Tuổi thọ của máy làm ống hút giấy là gì?

Đầu tư vào thiết bị sản xuất rơm đòi hỏi nhiều chi phí hơn giá mua. Con số quan trọng hơn là máy sẽ sản xuất được bao nhiêu năm - và bao nhiêu mét ống rơm - trước khi chất lượng đầu ra của nó suy giảm hoặc chi phí duy trì hoạt động vượt quá chi phí thay thế. Con số đó không cố định: nó phụ thuộc vào chất lượng chế tạo máy, cường độ vận hành, kỷ luật bảo trì và môi trường hóa học của chất kết dính và bụi giấy mà máy hoạt động hàng ngày. Bài viết này nghiên cứu các yếu tố kỹ thuật quyết định tuổi thọ sử dụng hữu ích của mộtMáy làm ống hút giấy, các dạng hư hỏng làm giảm tuổi thọ, các biện pháp bảo trì kéo dài tuổi thọ và khuôn khổ quyết định để biết khi nào thay thế là lựa chọn hợp lý hơn.

1. "Tuổi thọ" thực sự có ý nghĩa gì đối với loại máy này

Tuổi thọ của máy móc công nghiệp được chia thành ba khái niệm riêng biệt:

Tuổi thọ thiết kế cơ khí- khoảng thời gian mà khung kết cấu, vật đúc và các bộ phận truyền động chính được thiết kế để tồn tại mà không bị hư hỏng do mỏi trong điều kiện tải định mức.

Tuổi thọ thay thế linh kiện- khoảng thời gian giữa các lần thay thế cần thiết các bộ phận có thể tiêu hao hoặc có độ mòn-cao (vòng bi, trục gá, lưỡi cắt, con lăn căng, dây đai).

Tuổi thọ kinh tế- khoảng thời gian trong đó tổng chi phí sở hữu (chi phí vận hành + bảo trì + tổn thất do thời gian ngừng hoạt động) vẫn thấp hơn chi phí hàng năm của thiết bị thay thế.

Đối với mộtMáy làm ống hút giấytrong sản xuất hai-ca liên tục (khoảng 6.000–7.000 giờ hoạt động mỗi năm), tuổi thọ thiết kế cơ khí của một chiếc máy-được chế tạo tốt thường nằm trong khoảng 10–15 năm. Khoảng thời gian thay thế linh kiện được tính bằng tháng đến vài năm, tùy thuộc vào bộ phận. Tuổi thọ sử dụng kinh tế có thể ngắn hơn hoặc dài hơn tuổi thọ thiết kế cơ khí tùy thuộc vào sự thay đổi của công nghệ và đường cong OEE (Hiệu quả Thiết bị Tổng thể) của máy trông như thế nào trong những năm sau này.

2. Các thành phần hao mòn-cao nhất và khoảng thời gian dự kiến ​​của chúng

Tìm hiểu tuổi thọ của máy bắt đầu từ những bộ phận được thay thế thường xuyên nhất.

2.1 Trục cuốn cuộn dây

Trục gá là thanh -bằng thép hoặc crom cứng, xung quanh dải giấy được quấn xoắn ốc-liên tục để tạo thành ống rơm. Bề mặt của nó chịu sự tiếp xúc mài mòn liên tục từ sợi giấy và cặn keo khô. Trong các điều kiện hoạt động điển hình, - đường kính ngoài của ống trong phạm vi 6–12 mm, tốc độ dải giấy ở mức 50–100 m/phút - tốc độ mài mòn bề mặt tạo ra sự giảm đường kính có thể đo lường được và ảnh hưởng đến độ đồng tâm của thành ống. Hầu hết người vận hành đều lên kế hoạch thay thế hoặc{11} mài lại trục gá theo chu kỳ 6–18 tháng, tùy thuộc vào độ mài mòn của giấy và liệu giấy có chứa chất độn canxi cacbonat hay không (giúp tăng tốc độ mài mòn của trục gá).

2.2 Vòng bi lăn (Khung ISO 281)

Vòng bi trong trục truyền động chính, cụm con lăn căng và trạm tạo hình là những bộ phận mài mòn có thể dự đoán được bằng phân tích nhất. Tiêu chuẩn ISO 281 xác định tuổi thọ L10 - số giờ hoạt động mà tại đó 10% tổng số vòng bi nhất định sẽ trải qua hiện tượng nứt vỡ do mỏi trong các điều kiện tải và tốc độ xác định. Đối với tốc độ trục vừa phải (100–500 vòng/phút) điển hình của máy quấn ống hút giấy, các ổ bi-rãnh sâu hoặc ổ đũa hình trụ được chọn chính xác có thể đạt được giá trị L10 trong khoảng 20.000–50.000 giờ theo tải trọng-định mức thiết kế.

Trong thực tế, tuổi thọ ổ trục thực tế trong máy làm rơm thường bị chi phối không phải bởi độ mỏi tiếp xúc mà bởisự cố ô nhiễm- bụi giấy và vòng đệm ổ trục dính sol khí xâm nhập. ISO 11171 và dữ liệu thực nghiệm từ hoạt động bảo trì máy móc-ngành thực phẩm đều chỉ ra rằng ô nhiễm bụi có thể làm giảm tuổi thọ ổ trục thực tế xuống 30–50% giá trị L10 trong danh mục nếu không có lớp bảo vệ phớt-môi dương hoặc mê cung-. Một máy được chỉ định rõ ràng sẽ sử dụng vòng bi kín hoặc được che chắn với khoảng thời gian tái bôi trơn là 500–1.000 giờ; một máy có độ kín không đủ có thể yêu cầu thay vòng bi 6–12 tháng một lần thay vì 3–5 năm một lần.

2.3 Lưỡi cắt

Bộ phận cắt-bay sử dụng lưỡi đĩa quay hoặc lưỡi dao chém dao động để cắt ống liên tục theo chiều dài ống hút. Hình dạng lưỡi cắt trực tiếp kiểm soát-chất lượng cuối cùng - một lưỡi dao bị mòn tạo ra các đầu ống bị nén hoặc bị sờn không đạt yêu cầu kiểm tra thẩm mỹ. Đối với ống hút giấy kraft một lớp-(60–120 gsm, 3–5 lớp), độ sắc bén của lưỡi dao thường giảm xuống mức chất lượng cắt không thể chấp nhận được trong 4–8 tuần với hai{12} ca hoạt động, khiến cho việc xoay hoặc thay thế lưỡi dao trở thành một hạng mục bảo trì định kỳ hàng tháng chứ không phải là yếu tố quyết định{13}tuổi thọ cấu trúc.

2.4 Con lăn căng và dẫn hướng tạo hình

Con lăn căng có tay bọc -được phủ polyurethane hoặc cao su{1}} duy trì độ căng của dải giấy trong quá trình cuộn giấy. Bề mặt tiếp xúc bị lão hóa do sự kết hợp của sự tấn công hóa học của chất kết dính (tinh bột-nước hoặc chất kết dính PVOH có độ pH 4–8), độ mỏi do nén cơ học và chu trình nhiệt từ phần sấy khô. Độ cứng bề mặt đàn hồi tăng lên (Shore A trôi từ 5–15 điểm) cho thấy sự mất đi độ bám chắc chắn liên quan đến tuổi tác-. Việc thay thế con lăn thường cần thiết sau mỗi 2–4 năm tùy thuộc vào độ mạnh của chất kết dính và nhiệt độ vận hành.

3. Điều kiện hoạt động tăng tốc hoặc làm chậm quá trình lão hóa như thế nào

Ba yếu tố môi trường có ảnh hưởng không cân xứng đến tuổi thọ của máy:

Loại chất kết dính và tính nhất quán của ứng dụng.Chất kết dính tiếp xúc với thực phẩm-dựa trên nước- - dextrin, tinh bột biến tính, PVOH - có tính chất hóa học nhẹ nhưng chất thải dạng phun và nhỏ giọt của chúng tạo ra môi trường vi mô ăn mòn trên bề mặt thép nhẹ không tráng phủ gần trạm dán. Máy có các thành phần vùng tiếp xúc{6}}được phủ bằng thép không gỉ hoặc epoxy-phủ epoxy (phù hợp với nguyên tắc thiết kế hợp vệ sinh EHEDG và yêu cầu vệ sinh ISO 14159 đối với máy móc) có tuổi thọ chậm hơn đáng kể ở vùng này so với các máy có kết cấu thép nhẹ-. Rỗ rỉ sét ở khu vực trạm dán keo là một dạng hỏng hóc sớm{10}}hết tuổi thọ{11}}cổ điển.

Độ ẩm của giấy và bụi.ISO 186 quy định quy trình lấy mẫu và kiểm tra độ ẩm tiêu chuẩn cho giấy; giấy kraft loại rơm-thường được điều hòa ở độ ẩm 4–8%. Giấy được xử lý ở mức cao nhất trong phạm vi này (hoặc trong điều kiện môi trường ẩm ướt) truyền thêm độ ẩm vào bề mặt dẫn hướng trục gá và cuộn dây, làm tăng tốc độ ăn mòn. Bụi giấy - hỗn hợp hạt xenlulo và chất độn khoáng - có tính mài mòn và cách điện cao, gây khó khăn cho cả sự mài mòn cơ học và các thành phần tủ điện (bộ biến tần truyền động, thẻ I/O PLC) yêu cầu môi trường không khí-sạch.

Cường độ thay đổi hoạt động.Một máy hoạt động ở tốc độ định mức trong ba ca mỗi ngày sẽ tích lũy số giờ hoạt động nhanh hơn khoảng 50% so với hoạt động hai{1} ca. Vì hầu hết các cơ chế hao mòn đều được điều khiển theo chu kỳ-đếm-chứ không phải theo lịch-, nên quá trình sản xuất ba-ca sẽ nén lịch tuổi thọ cơ học cho phù hợp. Một máy có tuổi thọ thiết kế 10-năm khi vận hành hai{12} ca có thể đạt được trạng thái cơ học tương tự sau 6–7 năm khi sử dụng ba ca.

4. Thực hành bảo trì giúp kéo dài tuổi thọ một cách đáng kể

Lịch trình bảo trì phòng ngừa cho loại thiết bị này thường tuân theo cấu trúc khoảng thời gian theo cấp bậc. Dựa trên hướng dẫn đã xuất bản từ tài liệu bảo trì máy móc bằng bột giấy-và-giấy cũng như các khuôn khổ quản lý thiết bị công nghiệp nói chung (Các số liệu thực hành tốt nhất của SMRP, IEC 60300-3-14 về bảo trì và độ tin cậy):

Những người vận hành thực hiện lịch trình này một cách nhất quán sẽ báo cáo rằngMáy làm ống hút giấyđạt được tuổi thọ thiết kế tối đa là 12–15 năm mà không cần thay thế các bộ phận kết cấu chính. Những người vận hành phản ứng - chỉ thay thế khi có lỗi - thường gặp phải sự kiện ngừng hoạt động lớn đầu tiên sau 4–6 năm và phải đối mặt với lỗi thành phần xếp tầng do các thành phần bị mòn tạo ra tải trọng bất thường lên các bộ phận lân cận.

5. Quyết định đại tu cuộc đời-

Khoảng thời gian từ 7–10 năm, hầu hết các công trình lắp đặt trong danh mục này đều đạt đến điểm uốn. Sự hao mòn tích lũy của ổ trục, sự xuống cấp của trục gá và sự lỗi thời của bộ điều khiển (các chương trình PLC và bộ truyền động servo từ một thập kỷ trước có thể không có sẵn phụ tùng thay thế từ chuỗi cung ứng). Ở giai đoạn này, người vận hành phải đối mặt với một lựa chọn có cấu trúc:

Phương án A: Đại tu lớn.Thay thế tất cả các vòng bi, trục gá, con lăn, lưỡi dao, thanh dẫn hướng mài mòn và hệ thống điều khiển. Chi phí thường bằng 25–45% giá mua máy mới. Điều này sẽ khôi phục máy về hiệu suất gần như-thiết kế và kéo dài thời gian sử dụng hữu ích thêm 5–8 năm.

Lựa chọn B: Thay thế.Một máy mới kết hợp các cải tiến công nghệ không có sẵn tại thời điểm mua ban đầu - tốc độ đầu ra cao hơn (một số đơn vị-thế hệ cao{2}}tốc độ hiện tại đạt 100–120 m/phút so với 50–70 m/phút từ một thập kỷ trước), tích hợp servo được cải thiện, độ chính xác của hệ thống kết dính tốt hơn và thường tiêu thụ năng lượng trên mỗi mét rơm được sản xuất thấp hơn.

Sự lựa chọn hợp lý được xác định bằng cách so sánh chi phí quy dẫn trên mỗi đơn vị sản lượng rơm theo từng kịch bản. Nếu tốc độ sản xuất của máy được đại tu và OEE không thể phù hợp với sản lượng kinh tế của một thiết bị mới thì việc thay thế sẽ hợp lý về mặt tài chính ngay cả trước khi tuổi thọ cơ khí cạn kiệt. IAS 16 (Chuẩn mực kế toán quốc tế về tài sản, nhà xưởng và thiết bị) cung cấp khung kế toán cho phân tích này - nó định nghĩa thời gian sử dụng hữu ích là khoảng thời gian mà một tài sản dự kiến ​​có thể sử dụng được về mặt kinh tế, không nhất thiết phải trùng với thời gian sử dụng vật chất của tài sản đó.

6. Dấu hiệu cho thấy máy sắp hết tuổi thọ kinh tế

Ngoài tuổi thọ đơn giản, các triệu chứng vận hành cụ thể báo hiệu rằng thiết bị sắp hết tuổi thọ về mặt kinh tế:

Tăng-tỷ lệ từ chối kết thúcmặc dù việc thay lưỡi dao thường xuyên - cho thấy trục gá bị hết hoặc kênh dẫn hướng bị mòn vượt quá dung sai có thể phục hồi được

Ứng dụng keo không nhất quángây ra các lỗi tách lớp - cho thấy sự hao mòn của bơm hoặc sự hư hỏng của phốt van không thể bù đắp được thông qua việc điều chỉnh tham số

Tăng nhiệt độ ổ đĩaở tốc độ định mức - cho thấy tổn thất trước tải của ổ trục hoặc tăng ma sát bên trong do tích tụ mài mòn

Tần suất ngừng hoạt động ngoài kế hoạch vượt quá 5% thời gian sản xuất theo lịch trình- ngưỡng được trích dẫn rộng rãi (SMRP Metric 2.1.1) trên đó chi phí bảo trì phản ứng thường vượt quá tính kinh tế của việc tiếp tục vận hành

Hệ thống điều khiển không có sẵn phụ tùng- thẻ PLC và bảng HMI cũ từ các máy có tuổi đời hơn 12–15 năm có thể không còn được sản xuất nữa, khiến một lỗi điện tử đơn lẻ trở thành một sự kiện cuối cùng có hiệu quả

7. Tóm tắt

Được bảo trì tốtMáy làm ống hút giấyở cường độ-vừa phải có thể đạt được 12–15 năm hoạt động hiệu quả. Các yếu tố hạn chế không phải là khung hoặc vật đúc của máy - thường được thiết kế-quá mức cho tải của chúng - mà là các bộ phận tiêu hao và bán{7}}có thể tiêu hao: vòng bi, trục gá, con lăn, lưỡi dao và vòng đệm hệ thống kết dính. Ô nhiễm bụi, ăn mòn cặn keo và sự lỗi thời của hệ thống điều khiển là ba nguyên nhân gây hư hỏng có thể làm giảm tuổi thọ một cách đáng tin cậy nhất trước khi đạt đến tuổi thọ thiết kế kết cấu. Người vận hành duy trì lịch bảo trì phòng ngừa có kỷ luật, chỉ định máy có lớp bịt kín phù hợp để chống bụi giấy xâm nhập và lên kế hoạch nâng cấp hệ thống kiểm soát giữa vòng đời vào khoảng năm 8–10 sẽ liên tục đạt được mức cao hơn trong phạm vi tuổi thọ.

Tài liệu tham khảo

ISO.ISO 281:2007 - Vòng bi lăn: Xếp hạng tải trọng động và Tuổi thọ xếp hạng. Tổ chức Tiêu chuẩn hóa Quốc tế.

ISO.ISO 11171:2020 - Công suất chất lỏng thủy lực: Hiệu chuẩn máy đếm hạt tự động cho chất lỏng(nguyên tắc phân loại ô nhiễm áp dụng cho đánh giá môi trường ổ trục).

ISO.ISO 186:2002 - Giấy và Bìa: Lấy mẫu để xác định chất lượng trung bình. Tổ chức Tiêu chuẩn hóa Quốc tế.

ISO.ISO 14159:2002 - An toàn máy móc: Yêu cầu vệ sinh đối với thiết kế máy móc. Tổ chức Tiêu chuẩn hóa Quốc tế.

EHEDG.Tài liệu EHEDG. 8: Tiêu chí thiết kế thiết bị vệ sinh, tái bản lần thứ 2. Tập đoàn Thiết kế và Kỹ thuật Vệ sinh Châu Âu.

IEC.IEC 60300-3-14:2004 - Quản lý độ tin cậy: Hỗ trợ bảo trì và bảo trì. Ủy ban kỹ thuật điện quốc tế.

SMRP.Số liệu thực hành tốt nhất của SMRP, tái bản lần thứ 5. Hiệp hội các chuyên gia bảo trì và độ tin cậy (Chỉ số 2.1.1: Chi phí bảo trì tính theo phần trăm giá trị tài sản thay thế).

IASB.IAS 16 - Tài sản, Nhà máy và Thiết bị. Ủy ban Chuẩn mực Kế toán Quốc tế (định nghĩa về thời gian sử dụng hữu ích và đánh giá giá trị còn lại).

TAPPI.T 412 - Độ ẩm trong bột giấy, giấy và bìa. TAPPI Press, ấn bản hiện tại.

CEN.EN ISO 4287:1998 - Thông số hình học của sản phẩm: Kết cấu bề mặt - Phương pháp biên dạng(áp dụng cho phép đo độ mòn bề mặt của trục gá).