Совершенствование системы технического обслуживания оборудования мукомольного и хлебопекарного производства путём внедрения методов и средств функционально вибродиагностики
Глебов А. Е.
Экономическая эффективность работы мукомольных заводов и хлебопекарных предприятий на прямую зависит от технического состояния и качества функционирования технологического оборудования. В настоящее время на предприятиях отросли получили распространение два вида технического обслуживания оборудования – обслуживание после выхода из строя, и обслуживание по регламенту (система ППР). Однако оба этих метода не являются удовлетворительными. В случае ремонта оборудования после его непредвиденной поломки (аварии) предприятия несёт значительные экономические издержки из-за несанкционированной остановки и простоя оборудования. Это актуально как для поточного производства муки, так и для привода хлебопекарных печей, когда поломка одной машины приводит к парализации всего технологического процесса. Использование на предприятиях отросли системы ППР с учетом среднестатистических показателей надёжности и экономичности сдерживает дальнейшее снижение затрат на эксплуатацию оборудования. В данном случае не в полной мере решается вопрос проведения рациональных сроков проведения технического обслуживания (ТО) и ремонта (Р) оборудования с учётом его индивидуальных свойств и состояния в данный момент времени. Помимо того, необоснованные переборки вносят новые непредвиденные дефекты: перекос осей, люфты, загрязнения и пр., что также сокращает срок жизни оборудования и требует новых ремонтных работ. Применение этого метода приводит к дополнительным затратам, вызванным преждевременной заменой ещё работоспособных узлов (деталей) и возможным развитием повреждений.
В настоящее время график ППР формируют и выполняют по календарному принципу, т. е. ремонт и ТО проводят в заранее определённые сроки без учета фактического времени работы оборудования. Внедрение методов и средств диагностики позволят проводить ремонт и ТО с учетом их фактического состояния.
При прогнозируемом ТО, то есть, техническом обслуживании по фактическому состоянию, проведение предупредительных ремонтных работ производится по мере необходимости, при этом производится контроль состояния с помощью диагностики, и ТО осуществляется только тогда, когда это вызвано техническим состоянием узлов или деталей оборудования. При использовании данной концепции необходимо вовремя обнаружить изменения свойств, оценить причину их возникновения, и принять соответствующие меры.
Анализ научных работ и практических исследований в области диагностики показал, что диагностика по вибросигналам функционирующего оборудования (вибродиагностика) является наиболее универсальным и приемлемым методом определения технического состояния оборудования мельниц и хлебопекарного производства.
Анализ современных вибродиагностических систем отечественного и зарубежного производства показал наличии широких возможностей в плане автоматизации измерений и предварительной обработки виброакустического сигнала. Однако такие системы являются универсальными и не адаптированы к конкретному виду оборудования. Для повышения эффектовности диагностики необходимо разрабатывать индивидуальную методику для каждого вида технологического оборудования предприятия пищевого производства. Разработка методики вибродиагностирования оборудования требует решения ряда задач, обусловленных множеством проявления технических состояний механизма в виброакустическом сигнале и сложностью извлечения диагностической информации. В число таких задач входит исследование механизма и создание его диагностической модели на основе математического моделирования, выбор диагностических признаков на основе статистической обработки виброакустических сигналов, построение процедуры диагностического анализа.
В настоящее время на практике получило наибольшее распространение два основных метода контроля вибросигнала машин:
1. Оперативная вибродиагностика (мониторинг) по общему уровню виброскорости (СКЗ) оборудования (согласно ISO2373-74 и VDI 2059), – для оценки текущего уровня надёжности агрегата. Исследования показали, что средние значения общего уровня вибрации вальцовых станков (А1-БЗН), энтолейторов, деташеров соответствующие заведомо предаварийному состоянию, отличаются от вибрации заведомо бездефектного оборудования не более чем на 15 %, что не может являться качественным признаком дефекта какого-либо типа в конструкции машин. Для выявления более достоверных связей нами была определена динамика изменения интегральной виброскорости во времени для каждого отдельного агрегата.
2. Вибродиагностика на основе узкополосного анализа вибрации – для выявления зарождающихся и развивающихся дефектов машин. При этом, задача сводится к определению диагностических признаков различных дефектов. С целью сокращения объёма дорогостоящих и длительных экспериментальных исследований, проводится диагностическое моделирование дефектов. Разработана математическая модель зубчатой межвальцовой передачи вальцового станка А1-БЗН. Исследование математических моделей является качественным. В этом случае не требуется высокая точность идентификации её характеристик – жёсткостных, инерционных, которую трудно осуществить на практике. При выявлении диагностических признаков важным является только относительное изменение того или иного параметра модели и его проявление в параметре вибросигнала.
При вычислительных экспериментах на моделях вначале получена исходная реализация вибрационного сигнала. Затем имитируют возникновение дефекта изменением относительно исходного значения какой – либо характеристики модели (изменение жёсткости, износ и пр.), затем получают реализацию вибросигнала с заданным дефектом объекта. Различия между этими двумя реализациями принимают в качестве диагностических признаков. Таким образом был определён диагностический признак износа зубчатых колёс – увеличение уровня виброускорения в диапазоне частот 1700 – 2000 Гц
Разработана методика прогнозирования изменение технического состояния. Сроки технического обслуживания и ремонта определяется по дате пересечения полинома второй степени, аппроксимирующего тренда изменения диагностического признака с их запредельными значениями. На рис. показан тренд изменение диагностического признака износа зубьев межвальцовой зубчатой передачи вальцового станка А1-БЗН. Пунктиром показана линия полиномиальный регрессии тренда диагностического признака (достоверность аппроксимации R² = 0,87), уравнение которой имеет вид:
у = 0,0003х² - 22,174х + 401001.
Из рис. видно, что переход технического состояния вальцового станка по межвальцовой передаче из класса “работоспособный” в класс “требующий осмотра” произошел 11.06.99 (пересечение линии тренда с горизонтальной пунктирной линией, которая характеризует предельные значения признака), а в класс “неработоспособное” произойдёт 30.08.99 (пересечение линии тренда с горизонтальной двойной пунктирной линией), что при последующим наблюдении подтвердилось.
Рис. Тренд диагностического признака дефекта межвальцовой передачи при наработке, прогноз
Одним из основных вопросов диагностического контроля является определение периодичности обследований. Для решения поставленной задачи применяют однородные Марковские модели технического обслуживания с непрерывным временем. Периодичность обследований принимается из экономического условия, при котором снижение ущерба связанного с повышением надёжности за счет перехода на систему обслуживания по состоянию должно быть больше или равно сумме затрат на проведение диагностического обследования.
Своевременное диагностирование технического состояния оборудования и элементов пищевой промышленности с определением уровня их работоспособности – основой определения характеристики состояния любого объекта – представляет несомненный научный интерес как для отдельных предприятий, так и для отросли в целом.
Внедрение методики вибродиагностики на комбинат хлебопродуктов» позволил оперативно, без разбора оборудования выявить различные дефекты вальцовых станков, энтолейторов, деташеров. Достоверность диагноза составила порядка 80%.
В настоящее время ведутся разработки по созданию автоматизированного диагностического комплекса на базе переносного ПК сопряжённого с аналого – цифровым преобразователем. Разрабатывается программное обеспечение с широкими возможностями как в плане автоматизации процесса снятия и обработки виброакустического сигнала, так и в плане автоматизации и корректировки графиков ППР с учётом фактического состояния оборудования. Сбор статистических данных и промышленные эксперименты по разработки методики вибродиагностики оборудования хлебопекарного производства ведутся на ЗАО “Белый хлеб” (г. Москва).
Реферат
Используемая в настоящее время на мукомольных заводах и хлебопекарных предприятиях стратегия планово – предупредительных ремонтов (ППР) оборудования не является удовлетворительной, т. к. не учитывает фактического состояния и время работы оборудования. Внедрению стратегии технического обслуживания по фактическому состоянию оборудования способствуют методы технической диагностики. На кафедре ТОПХ Московского Государственного Университета пищевых производств разработана методика функциональной вибродиагностики оборудования размольного отделения мельницы, процедура постановки диагноза и прогноза изменения технического состояния. Промышленная апробация методики показала, что достоверность диагноза составляет порядка 80%. В настоящее время разрабатывается методика вибродиагностики оборудования хлебопекарного производства. Сбор статистических данных и промышленные эксперименты проводятся на базе ОАО “Московский комбинат хлебопродуктов” и ЗАО “Белый хлеб” (г. Москва). Ведутся работы по автоматизации и корректировки графиков ППР с учётом результатов вибродиагностики оборудования.
