Производительность и надёжность машин

1. ТЕМА 3 ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ И НАДЁЖНОСТЬ МАШИН

Тема 3. «Производительность и надёжность машин»
ТЕМА 3
ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ И
НАДЁЖНОСТЬ МАШИН

2. ЦЕЛИ АВТОМАТИЗАЦИИ

Тема 3. «Производительность и надёжность машин»
ЦЕЛИ АВТОМАТИЗАЦИИ
- сокращение трудовых затрат
- улучшение условий производства
- повышение объёмов выпуска
- повышение качества продукции

3. СТРУКТУРНАЯ СХЕМА АВТОМАТИЧЕСКОЙ МАШИНЫ

Тема 3. «Производительность и надёжность машин»
СТРУКТУРНАЯ СХЕМА
АВТОМАТИЧЕСКОЙ МАШИНЫ
РУ
ТМ
ЗУ
АУУ
ЗУ – загрузочное устройство
ТМ – технологическая машина
РУ – разгрузочное устройство
АУУ – автоматическое устройство управления

4. КОНСТРУКТИВНАЯ СХЕМА АВТОМАТИЧЕСКОЙ МОЕЧНОЙ МАШИНЫ

Тема 3. «Производительность и надёжность машин»
КОНСТРУКТИВНАЯ СХЕМА
АВТОМАТИЧЕСКОЙ МОЕЧНОЙ МАШИНЫ
М3
М2
ПЦ2
ПЦ1
М1
Конструктивная схема позволяет рассчитать параметры
приводов, строить циклограмму, алгоритм управления,
определять производительность и строить математическую
модель

5. ЦИКЛОГРАММА РАБОТЫ

Тема 3. «Производительность и надёжность машин»
ЦИКЛОГРАММА РАБОТЫ
М3
ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ РАБОТЫ МЕХАНИЗМОВ
Действие
привод
Z
включений время
Опустить питатель
Загрузить
КП
Загрузить/выгрузить
Поднять питатель
Опустить кожух М3
Опуст./подн.кожух
Обмывка
Вращать КП
Поднять кожух
Толкнуть КП
Выгрузить КП
Опустить толкатель
ПЦ1
-ПЦ1
М3
М1
М2
М3
ПЦ2
ПЦ2
3
3
-3
31
3
3
3
3
3
1
12
2
1
1
1
1
1
-
М2
ПЦ2
Т3
Т1
Т2
2*Т2
Т1’
2*Т3
Т4
Т4
Т3
Т5
Т2
Т5’
М1
k
S qi Zi
м i=1
Ка = k
100% = 0%
5 S qi
i=1
Zi - звенность i-го механизма , имеющего полуавтоматическое или автоматическое управление (Zi>3)
ПЦ1

6. ЦИКЛОГРАММА РАБОТЫ

Тема 3. «Производительность и надёжность машин»
ЦИКЛОГРАММА РАБОТЫ
Т2
Т5’
Т1
М3
Т5
Т2
Т1’
М2
ПЦ2
ПЦ1
М1
Т3
Т4
Т3
Т4
МАШИННОЕ ВРЕМЯ, ПРИХОДЯЩЕЕСЯ
НА ОДНУ КОЛЁСНУЮ ПАРУ
Т=Т1+2·Т2+Т1’+2·Т3+Т4+Т5+Т5
ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОЙ ЛИНИИ ЦИКЛ – ЭТО ВРЕМЯ МЕЖДУ
СЪЁМОМ ГОТОВОЙ ПРОДУКЦИИ С ЛИНИИ

7. Составляющие

Т1
Тема 3. «Производительность и надёжность машин»
Т2
Т5’
Составляющие
Т5
Т2
Т1’
Т3
Т4
Т1 –время опускания питателя
Т3
Т4
М
3
М
2
П
Ц
2
М
1
П
Ц1
Т1 =t1+t2+t3
t1 - время срабатывания воздухораспределителя
ПЦ2
ПЦ2
УА2
(зависит от типа управления)
t2 - время распространения воздушной волны
t3 - время перемещения поршня (прямого хода)
t1
t1 = 2,625с. для ручного включения
t1 = 0,175с. для включения автоматического
t2 =l/Vзв
l – длина трубопровода от воздухораспределителя до пневмоцилиндра
Vзв – скорость распространения звукового потока (звуковой волны) 341м/с
t2 = 0,006с

8. ЗАМЕЧАНИЕ!

Тема 3. «Производительность и надёжность машин»
ЗАМЕЧАНИЕ!
Цикл работы пневмоцилиндра
Тц =2t1+2t2+ t3 +t3’
ПЦ2
ПЦ2
t1 - время срабатывания воздухораспределителя
(зависит от типа управления)
УА2
t2 - время распространения воздушной волны
t3 - время поднятия поршня (прямого хода)
t3’ - время опускания поршня (обратного хода)
t3’=0,98 t3

9. Составляющие

Т1
Тема 3. «Производительность и надёжность машин»
Т2
Т5’
Составляющие
Т5
Т2
Т1’
Т3
Т4
Т3
Т2 –время скатывания детали
Т4
T 2 2,06 l
l – расстояние перемещения (скатывания)
М
3
М
2
П
Ц
2
М
1
П
Ц1

10. Составляющие

Т1
Тема 3. «Производительность и надёжность машин»
Т2
Т5’
Составляющие
Т5
Т2
Т1’
Т3
Т4
Т3
Т3 –время опускания кожуха
Т4
М3
М
3
М
2
П
Ц
2
М
1
Т3 =t1+t2+t3
t1 - время запуска двигателя
(зависит от типа управления)
t2 - время остановки двигателя
t3 - время перемещения кожуха (прямого хода)
t1
t1 = 1,62с. для ручного включения
t1 = 0,12с. для включения автоматического
t2
t2 = 1,62с. для ручного выключения
t2 = 0,12с. для выключения автоматического
П
Ц1

11. Производительность

Тема 3. «Производительность и надёжность машин»
Производительность
Под производительностью рабочей
машины понимают количество
продукции, выпускаемой в единицу
времени.
Различают 3 вида производительности:
- технологическую
- цикловую
- фактическую

12. Технологическая производительность

Тема 3. «Производительность и надёжность машин»
Технологическая производительность
Это производительность, вычисляемая
без учета времени на вспомогательные и
холостые движения:
шт.
1
час или час
tp – длительность рабочего хода машины
1
QT
tp
Характеризует прогрессивность применяемой технологии
выбранных режимов обработки изделия,
является максимальной из существующих трёх видов,
является идеальной производительностью,
для роторных автоматов существует только технологическая

13. Цикловая производительность

Тема 3. «Производительность и надёжность машин»
Цикловая производительность
Цикловую производительность определяют в
машинах (автоматах дискретного действия), где
существуют потери времени на подачу, закрепление
изделий, подвод/отвод инструмента и т.п.
tц t p t x
1
1
QЦ
tц t p t x
шт.
1
час или час
tц – длительность цикла
tх – длительность холостого движения
Характеризует конструктивное совершенство машины. Чем
меньше время холостого хода, тем прогрессивнее техническое
решение машины

14. Фактическая производительность

Тема 3. «Производительность и надёжность машин»
Фактическая производительность
В эксплуатации периоды работы машины чередуются с
простоями из-за отказов элементов машины или
профилактическими работами по её обслуживанию (чистка,
смазка и т.п.).
Эти потери времени называют внецикловыми tвнц
Производительность, определяемую с учётом внецикловых потерь времени называют фактической
1
QФ
tц tвнц
шт.
1
час или час
Характеризует техническое совершенство машины,
правильность её проектирования и связана со свойством
надёжности.

15. Надёжность машины

Тема 3. «Производительность и надёжность машин»
Надёжность машины
Допущения:
Машина работает в период нормальной эксплуатации, когда
постепенные отказы ещё не появились и надёжность
характеризуется внезапными отказами, возникающими из-за
чрезмерной нагрузки. В этом случае интенсивность отказов l
можно считать постоянной, а ВБР – подчиняется
экспоненциальному закону.
l t
ВБР (t ) р(t ) e
Все элементы машины в смысле надёжности соединены
последовательно.
n
ВБР м (t ) р м (t ) pi (t )
i 1
pi – ВБР i-го элемента
n – число элементов в машине

16. Внецикловые потери

Тема 3. «Производительность и надёжность машин»
Внецикловые потери
Внецикловые потери на единицу продукции:
t пм
tв нц
z
tпм – суммарные потери времени в процессе эксплуатации
z – объём выпуска продукции
Ф – годовой фонд рабочего времени
tпм Ф pi р - ВБР машины, р – вероятность отказа
i
i
t0
z
tц
t0 – время безотказной работы машины
t0 Ф pi
tц – длительность цикла работы машины
Ф pi tц pi tц 1 pi
tвнц
Ф pi
pi
pi
tц
pi
1
Qф
tц tвнц tц

17. Пример

Тема 3. «Производительность и надёжность машин»
Пример
Дано:
tц=0,1часа
схема блоков машины см. рисунок
ВБР ЗУ
p1=0,9
РУ
ТМ
ТМ
р2=0,95
РУ
р3=0,8
АУУ
АУУ р4=0,95
Определить: Qф
pм= р1 р2 р3 р4 =0,9·0,95·0,8·0,95=0,65
QФ= рм / tф =0,65/0,1=6,5 шт./час
А каково время простоев
tвнц - ?
ЗУ

18. Виды компоновки машин для автоматических линий

Тема 3. «Производительность и надёжность машин»
Виды компоновки машин для
автоматических линий
1. - жёсткая связь станков
2. - гибкая связь станков (с промежуточным накопителем)
3. - комбинированная связь станков

19. Жёсткая связь станков

Тема 3. «Производительность и надёжность машин»
Жёсткая связь станков
Наиболее дешевая и простая схема, но и наименее надёжная
2
1
р1 – ВБР машины 1
р2 – ВБР машины 2
рАЛ =р1·р2

20. Гибкая связь станков (с промежуточным накопителем)

Тема 3. «Производительность и надёжность машин»
Гибкая связь станков (с промежуточным накопителем)
межоперационные накопители бывают:
магазинного типа
штабельного типа
бункерного и др.
Наиболее надёжная и производительная, но имеет высокую
стоимость, большие габариты, сложна в управлении
I
II
1
2
А
В
2
1
II
I
р1 – ВБР машины 1
рI – ВБР накопителя I
р2 – ВБР машины 2
рII – ВБР накопителя II
рАЛ =рА·рВ
рВ =1-(1-р1)·(1-рI)
рА =1-(1-р2)·(1-рII)

21. Комбинированная связь станков

Тема 3. «Производительность и надёжность машин»
Комбинированная связь станков
II
1
2
3
В
3
2
II
р1 – ВБР машины 1
р2 – ВБР машины 2
рII – ВБР накопителя II
р3 – ВБР машины 3
1
рАЛ =р1 ·рВ ·р3
рВ =1-(1-р2·)(1-рII)
рАЛ =р1 · (1-(1-р2·)(1-рII)) ·р3

22. Математические модели машин

Тема 3. «Производительность и надёжность машин»
Математические модели машин
В основе проектирования автоматических машин лежит теория
производительности – это техническая теория, представляющая
собой совокупность законов, понятий, идеальных объектов
системно отображающих машины по производительности.
Теория позволяет установить количественное значение
производительности и выбрать рациональные способы
автоматизации с помощью математических моделей.
Математическая модель машины – это
уравнение, связывающее производительность с
важнейшими параметрами.
МОДЕЛИ БЫВАЮТ
МНОГОФАКТОРНЫМИ И
ОДНОФАКТОРНЫМИ

23. Многофакторные модели

Тема 3. «Производительность и надёжность машин»
Многофакторные модели
позволяют одновременно установить связь всех основных
характеристик машины с её производительностью
(являются более сложными и трудоёмкими в применении)
Например модель производительности моечной машины:
Q b0 b1 K b2 q b3n b4Vk b5VЗ b6t b7 p
м
a
Производительность зависит от
Кам – уровня автоматизации машины,
q – подачи насоса,
n – скорости вращения колёсной пары в камере,
Vk – скорости перемещения кожуха,
VЗ – скорости загрузки,
t – температуры моющей жидкости,
p – давления жидкости перед соплом,
b1,b2,b3,…,b7 – оценки коэффициентов регрессии, определяются
экспериментально (опытным путём) и показывают степень влияния
соответствующего показателя машины на производительность.

24. Однофакторные модели

Тема 3. «Производительность и надёжность машин»
Однофакторные модели
показывают влияние входного параметра (как правило, это уровень
автоматизации или надёжность) на выходной параметр (производительность).
(используют более часто, поскольку достаточно просты в применении)
Например однофакторная модель моечной машины:
SQ
ˆ
Q f Q r
f f (модель корреляционного анализа)
Sf
f – входной параметр (уровень автоматизации или надёжность)
2
1 n 2 1 n
SQ
Qi Qi
n 1 i 1
n i 1
2
1 n 2 1 n
Sf
f i f i
n 1 i 1
n i 1
SQ – среднеквадратическое отклонение производительностей машин
Sf – среднеквадратическое отклонение входного параметра машин
n
n
1 n
Qi f i Qi f i
n i 1 i 1
r i 1
(n 1) SQ S f
r – коэффициент корреляции статистической
информации о машинах 0 r 1 чем ближе r к 1,
тем сильнее связь между Q и f

25. Однофакторные модели

Тема 3. «Производительность и надёжность машин»
Однофакторные модели
Еще один хорошо знакомый пример однофакторных моделей:
Q f a0 a1 f
а0,а1 – оценки коэффициентов регрессии
или нелинейная модель регрессионного анализа:
Q f с0 с1 f с2 f
с0 ,с1,с2 – оценки коэффициентов регрессии
f – входной параметр (в качестве которого можно взять любые
характеристики машины: температура жидкости, давление,
подача насоса, скорость подачи сварочной проволоки и т.п.)
Для определения значений коэффициентов регрессии,
коэффициентов корреляции и среднеквадратических
отклонений и т.д. необходима статистическая информация о
параметрах и характеристиках существующих машин или
экспериментальные данные.