Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Анализ работ в области технологий восстановления крупногабаритных деталей при ремонте машин
1.1 Значение проблемы разработки стратегии ремонта стр. 10
1.2 Теоретические разработки по выбору способа восстановления деталей при ремонте машин стр.14
1.3 Анализ методов оптимизации технологических процессов ремонта стр.17
1.4 Основные способы восстановления крупногабаритных деталей .21
1.5 Анализ материалов используемых при газотермическом напылении покрытийстр.26
1.6. Повреждаемость и ремонтный контур деталей 31
1.7 Постановка целей и задач исследования стр.49
Глава 2. Износы и повреждения крупногабаритных деталей типа ВАЛ
2.1 Анализ характера износов и повреждений крупногабаритных изделий типа вал — стр. 51
2.2 Фреттинг-коррозия в соединениях деталей движительно-рулевого комплекса - 60
2.3 Приоритетные показатели технического состояния участков крупногабаритных валов. 66
2.4 Формирование ремонтного контура крупногабаритных деталей 72
2.5 Методология моделирования при реализации системного подхода к восстановлению изношенных поверхностей деталей стр.77
Глава 3. Выбор стратегии восстановления крупногабаритных деталей при ремонте техники
3.1 Научные аспекты выбора стратегии ремонта — .80
3.2 Логистическая система ремонта .87
3.3 Основные факторы логистической системы технической эксплуатации флота . 90
3.4 Уровни стратегии восстановления деталей при ремонте 95
3.5 Типовые обобщенные модели стратегии восстановления крупногабаритных деталей .101
Глава 4. Применение способа газотермического напыления при восстановлении крупногабаритных деталей
4.1 Обоснование выбора способа нанесения покрытий при восстановлении деталей .111
4.2 Морфологическая модель технологии ремонта для разработки технологического процесса газопламенного напыления . 116
4.3 Выбор критериев оптимизации технологических операций восстановления стр.119
4.4 Автоматизированная система технологического обеспечения ремонта «АСТОР» 126
Глава 5. Работоспособность газотермических покрытий
5.1 Формирование качественных покрытий на различных материалах 138
5.1.1 Исследование прочности сцепления газопламенного покрытия со сталью 40Х через слой полуды .147
5.1.2 Металлографическое исследование поперечного сечения системы «сталь 40Х + полуда + покрытие 19985» 156
5.2 Прочностные характеристики сталей с покрытиями 158
5.3 Сопротивление покрытий абразивному изнашиванию 167
5.4 Работоспособность металлических материалов и газотермических покрытий в условиях фреттинг-коррозии .173
Глава 6. Промышленное применение результатов научно-исследовательских и опытно-технологических работ
Общие выводы 189
Библиографический список 191
Приложения .199
- Теоретические разработки по выбору способа восстановления деталей при ремонте машин
- Фреттинг-коррозия в соединениях деталей движительно-рулевого комплекса
- Логистическая система ремонта
- Выбор критериев оптимизации технологических операций восстановления
Введение к работе
Противоречивые и взаимозависимые основные тенденции определяют в настоящее время отношение инженерных знаний к создаваемой и уже эксплуатируемой технике. С одной стороны нынешнее состояние материальных средств, характеризуемое значительным старением, требует радикальных мер по реновации и оценке их остаточного ресурса, с другой -интенсивное развитие информационных и организационно-управленческих технологий решительно изменяет традиционные индустриальные подходы в области проектирования, создания и эксплуатации изделий. Возрастающая потребность в эффективном восстановлении изношенных поверхностей и прогнозировании реальной долговечности деталей сталкивается с новыми подходами в стратегии и практике исследования жизненного цикла изделия, его адаптации к существующим информационно-технологическим решениям и процессу глобализации научно-технических знаний.
Особое значение сказанное выше приобретает в условиях ориентированности производственных и социальных макроструктур на поддержание технического состояния развитых многономенклатурных технических объектов, жизнедеятельность которых обеспечивается в рамках сложившихся кадровых и технологических возможностей. В первую очередь таковыми являются транспортные и энергетические системы. Транспортные трубопроводные системы - газ, нефть, продукт, тепло и вода, транспортные грузо-пассажирские системы - авто-река-море-воздух, железная дорога. Энергетические системы - оборудование и инфраструктура АЭС, ТЭЦ, ГРЭС, ГЭС.
В качестве важнейшего фактора технической эксплуатации таких систем проявляется их пространственная (географическая) развернутость, которая хотя легко преодолевается современными телекоммуникационными возможностями, но затрудняет унификацию традиционных технических,
организационных и кадровых решений даже внутри одного отраслевого признака.
Это требует разработки новых методологических подходов к стратегии и тактике поддержания ресурса эксплуатируемых объектов. В их основу должны быть положены такие научные методы и средства, как логистические законы организации и оптимизации производства, принципы обслуживания техники по текущему состоянию, моделирование технологических процессов, методы теории принятия решений, методы получения прямой и косвенной экономии ресурсов, мониторинг жизненного цикла объекта и др.
Как правило, при разработке методов идентификации и исправления эксплуатационных дефектов рассматривается только тот тип транспортного и энергетического оборудования, поверхности деталей которого анализируются в текущий момент.
В тоже время для большинства узлов агрегатов имеются типовые конструктивные исполнения, реализация схем функционирования которых, с учетом процессов взаимодействия их поверхностей и сред, оказывается идентичной. Весьма актуальным, поэтому, является построение базовой методологической основы для объединения и формализации процессов триботехнического конструирования, мониторинга и диагностики, принятия решений на разработку и применение ремонтных воздействий на деталь.
Восстановление изношенных деталей - важнейшее направление решения проблем сбережения ресурсов: материальных, энергетических, трудовых, информационных и финансовых.
Однако наличие в арсенале технологических возможностей ремонтного предприятия самых совершенных технологий восстановления не решает главного - для создания и последующего многократного воспроизведения процедур ремонтного процесса ответственных деталей необходима разработка базовых принципов взаимодействия и оптимизации использования упомянутых ресурсов.
Поскольку способ восстановления размеров и поверхностного слоя деталей решает лишь одну из задач ремонтного процесса, то при комплексном системном подходе к ремонту техники необходимо выработать стратегию восстановления деталей с учетом организационных, конструктивных и технологических аспектов. Системный подход в стратегии ремонта должен быть реализован на основе логистических законов управления материальными и информационными потоками в пространстве и времени. Основными принципами логистики, как науки являются: комплексность, научность, конкретность, конструктивность, надежность, вариантность, эффективность, гибкость, целостность и превентивность.
Исходя из изложенного, для реализации новых подходов в управлении жизненным цикла трибологических объектов, должен быть выполнен комплекс теоретических, прикладных и организационно-управленческих работ среди которых:
-создание и развитие научных основ формирования обобщенной эффективной системы технологического обеспечения ремонтного производства, связанной с системой организационно-управленческих структур многономенклатурных производств;
разработка принципов виртуализации технологического обеспечения ремонта, систем подтверждения качества ремонтного воздействия и квалификации персонала;
диагностико - классификационные исследования, направленные на определение состава и структуры основных дефектов поверхностей типовых трибологических систем; разработка их научно обоснованной классификации, методов и средств анализа критического состояния поверхности на разных этапах жизненного цикла изделия;
-организационно-технические варианты выбора базовых и вспомогательных ремонтных технологий и характеристик качества ремонтных процессов;
-методология принятия ремонтных решений на основе типовых информационных моделей для восстановления сложных многоповерхностных узлов;
-автоматизированное проектирование технологий ремонта на основе данных мониторинга и диагностики текущего состояния объекта ремонта, данных графического моделирования дефектов поверхности и определения виртуального ремонтного контура детали.
В ремонтном производстве насчитывается несколько десятков способов восстановления и продления ресурса деталей машин. Газотермический способ напыления один из них. Он имеет широкую область применения в восстановлении поверхностей разнообразных машин и механизмов, ресурс базовых деталей которых ограничен износом в опорах скольжения и соединениях с натягом и герметизирующих узлах. Основные его преимущества, в сравнении с другими ремонтными технологиями, заключаются в том, что газотермические покрытия способствуют снижению материалоемкости восстановления, отличаются высокой экологичностью производства, имеют низкую энергоемкость, позволяя при этом получить значительное триботехническое улучшение восстановленных поверхностей. Однако так сложилось, что традиционные методы ремонта (наплавка, сварка, гальванопокрытия) зачастую применяются для таких деталей, восстановление которых эффективней при использовании газотермических методов напыления. Это относится как к продлению ресурса (износостойкости и усталостной прочности), так и снижению трудоемкости, энергоемкости и материалоемкости процесса.
Среди методов газотермического напыления газопламенное напыление оборудованием и материалами фирмы "Кастолин-Ютектик" (Швейцария) нашло наибольшее применение в отечественном ремонте ответственных деталей благодаря простоте в использовании, широкому спектру материалов и высокому качеству покрытий.
Однако, традиционно, применению газотермического напыления препятствует ряд проблем, обусловленных, прежде всего, сложившимся предубеждениям о низкой адгезии и ограниченности прочностных характеристик покрытий для ремонта крупногабаритных узлов и деталей. Во многом это связано с отсутствием необходимых экспериментальных данных о прочностных свойствах покрытий и систем "сталь-покрытие", влиянии покрытий на механику разрушения конструкционных материалов, а также влиянию материала основы на свойства покрытия, что затрудняет принятие правильного решения об использовании данной технологии ремонта.
Кроме того, очень важна систематизация и осмысление немногих данных о практических наработках узлов трения крупногабаритных деталей с восстановленными поверхностями. Проблема заключается в отсутствии систематизации дефектов деталей по ремонтному признаку с формализации и научным обоснованием применения комплекса ремонтных воздействий на поверхность. Один и тот же конструктивный элемент детали может иметь несколько различных видов дефектов его поверхностей, что требует моделирования и разработки комплекса взаимоувязанных технологий, подчиняющихся единой логике воссоздания параметров восстанавливаемого слоя.
Научно-исследовательским центром ремонтных технологий (НИЦ РТ) Волжской государственной академии водного транспорта выполнены и внедрены работы по применению комплексных технологий восстановления поверхностей крупногабаритных деталей ответственного транспортного и энергетического оборудования. Накоплен уникальный опыт в проведении натурного эксперимента по определению работоспособности газотермических покрытий в условиях эксплуатации и ремонта такого оборудования, как детали судовых двигателей и валопроводов, роторы газоперекачивающих агрегатов, валы электрических машин большой мощности.
Разработанные методики принятия решений и выбора материалов покрытий, технологические процессы, принципы анализа и моделирования повреждений, прогнозирования работоспособности технологий, принципы поузловой классификации и паспортизации объекта ремонта легли в основу создания автоматизированной системы технологического обеспечения ремонта (АСТОР).
На основании выполненных работ, автором сделана попытка создать теоретическую основу выбора стратегии восстановления крупногабаритных деталей техники с использованием новых подходов в организации ремонтного производства
Вниманию читателей предлагается информация об основных положениях стратегии восстановления крупногабаритных деталей техники водного транспорта, а также других отраслей и отражается опыт применения восстановления поверхностей валов методом газотермического напыления.
В работе по созданию методологии выбора стратегии восстановления крупногабаритных деталей, кроме автора, принимали участие д.т.н., проф. Кулик Ю.Г. и к.т.н. Фунтикова Е.В.
В разработке и внедрении технологии газотермического напыления и проведении экспериментальных исследований, кроме автора, принимали участие сотрудники НИЦ РТ д.т.н., проф. Гуслякова Г.П., к.т.н. Березин Е.К., ведущий инженер Глебова М.А., к.т.н. Гусляков Д.С.
Теоретические разработки по выбору способа восстановления деталей при ремонте машин
Проблема выбора технологии ремонта обсуждается учеными для различных отраслей народного хозяйства.
Впервые, в 60-х годах, В.А. Шадричевым [1] разработаны критерии и метод выбора рационального способа восстановления деталей автомобильного транспорта. Этот метод заключается в последовательном применении двух технических и одного экономического критериев:
Технологический критерий (критерий применимости) учитывает технологические возможности способов восстановления определенной поверхности конкретной детали. Это критерий, по мнению автора, не может быть выражен численно и относится к категории качественных, его рекомендуется использовать предварительно, на основе накопленного опыта.
Критерий долговечности выражается численно через коэффициент долговечности Кд и определяется по формуле: срок службы восстановленной детали, час; Тн - срок службы новой детали.
Экономический критерий определяется стоимостью восстановления деталей.
Окончательный выбор способа восстановления деталей производится по технико-экономическому критерию, оцениваемому как Св: где Св - себестоимость восстановления детали; Сн - себестоимость новой детали.
В процессе эксплуатации изделий получение информации по ресурсам деталей Тв и Тн занимает много времени. К тому же выявление основных физико-химических свойств восстановленных и новых деталей, определяющих их долговечность, крайне затруднительно. Для получения этих данных необходимо проведение ускоренных лабораторно-стендовых испытаний, что для крупногабаритных деталей является проблематичным не только с экономической, но и с технической точки зрения. Кроме того, технико-экономический критерий, основанный на нестрогом неравенстве, не позволяет производить непосредственное сравнение способов восстановления между собой.
Тем не менее, методика профессора В.А. Шадричева [1] является основополагающей в развитии методологии по выбору и принятию рациональных решений в технологии ремонта методологии по выбору и принятию рациональных решений в технологии ремонта деталей восстановлением. Она имеет важнейшее значение в вопросе повышения качества и эффективности ремонта.
В ряде учебников рекомендуется использовать эти же критерии для ориентировочного выбора рационального способа восстановления деталей механического оборудования сельскохозяйственной [2] и судоремонтной техники [3].
На основе указанных критериев в последствии разработан целый ряд методик по выбору способа восстановления деталей машин, эксплуатирующихся в автомобильном транспорте, сельском хозяйстве, железнодорожном транспорте. В этих методиках однако отсутствует комплексная всесторонняя оценка способов восстановления деталей. Кроме того, в условиях судоремонта, отличающегося от крупносерийного производства широкой номенклатурой и малой серийностью изделий, а также слабой технической оснащенностью большинства предприятий, ограничивается их применение.
Для условий судоремонтного производства Н.С. Молодцовым [4, 5] предлагается методика выбора оптимального способа восстановления и упрочнения деталей судовых механизмов. Выбор оптимального варианта производится по обобщенному комплексному критерию, который включает ряд частных показателей: коэффициент долговечности, средний ресурс восстановленной детали, уровень механизации технологического процесса, стоимость материалов, трудоемкость работ, обеспеченность материалами и оборудованием, степень вредности условий труда и другие факторы. Объединение показателей в единый мультипликативный критерий производится шкалированием по функции желательности Харрингтона. Неметрические показатели сравниваются по 10-балльной шкале. Согласно этой методике максимальное значение обобщенного комплексного критерия соответствует оптимальному варианту технологии восстановления.
К недостаткам данной методики, на наш взгляд, можно отнести следующее:
Правильность выбора в значительной степени обусловливается опытом и интуицией экспертов, так как неметрические показатели, расположение координатных осей и их цена деления при масштабировании всех частных показателей определяются экспертным путем.
Отсутствие весовых коэффициентов для частных показателей, особенно в случае значительного рассеивания их значений, при формальной свертке повышает вероятность необъективности выбора.
В методике Н.С. Молодцова [4] с позиций системного подхода дается количественная и качественная оценка различных вариантов восстановления и упрочнения изношенных деталей и осуществляется в определенной степени формализация выбора оптимальной технологии ремонта. Эта методика применяется на судоремонтных предприятиях при решении многофакторных технологических задач.
Проблема оптимизации технологий при восстановлении и упрочнении деталей судовой техники рассматривается в работах В.И. Седых [6]. Им с позиций системного подхода разработаны технологические основы создания оптимальных свойств материала поверхностного слоя при восстановлении деталей. Технологические процессы восстановления и упрочнения представляются в системе «Т-М-Э» (технология - материал - эксплуатация). Поверхностный слой восстанавливаемых деталей по мнению автора образуется за счет суммарного объединения двух стохастических процессов: конструктивно-технологического формирования параметров (КТФП) при ремонте и эксплуатации формирования параметров (ЭФП). Задачи формирования параметров материала в системе «Т-М-Э» решаются поэтапно.
С учетом условий эксплуатации и ряда ограничений (требований к параметрам материала, конструкции детали, ее технологичности) выбирается технологическая схема формирования свойств материала восстанавливаемых деталей. Затем проводится ремонт детали с последующим изучением
Фреттинг-коррозия в соединениях деталей движительно-рулевого комплекса
Фреттинг-коррозия представляет собой разрушение поверхности металла в условиях, когда две контактирующие поверхности номинально неподвижны, но под воздействием знакопеременного изгиба, кручения или от совместного их действия периодически взаимно перемещаются.
Фреттинг-коррозия имеет место: в соединениях гребного вала с гребным винтом и облицовкой; на посадочных местах съемных лопастей на ступице винта; в подшипниках качения вспомогательных двигателей и механизмов; на зубьях колес турбозубчатых агрегатов; в подшипниках качения поворота лопастей винтов регулируемого шага; на кулачках гибких муфт; на посадочных местах валов под соединительными муфтами; в шпоночных, шлицевых, болтовых и заклепочных соединениях.
В результате процессов фреттинг-коррозии на соприкасающихся поверхностях деталей могут возникать повреждения в виде окрашенных пятен, накоплений порошкообразных окисленных продуктов, натиров, налипаний металла, вырывов, каверн или раковин, часто заполненных продуктами коррозии, полос или канавок локального износа, а также поверхностных микротрещин. На контактирующих поверхностях в зернах металла появляются линии сдвигов, которые приводят к зарождению микротрещин и шероховатостей, что, в свою очередь, приводит обычно к последующему снижению усталостной прочности.
Кроме ухудшения первоначально обеспеченной геометрии детали, повреждения от фреттинг-коррозии приводят и к более вредным последствиям. Локализованный фреттинг-износ может привести к уменьшению поперечного сечения детали, а каверны фреттинг-коррозии, являясь концентраторами напряжений, действуют как надрезы. Наиболее опасным последствием фреттинг-коррозии является то, что она способствует усталостным поломкам (фреттинг-усталость). На многих деталях, сломавшихся в эксплуатации, обнаруживается, что трещины берут начало в зоне контакта с сопряженной деталью.
Когда продукты фреттинг-износа (коррозии) могут выходить из зоны соприкосновения деталей, то постепенное удаление материала с одной или с обеих соприкасающихся поверхностей ведет к потере первоначальной пригонки, ослаблению натяга и увеличению удельных нагрузок. Это сокращает срок службы как отдельных деталей, особенно высокого класса точности, так и целых механизмов. Ослабление посадки приводит к нарушению нормальной работы и самораспрессовке соединений с натягом.
В случае, когда продукты фреттинг-коррозии не могут свободно выходить из зоны соприкосновения, то, поскольку их объем обычно больше объема металла, ушедшего с поверхностей, в системе может возникнуть заклинивание («заедание»). Заедание может произойти также в результате прочного схватывания локальных участков металлических поверхностей.
Вообще, заедание проявляется в образовании задиров вследствие адгезионного сваривания и последующего вырывания материала поверхностного слоя и сопровождается последующим упрочнением материала и заклиниванием отделившихся слоев в зазоре сопряжения.
Типичный вид расположения очагов фреттинг-коррозии на посадочной поверхности гребного вала представлен на рисунках 2.5, 2.6, 2.9, 2.12. Повреждения конической части гребных валов располагаются в районе большого диаметра конуса вала, вблизи кормового торца облицовки, под ступицей гребного винта и по шпоночному пазу. Величина напряжений в гребных валах бывает вполне достаточной, чтобы развивались трещины от усталости под влиянием коррозии и в местах сильных геометрических концентраторов напряжений (шпоночный паз, некачественно выполненный галтельный переход). Распространение поверхностных повреждений от фреттинга на значительную длину под ступицу винта возможно только при частых и сильных смещениях вала и ступицы друг относительно друга при крутильных колебаниях или при очень слабой посадке винта на вал. Как известно, наиболее сильные пульсации крутящего момента бывают на судах с двигателями внутреннего сгорания. Особенно при использовании винтов с четным количеством лопастей и при коротком валопроводе. С этих позиций сочетание конструктивных факторов в отношении крутильных колебаний на упорных валах судов серии 301 и 92016 «Н.Новгород», «Н.Чернышевский», «Коротков», «А.Суворов» оказалось неблагоприятным. покрыт сплошными пятнами цвета окалины с окаймлением черного и черно-коричневого цвета по краям (рис. 1.2). На конусе наблюдаются, также, пятна схватывания стали со сталью и вырывы. Это дает основание предполагать, что вал в эксплуатации подвергается воздействию комбинированных циклических нагрузок с преобладанием напряжений кручения. Для валов дальнейшее развитие фреттинг-коррозии может привести к зарождению трещин, из-за концентрации контактных напряжений у краев контактных пятен (пятен схватывания) при резонансных крутильных колебаниях (рис. 1.3).
Перенос металла стальной ступицы на вал в пятнах схватывания приводит к образованию бугорков высотой до 0,3 мм. Максимальная глубина каверн (вырывов) на конусах валов достигает 0,5—0,6 мм. Поражения такого характера свойственны и для других судов, эксплуатирующихся со стальными гребными винтами (рис. 2.14).
Следует отметить, что характер поверхностных повреждений от фреттинга в соединениях в значительной степени зависит от посадочного натяга. При слабых натягах уменьшается возможность схватывания, зато резко увеличиваются амплитуды относительного проскальзывания, и в результате чего возрастает площадь, пораженная пятнами фреттинг-коррозии. При очень слабых натягах возможно даже распространение пятен вплоть до малого основания конуса. При сильных натягах, наоборот, -снижается степень поражения фреттинг-коррозией, но возрастают силы адгезионного взаимодействия между сопряженными поверхностями. Это повышает вероятность процессов схватывания и переноса, а также зарождения трещин фреттинг-усталости в местах контактных взаимодействий.
Ранее влиянию процессов фреттинг-коррозии на работоспособность валов не придавали серьезного значения и основными причинами аварий, например, гребных валов, считались такие факторы, как коррозионная усталость, концентрация напряжений в районе шпоночного паза, крутильные колебания.
В настоящее время усовершенствованы способы гидроизоляции валов, конструкции шпоночных соединений, введены расчеты валопроводов на крутильные колебания и количество повреждений гребных валов приводивших к очень резкому снижению усталостной прочности, значительно уменьшилось.
Однако крайне вредное воздействие от фреттинг-коррозии еще достаточно часто встречается в ремонтной практике, как например, на поверхностях ремонтируемых в НИЦ РТ валов теплоходов проекта 301 и 92016. 2.3 Приоритетные показатели технического состояния участков крупногабаритных валов Общая схема вала с возможными трибосистемами и конструктивными элементами, а также видами их изнашивания представлена на примере упорного вала теплохода «Н. Новгород» (рис. 2.13). Условные обозначения даны согласно представленной схеме «Виды износов элементов трибосистем по их функциональному назначению» (рис. 2.11).
Логистическая система ремонта
Ремонтные технологии восстановления деталей крупногабаритной судовой техники тесно связаны с организацией, управлением и контролем движения материальных и информационных потоков в пространстве и времени.
Поэтому задачи разработки технологии ремонта в комплексе с задачами повышения ресурса и надежности техники целесообразно решать на основании принципов логистики, позволяющих минимизировать и оптимизировать затраты в производстве [38].
Для этого необходимо: - установить связь ремонтных технологических операций с мероприятиями повышения качественных показателей восстанавливаемых деталей (системный подход); - обеспечить комплексность в организации всех разделов подготовки производства (конструкторской, технологической, плановой, материально технической, кадровой и др.); - использовать такие логистические принципы как научность и конкретность в определении целей и задач при восстановлении деталей, гибкость и вариантность типовой технологии при ремонте широкой номенклатуры судовых изделий.
Применение других принципов логистики - интегративности и эффективности ремонтных производств обусловливается совокупностью составляющих элементов технологии: технологических процессов, средств технологического оснащения, кадровых исполнителей, применяемых материалов, внедрения ноу-хау и др.
Поскольку основой логистического подхода является интеграция различных материальных и информационных потоков, создающихся движении ресурсных элементов в процессе производственной деятельности, то в связи с этим топология логистики включает два аспекта: функциональный и ресурсный [40].
Применительно к ремонтному производству функциональный аспект F составляет все виды подготовки производства тдг, и непосредственно производственные процессы Fnp.:
Ресурсный аспект содержит материальные ресурсы RM, информацию R„, финансы R,,mH и трудовые R, pbI:
Каждый отдельный элемент этих множеств характеризуется конкретным состоянием.
Стратегия ремонта должна логистически увязывать потоки этих элементов на различных стадиях производства и подчинять общим целям. Основными элементами материальных потоков в судоремонтном производстве являются: объекты ремонта, СТО, материалы, комплектующие изделия. Материальным, финансовым, кадровым потокам сопутствуют информационные, которые могут управлять ими. Поэтому, решающим фактором осуществления логистических операций являются информация, выступающая в виде производственного фактора и ее интеграция с материальными потоками на всех уровнях ремонта и эксплуатации.
Интегрированная информационная система в судоремонте реализуется с применением компьютерной техники, устройств первичного сбора и ввода данных, средств визуализации, локальных вычислительных сетей, сетей Интернет, наличии математического и программного обеспечения для автоматизированной идентификации дефектов с использованием компьютерной графики, автоматизированного поиска оптимальной технологии ремонта и разработки технологических процессов.
Функциональный аспект ремонтного производства обуславливает включение в состав целей общей стратегии восстановления крупногабаритных деталей обеспечение подготовки производства. При разработке стратегии должны учитываться наличие и размещение производственных единиц, подготовленность персонала, размещение поставщиков, экологичность производства, информационная система и т.д.
Задача логистического подхода заключается в оптимизации суммарных издержек ремонта и эксплуатации объекта ремонта, поэтому основой для разработки стратегии восстановления деталей является интегральное целеполагание на основе системного анализа.
Для определения требуемого уровня технического состояния объекта ремонта и целей технологии восстановления крупногабаритных деталей следует рассмотреть судоремонтное производство в качестве звена логистической цепи водного транспорта и движение материальных потоков на двух уровнях: ремонт и эксплуатация. Водный транспорт можно рассматривать как макрологистическую систему, а ремонтное производство -как самостоятельную микрологистическую систему с определенной организованной структурой подсистем, которая имеет переплетенные и перекрещивающиеся связи, обладает сложностью и многовариантностью. Объекты, подлежащие ремонту, образуют входной материальный поток для эксплуатации флота, а отремонтированные изделия - выходной поток для ремонтного производства и входной для эксплуатации. Находясь в постоянной взаимосвязи с эксплуатацией флота, логистическая система ремонта должна обладать способностью целенаправленной адаптации.
Рассмотрение движения материальных потоков на всех уровнях с единых позиций позволяет определить цели стратегии ремонта, обеспечивающие эффективность производственной системы ремонта и гармонизацию интересов ремонтного производства и эксплуатации флота. На основе комплексного подхода и системного анализа установленные цели конкретизируются, и осуществляется переход к постановке частных задач стратегии ремонта. Они могут иметь следующие направления: внедрение передовых методов ремонта, совершенствование существующих технологий, развитие ресурсосберегающих технологий, повышение качества и надежности ремонтируемых изделий и т.д.
В плане поставленных задач технические решения содержат соответствующие технологические методы и средства для их реализации. Они включают различные способы и методы восстановления, обработки, упрочения, являются многовариантными. Интеграция материальных, информационных, финансовых трудовых потоков влечет необходимость компромиссов и уступок в формировании стратегии ремонта, направленной на соблюдение взаимной увязки целей и средств достижения. Возникают задачи определения критериев эффективности ремонтного производства, выбора оптимальной технологии ремонта и последующей оптимизации соответствующих технологических процессов.
Логистическая структура стратегии ремонта представлена в виде алгоритма на рис. 3.1. флота Техническая эксплуатация флота рассматривается как логистическая система, состоящая из двух подсистем: макрологистическая (период эксплуатации) и микрологистическая (период ремонта). На принятие технических решений при выборе стратегии ремонта крупногабаритных деталей оказывают влияние факторы, связанные с условиями эксплуатации, а также техническим обслуживанием и сроками службы объектов ремонта [54].
Выбор критериев оптимизации технологических операций восстановления
Многовариантность способов выполнения технологических операций определяет задачу выбора. Альтернативные варианты обладают определенными свойствами и показателями, влияющими на формирование параметров технического состояния восстанавливаемой детали (геометрические размеры, форму, характеристики поверхности, свойства материала и т. д.). Нахождение наиболее предпочтительных вариантов каждой технологической операции производится путем оптимизации по Парето по двум критериям, сущность предлагаемого метода представлена в 3-й главе. В соответствии с результатами морфологического исследования (раздел 4.3) оптимизацию по Парето необходимо проводить раздельно для рассматриваемых участков виртуального вала: под фрикционные соединения и под подшипники скольжения. При этом определение эффективной границы и области доминирующих вариантов по двум критериям производится путем построения соответствующих графиков для этих участков под указанные сопряжения. выборе материала покрытий. Из теории усталостной прочности известно, что предел усталости - это величина самодовлеющая и не находится в прямой зависимости с другими механическими свойствами (твердостью, модулем упругости, пределами прочности, текучести, упругости). Но степень их связи различна и определяется коэффициентами корреляции. Среди прочностных характеристик наибольшей степенью связи со., обладает предел прочности о"в. Приблизительно, ов в 2 раза больше с ,. В этой связи в качестве критерия оптимизации по Парето можно принять предел прочности.
При восстановлении поверхностей опорных шеек под подшипники скольжения ведущим требованием является обеспечение их износостойкости. При выборе материала покрытия оценку износостойкости возможно производить по получаемой твердости. Покрытие состоит из большого числа напыляемых частиц, твердость которых может превышать твердость исходного напыляемого материала, тогда как общая твердость напыленного материала, из-за его пористости не является высокой. Однако равномерное распределение твердых соединений в материале покрытия обеспечивает высокую износостойкость. Применяемые методы определения общей твердости напыленного материала дают различные результаты, на которые существенное влияние оказывает состояние пористости покрытия. На основании анализа результатов измерений твердости различными методами, проводимых НИЦ РТ, для оценки износостойкости покрытий наиболее объективным показателем является их микротвердость [54]. Поэтому при выборе материала покрытия в данном типе сопряжений в качестве критерия оптимизации предлагается использовать этот показатель. Результаты измерений микротвердости для различных марок материалов покрытий представлены в таблице 4.6.
В результате проведенных исследований определены предпочтительные Наиболее важным фактором при выборе способов подготовки поверхности является обеспечение заданной прочности детали. Наибольшее влияние на прочностные характеристики оказывает объем снятого металла и, следовательно, глубина удаляемого слоя. Поэтому при оптимизации подготовки поверхности в качестве второго критерия предлагается принять глубину снятого слоя. Возможность устранения отдельных местных дефектов с минимальным тепловложением позволяет уменьшить глубину снятия. В этом плане практика ремонта судовых валов в НИЦ РТ показала положительные результаты формирования ремонтного контура при минимальной толщине снятого металла с последующим использованием пайки отдельных локальных дефектов глубиной до 5.2 мм (Приложение В).
Подготовка поверхности под газопламенное напыление Одним из основных свойств покрытий, определяющим работоспособность восстановленных деталей является прочность сцепления с основным металлом. Поэтому, чаще всего это свойство выбирают в качестве критерия при оптимизации технологии восстановления. В связи с этим особое внимание уделяется подготовке поверхности, то есть составляющей Х2. Механическое сцепление частиц покрытия с основным металлом при газотермическом напылении обеспечивается при наличии шероховатости в диапазоне от 40 до 80 мм. Кроме того, на силы молекулярного сцепления влияет качество очистки поверхности. При наличии окислов и загрязнений сцепления не происходит. Технологическая операция подготовки восстанавливаемой поверхности, обеспечивающая выполнение этих условия не должна снижать механические свойства основного металла. Известно, что нарезка резьбы, насечка зубилами, электротермическая обработка снижают усталостную прочность. Однако все виды резьбы обеспечивают относительно высокую прочность сцепления (до 180 МПа). Они могут применяться для деталей, работающих в условиях небольших знакопеременных нагрузок и имеющих большой запас прочности. Пескоструйная обработка, накатка, обдувка металлической дробью повышают предел выносливости. Струйно-эрозионная обработка в целом придает поверхности не только шероховатость, но и разрушает окисную пленку. При этом время от очистки до напыления устанавливается технологическими инструкциями и не должно превышать 0,5 часа.
Таким образом, качество подготовки поверхности и время разрыва между операциями подготовки и напыления оказывают значительное влияние на прочность сцепления. Поэтому оптимизация подготовки поверхности проводится по максимальному обеспечению прочности сцепления. В зависимости от способа подготовки поверхности под напыление возможно получить следующую прочность сцепления покрытия с основным металлом, МПа: при пескоструйной обработке 34.5, дробеструйной 104, накатке (прямой, косой) 100, нарезке (треугольной) 180, электроискровой обработке 100 [53]. Общий же порядок получаемой прочности сцепления при газопламенном напылении составляет от 25 до 70 МПа.
В соответствии с результатами морфологического исследования (раздел 4.2) оптимизацию по Парето специальной обработки поверхности под напыление необходимо проводить раздельно для рассматриваемых участков виртуального вала: под фрикционные соединения и под подшипники скольжения. При этом определение эффективной границы и области доминирующих вариантов по двум критериям: технологической себестоимости и прочности сцепления, производится путем построения соответствующих графиков для этих участков под указанные сопряжения. Кроме Х2 составляющей, к факторам влияющим на прочность сцепления относятся физические свойства основы и покрытия: коэффициент термического выборе материала покрытий. Из теории усталостной прочности известно, что предел усталости - это величина самодовлеющая и не находится в прямой
