Aká je životnosť stroja na výrobu slamiek na pitie z papiera?

Investícia do zariadenia na výrobu slamy zahŕňa viac ako kúpnu cenu. Dôslednejšie číslo je, koľko rokov - a koľko metrov slamenej rúrky - stroj spoľahlivo vyrobí, kým sa kvalita jeho výstupu nezhorší alebo kým náklady na jeho udržanie v prevádzke prevýšia náklady na výmenu. Toto číslo nie je pevné: závisí od kvality konštrukcie stroja, prevádzkovej náročnosti, disciplíny údržby a chemického prostredia lepidla a papierového prachu, v ktorom stroj každý deň pracuje. Tento článok pracuje s technickými faktormi, ktoré určujú životnosť aStroj na výrobu slamky na pitie papiera, poruchové režimy, ktoré skracujú životnosť, postupy údržby, ktoré ju predlžujú, a rozhodovací rámec pre zistenie, kedy je výmena racionálnejšou voľbou.

1. Čo v skutočnosti znamená „životnosť“ pre túto kategóriu stroja

Životnosť priemyselných strojov je užitočne rozdelená do troch odlišných konceptov:

Životnosť mechanického dizajnu- doba, počas ktorej sú konštrukčný rám, odliatky a komponenty primárneho pohonu skonštruované tak, aby prežili bez únavového zlyhania v podmienkach menovitého zaťaženia.

Životnosť výmeny komponentov- interval medzi nevyhnutnými výmenami spotrebného materiálu alebo dielov s vysokým{1}}opotrebením (ložiská, tŕne, rezné čepele, napínacie valčeky, remene).

Ekonomická životnosť- obdobie, počas ktorého sú celkové náklady na vlastníctvo (prevádzkové náklady + údržba + straty spôsobené prestojmi) nižšie ako ročné náklady na výmenu jednotky.

Pre aStroj na výrobu slamky na pitie papierapri nepretržitej dvoj{0}}zmennej výrobe (približne 6 000 – 7 000 prevádzkových hodín ročne) je mechanická konštrukčná životnosť dobre -postaveného stroja zvyčajne v rozmedzí 10 – 15 rokov. Intervaly výmeny komponentov sa merajú v mesiacoch až niekoľkých rokoch v závislosti od dielu. Ekonomická životnosť môže byť kratšia alebo dlhšia ako mechanická konštrukčná životnosť v závislosti od toho, ako sa mení technológia a ako vyzerá krivka OEE (Overall Equipment Effectiveness) stroja v neskorších rokoch.

2. Najvyššie-súčiastky opotrebovania a ich očakávané intervaly

Pochopenie životnosti stroja začína jeho najčastejšie vymieňanými komponentmi.

2.1 Navíjací tŕň

Tŕň je oceľová alebo tvrdená -chrómová tyč, okolo ktorej je nepretržite špirálovito navíjaný papierový pás-, aby sa vytvorila trubica zo slamy. Jeho povrch je vystavený neustálemu abrazívnemu kontaktu s papierovým vláknom a zaschnutými zvyškami lepidla. Za typických prevádzkových podmienok - vonkajších priemerov rúr v rozsahu 6–12 mm, rýchlosti papierového pásu 50–100 m/min - povrchového opotrebovania vytvárajú merateľné zmenšenie priemeru, ktoré ovplyvňuje sústrednosť steny rúry. Väčšina operátorov plánuje výmenu alebo prebrúsenie tŕňa{11}}v 6- až 18-mesačnom cykle v závislosti od abrazivity papiera a toho, či papier obsahuje plnivo uhličitanu vápenatého (ktoré urýchľuje opotrebovanie tŕňa).

2.2 valivé ložiská (rámec ISO 281)

Ložiská v hlavnom hnacom hriadeli, zostavy napínacích valcov a formovacia stanica sú analyticky najpredvídateľnejšími komponentmi opotrebovania. Norma ISO 281 definuje životnosť L10 - počet prevádzkových hodín, pri ktorých 10 % danej populácie ložiska zaznamená únavové odlupovanie pri definovaných podmienkach zaťaženia a rýchlosti. Pri miernych otáčkach hriadeľa (100 – 500 ot./min.), ktoré sú typické pre stroje na navíjanie papierovej slamy, môžu správne zvolené guľkové ložiská s hlbokou drážkou alebo valčekové ložiská dosiahnuť hodnoty L10 20 000 – 50 000 hodín pri konštrukčnom{14} zaťažení.

V praxi sa skutočná životnosť ložísk v stroji na slamu často neriadi kontaktnou únavou, ale únavouzlyhanie kontaminácie- tesnenia ložísk prenikajúce papierovým prachom a adhéznym aerosólom. Norma ISO 11171 a empirické údaje z údržby strojov v potravinárskom-sektore naznačujú, že kontaminácia prachom môže znížiť skutočnú životnosť ložísk na 30 – 50 % katalógových hodnôt L10 v prípade absencie pozitívneho okrajového-tesnenia alebo labyrintového-tesnenia. Dobre{10}}špecifikovaný stroj používa utesnené alebo tienené ložiská s intervalmi premazania 500 – 1 000 hodín; stroj s nedostatočným tesnením môže vyžadovať výmenu ložísk každých 6–12 mesiacov, a nie každých 3–5 rokov.

2.3 Rezacie nože

Lietajúce-rezacie jednotky používajú na rezanie súvislej rúrky na dĺžku slamy buď rotačné kotúčové čepele alebo oscilujúce gilotínové čepele. Geometria čepele priamo riadi kvalitu rezu-konca - opotrebovaná čepeľ vytvára stlačené alebo rozstrapkané konce rúrok, ktoré neprešli kozmetickou kontrolou. V prípade jednovrstvovej slamky kraftového papiera (60 – 120 g/m2, 3 – 5 vrstiev) sa ostrosť čepele zvyčajne zníži na neprijateľnú kvalitu rezu za 4 až 8 týždňov dvojzmennej prevádzky, takže rotácia alebo výmena čepele je skôr rutinnou mesačnou údržbou než faktorom určujúcim životnosť{13}}štruktúry.

2.4 Napínacie valce a tvarovacie vedenia

Napínacie valčeky s polyuretánovým-alebo gumeným{1}}návlekom udržujú napätie papierového pásu počas navíjania. Kontaktný povrch starne kombináciou chemického pôsobenia lepidla (voda-adhezíva na báze škrobu alebo PVOH lepidiel majú pH 4–8), únavy pri mechanickom stlačení a tepelných cyklov zo sušiacej časti. Zvýšenie tvrdosti povrchu elastoméru (posun Shore A o 5–15 bodov) naznačuje stratu konzistencie priľnavosti súvisiacu s vekom. Výmena valčeka je zvyčajne potrebná každé 2–4 roky v závislosti od agresivity chémie lepidla a prevádzkovej teploty.

3. Ako prevádzkové podmienky urýchľujú alebo spomaľujú starnutie

Tri environmentálne faktory majú neúmerný vplyv na životnosť stroja:

Typ lepidla a konzistencia aplikácie.Kontaktné lepidlá na{0}}potravinárske-potravinárske báze na vodnej báze - dextrín, modifikovaný škrob, PVOH - sú chemicky jemné, ale ich aerosólový a kvapkajúci odpad vytvára korozívne mikroprostredie na povrchoch z mäkkej ocele bez povrchovej úpravy v blízkosti lepiacej stanice. Stroje s nehrdzavejúcou oceľou alebo komponentmi kontaktnej zóny s -epoxidovým povlakom- (v súlade so zásadami hygienického dizajnu EHEDG a hygienickými požiadavkami normy ISO 14159 na strojové zariadenia) starnú v tejto zóne podstatne pomalšie ako stroje s konštrukciou z mäkkej-oceľovej konštrukcie. Hrdzavá jamka v oblasti lepiacej stanice je klasickým predčasným{10}{10}}životným{11}}zlyhaním.

Obsah vlhkosti a prachu papiera.ISO 186 špecifikuje štandardný protokol odberu vzoriek a testovania vlhkosti pre papier; slamený sulfátový papier{1}} je zvyčajne upravený na vlhkosť 4 – 8 %. Papier spracovaný na hornom konci tohto rozsahu (alebo vo vlhkých podmienkach prostredia) prenáša dodatočnú vlhkosť na povrch tŕňa a navíjacieho vedenia, čím urýchľuje koróziu. Papierový prach - zmes jemných celulózových častíc a minerálneho plniva - je vysoko abrazívny a elektricky izolujúci, takže je problematický z hľadiska mechanického opotrebovania aj komponentov elektrických skríň (meniče pohonov, vstupno-výstupné karty PLC), ktoré vyžadujú prostredie s čistým-vzduchom.

Intenzita prevádzkovej zmeny.Stroj prevádzkovaný menovitou rýchlosťou počas troch zmien za deň akumuluje prevádzkové hodiny približne o 50 % rýchlejšie ako dvojzmenná prevádzka. Keďže väčšina mechanizmov opotrebenia je riadená cyklom-počítaním-a nie kalendárom-, troj{6}}zmenná výroba zodpovedajúcim spôsobom stláča kalendár mechanickej životnosti. Stroj s 10-ročnou životnosťou pri dvojzmennej prevádzke môže dosiahnuť rovnaký mechanický stav za 6 až 7 rokov pri trojzmennom používaní.

4. Postupy údržby, ktoré merateľne predlžujú životnosť

Plány preventívnej údržby pre túto triedu zariadení sa zvyčajne riadia štruktúrou odstupňovaných intervalov. Na základe publikovaných pokynov z literatúry o údržbe celulózových-a{2}}papierových strojov a všeobecných rámcov správy priemyselných zariadení (SMRP Best Practice Metrics, IEC 60300-3-14 o údržbe a spoľahlivosti):

Operátori, ktorí dôsledne vykonávajú tento plán, hlásia, že aStroj na výrobu slamky na pitie papieradosahuje strop projektovanej životnosti 12–15 rokov bez potreby výmeny väčších konštrukčných komponentov. Tí, ktorí pracujú reaktívne - vymieňajú iba pri poruche -, sa zvyčajne stretávajú s prvými veľkými prestojmi po 4 až 6 rokoch a čelia kaskádovým poruchám komponentov, pretože opotrebované komponenty spôsobujú abnormálne zaťaženie susedných dielov.

5. Rozhodnutie o revízii v polovici{1}}životnosti

Okolo 7 až 10 rokov väčšina inštalácií v tejto kategórii dosiahne inflexný bod. Kumulatívne opotrebovanie ložísk, degradácia tŕňa a zastarávanie ovládačov (programy PLC a servopohony z predchádzajúceho desaťročia nemusia mať dostupné náhradné diely z dodávateľského reťazca). V tejto fáze čelia operátori štruktúrovanej voľbe:

Možnosť A: Generálna oprava.Vymeňte všetky ložiská, tŕň, valčeky, čepele, vodiace lišty a riadiaci systém. Náklady sú zvyčajne 25 – 45 % z nákupnej ceny nového stroja. Tým sa obnoví takmer{4}}konštrukčný výkon stroja a predĺži sa životnosť o 5 až 8 rokov.

Možnosť B: Výmena.Nový stroj obsahuje vylepšenia technológie, ktoré neboli k dispozícii v čase pôvodného nákupu - vyššie výstupné rýchlosti (niektoré súčasné -generačné vysokorýchlostné-jednotky dosahujú 100 – 120 m/min oproti 50 – 70 m/min pred desiatimi rokmi), vylepšenú integráciu servopohonov, lepšiu presnosť lepiaceho systému a často nižšiu spotrebu energie na meter slamy.

Racionálny výber sa určí porovnaním vyrovnaných nákladov na jednotku produkcie slamy v rámci každého scenára. Ak výrobná rýchlosť a OEE po generálnej oprave nemôže zodpovedať ekonomickému výkonu novej jednotky, výmena sa stáva finančne opodstatnenou ešte pred vyčerpaním mechanickej životnosti. IAS 16 (Medzinárodný účtovný štandard pre nehnuteľnosti, stroje a zariadenia) poskytuje účtovný rámec pre túto analýzu - definuje dobu použiteľnosti ako obdobie, počas ktorého sa očakáva, že majetok bude ekonomicky použiteľný, čo sa nemusí nevyhnutne spájať s jeho fyzickou životnosťou.

6. Známky, že stroj sa blíži ku koncu ekonomickej životnosti

Okrem jednoduchého veku signalizujú špecifické prevádzkové symptómy, že zariadenie sa blíži ku koncu svojej ekonomickej{0}}životnosti-:

Zvyšujúca sa miera{0}}koncového odmietnutianapriek pravidelnej výmene čepele - naznačuje hádzanie tŕňa alebo opotrebenie vodiaceho kanála za hranicu tolerancie, ktorú možno obnoviť

Nekonzistentnosť aplikácie lepidlaspôsobujúce chyby delaminácie - označuje opotrebovanie čerpadla alebo poškodenie tesnenia ventilu, ktoré nemožno kompenzovať nastavením parametrov

Nárast teploty pohonupri menovitej rýchlosti - naznačuje stratu predpätia ložiska alebo zvýšenie vnútorného trenia v dôsledku nahromadenia opotrebovania

Frekvencia neplánovaných prestojov presahujúca 5 % plánovaného výrobného času- široko citovaný prah (metrika SMRP 2.1.1), pri prekročení ktorej náklady na reaktívnu údržbu zvyčajne prevyšujú ekonomiku nepretržitej prevádzky

Nedostupnosť náhradného dielu riadiaceho systému- staršie karty PLC a panely HMI zo strojov starších ako 12 – 15 rokov sa už nemusia vyrábať, takže jediná elektronická porucha je v skutočnosti terminálnou udalosťou

7. Zhrnutie

Dobre udržiavané-Stroj na výrobu slamky na pitie papierapri miernej{0}}intenzite služby môže dosiahnuť 12 až 15 rokov produktívnej prevádzky. Limitujúcimi faktormi nie sú rám alebo odliatky stroja -, ktoré sú zvyčajne pre-prepracované na svoje zaťaženie -, ale spotrebné a polo{7}}spotrebné komponenty: ložiská, tŕne, valčeky, čepele a tesnenia lepiaceho systému. Kontaminácia prachom, korózia zvyškov lepidla a zastaranie riadiaceho systému sú tri spôsoby zlyhania, ktoré najspoľahlivejšie skracujú životnosť pred dosiahnutím konštrukčnej životnosti. Operátor, ktorý dodržiava disciplinovaný plán preventívnej údržby, špecifikuje stroje so správnym utesnením proti vniknutiu papierového prachu a plánuje upgrade systému riadenia v polovici životnosti okolo 8. až 10. roku, bude konzistentne dosahovať horný koniec rozsahu životnosti.

Referencie

ISO.ISO 281:2007 - Valivé ložiská: dynamické zaťaženie a menovitá životnosť. Medzinárodná organizácia pre normalizáciu.

ISO.ISO 11171:2020 - Hydraulic Fluid Power: Kalibrácia automatických počítadiel častíc pre kvapaliny(zásady klasifikácie kontaminácie platné pre hodnotenie prostredia ložísk).

ISO.ISO 186:2002 - Papier a lepenka: Odber vzoriek na určenie priemernej kvality. Medzinárodná organizácia pre normalizáciu.

ISO.ISO 14159:2002 - Bezpečnosť strojov: Hygienické požiadavky na konštrukciu strojov. Medzinárodná organizácia pre normalizáciu.

EHEDG.EHEDG Doc{0}}: Kritériá dizajnu hygienických zariadení, 2. vydanie. Európska skupina pre hygienu a dizajn.

IEC.IEC 60300-3-14:2004 - Riadenie spoľahlivosti: Údržba a podpora údržby. Medzinárodná elektrotechnická komisia.

SMRP.SMRP Best Practice Metrics, 5. vydanie. Spoločnosť pre profesionálov v oblasti údržby a spoľahlivosti (metrika 2.1.1: Náklady na údržbu ako percento hodnoty náhradného aktíva).

IASB.IAS 16 - Nehnuteľnosti, stroje a zariadenia. Rada pre medzinárodné účtovné štandardy (definícia doby použiteľnosti a posúdenie zostatkovej hodnoty).

TAPPI.T 412 - Vlhkosť v buničine, papieri a lepenke. TAPPI Press, aktuálne vydanie.

CEN.EN ISO 4287:1998 - Geometrické špecifikácie produktu: Textúra povrchu - Metóda profilu(platí pre meranie opotrebenia povrchu tŕňa).