3.1. Характеристика оборудования применяемого для выполнения ремонтно-восстановительных работ

  Средства технологического оснащения (СТО) ремонтно-восстановительного производства представляют собой основной элемент материальной базы этого производства, от которой в наибольшей степени зависят качество и эффективность процессов восстановления этих изделий. Система средств, применяемых для восстановления ренодеталей создается путем ее приобретения и изготовления.

Средства технологического оснащения ремонтно-восстановительного производства включают: технологическое оборудование, оснастку, средства контроля, механизации и автоматизации.
Оснастка, в свою очередь, подразделяется на приспособления и инструмент. Приобретенные СТО – средства необходимые для изготовления ренодеталей, изготовленные вне предприятия и поступившие на него за плату в виде товарной продукции или бесплатно в результате передачи с баланса на баланс предприятий. СТО, изготовленные на собственном вспомогательном производстве, - это средства, произведенные по конструкторской документации, разработанной инженерными службами предприятия или приобретенной на стороне.

Технологическое оборудование – это технологические машины, необходимые при изготовлении реноизделий. Эти устройства обладают определенностью движений своих частей, используют энергию неживой природы и целесообразно преобразуют материалы, энергию и информацию.
Выбор оборудования для каждой операции, например, для лезвийной обработки резанием, производится в соответствии с общими правилами выбора средств технологического оснащения ГОСТ 14.301-73 с учетом:

- типа производства и его организационной структуры;
- вида реноизделия и программы его выпуска;
- возможности группирования операций;
- максимального применения имеющихся в наличии стандартной оснастки и оборудования;
- равномерной загрузки оборудования.
Принятое оборудование должно обеспечить:
- заданную точность и шероховатость поверхности;
- соответствие основных размеров рабочей зоны станка габаритным размерам ренозаготовки;
- возможность более полного использования станка по мощности и времени;
- высокую производительность;
- требования техники безопасности и промышленной санитарии;
- наименьшую стоимость обработки.

Необходимое оборудование выбирается по справочникам.

В зависимости от разнообразия выполняемых функций и изготавливаемых реноизделий технологическое оборудование подразделяют на: универсальное, специализированное и специальное.

Универсальное оборудование (металлорежущее, кузнечно-прессовое, термическое и др.) обладает широкими технологическими возможностями. Необходимое количество такого оборудования определяют по формуле:

где N – годовой объем  реноизделий, ед.;
t_p– станкоемкость работ i-го вида (i=1....n), отнесенных к восстанавливаемому изделию и выполняемых на данном виде оборудования, станко-ч.;
K_n – коэффициент, учитывающий переналадку оборудования цеховыми средствами;
 Ф_д.о. – действительный фонд работы оборудования, ч.

С целью увеличения производительности или точности обработки однотипных ренодеталей, часть универсального оборудования (чаще металлорежущего) превращают в специализированное оборудование путем заводской модернизации. Технологические возможности специализированного оборудования уже соответствующего показателя универсального оборудования.

Специальное оборудование выполняет узкую технологическую функцию над предметом восстановления определенного типа, обладает наибольшей производительностью и обеспечивает наивысшую точность. Это, например, шлифовальные станки для обработки коренных или шатунных шеек коленчатых валов двигателя одной модели, расточные станки для одновременной обработки коренных опор, втулок распределительного вала и отверстия под стартер в блоке цилиндров, контрольные стенды. Металлорежущее специальное оборудование выполняют на станкозаводах по заказу. Специальные металлорежущие станки – это модификации универсальных станков, значения основных параметров которых отличаются от стандартных. Эти станки оснащены наладками (или подготовленные под установку наладок) и устройствами для обработки конкретных ренодеталей. Остальное специальное оборудование изготавливают, как правило, в инструментальном цехе (на участке) ремонтно-восстановительного предприятия.

Универсальное и частично специальное оборудование приобретают, а специализированное получают путем оснащения универсального оборудования приспособлениями, изготовленными собственными силами предприятия. Часть специального оборудования и средств измерений также изготавливают в собственном вспомогательном производстве.
Система СТО ремонтно-восстановительного производства выполняет необходимую совокупность технологических функций. Разнообразие этих средств, в значительной мере определяет технический уровень производства. Большую роль в технологических процессах восстановления деталей играют СТО, изготовленные в собственном вспомогательном производстве.

Количество единиц nc специального оборудования определяют по формуле:

где t₀ – станкоемкость, станко-ч.,
k₀ – коэффициент выполнения операций.

В зависимости от приспособленности к воздействиям на изменяемый предмет восстановления различают оборудование перенастраиваемое, переналаживаемое и гибкое.

Перенастраиваемое оборудование может быть перестроено на изготовлении другой ренодетали или группу ренодеталей при затратах средств труда, соизмеримых с его стоимостью.

Переналаживаемое оборудование при переходе на изготовлении других ренодеталей не требует дополнительных вложений и останова производства, а только увеличивает текущие расходы.

Гибкое оборудование при переходе на обработку другой ренодетали или группы ренодеталей не требует дополнительных вложений, ни останова производства, ни увеличения текущих расходов.

Системная классификация средств применяемых для изготовления ренодеталей служит целям упорядочения и сокращения объемов аналитического исследования, уменьшения трудоемкости проектирования и изготовлении технологических машин и их частей, повышения серийности изготовления за счет выделения их групп со схожими или одинаковыми функциями и параметрами.

Множество наиболее существенных признаков реноизделий находится в соответствии с признаками технологических функций (процессов, операций, переходов).

Анализ результатов декомпозиции функции технологических машин приводит к таким обобщениям:

- сопоставление подмножеств технологических признаков, входящих в машины для определения технологического состояния ренодеталей и сборочных единиц (предремонтного диагностирования), испытания и обкатки, не подтвердило правомерность отнесения этих машин к разным классам;
- наибольшей применяемостью обладают устройства для базирования и закрепления предмета восстановления, приложения разборочных и сборочных усилий и моментов, внутри операционного перемещения изделий, измерения длин, формы и расположения поверхностей, расходов и давления сред, вращательного и поступательного перемещений деталей или сборочных единиц;
- наиболее насыщены различными исполнительными агрегатами: разборочные, сборочные, контрольно-сортировочные устройства, оборудование для нанесения покрытий, металлообрабатывающие станки и испытательные средства;
- включение в состав технологических машин устройств для подачи и ориентирования  деталей на  контрольно-сортировочных и комплектовочно-сборочных устройствах и обрабатывающих операций и повышает уровень их механизации.

Таким образом, множество технологических машин ремонтно-восстановительного производства может быть представлено 12-ю классами машин: разборочных, очистных, для определения технического состояния деталей ремонтного фонда, нанесения покрытий, обрабатывающих, контрольно-измерительных, балансировочных, комплектовочно-сборочных, окрасочных, обкаточно-испытательных, для перемещения предмета восстановления, для переработки отходов. Множество технологических переходов, выполняемых основными исполнительными агрегатами технологического оборудования.

Этот важный вывод о структуре технологических машин позволяет сосредоточить основные проектные работы на разработке небольшой номенклатуры исполнительных агрегатов и их рядов, из которых могут быть скомплектованы различные машины.

Устранение неисправностей и восстановление ресурса подлежащей реновации техники, требуют технологических машин таких видов: для предвосстановительного диагностирования, разборочных, очистных, для определения технического состояния ренодеталей, для создания ренозаготовок, обрабатывающих, контрольно-измерительных, балансировочных, комплектовочных, сборочных, окрасочных, испытательных, для перемещения реноизделия, для переработки отходов.

Анализ затрат на создание и эксплуатацию исполнительных агрегатов показывает, что наибольшее влияние на этот показатель оказывают масса предмета восстановления, площадь восстанавливаемых поверхностей ренодеталей, моменты и усилия разборки и сборки, точность обработки. К снижению затрат в ремонтно-восстановительном производстве приводят широкое применение новых видов повышения скоростей рабочих движений и совмещение технологических переходов во времени.

Вместе с тем система средств, применяемых для изготовления ренодеталей – это иерархическое, многоуровневое множество технологических машин основного производства, необходимое для выполнения технологических воздействий на восстанавливаемые детали на пути их превращения из состояния ренозаготовок  в состоянии ремонтного фонда в состояние товарной продукции [1].

Содержание мероприятий  по созданию материальной базы ремонтно-восстановительного производства приведена в табл. 3.1.

Таблица 3.1.

Содержание мероприятий и научно-методическая база по созданию материальной базы ремонтно-восстановительного производства

Постановка задачи по проектированию средств для восстановления деталей собственного изготовления – описать систему элементов в их связях и отношениях, обеспечивающих безусловное выполнение совокупности технологических переходов над предметом восстановления с определением его промежуточных и конечного состояний при минимальном расходе производственных ресурсов.

Технологическим заданием на проектирование является формирование множества технологических переходов на предмет восстановления, которое должно быть выполнено.
Действующие методы проектирования и создания СТО для восстановления деталей, за небольшим исключением, ориентированы на создание единичных технологических машин. В результате проектирования получают специальные непереналаживаемые машины единичного изготовления, многие из которых полностью или частично дублируют друг друга, выполняя отдельные технологические операции. Построение из этих машин системы оборудования отдельных участков ремонтно-восстановительного производства не приводит к оптимальным результатам.

Таким образом, задача проектирования системы средств для изготовления ренодеталей, решается путем определения видов и распределений множеств технологических переходов на предмет восстановления, разработки для каждого вида перехода базового исполнительного агрегата, расчета типоразмерных рядов исполнительных агрегатов и составления компоновок технологических машин для выполнения технологических операций.

Этот важный вывод о структуре технологических машин позволяет сосредоточить основные проектные работы по разработке небольшой номенклатуры исполнительных агрегатов и их рядов, из которых могут быть скомпонованы различные машины.
Анализ затрат на создание и эксплуатацию исполнительных агрегатов показывает, что наибольшее влияние на этот показатель оказывают масса предмета восстановления, площадь восстанавливаемых поверхностей ренодеталей, моменты и усилия разборки и сборки, точность обработки.

Следует, однако, отметить, что эффективность мелкосерийных и серийных типов производств с изменяющейся номенклатурой различных по конструкции изделий (из-за недостаточного уровня автоматизации их производства) во много раз ниже эффективности автоматизированного массового производства.

С появлением легко переналаживаемого оборудования с ЧПУ резко возросли возможности автоматизации мелкосерийного и серийного ремонтно-восстановительных производств, а значит, и возможности повышения его эффективности. На станке с ЧПУ можно обработать практически любую ренодеталь, требуется только разработать управляющие станком программы. Переход к обработке другой ренодетали (переналадка) на таком станке осуществляется простой заменой управляющей программы.

Следует, однако, признать, что число станков с ЧПУ в общем числе работающих станков (имеющихся на наших ремонтных заводах) незначительно.

Выход из положения просматривается в том, что крупные работы следует производить в области модернизации действующего оборудования и переоснащения устаревших станков. Универсальные станки будут оснащаться различными автоматическими разгрузочными и измерительными устройствами, зажимными и установочными приспособлениями, суппортами и другими устройствами.

Выбору оптимального типа металлорежущего оборудования для ремонтно-восстановительного производства должен предшествовать анализ ренодеталей и технологических процессов их изготовления.

Данный этап начинают с анализа формирования типовых поверхностей реноизделий для определения наиболее эффективных методов их обработки, учитывая при этом назначение и параметры изделия (ГОСТ 14.304-73).

Выбор оборудования  производят по главному параметру, в наибольшей степени выявляющему его функциональное значение и технологические возможности.

При выборе вариантов оборудования учитывают также минимальный объем приведенных затрат на выполнение технологического процесса восстановления изделий при минимальном сокращении периода окупаемости затрат на механизацию и автоматизацию. Годовая потребность в оборудовании определяется из годового объема работ, устанавливаемого после анализа приведенных годовых программ выпуска изделий и статистическим анализом затрат средств и времени на изготовление реноизделий. Годовые приведенные затраты на использование оборудования определяются размерами затрат на его эксплуатацию.

Производительность оборудования определяют на основании анализа времени изготовления реноизделий заданного качества.

В ремонтно-восстановительных производствах, нередко возникают ситуации, при которых: технологические возможности имеющегося на предприятии оборудования (металлорежущих станков, например) недостаточны для выполнения разнообразных по кинематике, точности, шероховатости и др. Организаторы производства идут по пути придания оборудованию новых функций, которые не предусмотрены паспортными данными этого станка.

Расширение технологических возможностей такого оборудования может быть, обеспечено его модернизацией, модификацией, изменением конструкций отдельных узлов, агрегатов и дополнением дополнительных средств.

На рис. 3.1.представлены основные направления расширения технологических возможностей основного технологического оборудования, например металлообрабатывающих станков.

 Рис. 3.1.Расширение технологических возможностей станка

Иногда, к расширению технологических возможностей оборудования прибегают и в случаях, когда недостаточно эффективно используется оборудование, не раскрываются имеющиеся возможности станков [2].

В работе приводятся примеры новых инженерных решений, при которых расширяются и видоизменяются виды выполняемых работ, при введении в конструкцию базового технологического оборудования, новых узлов, приспособлений и инструментов. Предложены, в частности, схема токарного станка модернизованного для фрезерования круглых заготовок, схемы токарного станка, оснащенного шлифовальной головкой для наружного шлифования ротора компрессора ГДТ, схемы обработки тел вращения в среде свободного абразива на базе вертикально-фрезерного станка и др.

Иногда к расширению технологических возможностей оборудования прибегают и в случаях, когда недостаточно эффективно используется оборудование, не раскрываются имеющиеся возможности станков.

Станки с низким числом оборотов  на  шпинделе не обеспечивают рекомендуемых режимов высокоскоростного фрезерования (80—120 м/мин), необходимой производительности, требуемой шероховатости обрабатываемой поверхности и, кроме того, не приспособлены для применения современного твердосплавного инструмента, рассчитанного на более высокую скорость резания, и, в первую очередь, влияющего на показатели обработки. Рациональное обновление станочного парка в условиях сниженной возможности обновлять основные фонды является на сегодня важной задачей для многих предприятий в металлообработке. Одним из решений этой задачи может быть лизинг. В экономически развитых странах лизинг сегодня является основным инструментом финансирования инвестиций. До 30% инвестиций в Европе финансируется через лизинг. В нашей стране этот показатель значительно ниже и составляет пока около 5%. И хотя объем операций по лизинговым договорам в России ежегодно растет на 30—40%, а сферы его применения постоянно расширяются, можно сказать, что преимущества лизинга пока недостаточно оценены российскими предпринимателями. Тем не менее, по мнению экспертов, перспективы развития лизингового бизнеса в России достаточно высоки.

Альтернативное решение, дающее зачастую эффект не меньший, чем новое оборудование,— это модернизация и дооснащение существующего оборудования, позволяющие существенно расширить его возможности. Под модернизацией станков понимают внесение в конструкцию частичных изменений и усовершенствований в целях повышения их технического уровня до уровня современных моделей аналогичного назначения (общетехническая модернизация) или для решения конкретных технологических задач производства путем приспособления к более качественному выполнению определенного вида работ (технологическая модернизация). В результате модернизации повышаются точность и производительность оборудования, уменьшаются эксплуатационные расходы, снижается брак а в ряде случаев увеличивается длительность межремонтного периода. Некоторые крупные компании предлагают дать «вторую жизнь» вашему оборудованию, совершенствуя технологические процессы, увеличивая степень использования современной оснастки. Существуют приспособления, которые дают возможность увеличить скорость на шпинделе сократить время, затрачиваемое на базирование и закрепление заготовок, вести обработку несколькими режущими инструментами одновременно, эффективно охладить рабочую зону, повысить уровень автоматизации, а также надежности производственных процессов. Рассмотрим примеры таких приспособлений:

Ускорительные головки (мультипликаторы) Для оптимальной работы современного инструмента требуется скорость резания 300—600 м/мин, что соответствует 12 000—25 000 об/мин шпинделя, в то время как основная масса станков на отечественных предприятиях сверлильно-фрезерно-расточной группы имеет максимальную скорость шпинделя не более 4500 об/мин. Применение мультипликатора (рис. 3.2) позволяет повысить технологический уровень производства при минимальных финансовых затратах. В ускорительных головках используются зубчатые планетарные передачи, позволяющие увеличить скорость на шпинделе в 3,5 или в 6 раз. Они обеспечивают увеличение производительности, стойкости инструмента и улучшение чистоты поверхности. В таблице 3.2 приведены примеры применения мультипликаторов при обработке материалов различным инструментом.

Таблица 3.2.

Практические примеры применения мультипликаторов

Достоинствами использования ускорителей являются:

Технико-экономическое обоснование применения ускорителей BIG Daishowa Seiki показывает окупаемость затрат за 5—6 недель при работе в две смены.

Угловые головки
Для сокращения времени, затрачиваемого на закрепление заготовок, применяются сменные угловые головки, в которых ось шпинделя головки расположена под необходимым углом к оси шпинделя станка. Аля крупносерийного производства используют стационарные угловые головки с фиксированными углами 45° и 90° (рис.3.3 ,а) или нестационарные — с возможностью изменять угол наклона фрезы от 0° до 90° (рис.3.3,б). Угловые фрезерные головки с регулируемым углом наклона фрезы фактически дают станку «четвертую» координату.

Они избавляют от необходимости применения сложных и дорогих конических фрез и являются фактически единственным рациональным способом обработки габаритных деталей на станке с малым числом управляемых координат.

На рис.3.4 показаны примеры операций, в которых использование угловых головок существенно облегчает производственный процесс. Современные приспособления для металлообрабатывающего инструмента имеют сложное строение и часто сочетают в себе сразу несколько функций, как, например, ускорительная головка с системой подачи СОТС в зону резания, угловая ускорительная головка, различные конструкции многошпиндельных головок (рис. 3.4).

В соответствии с основными критериями работоспособности и надежности ренопригодных деталей и машин их испытывают на: потерю на трение,  износостойкость, виброустойчивость и жесткость.

Технической основой обеспечения комплексного испытания является правильно выбранное испытательное оборудование и проверенные средства измерения.

Под испытательным оборудованием понимают испытательные стенды самого различного назначения и их агрегаты, машины для испытаний, экспериментальные установки.

В зависимости от выполняемых функций различают следующие стенды:

- для испытания изделий на холостом ходу, как со встроенным источником энергии, так и питающиеся от энергосети. Эти стенды для обкатки служат для проверки правильности сборки, приработки узлов,  механизмов; и восстановленных изделий;
- для испытания реноизделий (несущих конструкций, двигателей, приводов) под нагрузкой. Испытания производятся на стендах, с воспроизведением необходимых режимов нагружения. Стенды служат для испытания на работоспособность, прочность и т.д. Механические испытания с целью выявления прочностных и эксплуатационных характеристик выполняются на стендах со статической нагрузкой (прессы, нагружатели и др.) или динамическим приложением нагрузки (ударные стенды, вибростенды и др.).
- силоизмерительные стенды – устройства для измерения вращающего или тормозного момента;
- для контроля геометрии масс, решения задач уравновешивания вращающихся узлов и деталей, для определения эксцентриситета центра тяжести изделия, для определения моментов инерции тел, стенды для балансировки;
- стенды, воспроизводящие внешние воздействия. Природные воздействия окружающей среды воспроизводят климатические камеры, барокамеры (температуру, ветер, давление, влажность, запыленность и др.). Имитацию воздействий, возникающих в работе изделий, воспроизводят вибраторы, ударные установки, центрифуги и т.п.;
- для безрасходных испытаний на герметичность и гидравлическую прочность. Стенды используют гидравлические (пневматические)наведенные воздействия (рис.3.5) путем применения источников постоянного и пульсирующего давления. При испытаниях пневматическим способом внутри изделия создается избыточное давление и контроль герметичности производится следующими методами: на контролируемые места наносят эмульсию и наблюдают появление пузырьков, изделие окунают в аквариум, определяют падение давление внутри изделия как следствие утечек рабочего тела;
- проливочные стенды, предназначенные для контроля гидравлического сопротивления элементов гидросистем. Такому виду контроля подвергают форсунки, жиклеры, фильтры, гидравлические магистрали;

Рис. 3.5. Классификация агрегатов формирования гидравлических (пневматических) наведенных воздействий

- прочие стенды, работающие на различных принципах и служащие для различных целей.

Любой испытательный стенд связан с измеряемыми параметрами. Даже простой стенд для обкатки, например, двигателя на холостом ходу, имеет измеряемые параметры: скорость работы двигателя и время обкатки. Время как измеряемый параметр участвует в большинстве проводимых испытаний, и измеряется с помощью реле времени, автоматических секундомеров. В обеспечении высокого качества измерений большую роль играют правильно выбранные и исправленные измерительные средства. В каждом конкретном случае измерительные средства выбираются исходя из необходимой точности измерений, специфических условий их применения.