автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.13, диссертация на тему:Разработка метода сервисного обслуживания технологических систем ЖКХ с использованием комплекса прогрессивных полимерных композитов

Введение.

1. Анализ состояния технических систем в ЖКХ и технологических систем в промышленном производстве.

1.1 Сервисное обслуживание оборудования и систем жизнеобеспечения в ЖКХ и в промышленности.

1.2 Композиционные материалы, используемые при восстановлении и модернизации оборудования и систем жизнеобеспечения.

1.3 Клеевые и герметизирующие составы и возможности их применения для восстановления деталей и узлов оборудования.

1.4 Постановка задачи исследования.

Выводы.

2. Методология сервисного обслуживания технических и технологических систем. ф 2.1 Стратегические основы сервисного обслуживания.

2.2 Обоснование организации сервисных центров по оказанию технических услуг.

2.2.1 Сервисное предприятие по восстановлению и модернизации оборудования.

2.2.2 Возможности территориального функционирования сервисных центров.

2.2.3 Формирование загрузки предприятий технического сервиса.

2.3 Обеспечение качества, стандартизация и сертификация услуг технического сервиса.

Выводы.

3. Исследование свойств композиционных материалов при восстановлении и модернизации оборудования и технических средств.

3.1 Влияние различных факторов на прочность адгезионных соединений композит-металл.

3.2 Исследование влияния модифицирования поверхности специальными составами на адгезионную прочность соединений.

3.3 Исследование поведения композиционных материалов в жидкостях и агрессивных средах.

3.3.1 Химическая стойкость ремонтных композиционных материалов.

3.3.2 Определение влияния различных видов топлива на ремонтные композиционные материалы.

3.3.3 Прогнозирование долговечности работы композиционных материалов в ф агрессивных средах.

Выводы.

4. Исследование адгезионных свойств анаэробных материалов при их использовании в процессах восстановления п модернизации оборудования.

4.1 Методы определения адгезионной прочности соединений полимер-металл, выполненных с использованием анаэробных материалов.

4.2 Поведение анаэробных материалов в жидкостных и агрессивных средах.

4.3 Активирование процесса полимеризации анаэробных материалов.

4.4 Особенности выбора анаэробных материалов и исследование их характеристик.

Выводы.

5. Эффективность технологических методов восстановления н модернизации оборудования с использованием композиционных материалов.

5.1 Технологические основы восстановления технических и технологических систем.

5.1.1 Использование металлополимерных композиционных материалов.

5.1.2 Использование анаэробных материалов. 5.2 Методы восстановления основных деталей и узлов.

5.3 Экономическая эффективность от внедрения технологических методов щ восстановления оборудования композиционными материалами.

Выводы.

Актуальность темы. В настоящее время около 70% населения развитых стран занято в сфере услуг и в ближайшей перспективе тенденция опережающего роста сферы сервиса будет определяющей в современном обществе. При этом производственный сервис будет столь же весом, как и оказание услуг населению. К производственной сфере следует отнести не только услуги по поддержанию работоспособного состояния оборудования в промышленности, но и всю сферу услуг по бесперебойному функционированию систем жизнеобеспечения в жилищно-коммунальном хозяйстве (ЖКХ). Вопросы сервиса оборудования на сегодняшний день особенно актуальны.

Так как сервис является приоритетным направлением современной экономики, то он должен быть первоочередным объектом научных исследований. В настоящий момент можно выделить три научных проблемы актуальные для сферы сервиса: развитие методологии науки о сервисе; сервисное сопровождение научных исследований; разработка наукоемких сервисных технологий.

Развиваемая идеология современного сервиса включает, наряду с традиционными и новыми представлениями о бытовом обслуживании, концепции промышленного сервиса, к каковым следует отнести сервис технических и технологических систем, которые следует отнести к объектам исследования промышленного сервиса. Техническая система представляет собой функционирующий объект определенного назначения (автомобиль, трактор, насос, станок, стиральная машина и т.д.), созданный для осуществления процессов производства или обслуживания непроизводственных потребностей общества. Технологическая система — это производственная система, представляющая собой совокупность методов и средств обработки, изготовления, изменения состояния, свойств, формы материалов или полуфабрикатов, осуществляемых в процессе производства продукции.

Актуальность вопросов, связанных с ремонтом машин обусловлена наличием с стране большого парка физически и морально устаревших машин и оборудования, требующих частого, в большинстве случаев аварийного ремонта при хроническом дефиците запасных частей. Основным конструкционным материалом массового машиностроения остается металл. Традиционно изделия из металла ремонтируют с использованием металла. Для контактного взаимодействия металлов необходимо термическое воздействие с обеспечивающим его громоздким технологическим оборудованием и высококвалифицированным обслуживанием. Новые возможности в технологии ремонта открывает использование композиционных материалов. Необходимость в технологиях ремонта оборудования и систем жизнеобеспечения, не требующих значительных финансовых вложений, материальных и трудовых ресурсов, существуют постоянно. Именно таким требованиям отвечают технологии ремонта с использованием ремонтных полимерных композиционных материалов, использование которых не требует дорогостоящей оснастки и оборудования, и часто являются адекватной замене сварке, пайке, наплавке. Рациональное использование физико-химических свойств полимерных композиционных материалов позволяет значительно снижать трудоемкость и себестоимость ремонта и сокращать расход материалов на их проведение.

С начала 90-х годов на российских машиностроительных заводах металлорежущее оборудование практически не обновляли, не ремонтировали и тем более, не модернизировали. Причины такой ситуации: ограниченность у предприятий собственных инвестиций в развитие производства и низкая платежеспособность отечественных потребителей - привели к потере точности и производительности станочного оборудования и, следовательно, к низкой конкурентноспособности продукции российских предприятий. Такая же картина наблюдается и в жилищно-коммунальном хозяйстве по причине высокого износа трубопроводов и используемого оборудования [11,112]. Поэтому важнейшей задачей машиностроения России в настоящий период является модернизация станочного оборудования, определяющего качество продукции промышленных предприятий. Понятие модернизации оборудования в настоящее время, в отличии от принятого в литературе [75] означает, что предполагается поднять технический уровень имеющегося оборудования до уровня новой современной конкурентноспособной продукции. В основе модернизации всех видов оборудования должны быть заложены разнообразные технические решения, в том числе: восстановление и модернизация изношенных узлов оборудования для повышения их точности, надежности и долговечности; использование для целей модернизации новых композиционных материалов, обеспечивающих повышение износостойкости механизмов оборудования.

Именно эти технические решения являются одной из задач настоящего исследования. Поэтому в настоящее время актуальной является задача оказания сервисных услуг по восстановлению и модернизации технологических систем предприятий, т.е. действующего технологического оборудования, обеспечивающего выпуск продукции. Решение этой задачи может быть решено на основе создания сервисных центров, специализирующихся на выполнении восстановления различных видов оборудования для различных отраслей промышленности и сферы ЖКХ.

Очевидно, что восстановление и модернизация оборудования может быть достигнута на базе применения современных технологий, в том числе с использованием новых композиционных материалов.

Цель и залами исследования. Целью настоящей работы является разработка метода сервисного обслуживания технологических систем с использованием комплекса прогрессивных полимерных композитов, что позволяет повысить долговечность и снизить затраты на эксплуатацию оборудования и систем жизнеобеспечения в ЖКХ. Для реализации поставленной цели были поставлены следующие задачи:

1. Разработать основные положения методологии технологического сервиса и обосновать необходимость создания сервисных центров по восстановлению и модернизации оборудования и систем жизнеобеспечения ЖКХ на базе использования прогрессивных технологий.

2. Оценить физико-механические и эксплутационные свойства имеющихся полимерных композитов и установить их соответствие требованиям, предъявляемым к технологическим системам с сфере ЖКХ и в промышленности.

3. Разработать метод сервисного обслуживания технологических систем ЖКХ с использованием комплекса существующих прогрессивных полимерных композитов.

4. Установить зависимости между химической стойкостью полимерных композитов и механической прочностью соединений в оборудовании, изделиях и системах ЖКХ.

5. Разработать и внедрить технологию сервисного обслуживания технологических систем на базе использования комплекса прогрессивных полимерных композитов через сеть сервисных центров.

Научная новизна. Научная новизна диссертационной работы заключается в разработке методологических основ сервисного обслуживания технологических систем и создании наукоемких технологических методов восстановления и модернизации оборудования в промышленности и сфере ЖКХ на базе использования прогрессивных полимерных композиционных материалов. На основе проведения комплекса теоретических, экспериментальных и технологических исследований:

- разработаны модели объектов сервиса, установлены их основные функции и предложен метод планирования и формирования загрузки предприятий технического сервиса и установлены основные этапы от постановки целевых задач до выполнения конкретных сервисных услуг;

- разработан метод оценки соответствия физико-механических, технологических и эксплутационных свойств полимерных композитов требованиям, предъявляемым к технологическим системам в промышленности и в сфере ЖКХ;

- установлены зависимости, оценивающие влияние жидкостных и агрессивных сред на химическую стойкость композиционных материалов и их механические свойства и разработан метод прогнозирования долговечности работы соединений, выполненных с использованием композиционных материалов в агрессивных средах; - разработан метод сервисного обслуживания технологических систем с использованием комплекса существующих прогрессивных полимерных композитов и сервисных центров.

Практическая значимость и реализация результатов работы. Методология создания и функционирования сервисных центров по оказанию услуг в восстановлении и модернизации оборудования на предприятиях и в сфере ЖКХ будет способствовать широкому распространению сферы технического и технологического сервиса.

Разработаны технические условия на композиционный материал «Мультипласт» и технологическая инструкция по применению анаэробных и металлополимерных материалов «Честер Молекуляр» при ремонтно-восстановительных работах.

На «Теплосетях» и «Водоканале» г. Мытищи внедрена технология восстановления деталей и узлов центробежных насосов в использованием композиционных материалов. Рекомендованы для применения ремонтные комплекты инструмента и композиционных материалов.

Технология восстановления крупногабаритных металлических, гранитных валов с использованием композиционных материалов внедрена на предприятиях полиграфической и целлюлезнобумажной отраслей промышленности.

Технология восстановления оборудования с использованием композиционных материалов не требует энергетических затрат, имеет широкую область применения и обеспечивает высокий экономический эффект.

Личное участие автора заключается в постановке и решении задач по разработке методологических основ сервиса технических и технологических систем; разработке моделей объектов сервиса, установлении их основных функций по планированию, загрузке и обеспечению сервисных услуг на основе использования системы качества, стандартизации и сертификации выполняемых работ; в исследовании адгезионных свойств композиционных материалов, установлении зависимостей их поведения в агрессивных средах, при различных технологических и эксплутационных ситуациях; в создании методов выбора композиционных материалов и прогнозирования долговечности их работы.

Автором экспериментально обоснован, разработан и внедрен на предприятиях ЖКХ и других отраслей промышленности сервисный метод восстановления и модернизации оборудования в производственных условиях, который учитывает конкретные условия эксплуатации объектов и позволяет многократно сократить затраты на восстановление и поддержание их работоспособного состояния.

Основные положения диссертации, которые выносятся на защиту;

- методологические основы сервиса технических и технологических систем и разработка моделей объектов сервиса на основе использования системы качества, стандартизации и сертификации сервисных услуг;

- результаты исследования адгезионной прочности соединений, выполненных с использованием композиционных материалов, в зависимости от методов обработки соединяемых поверхностей;

- результаты исследования химической стойкости композиционных материалов и метод прогнозирования долговечности их работы;

- зависимости адгезионных свойств анаэробных клеев и герметиков от химической активности среды технологических и эксплутациоиных факторов и методология выбора анаэробных материалов для применения в конструкциях изделий и в ремонтных целях;

- метод сервисного обслуживания по восстановлению основных деталей и узлов оборудования на предприятиях и в сфере ЖКХ с использованием комплекса прогрессивных полимерных композитов;

- результаты внедрения методов восстановления и модернизации оборудования с использованием металлополимерных и анаэробных композитов на промышленных предприятиях и в сфере ЖКХ.

Структура диссертации Диссертация состоит из введения, пяти частей, заключения, списка литературы и восьми приложений. Текст изложен на 184 страницах машинописного текста и включает 24 таблицы и 70 иллюстраций. Список литературы включает 137 наименований.

Общие выводы по работе

На основе анализа работы предприятий технического сервиса прехтожены фаф-модели объектов и разработан метод загрузки предприятий в матричной форме, позволяющий сократить трудозатраты исполнителей и довести их загрузку до 100%.

Установлена необходимость создания на сервисных предприятиях системы качества, стандартизации и сертификации сервисных услуг. Предложена структура документации и методология последовательности работ по созданию системы качества на предприятиях сервиса, что обеспечивает повышение качества и снижение затрат на производство услуг технологического сервиса.

Разработай метод оценки соответствия физико-механических, технологических и эк'спл>тацио1шьгх свойств полимерных композитов требованиям, предъявляем ым к технологическим системам в промышленности и сфере ЖКХ.

4. Установлено, что фосфатирование соединяемых поверхностей способствует увеличению числа реализованных адгезионных связей на границе контакта «композит-металл» и ведет к увеличению адгезионной прочности соединений (до 40%).

5. В результате экспериментальных исследований определено влияние металлополимеров па нефтепродукты и установлено, что композиты «Полимет», «Мультипласт». «Честер Супер» не оказывают воздействия на нефтепродукты и могут быть рекомендованы для ремонта и герметизации емкостей со сквозными дефектами.

7. На основе теоретических и экспериментальных исследований предложены зависимости времени экспозиции от значений набухания и стойкости, которые позволяют прогнозировать долговечность работы композиционных материалов в агрессивных средах.

8. Проведена оценка фактической площади шероховатой поверхности и получены математические зависимости ее определения, позволяющие рассчитать прочность адгезионного соединения, выполненного с использованием анаэробных материалов, что позволило разработать методику выбора анаэробных композитов с учетом конструктивных особенностей соединений.

9. Экспериментальные исследования подтвердили стойкость анаэробных материалов к воздействию агрессивных сред по наб>"ханию и изменению предела прочности в соединении. Установлено, что анаэробные материалы не вступают в реакцию с бензином, маслами и различными рабочими средами, что позволяет использовать их в системах приборов, оборудования, заполненных этими средами.

10. Установлено, что метод нанесения медного покрытия обработкой в металлоплакирующих средах увеличивает активность соединяемых, с использованием анаэробных материалов, поверхностей, что обеспечивает ускорение процесса полимеризации.

11. На основе теоретических и экспериментальных исследований разработан метод сервисного обслуживания технологических систем с использованием металлополимерных и анаэробных композиционных материалов и техническая документация хля обеспечения широкого внедрения восстановительных технологий в промышленности и сфере ЖКХ;

12. Технико-экономический эффект предложенных технологий заключается в удешевлении стоимости восстановительных работ в 5-6 раз, в сокращении сроков ремонта в 2-3 раза в сравнении с традиционными методами; увеличение сроков службы модернизированных объектов в 2-4 раза. Фактическая экономическая эффективность только по двум предприятиям в 2004-2005 годах составила 1260 тыс. рублей.

1. Абакумов Ю.Ф. Металлополимерные ремонтные материалы, свойства и области применения. «Ремонт, восстановление, модернизация», №10,11, 2003, с. 42-44, с. 44-45.

2. Адгезия полимеров и адгезионные соединения в машиностроении. М. НТО «Машпром». Ч.И, 220с.

3. Андреева Т.А., Сладков О.М., Артеменко С.Е. Адгезионная прочность металлополимерных композиционных материалов. Пластические массы. № 7, 1999, с.26-27.

4. Бартенев Г.М. Прочность и механизм разрушения полимеров.-М.:Химия, 1984.-280 с.

5. Басин В.Е. Адгезионная прочность. М. Химия, 1981,208с.

6. Бибиков А.И., Оборский И.Л. Козелло Н.Л. Использование клеевых композиций в соединениях деталей сельскохозяйственных машин. Журнал «Вестник машиностроения», 1991, № 10, с. 68-69.

7. Белый В.А., Егоренков Н.И., Плескачевский Ю.М. Адгезия полимеров к металлам. Минск: Наука и техника, 1971.-288 с.

8. Берлин А.А., Басин В.Е. Основы адгезии полимеров. М., Химия, 1974, 392 с.

9. Вартанов М.В., Зинина И.Н. Влияние качества поверхности на прочность адгезионных соединений. Сборка в машиностроении, приборостроении. № 2, 2000, с. 28-29.

10. Веселовский Р. А. Полимерные композиционные материалы и технологии с их использованием при строительстве, эксплуатации и ремонте объектов гидротехники и мелиорации: Методические рекомендации. Киев: Знание, 1988.-16с.

11. Веселовский Р.А. Регулирование адгезионной прочности полимеров. Киев: Наукова Думка, 1988.-176 с.

12. Веселовский Р.А., Липатов Ю.С., Шапаев Ж.И. Полимерные клеи для ремонта оборудования и сооружений //Гидротехника и мелиорация.-1983.-№5.- с. 56-58.

13. Волков Г.М. Гончаров А.Б. Нетрадиционный ремонт автотранспортной техники и оборудования. «Тракторы и сельскохозяйственные машины», №4. 1995, с.24-25.

14. Волков Г.М., Гончаров А.Б. Холодная молекулярная сварка в ремонтном производстве. «Тракторы и сельскохозяйственные машины», 1996, №2, с. 25-27.182122,23,24,25,26,27.30,31,32,33,34,

15. Волков Г.М., Гончаров А.Б. Холодная молекулярная сварка: применение на практике. «Тракторы и сельскохозяйственные машины», 1997, №1, с.35-37.

16. Волков Г.М. Возможности метода холодной молекулярной сварки для ремонта и восстановления крупногабаритных деталей машин. Вестник машиностроения. 1995, № 10, с.23-26.

17. Волков Г.М. Особенности холодной молекулярной сварки как ключевой технологии реновации действующих машин и оборудования. «Ремонт, восстановление, модернизация» №8, 2002, с. 22-29.

18. Волкин А.С. Сервисное предприятие по ремонту деревообрабатывающего оборудования. РИТМ, №3, 2003.

19. Воробьева Г.Я. Химическая стойкость полимерных материалов. М., Химия, 1981, 296с. Голынко-Вольфсон C.JI. и др. Химические основы технологии применения фосфатных связок и покрытий / М.Н. Сычев, Л.Г. Судакич, Л.И. Скобко.- Ленинград: Химия, 1968.-191 с.

20. Гончаров А.Б. Опыт применения передовых технологий с использованием полимерных композиционных материалов на фирме «Мосинтраст» «Сварочное производство», 1999, №10, с. 20-22.

21. Гаркунов Д.Н. Триботехника (износ и безызносность). М.: «Издательство МСХА», 2001, 616с.

22. Готлиб Е.М., Ковлишвили З.С., Соколова Ю.А. Прогнозирование долговечности эпоксидных композиционных материалов в агрессивных средах. Пластические массы. № 3, 1995, с.36-37.

23. Дистлер Г.И. Активная поверхность твердых тел. Тематический сборник. М., 1976, 111 с. Дмитриев А.И., Журавлев Ю.И., Кренделев Ю.П. О математических принципах классификации предметов и явлений. «Дискретный анализ». Новосибирск, 1966 г., вып. 7.ч

24. Достижения в области создания и применения клеев. Под ред. Петровой А.П. М., МДНТП им. Ф.Э. Дзержинского, 1979, 202с.

25. Дерягин В.В., Кротова Н.А., Смилга В.П. Адгезия твердых тел. М., Наука, 1973, 280 с. Ершов К.А. К вопросам организации регионального сервисного центра. Главный механик. №9,2005

26. Жуменков В.И. Основы формирования загрузки предприятия технического сервиса АПК. р Ремонт, восстановление, модернизация, №4, 2005.

27. Ищенко А.А. Новые технологии ремонта оборудования металлополимерными материалами. Тяжелое машиностроение, 1999, №2, с.32-34.

28. Ищенко А.А., Подплатный В.И. Ремонт прокатного оборудования металлополимерными материалами. Прокатное производство. №6, 2000.

29. Ищенко А.А., Семенюта А.Н., Швам A.JI. Новая технология восстановления станин листопрокатных станов. Металлургическая и горная промышленность, 2001, №4, с.27-29.

30. Карапатницкий A.M., Крейдлин J1.M., Дудченко Л.И. Применение анаэробных продуктов и клеев в тракторостроении. Обзор ЦНИИТЭИ тракторосельхозмаш, вып. 12, 1978.

31. Котлер Ф. Маркетинг, менеджмент. СПб, Питер, 1999, 540с.

32. Киселев Г.И., Тулинов А.Б. Новые технологии ремонта трубопроводных систем композиционными материалами //Новости теплоснабжения, №11, 2002. с. 31-34.

33. Клеи специального назначения. Под ред. Каракозова. J1., ЛДНТП, 1982, 92с.

34. Коваленко Ю.О. Металлополимеры новое эффективное средство для восстановления изделий и деталей. Производственный и научно-технический сборник. «Технология• судоремонта», 1993, № 2, с. 43-45.

35. Кардашов Д.А., Петрова А.П. Полимерные клеи. М. Химия, 1983, 255 с.

36. Композиционные полимерные материалы. Киев, АН УССР, 1980, №10.

37. Коршенбаум Я.М., Протасов В.Н. Восстановление нефтепромыслового оборудования клеевыми композициями. М. Недра, 1970, 112 с.

38. Кричевский М.Е. Применение полимерных материалов при ремонте сельскохозяйственной техники. М., Росагропромиздат, 1988, 143 с.

39. Кручинин С.В., Липатов А.В., Овчаренко Л.В., Феткулин М.М. Металлополимерные ^ композиционные материалы для ремонтно-восстановительных работ технологическогооборудования. «Ремонт, восстановление, модернизация», 2002, №1, с.37-41.

40. Кручинин С.В., Липатов А.В., Феткулин М.М. Применение металлополимерных материалов холодного отверждения в авторемонте. «Ремонт, восстановление, модернизация», №6,2003, с. 16-19.

41. Кручкова М.С. Тарасенко Ю.Г. Оптимальные эпоксидные составы для восстановления неподвижных посадок деталей. Автомобильный транспорт, 1971, №1, с.37-38.

42. Кохан Н.М. Друг В.И. Применение полимерных клеев в судоремонте. М., Транспорт,• 1998,196 с.

43. Куликов Ю.А., Тельнов А.Ф. Композиционные материалы при ремонте и защите ф оборудования. «Целлюлоза, бумага, картон», №3, 2003.53