Долговечность — свойство машины сохранять работоспособность в течение всего периода эксплуатации при условии проведения обслуживания и ремонтов, поддерживающих машину в работоспособном состоянии.
Основным показателем долговечности машины является ее общий срок службы, который определяется допустимыми значениями выходных параметров и процессом износа, зависящим от многих факторов. Обычно для каждой машины устанавливается срок службы Тн, зависящий от ее вида и условий эксплуатации.
При этом предполагается, что в течение установленного срока службы машина должна подвергаться регулярным ремонтным воздействиям в соответствии с графиком планово-предупредительных ремонтов, когда ее утраченная работоспособность может быть частично восстановлена.
Надежность и износ машин как технико-экономические понятия
Надежность является одним из основных показателей качества машины и непосредственно связана с ее стоимостью. Для покупателя машины определяющим моментом является достижение наибольшего экономического эффекта от ее использования по назначению. В общем случае изменение во времени этого эффекта происходит под влиянием двух основных факторов: затрат Р на приобретение машины и эксплуатационных расходов E(t) на поддержание и восстановление ее работоспособности в течение всего срока эксплуатации. Эти затраты являются отрицательными, причем E(t) имеют тенденцию к возрастанию, так как по мере износа машины приходится затрачивать все большие средства на поддержание ее работоспособности.
С другой стороны, работа машины приносит доход D(t) ее владельцу. Однако доход со временем имеет тенденцию к уменьшению, поскольку из-за простоев в ремонте и обслуживании общая производительность машины уменьшается.
Кривая суммарной эффективности S(t) = P(t) + E(t) + D(t) начинается в точке, соответствующей S(t) = P, имеет максимум в точке Tmax и дважды пересекает ось абсцисс t. В точке второго пересечения оси абсцисс суммарная эффективность S(t) = 0. Это — предельный срок эксплуатации Тпр машины, дальше затраты на ее эксплуатацию будут больше того экономического эффекта, который она может дать. Поэтому длительность Tэ ее экономически целесообразной эксплуатации лежит в диапазоне Тmax < Tэ < Тпр.
Показателем надежности с экономической точки зрения может служить коэффициент Кн = (P + Eсумм)/Тэ, где Есумм — суммарные затраты на эксплуатацию, ремонт и обслуживание машины (остальные величины определены выше).
Таким образом, длительность Tэ экономически целесообразной эксплуатации машины определяется экономическими факторами — в первую очередь затратами, связанными с ее физическим износом.
Эксплуатация машины — сложный процесс, который состоит из нескольких периодов, во время которых потребительские свойства машины либо снижаются, либо восстанавливаются. Весь срок существования машины от выпуска заводомизготовителем до списания можно разделить на три группы периодов:
- работа, когда потребительские свойства машины снижаются в зависимости от интенсивности и условий ее эксплуатации;
- простои при транспортировке, хранении и консервации, наладке или ожидании работы; в эти периоды потребительские свойства машины, как правило, изменяются незначительно (лишь длительное хранение в течение нескольких лет может существенно повлиять на них);
- ремонты (плановые и аварийные), когда потребительские свойства машины восстанавливаются.
Степень снижения потребительских свойств машины, вне сомнения, коррелирует с интенсивностью и условиями эксплуатации машины. Оборудование, которое работает в две смены с большими нагрузками, изнашивается быстрее, чем такое же оборудование, работающее в одну смену. Знание фактических нагрузок объекта оценки позволило бы обоснованно судить о его износе. Для машин характерна работа с переменными нагрузками.
Однако, для части машин (обычно специальных или используемых в массовом производстве) характерна упорядоченная работа с определенной закономерностью. В машинах же общего назначения режим работы формируется под совокупным влиянием случайных и периодических факторов. Установить достаточно точно закономерности изменения нагрузок за время работы машины оценщик не может. Поэтому он может лишь довольствоваться информацией, косвенно характеризующей загрузку машины при работе.
Износ технологического оборудования (ТО) приводит к ухудшению качества выпускаемой продукции и снижению производительности машины. Несмотря на различия в функциональном назначении отдельных групп ТО, к ним применим общий подход при оценке износа.
В первую очередь следует обращать внимание на состояние таких рабочих механизмов ТО, которые непосредственно влияют на качество изделия. Именно их износ скажется сильнее всего на таких свойствах ТО, как точность и производительность.
Например, износ шпиндельных опор и направляющих металлообрабатывающего станка, износ направляющих челнока ткацкого станка или износ пятки шпинделя веретена, износ валков и их опор в прокатных станах приводит к снижению качества выпускаемой продукции. Износ элементов приводов в меньшей степени влияет на потребительские свойства.
Износ также влияет на производительность ТО, так как вызванное им учащение подналадок и ремонтов приводит к дополнительным простоям, а необходимость занижения режимов обработки непосредственно снижает выпуск готовой продукции. Допустимая степень износа транспортных машин связана в первую очередь с требованиями безопасности. Кроме того, износ влияет на параметрическую надежность машины, так как при этом снижаются скорость, тяговые свойства, коэффициент полезного действия, маневренность, управляемость и другие характеристики транспортного средства, определяющие безопасность движения.
Обычно основное влияние на работоспособность транспортных машин оказывают ходовая часть, двигатель, тормозная система и механизмы управления. Для различного оборудования характерен определенный вид износа, который проявляется в специфических местах и элементах машины. Именно на эти элементы оценщик должен обращать внимание при осмотре машины. Станки, турбины, металлургическое, сельскохозяйственное, горное, дорожно-строительное, нефтегазопромысловое и другое оборудование работают в контакте со средой, обладающей абразивными свойствами. Для них характерен абразивный вид износа соединений и рабочих поверхностей (направляющих, подшипников, лопастей роторов насосов и др.). Для оборудования нефтехимической, пищевой, горнометаллургической, деревообрабатывающей промышленности и других характерен коррозионно-механический износ, который возникает при трении материалов, вступающих в химическое взаимодействие с окружающей средой. Изнашивание зависит от природы контактирующих материалов, их коррозионной стойкости, состава среды и наличия в ней активных компонентов.
Такие распространенные элементы машин, как валы и оси, подшипники качения, кулачковые механизмы, валки и другие подвержены усталостному износу, возникающему при циклически изменяющихся контактных нагрузках, вызывающих возникновение трещин и отслаивание частиц материала. Проявлением этого вида износа часто бывает повышенный шум при работе соответствующего узла машины.
Потеря машиной работоспособности в процессе ее нормальной эксплуатации — неотвратимый процесс. Обычно при некотором ее состоянии вероятность выхода ее показателей за допустимые пределы достигает установленного уровня. С этого момента машина нуждается в восстановлении их уровня, то есть в проведении ремонта.
Обычно для машин характерна плановая система ремонтов, структура которой должна быть связана с характером работы оборудования.
Для машин, ориентированных на непрерывную работу во все время эксплуатации (шахтные печи, турбины ГЭС и др.), остановка для ремонта невозможна, но техническое обслуживание допустимо.
Технологические машины (станки, текстильные, полиграфические и др.), в основном, допускают периодические остановки для проведения ремонтов в плановые сроки, зависящие от их нормативного срока службы Тн. Плановыми сроками для проведения ремонтов сельскохозяйственных машин и речного транспорта являются сезонные промежутки времени, когда в их использовании нет необходимости.
Учитывая то, что срок службы Тн примерно соответствует периоду нормальной эксплуатации машины, время проведения капитальных ремонтов Тр,i устанавливают с таким расчетом, чтобы поддерживать значения ее потребительских свойств на приемлемом уровне вплоть до наступления участка катастрофических износов. Время Тр между двумя капитальными ремонтами, выраженное обычно в отработанных часах, называется длительностью ремонтного цикла. Внутри ремонтного цикла через равные промежутки времени То, называемые межремонтными периодами, проводятся плановые текущие ремонты. Величины То для различных машин определяются требованиями к их основным параметрам и объемами ремонтных работ. Выбор оптимальной длительности межремонтного периода То и соответственно межремонтного цикла Тр является одной из основных задач при построении рациональной системы ремонта.
В промежутках между периодическими ремонтами осуществляется плановое межремонтное обслуживание машины, основная цель которого состоит в предупреждении отказов и ликвидации последствий недопустимых отказов. Работники службы эксплуатации машин на предприятии смазывают, регулируют и чистят машину, осуществляют диагностику состояния основных узлов и мелкий ремонт. Кроме того, поскольку существует вероятность внезапных отказов машины, производится межремонтное обслуживание по потребности.
В машиностроении существует система стандартов, которая регламентирует сбор и учет на предприятиях информации о состоянии машины, ее повреждениях и отказах, а также затратах на проведение ремонтов. Поэтому у оценщика почти всегда есть возможность использовать эту информацию для более точного описания состояния машины при определении ее физического износа.