электроиндуктивный датчик 2. Если отверстие просверлено на пол ную глубину, то при отводе сверла его конец, являющийся якорем» окажется под датчиком. Датчик подает сигнал на перемещение де тали 3 на следующую операцию. В случае поломки сверла при от воде его из кондукторной втулки 4 под индуктивным датчиком не оказывается якоря-сверла, цепь управления станком размыкается и станок автоматически останавливается.
Г л а в а IX. НАДЕЖНОСТЬ СИСТЕМ РЕГУЛИРОВАНИЯ РАЗМЕРОВ
§ 43. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И О П Р Е Д Е Л Е Н И Я .
КЛАССИФИКАЦИЯ ОТКАЗОВ СИСТЕМ Р Е Г У Л И Р О В А Н И Я Р А З М Е Р О В
Надежность, как один из важнейших показателей качества изде лий, имеет большое значение при оценке работоспособности и ис правности приборов и аппаратов. При этом под надежностью обыч но понимается способность технических устройств безотказно рабо тать в течение определенного отрезка времени в заданных условиях. Безотказной работой считается нормальное выполнение прибором всех своих функций в пределах заданных допусков.
Впрактической работе с приборами на различных стадиях их разработки, изготовления и эксплуатации нас прежде всего интере суют количественные показатели надежности. При этом имеется не которое различие в количественной оценке надежности для групп восстанавливаемых и невосстанавливаемых изделий. Имеется в ви ду, что изделия первой группы в условиях эксплуатации могут вос станавливаться, т. е. ремонтироваться или заменяться на годные.
Втеории и практике надежности восстанавливаемых изделий широко используется понятие «надежность в широком смысле» как свойство изделия, определяемое его безотказностью, ремонтопри годностью и долговечностью. Каждая из этих характеристик имеет самостоятельное значение и соответствующие количественные пока затели. Системы автоматического контроля и регулирования разме ров относятся к разряду восстанавливаемых изделий, и их надеж
ность может описываться также указанными характеристиками. В соответствии с принятой терминологией система считается рабо тоспособной, если она в данный момент времени удовлетворяет всем требованиям, установленным в отношении ее основных функ ций и параметров. Событие, заключающееся в полной или частичной потере работоспособности, называется отказом. Свойство системы сохранять свою работоспособность в течение заданного времени на зывается ее безотказностью. Под ремонтопригодностью понимается приспособленность системы к предупреждению, обнаружению и устранению отказа. Долговечность — свойство системы длительно
(с возможными перерывами на ремонт) сохранять работоспособ ность в определенных режимах и условиях эксплуатации до разру шения или другого предельного состояния. Каждая из характе ристик надежности имеет свои количественные показатели.
Количественными показателями безотказности системы являют
|
|
|
|
|
|
|
|
ся наработка на отказ (среднее время |
между |
отказами) — ТСГІ, |
интенсивность отказов или опасность |
отказов (среднее количество |
отказов в единицу времени) —À и вероятность безотказной |
рабо |
ты — Р (вероятность того, что за определенное |
время, при |
задан |
ных окружающих условиях, отказов не произойдет). Для |
оценки |
безотказности системы по какому-либо |
параметру можно |
приме |
нять особый вид показателя: Xav\to, |
Ро) —предельное значение |
па |
раметра X, |
относительно |
которого |
можно с вероятностью |
Ро ут |
верждать, |
что за заданное время |
работы /о параметр X его |
не |
достигнет. |
В частности, |
такой параметр |
может |
применяться |
для |
оценки точностной надежности уровня настройки систем регулиро вания размеров.
|
|
|
|
|
|
|
Обычно закон |
распределения случайного |
времени безотказной |
работы можно приближенно |
представить |
в |
аналитической форме |
в виде одного из известных |
теоретических |
законов распределения: |
показательного (экспоненциального), |
нормального, |
логарифмиче |
ски нормального, |
Вейбулла |
и др. |
Ремонтопригодность принято |
оценивать коэффициентом |
готовности — Кг, |
равным |
отношению |
общего времени безотказной работы к суммарному времени без отказной работы и времени, затраченному на обнаружение и устра нение отказов. Долговечность характеризуется техническим ресур сом (суммарным временем нахождения в рабочем состоянии за время эксплуатации) и сроком службы (календарной продолжи тельностью эксплуатации системы).
Автоматические системы контроля и регулирования размеров должны обладать высокими показателями точностной надежности *. Если последствия ненадежности технологического оборудования, приводящие к появлению брака, в дальнейшем могут быть ликви дированы путем отделения брака при окончательном (приемочном) контроле, то ошибки автоматических контрольных устройств, при водящие к пропуску бракованных изделий в группу годных, неис правимы.
Системы регулирования размеров, как и вообще системы авто матического контроля, при эксплуатации подвергаются воздействию механических и электрических нагрузок и работают при различных окружающих условиях. Влияние указанных факторов в совокупно сти с механическими и электрическими характеристиками прочности и другими свойствами составных элементов и узлов системы про является в виде медленного или скачкообразного отклонения па-
1 Основным показателем точностной надежности считается вероятность рабо ты системы без отказов точности, т. е. вероятность того, что за время от начала нормальной работы или испытаний системы уровень ее настройки ни разу не вый дет за допустимые пределы [80].
раметров системы от номинальных данных. Эти отклонения могут быть настолько значительными, что система становится непригод ной к использованию, т. е. теряет свою безотказность.
Значение окружающих условий в период эксплуатации аппара туры и качества комплектующих элементов позволяет производить количественную оценку надежности устройства в целом.
Механические и электрические узлы и детали, из которых со стоят системы регулирования, имеют определенные характеристики надежности.
Для подавляющего большинства электро- и радиотехнических элементов время между отказами меняется по экспоненциальному закону:
где Рі — вероятность безотказной |
работы элемента за время |
/; |
/ — время испытаний; |
|
|
К — интенсивность отказов: |
|
|
X = |
- L . |
(373) |
|
' ср |
|
Для механических деталей и узлов экспоненциальный закон справедлив при распределении времени безотказной работы между поломками, произошедшими по случайным причинам. Износ, тепло вые и механические деформации, вызывающие какие-либо нежела тельные явления (отказы) в работе систем, описываются другими законами; наиболее распространенными является нормальный за кон распределения плотности вероятности возникновения подобных отказов. Вероятность безотказной работы Р% детали (узла) при та ких в основном медленных процессах описывается выражением
|
1 — a > j ± Z Ü L |
(374) |
2 |
2 |
|
где Ф — функция Лапласа; |
|
/ — время работы; |
|
|
7"ср — среднее время работы до отказа; |
|
а — среднеквадратическое отклонение. |
|
Безотказность работы |
системы определяется |
безотказностью |
работы составляющих ее механических и электрических элементов.
Целые группы элементов |
образуют функциональный |
и логически |
последовательный |
ряд, определяющий |
правильность |
(безотказ |
ность) выполнения |
полной |
или частичной задачи всей |
системы. |
В этом случае безотказность системы Р3 |
(или ее участка) |
опреде |
ляется выражением |
|
|
|
|
|
|
|
Р* = Пî Р,, |
|
|
(375) |
где Рі — вероятность безотказной работы элемента, имеющего тот или иной закон распределения времени безотказной ра боты.
В зависимости от назначения и месторасположения элемента в системе его отказы могут вызывать различные функциональные расстройства и отказы системы. Для подналадочных систем, напри мер, отказы элементов могут привести к неправильной (ложной) подналадке, т. е. к появлению брака и снижению производительно сти станка.
Вообще для систем автоматического контроля и регулирования характерны два вида отказов: а) отказы механические и электро оборудования, вызывающие прекращение функционирования систем (отказы производительности); б) отказы точности, при которых система осуществляет контроль и регулирование процесса с задан ной производительностью, но точность контроля не соответствует установленным требованиям.
Отказы первого вида, проявляющиеся в виде простоев и холос тых ходов, снижают производительность, но не влияют на точность
контроля. Для их обнаружения не требуется специальных |
методов |
и средств. Повышение надежности, |
зависящей |
от этих отказов, до |
стигается теми же средствами, что и для |
автоматических |
станков |
и другого технологического |
оборудования. |
|
|
|
|
|
|
Отказы точности влияют лишь на качество |
(погрешность) конт |
роля, внешне никак не проявляются, и для |
их обнаружения |
нужны |
специальные меры и средства. Возможные |
причины |
отказов точ |
ности весьма разнообразны, причем отказы |
элементов |
отдельных |
устройств по-разному влияют на их возникновение. |
|
|
|
|
Наиболее характерные |
причины, |
вызывающие |
появление отка |
зов точности, могут быть сведены в две группы: |
|
|
|
|
|
отказы в цепи передачи непрерывного |
|
сигнала |
от |
контролируе |
мого изделия |
к датчику, |
связанные |
с |
принципом |
измерения. |
Эти отказы |
вызывают как |
случайные, так |
и грубые |
ошибки изме |
рений; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
отказы элементов, передающих |
дискретный |
сигнал |
от |
датчика |
к исполнительным органам системы. Эти отказы не зависят от прин ципа измерения и приводят только к грубым ошибкам. Следствием таких отказов может явиться как потеря сигнала о необходимости поднастройки, так и появление ложных сигналов.
Неисправности каждой группы могут носить характер сбоя или устойчивого отказа. От вида неисправностей зависят методы их об наружения, количественной оценки и способы устранения. При этом наибольшую трудность представляют самоустраняющиеся отка зы — сбои.
Количество отказов точности систем регулирования зависит от
общего числа входящих в них элементов, |
надежности |
каждого из |
этих элементов |
и структурной связи между ними. В |
связи с тем, |
что указанные |
системы содержат |
около |
четверти механических |
и более половины электрических элементов от общего |
|
количества |
деталей, которые в современных системах |
регулирования |
составля |
ют тысячи штук, становится очевидной |
необходимость |
принятия |
специальных мер для обеспечения |
их надежной работы. |
|