Анализ дозировочно-наполнительной машины

Размещено на http://www.allbest.ru/

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

1. Анализ надёжности и отказов технологической машины дозировочно - наполнительной машины Б4-ФНД-17

1.1 Описание технологической машины дозировочно - наполнительной машины Б4-ФНД-17

1.2 Структурная схема исследуемой машины

1.3 Анализ основных понятий надёжности и отказов исследуемой машины

1.3.1 Примеры различных отказов технологической машины дозировочно - наполнительной машины Б4-ФНД-17.

1.4 Оценка взаимосвязанного влияния отказов основных элементов машины

2. Моделирование и оценка надежности укупорочной машины ВУП при различных стратегиях обслуживания

2.1 Анализ основных направлений развития теории функционирования роторных технологических машин с различными стратегиями обслуживания

2.2 Построение аналитических моделей функционирования укупорочной машины ВУП при различных стратегиях обслуживания

2.2.1 Граф состояний неструктурированной укупорочной машины ВУП с обслуживанием после первого отказа

2.2.2 Граф состояний неструктурированной укупорочной машины ВУП с обслуживанием после нескольких отказов

2.2.3 Граф состояний структурированной укупорочной машины ВУП со стратегией обслуживания после нескольких отказов

2.3 Построение графиков зависимости комплексных показателей надежности

3. Моделирование и оценка надежности укупорочной машины ВУП при различных способах резервирования

3.1 Методы резервирования роторных технологических машин

3.2 Аналитические модели функционирования РТМ резервированной методом замещения с холодным и горячим резервом

3.2.1 «Холодное» резервирование

3.2.2 «Горячее» резервирование

3.2.3 Графики зависимости Кг и Кс для двух видов резервирования

ВЕДЕНИЕ

Одним из путей повышения эффективности труда в пищевом производстве является механизация тяжелых и трудоемких работ. При механизации труда создаются условия для внедрения прогрессивных методов производства и реализации готовой продукции, увеличения объемов перерабатываемого сырья, увеличения качества выпускаемой продукции и повышения культуры производства. Наука не стоит на месте и постоянно движется вперед, создавая всё новое и новое оборудование для усовершенствования труда и облегчения труда для человека. Почти в любой промышленности на данный момент минимизировано участие человека в той или иной технологической операции. Если например взять любое пищевое производство, то мы увидим, что разгрузкой и погрузкой сырья занимаются специальные машины, дозировкой, замешиванием, выпечкой и упаковкой всё это делают умные приспособления, конечно не без помощи человека, и под чутким его контролем. Из всего выше сказанного можно сделать вывод что машины прочно вошли в нашу жизнь и продолжают помогать людям.

Одной из составляющих качественного производства выпускаемой продукции, является надёжность оборудования. Зачастую многие предприятия сталкиваются с отказами технологических систем, и пытаются как-то уменьшить число этих отказов. Инженеры на предприятиях стараются продлить срок эксплуатации оборудования, её ремонтопригодность, долговечность и конечно надёжность. Вот собственно о чём и будет идти речь в моей курсовой работе. Мне бы хотелось рассказать о том как уменьшить число отказов технологических систем и увеличить долговечность используемого оборудования на примере технологической машины Б4-ФНД-17.

1. АНАЛИЗ НАДЁЖНОСТИ И ОТКАЗОВ ДОЗИРОВОЧНО - НАКОПИТЕЛЬНОЙ МАШИНЫ Б4-ФНД-17

1.1 Описание технологической машины дозировочно - наполнительной машины Б4-ФНД-17

Дозировочно-наполнительная машина Б4-ФНД-17 предназначена для дозированного наполнения цилиндрических жестяных консервных банок мясным фаршем с дополнительным (при необходимости) вакуумированием.

Машина Б4-ФНД-17 (рис. 1.1, а) представляет собой агрегат типа питатель-дозатор. Обе части машины объединены продуктопроводом 6. Питатель 1 состоит из шнекового насоса с бункером 4 для загрузки продукта, привода 2 и вакуум-системы 3, обеспечивающей затягивание продукта из бункера в насос 5 и частичное его вакуумирование. Обслуживание питателя осуществляют с эстакады 16. Дозировочная часть 7 представляет собой машину ротационного типа. Ротор имеет десять рабочих позиций, расположенных на карусели. Дозировочная часть состоит из станины 10, привода 11, приемного транспортера 15, транспортера 14 для отвода банок, карусели 9, подвижного стола, распределителя, уравнительного цилиндра 8, траверсы 12 и дозаторов 13.

Чертежи дозировочной - накопительной машины Б4-ФНД-17.

Рис. 1.1. Дозировочно наполнительная машина Б4-ФНД-17: а -- общий вид

машина роторный дозировочный надежность

Станина 18 машины (рис. 1.1,б) состоит из чугунной плиты 21 и каркаса 20. Машины стоит на опорах 19.

Привод 15 служит для передачи крутящего момента от электродвигателя через червячный редуктор 17 к приемному транспортеру 11 и карусели 26. Привод снабжен штурвалом 14 для ручного проворота машины.

В корпусе 12 заключены приемный транспортер 11 для приема неорганизованного потока банок, шнековое устройство 13 и направляющие.

Стойка 22 соединяет карусель 26 с распределителем 9. На карусели закреплены поджимные столы 25. Привод карусели осуществляется от редуктора через систему шестерен 16.

Банка в процессе наполнения устанавливается приемной звездой 10 на поджимной стол 25, который посредством штока с роликом 23 прижимает ее к фланцу дозатора 28. Стол заключен в корпус 24.

Распределитель 9 служит для подвода продукта к дозаторам, имеет корпус 6, крышку 8 и фланец 2.

С помощью уравнительного цилиндра 3 с ресиверсом 5 и поршнем 4 поддерживается заданное давление продукта в системе и подаются сигналы на питатель. При поступлении продукта под поршень он поднимается и, дойдя до верхнего положения, подает сигнал на выключение вакуумного питателя. Уравнительный цилиндр и механизм для фиксации продуктопровода размещены на траверсе 7.

Дозатор 28 обеспечивает подачу продукта в банку. Внутри корпуса 27 расположен поршень 30, на штоке которого находится ось с роликом 31. К верхней части штока поршня прикреплен кулачок 1. В нижнюю часть поршня ввернута вставка 29. Доза формируется между дном банки, прижатой к нижнему торцу корпуса, и нижним торцом поршня. Дозаторы меняют в зависимости от диаметра заполняемой банки.

Принцип действия заключается в следующем: наполнения банки протекает следующим образом. Продукт из бункера питателя, затянутый в шнеки в результате созданного вакуума, нагнетается в продуктопровод, по которому он подается в дозировочную часть, а затем через распределитель в дозатор при наличии под ним банки. Приемная звездочка передает банки на столики под дозаторами. Столики под действием копира поднимаются и прижимают дно банки к дозатору, после чего поворотом поршня открывается доступ продукта в дозатор. При дальнейшем подъеме поршня дозатора формируется доза, которая поступает в банку при одновременном движении вниз поршня дозатора и банки вместе со столиком. Заполненные банки снимаются с карусели и отводятся транспортером. При отсутствии банки поданный питателем продукт попадает в уравнительный цилиндр, поднимая его поршень. Тем самым при постоянной подаче продукта питателем поддерживается давление и обеспечивается стабильность дозы. По достижении верхнего уровня продукта в уравнительном цилиндре подача продукта из питателя прекращается.

Рисунок 1.2. Дозировочно наполнительная машина Б4-ФНД-17. б-- продольный разрез

1.2 Структурная схема исследуемой машины

1.3 Анализ основных понятий надёжности и отказов исследуемой машины

1.3.1 Анализ основных понятий надёжности и отказов исследуемой машины

Прежде чем говорить о понятиях надёжности, нужно ответить на вопрос - «а что же такое надёжность?»

Надёжность - это свойство ТС выполнять заданные функции, сохраняя во времени значение устанавливаемых эксплуатационных показателей в заданных пределах, соответствующих заданным режимам и условиям использования, технического обслуживания, хранения и транспортировки. Надёжность включает в себя следующие свойства.

1. Безотказность - свойство ТС непрерывно сохранять работоспособность в течение некоторого времени или некоторой наработки.

2. Долговечность - свойство технического объекта сохранять (при условии проведения технического обслуживания и ремонтов) работоспособное состояние в течение определённого времени или вплоть до выполнения определённого объёма работы.

3. Сохраняемость - это свойство ТС непрерывно сохранять исправное и работоспособное состояние в течение и после хранения и транспортирования.

4. Ремонтоспособность - это свойство объекта, заключающееся в приспособленности к предупреждению и обнаружению причин возникновения отказов, повреждений и устранению их последствий путем проведения ремонта и технического обслуживания.

Если говорить об исследуемой дозировочно - наполнительной машине Б4-ФНД-17, то можно затронуть все выше перечисленные свойства.

Например данная машина ремонтоспособна, так как сделана из деталей которые поддаются ремонту и восстановлению. Нельзя не отметить что использованные при конструировании детали взаимозаменяемы, так например: поршни расположенные на штоке имеют одинаковые габаритные размеры, и при поломки могут быть взаимозаменяемы. При сбои в работе машины, допустим, из-за поломки одного из дозаторов, в короткое время можно будет заменить неисправный дозатор, на исправный. Замечу, что при замене дозатора работоспособность несколько снизится, но это не отразится на количестве выпускаемой продукции.

Что касается долговечности дозировочная машина сделана в основном из металлических деталей м при правильной эксплуатации, должна долго прослужить на производстве . Есть на машине такие детали которые подвержены отказам, например: продуктопровод. Если его достаточно долгое время не чистить от остающихся внутри него частичек подаваемого продукта, то это может повлечь его скорейшее разрушение или сбой в работе дозаторов. Опять же при грамотном обращении он должен работать достаточно долго.

Многие ТС страдают из-за неправильного хранения или транспортировки, а значит, и имеют низкий процент сохраняемости. Данная машина пригодна для транспортировки, как было сказано выше составные детали надёжные и прочные.

Пожалуй самое интересное свойство надёжности - это безотказность. Многие инженеры бьются над проблемой, как же свести количество отказов к нулю. По сути это практически не возможно, есть способы как некоторые отказов избежать.

Анализируя дозировочно - наполнительную машину Б4-ФНД-17, я пришёл к выводу, что она может сохранять работоспособность в течении длительного промежутка времени.

1.3.2 Примеры различных отказов технологической машины дозировочно - наполнительной машины Б4-ФНД-17

1.4 Оценка взаимосвязанного влияния отказов основных элементов машины

В любой машине все детали как-то между собой связанны и зависят друг от друга. В изучаемой мной дозировочно - наполнительной машине Б4-ФНД-17 частично прослеживается связь между различными деталями внутри самой машины. В любой ТС желательно чтобы как можно меньше зависели друг от друга, так как поломка какой-то детали может привести к полной остановке машины, а значит и остановить производство той или иной продукции. На примере исследуемой машины, хотелось бы оценить взаимосвязь влияния отказов основных элементов машины на производственный процесс.

1. В случаи выхода из строя основного привода, работа на данной машине будет очень сильно осложнена, но давайте не будем забывать, что есть ручной привод, с помощью которого можно продолжить работу, но с меньшей эффективностью.

2. Если у нас выйдут из строя зубчатые передачи, то у нас не сможет двигаться вал, на котором закреплена карусель.

3. В случаи остановки работы карусели, произойдёт отказ распределителя, который в свою очередь затруднит работу уравнительного цилиндра, и собственно самого дозатора.

4. Из-за некачественных смазочных материалов, из строя могут выйти поршневые кольца, находящиеся в поршне, соединённом с дозатором.

5. Как было сказано ранее в случаи поломки основного привода, используется ручной привод, но с ним связан червячный редуктор, отказ которого может спровоцировать остановку всей машины.

6. В процессе наполнения банок, устанавливает их на прижимной столик, приёмная звёздочка, и разрешении или незначительной поломки этой звёздочки, банки могу остановиться.

7. При любом отказе в дозирующей части машины, будь то поршень или шток, либо какая-то другая деталь, это приведёт к сбою в работе дозатора.

Вот вам и были представлены несколько примеров того, как составные и не составные детали могут, зависит друг от друга. Как вы успели заметить отказ любой даже очень маленькой детали, может привести к полной или частичной остановке оборудования.

2. Моделирование и оценка надёжности технологической машины (дозировочно - наполнительная машина Б4-ФНД-17), при различных стратегиях обслуживания

2.1 Анализ основных направлений развития теории функционирования роторных ТМ с различными стратегиями обслуживания

Есть два вида технологических машина: однопоточная и многопоточная. Многопоточная технологическая машина отличается от однопоточной количеством позиций и, следовательно, наличием дополнительных комплектов рабочего инструмента. Благодаря которому машина может работать без серьёзных перебоев. Обслуживание многопозиционных технологических машин может осуществляться различными стратегиями (обслуживание после первого отказа или обслуживание после нескольких отказов). Для наглядного примера мы возьмём, неструктурированную многопозиционную технологическую машину, обслуживание которой осуществляется после первого отказа.

Для многопозиционной машины, которая в любой момент времени может находиться в одном из двух состояний:

S0 - состояние работоспособности,

S1 - состояние отказа (ремонта), граф состояний имеет вид.

Требуется определить функцию готовности k? (t) и функцию простоя k? (t). При этом функция готовности совпадает с вероятностью работоспособного состояния, т.е.

k? (t) = P0 (t) .

На основе полученного выражения мы можем сделать вывод о том, что с увеличением числа позиций коэффициент готовности или вероятность нахождения машины в безотказном состоянии падает.

Рассмотрим неструктурированную многопозиционную технологическую машину, обслуживание которой осуществляется после нескольких отказов.

Повышение фактической производительности роторной ТМ связано как со снижением интенсивности функциональных отказов и сокращением потерь предметов обработки вследствие параметрических отказов, так и с сокращением времени восстановления функциональных отказов.

Сокращение времени восстановления функциональных отказов достигается за счет сокращения времени поиска отказавшей рабочей позиции роторной ТМ, что обеспечивается использованием в структуре АРЛ и АРКЛ информационно-управляющих систем, а также за счет применения рациональной стратегии замены и восстановления отказавших элементов ТМ.

Необходимым условием, обеспечивающим сокращение времени восстановления отказавшего элемента, является рациональная конструкция самого элемента, которая должна отвечать требованиям быстросъемности, взаимозаменяемости и возможности наладки на стороне вне роторной ТМ. Только при выполнении указанных требований возможно говорить о выборе рациональной стратегии замены и восстановлении отказавших элементов.

Рассмотрим разновидность стратегии обслуживания роторной ТМ по функциональному отказу элементов её многоканальной части, заключающуюся в одновременной замене нескольких отказавших однотипных элементов на нескольких рабочих позициях, т.е. при наступлении 2-го, 3-го и т.д. отказов роторной ТМ, с последующим групповым восстановлением элементов при останове линии. Применение такой стратегии возможно в том случае, когда последствия отказа не приводят к аварийной ситуации, при этом роторная ТМ при возникновении 1-го, 2-го и т.д. отказов продолжает работать с неполной производительностью.

Аналитическая модель функционирования роторной ТМ с накоплением функциональных отказов и последующим их групповым восстановлением может быть представлена замкнутым графом (рис.3), включающим следующие состояния: - полной (начальной) работоспособности; - работы системы с неполной производительностью при 1, 2,... (-1) отказавших рабочих позициях; - неработоспособности системы, когда произошло накопление k отказов. Интенсивности переходов системы из одного состояния в другое показаны на ветвях графа.

Составляя матрицу переходов системы из одного состояния в другое и решая ее для установившегося режима (когда ), получим систему линейных уравнений, связывающих предельные вероятности нахождения роторной ТМ в состояниях . Решением системы уравнений будут предельные вероятности нахождения роторной ТМ в состояниях (i = 0,...k).

Коэффициент сохранения производительности роторной ТМ в установившемся режиме равен сумме предельных вероятностей нахождения ее в состояниях :

, (1)

где - коэффициент совмещения времени группового восстановления k отказавших рабочих позиций роторной ТМ (>1).

Анализ выражения (1) показывает, что для высоконадежных роторных ТМ () при числе рабочих позиций 4<18 и малонадежных () при 4<12, наиболее выгодной является стратегия обслуживания по 1-ому отказу, т.е. работа ТМ без накопления отказов.

Стратегия обслуживания с накоплением отказов наиболее выгодна для малонадежных роторных ТМ с числом рабочих позиций > 12, при этом коэффициент совмещения восстановления должен быть не более 1,25, что практически осуществимо при числе отказавших позиций не более 3-х. Такая стратегия обслуживания обеспечивает повышение коэффициента сохранения производительности, а значит и фактической производительности роторной ТМ, на 10...15% по сравнению с роторной ТМ, обслуживаемой по 1-ому отказу.

Теоретические расчеты, подтверждаемые практикой эксплуатации роторных ТМ, показывают, что совмещение восстановления возможно до числа отказавших рабочих позиций k 3...4. При групповом восстановлении более четырех отказавших позиций суммарное время их восстановления начинает быстро возрастать, достигая значения времени индивидуального восстановления, т.е. эффект группового восстановления теряется.

Замена отказавших элементов роторной ТМ производится наладчиком вручную, поскольку применение систем для автоматической смены отказавшего устройства роторной ТМ практически невозможно из-за того, что внутри функциональных устройств роторной ТМ на каждой рабочей позиции проходит непрерывный поток предметов обработки.

В этой связи перспективным направлением, обеспечивающим значительное повышение надежности роторных ТМ, является создание систем, резервированных методами замещения с холодным или горячим резервом.

2.2 Построение аналитических моделей функционирования дозировочно - накопительной машины Б4-ФНД-17 при различных стратегиях обслуживания

2.2.1 Граф состояний неструктурированной дозировочно - накопительной машины Б4-ФНД-17 с обслуживанием после первого отказа

S₀ - состояние работоспособности

S₁ - состояние ремонта

2.2.2 Граф состояний неструктурированной дозировочно - накопительной машины Б4-ФНД-17 с обслуживанием после нескольких отказов

S₀ - состояние полной (начальной) работоспособности, при котором машина способна обеспечивать качественное укупоривание бутылок при высокой производительности

S₁,…,S_к-1 - состояние работы машины с неполной производительностью при 1,2…(к-1) отказавших рабочих позициях.

2.2.3 Граф состояний структурированной укупорочной машины ВУП со стратегией обслуживания после нескольких отказов

S₀ - состояние полной (начальной) работоспособности, при котором машина способна обеспечивать качественное укупоривание бутылок при высокой производительности

S₁, S₂, S₃ - состояния работы системы с неполной производительностью при 1, 2, 3 отказавших дозирующих устройств

S_N1 - состояние неработоспособности штока при выходе из строя дозатора. Для их замены (при наличии на складе предприятия) потребуется Тв2=5ч

S_N2 - состояние неработоспособности шнекового насоса, в связи с поломкой ротора. На производство шнекового насоса потребуется. Тв1=70ч

2.3 Построение графиков зависимости комплексных показателей надежности

Из графиков зависимости комплексных показателей надежности видно, что до значения наработки на отказ То=110ч для дозировочно - накопительной машины Б4-ФНД-17 наиболее выгодной является стратегия обслуживания с накоплением отказов.

При времени наработки на отказ более 110ч наиболее выгодной является стратегия обслуживания по 1-ому отказу, т.е. без накопления отказов.

Пункт 2.1.: Анализ основных направлений развития теории функционирования роторных технологических машин с различными стратегиями обслуживания показывает преимущества и недостатки этих стратегий применительно к неструктурированным и структурированным РТМ.

Пункт 2.2.: Аналитические модели функционирования дозировочно - накопительной машины Б4-ФНД-17 показывают состояния, в которых она находится при применении к ней различных стратегиях обслуживания.

Пункт 2.3.: Из графиков зависимости комплексных показателей надежности видно, какая стратегия обслуживания наиболее выгодна для дозировочно - накопительной машины Б4-ФНД-17.

3. Моделирование и оценка надежности укупорочной машины ВУП при различных способах резервирования

3.1 Методы резервирования роторных технологических машин

Резервирование является одним из конструкторских методов повышения надёжности. Различают два типа резервирования:

1) «Холодный» резерв, при котором в процессе работы основного устройства резервная не работает и включается в работу только после отказа основного устройства.

2) «Горячий» резерв, при котором оба устройства, и основное, и резервное работают одновременно, а при отказе одного из них другое полностью берёт на себя дополнение заданной работы.

Резервирование с «горячим» резервом обеспечивает меньшее повышение надежности РТМ, но его конструктивная реализация более проста, нежели метода резервирования с «холодным» резервом. Создание конструкций роторных САЗ, реализующих методы резервирования замещением с «холодным» или «горячим» резервом, и обоснованный выбор рациональных стратегий их обслуживания позволяет значительно повысить надежность функционирования и фактическую производительность РТМ.

3.2 Аналитические модели функционирования РТМ резервированной методом замещения с холодным и горячим резервом

3.2.1 «Холодное» резервирование

В дозировочно - накопительной машины Б4-ФНД-17 целесообразно произвести «холодное» резервирование САЗ. При отсутствии продукта в бункере, в зависимости от принятой стратегии обслуживания (по 1-му, 2-му и т.д. отказам), система управления произведет отключение неработоспособной роторной САЗ и подключит дублирующую, находившуюся в холодном резерве, автоматически прекратив поступление предметов обработки из отключенной САЗ.

Модель функционирования дозировочно - накопительной машины Б4-ФНД-17, резервированной методом замещения с «холодным» резервом, может быть представлена в виде замкнутого графа, включающего следующие состояния : - основная и резервная САЗ укупорочной машины ВУП полностью работоспособны, при этом основная система работает, а резервная в работу не включается; - в работающей САЗ происходит функциональный отказ и в работу включается резервная система, которая могла находиться в ремонте; - в работающей САЗ произошел функциональный отказ, а восстановление отказа в резервной системе еще не закончено и они обе находятся в ремонте.

3.2.2 «Горячее» резервирование

В дозировочно - накопительной машины Б4-ФНД-17 «горячее» резервирование можно осуществить путем введения в ее структуру двойной избыточности по производительности, установив в два раза больше дозирующих устройств с помощью дублирования карусели и изменения маршрута движения транспортера.

Таким образом, если дозировка банок не произошла на основном участке транспортера, то оно сможет быть выполнено на резервном с помощью дублирующей карусели.

3.2.3 Графики зависимости Кг и Кс для двух видов резервирования

Размещено на Allbest.ru