуска бумаги и эффективности использования технологического оборудования остается освоение и превышение проектной производительности путем интенсификации работы машин на основе совершенствования технологии бумаги и конструкций отдельных составных частей, сокращение неплановых простоев [2]. Передовые предприятия ЦБП успешно решают практические задачи, связанные с повышением эффективности использования оборудования. Например, Кондопожский и Балахнинский ЦБК на машинах с обрезной шириной бумажного полотна 6720 мм достигли рабочей скорости 830 м/мин (при 750 м/мин по проекту).

Повышению эффективности использования бумагоделательных машин способствовало введение в действие с января 1981 года "Системы технического обслуживания и ремонта оборудования технологических линий по производству целлюлозы, бумаги и картона" (Система ТО и Р"), подготовленной Центральным научно-исследовательским и проектным институтом по проектированию оборудования для целлюлозно-бумажной промышленности (ЦНИИБуммашем) совместно с другими организациями [117].

"Система ТО и Р" отличается от предыдущего "Положения .... " [102] использованием блочных методов замены узлов и агрегатов, прогрессивными нормами расхода запасных частей и их неснижаемого уровня. В ней намечен переход к организации структуры ремонтного цикла по оценке технического состояния. Несмотря на свою прогрессивность, "Система ТО и Р" имеет фиксированную нормативную основу, не учиты-

вающую конструктивные особенности, качество изготовления и условия эксплуатации уникальных систем.

По заданию Министерства лесной, деревообрабатывающей и целлюлозно-бумажной промышленности СССР (Минлеспром СССР) в период с 1986... 1990 г.г. под руководством Отраслевой лаборатории проблем надежности бумагоделательного оборудования при Ижевском механическом институте была разработана "Система технического обслуживания и ремонта технологического оборудования по производству целлюлозы, бумаги и картона" (СТО и Р). Новая СТО и Р содержит следующие элементы новизны: разработаны гибкие модели и структуры ремонтного цикла бумагоделательного и целлюлозного оборудования, позволяющие учитывать изменение его технического состояния при эксплуатации; разработаны методы эффективного использования результатов технического диагностирования при определении продолжительности ремонтов и их объемов и др.. При оценке деятельности ремонтной службы принято направление на то, что на предприятии у производственного и ремонтного персонала одна цель - обеспечение выпуска кондиционной продукции. Поэтому результат деятельности ремонтной службы - не объем ремонтных работ, а только готовая продукция предприятия по номенклатуре, объему и качеству, произведенная с наименьшими затратами [10, 104]. Разработанная СТО и Р рекомендована к использованию (применению) в отрасли секцией "Техническое обслуживание и ремонт оборудования ЦБП" научно-технического совета Минлеспрома СССР в января 1990 года.

Отличительной особенностью разработанной СТО и Р [104] от аналогичных документов смежных отраслей промышленности [118, 127] в ее большей ориентации на проведение технического обслуживания и ремонта с учетом технического состояния оборудования и его составных частей.

В работе [2] показано, что выпуск продукции обусловлен двумя важнейшими свойствами бумагоделательных машин: производитель-

ностью и надежностью. Взаимосвязь этих свойств проявляется при эксплуатации. С приведенных позиций можно утверждать, что конкретные машины обладают разной эксплуатационной эффективностью, обусловленной производительностью, надежностью и затратами средств на поддержание работоспособности. Разработанные основы теории эксплуатационной эффективности бумагоделательных машин, раскрывающие взаимосвязь их основных свойств, создают научную основу для управления производительностью и надежностью с целью получения наибольшего количества продукции при оптимальных затратах на поддержание функциональной работоспособности.

Появление в отрасли широкоформатных высокоскоростных машин и опыт их эксплуатации выдвинули на первый план проблему обеспечения их надежности. Основными причинами этого являются значительные потери в выпуске продукции от ненадежности машин, особенно высокопроизводительных, а также значительных затрат средств и времени на поддержание работоспособности, так как увеличение рабочих скоростей и обрезной ширины полотна обусловливает рост нагрузок, интенсификацию процессов изнашивания, накопление повреждений и разрушение деталей и узлов. Ввиду особо важного места широкоформатных скоростных машин в техническом перевооружении предприятий целлюлозно-бумажной промышленности, актуальной задачей целлюлозно-бумажного машиностроения является их исследование с целью разработки методов обеспечения высокой надежности и эффективности использования, выявление причин потери работоспособности деталей и узлов и способов устранения неисправностей. Полученные результаты могут быть полностью перенесены на другое оборудование.

Эффективное время работы машины и выпуск кондиционной продукции снижаются из-за недостаточной надежности различных составных частей, что приводит к значительным потерям производительности и материальным затратам, снижение которых актуально для повышения

эксплуатационной эффективности машин, выпускаемых заводами целлюлозно-бумажного машиностроения. Решение этой проблемы позволяет также решать задачи освоения проектных мощностей в более короткие сроки и построения рациональной системы технического обслуживания и ремонта.

Эксплуатационная эффективность оборудования во многом зависит от качества диагностирования технического состояния деталей и узлов. Наиболее широко применение в целлюлозно-бумажной промышленности получила вибродиагностика подшипников качения. Для этих целей широко применяются переносные приборы. В последние годы стали применять и стационарные диагностические системы на основе ЭВМ. Эти системы весьма дорогостоящие, и, как следствие, они находят весьма ограниченное применение. Использование тех или иных средств диагностирования технического. состояния должно обосновываться в каждом конкретном случае технико-экономическим анализом. Практика эксплуатации бума-го- и картоноделательных машин показывает эффективность их применение на современных высокопроизводительных машинах.

В настоящее время при эксплуатации машин широко используется параметрическая диагностика, т.е. оценка параметров технологии производства и основных характеристик продукта, и функционирующие на ее основе системы управления технологическим процессом производства бумаги и картона. Однако ее результаты еще недостаточно широко используются для оценки технического состояния оборудования и организации его технического обслуживания и ремонта. Более полное использование результатов диагностирования, уточнение на их основе сроков проведения и объемов ТО и Р является важнейшей проблемой эксплуатационной эффективности.

Анализ конструкций и процесса эксплуатации показывает, что бу-маго- и картоноделательные машины - это ремонтируемые, восстанавливаемые системы, функционирование которых после отказа возобновляет-

ся в результате проведения ремонтно-восстановительных и регламентных работ. Часть ремонтно - восстановительных работ проводится при устранении последствий отказов, возникающих между плановыми остановами на текущий ремонт. Другая часть входит в систему планово - предупредительного ремонта (ППР), предусматривающую определенную цикличность его проведения.

Анализ методов эксплуатации и ремонта показывает, что поддержание машины в работоспособном состоянии - трудоемкий процесс, связанный со значительными затратами времени и материальных средств. Кроме того, простои машины в ремонте вызывают существенные потери в выпуске бумаги и картона. Очевидно, что величина этих потерь во многом обуславливается качеством изготовления и ремонта бумаго- и картоноделательных машин. В этой связи повышение эксплуатационной эффективности является комплексной научной, технической и экономической проблемой.

Целью диссертационной работы является повышение эксплуатационной эффективности на основе системного ( теоретического ) анализа этапов создания и эксплуатации, разработки математических моделей и прикладных методов решения задач управления процессами жизненного цикла бумагоделательных машин . Полученные выводы и результаты базируются на многолетних исследованиях закономерностей развития и эксплуатации бумаго- и картоноделательных машин.

Методические основы диссертационной работы базируются на: развитии прикладной теории эксплуатационной эффективности бумагоделательных машин;

статистическом исследовании эксплуатационной эффективности действующих машин;

превентивном методе организации технического обслуживания и ремонта по техническому состоянию составных частей системы на основе широкого использования диагностирования узлов на ходу машины;

проектировании и применении высоконадежных и ремонтопригодных конструкций составных частей и средств механизации ремонта;

вероятностных методах расчета на долговечность, диагностировании технического состояния определяющих деталей и узлов с целью вычисления их остаточного ресурса;

апробации рекомендаций, разработанных с учетом основных положений диссертации, при промышленной эксплуатации бумаго- и картоно-делательных машин.

При достижении поставленной цели были решены следующие задачи:

развитие научных и технических методов увеличения времени эффективной работы бумагоделательных машин и обеспечения требуемого уровня эксплуатационной эффективности на стадиях проектирования, изготовления и эксплуатации;

разработаны модели эксплуатации и надежности бумагоделательных машин как сложных механических систем непрерывного действия, характеризующие основные этапы их функционирования;

разработана и исследована стратегия организации технического обслуживания и ремонта применительно к бумагоделательным машинам;

теоретически обоснована возможность и целесообразность организации ТОиР бумагоделательных машин по состоянию на основе статистического анализа эксплуатационной информации, оценки остаточного ресурса по результатам диагностирования и реализации гибкой ( адаптивной) стратегии планирования ТОиР;

проведены статистические исследования эксплуатации бумагоделательных машин, подтверждающие возможности прогнозирования, обеспечения и управления эксплуатационной эффективности систем и ее отдельных показателей;

определен круг задач, подлежащих решению в автоматизированной системе управления ремонтом оборудования, базирующейся на создании и

функционировании автоматизированного рабочего места (АРМ) механика цеха как основной ячейки АСУ - ремонт;

результаты раб