Файл: Елизаветин М.А. Повышение надежности машин. Технологические основы повышения надежности машин.pdf

бований потребителя и условий эксплуатации; с учетом требо­ ваний потребителя и их технической выполнимости устанавлива­ ют перечень технических параметров, которые определяют работоспособность изделия; для параметров, определяющих работоспособность, устанавливают величины допусков, выход за пределы которых приводит к отказу. Эти допуски записывают в нормативно-техническую документацию на изделия как кри­ терий их отказов.

Предельное состояние изделия определяется невозможностью' его дальнейшей эксплуатации или недопустимым снижением эффективности.

Для неремонтируемых изделий критериями предельного со­ стояния являются: отказ, достижение момента начала периода эксплуатации, характеризующегося повышением интенсивности отказов, обусловленным старением или износом, или нарушени­ ем требований безопасности; наступление периода морального устаревания.

Для ремонтируемых изделий критериями предельного со­ стояния являются: достижение момента начала периода эксплу­ атации, характеризующегося обусловленным снижением эффек­ тивности или нарушением требования безопасности; достижение периода эксплуатации, характеризующегося повышением часто­ ты отказов (увеличением параметра потока отказов), следстви­ ем чего является экономическая нецелесообразность ремонта;, наступление периода морального устаревания.

С учетом анализа факторов, влиящих на выбор показателей надежности, устанавливается шифр изделия, т. е. определяется: первая цифра шифра (подкласс изделия) — ремонтируемое из­ делие или неремонтируемое; вторая — критерий ограничения продолжительности эксплуатации; третья — временной режим использования; четвертая — доминирующий фактор при оценке последствий отказа.

Факт выполнения или невыполнения изделием заданных ему функций в заданном объеме рассматривается как доминирую­ щий, когда изделие выполняет конкретное задание. Факт вынуж­ денного простоя может рассматриваться как доминирующий в тех случаях, когда при оценке последствий, вызванных отка­ зом, определяющую роль играет вынужденный простой изделия, а величина ущерба пропорциональна длительности простоя. Факт отказа может быть доминирующим в том случае, когда наличие отказа не приводит к невыполнению какой-либо кон­ кретной задачи; простой, вызванный отказом, определяющей роли при оценке последствий отказа не играет.

По полученному шифру из табл. 3 устанавливается номен­ клатура нормируемых показателей надежности (табл. 4). В тех случаях, когда нормируемыми показателями надежности явля­ ются Кг, Кт.к и Ко.г, в нормативно-технической документации должны указываться показатели отдельных свойств надежно-

Показатели надежности компонентов, используемых в основ­ ных изделиях различного назначения, должны содержать мак­ симальную информацию о их надежности.

Для изделий с постоянной интенсивностью отказов должны указываться ^-характеристика (интенсивность отказов) в пе­ риод нормальной эксплуатации и ресурс (срок службы). Для изделий с переменной интенсивностью отказов должны указы­ ваться или вероятность безотказной работы для установленного ряда длительностей работы, или вероятность безотказной рабо­ ты для установленного ряда длительностей работы и ресурс.

Для характеристики надежности компонентов с переменной интенсивностью отказов может использоваться также 7,-харак- теристика на отдельных периодах эксплуатации (максимальное, среднее или минимальное значение).

Ниже даны примеры выбора показателей надежности по ме­ тодике, приведенной в работе [67] с использованием табл. 3 и 4.

Пример 1. Определить показатель надежности для троса, предназначен­ ного для подъема и спуска лифта в шахту.

В связи с тем, что отказы троса приводят к авариям, длительность его эксплуатации необходимо ограничить достижением предельного состояния (если до достижения предельного состояния он не откажет).

Таким образом, рассматриваемое изделие будет иметь шифр 1222 — нере­ монтируемое (1), эксплуатируется до отказа или до предельного состояния

(2) в циклически регулярном временном режиме (2). Доминирующим факто­ ром при оценке последствий отказа является факт выполнения или невыполне­ ния заданных функций (2).

Следовательно, показателями надежности должны быть P(tp) и Ту или Ту и Гсп, где tр — время подъема или спуска (табл. 4).

Пример 2. Определить показатель надежности зубчатого колеса, являю­ щегося компонентом такого изделия, которое предназначено для выполнения

в непрерывном временном режиме (1). Доминирующим фактором при оценке последствий отказа является выполнение или невыполнение заданных функ­

ном примере изделие ремонтируемое, однако, в силу специфики эксплуатации оно используется как неремонтируемое в любом режиме (1, 2, 3). При оценке последствий отказа доминирующим фактором является наличие отказа (1) — шифры 2211, 2221, 2231. Из табл. 4 следует, что показателями надежности должны быть Гср и Т у (или Ту и Тсл).

Пример 4. Определить показатель надежности холодильника. Холодильник — изделие ремонтируемое (2), эксплуатируется до предель­

Пример 5. Определить показатель надежности трактора.

Трактор — изделие ремонтируемое (2), эксплуатируется до предельного состояния (4) в циклически регулярном или циклически нерегулярном режи­ ме (2, 3). Доминирующим фактором при оценке последствий является факт

Среди показателей надежности тракторов и самоходных шасси, установ­ ленных РТМ 13-172-67, содержится один из показателей, получаемых по ме­ тодике,— коэффициент готовности, а показатель долговечности отсутствует. Такие показатели, как наработка на отказ и среднее время простоя при тех­ ническом обслуживании, с точки зрения настоящей методики, могут рассмат­ риваться как дополнительные показатели, с помощью которых, в частности, может быть определен коэффициент готовности. Показатели трудоемкости и стоимости технического обслуживания, характеризующие свойство ремонто­ пригодности тракторов и самоходных шасси, также могут рассматриваться с точки зрения методики как дополнительные показатели, использование кото­ рых обусловлено спецификой данной отрасли промышленности.

Пример 6. Определить показатели надежности для автогрейдеров. Автогрейдер — изделие ремонтируемое (2), эксплуатируется до достиже­

ния предельного состояния (4) в прерывистом регулярном или случайном ре­ жимах (2 или 3); доминирующим фактором при оценке последствий отказа является вынужденный простой (3) — шифры 2423, 2433, Следовательно, пока­ зателями надежности должны быть Кт и Т у или Ту и Гсл (табл. 4).

В ГОСТе 11030—64 для автогрейдеров рекомендуется один показатель — коэффициент эксплуатационной надежности (коэффициент готовности). Отли­ чие номенклатуры показателей надежности автогрейдеров, содержащейся в ГОСТе 11030—64, от номенклатуры показателей, рекомендуемой методикой, заключается в отсутствии среди регламентированных показателей показателя долговечности, что является недостатком этого ГОСТа.

ГЛАВА II

МЕТОДЫ КОЛИЧЕСТВЕННОЙ ОЦЕНКИ НАДЕЖНОСТИ МАШИН И ПРОЦЕССОВ ПРОИЗВОДСТВА

Надежность как свойство машины сохранять свою работо­ способность в течение требуемого промежутка времени может рассматриваться при непрерывной работе машины (безотказ­ ность) и с необходимыми перерывами на техническое обслужи­ вание и ремонт (долговечность).

В зависимости от назначения машин, как указано выше, при­ ходится по-разному оценивать основные показатели надежности. Так, существует довольно большой класс машин, для которых крайне важна их непрерывная и точная работа в течение задан­ ного промежутка времени. Основной мерой надежности машин в этом случае является вероятность их безотказной работы в те­ чение заданного периода. От машин другого класса не обяза­ тельно требовать непрерывной и безотказной работы. При не­ обходимости такие машины можно останавливать для ремонта. Следовательно, для машин этого класса в понятие «надежность» должна входить не только вероятность безотказной работы в те­ чение заданного времени, но и вероятность выполнения ремонта за определенный срок.

Для суждения о возможной потере работоспособности маши­ ны в процессе ее эксплуатации обычно используют статистиче­ ские данные по эксплуатации машин, ускоренные испытания на надежность и аналитические расчеты [4, 16, 28, 52, 80].

Применяемые в настоящее время методы расчета надежно­ сти устройств имеют существенные недостатки, в силу которых, как правило, расчетные значения критериев надежности значи­ тельно отличаются от экспериментальных. Обусловлено это тем, что расчеты в основном делаются в предположении возможно­ сти появления только внезапных отказов (грубых ошибок). По­ ток отказов принимается ординарным, без последствия, и обыч­ но стационарным. В результате получается, что надежность де­ талей определяется пуассоновым законом распределения. Затем принимается, что отказ любой детали приводит к отказу всей машины. Тогда надежность машины легко выражается через надежность деталей. Однако известно, что потоки грубых отка­ зов не всегда являются простейшими: нарушается свойство ор­ динарности; несомненно, имеется последействие. Обязательно должны учитываться структура устройств и их назначение. Толь­ ко анализ схемы устройства и вредных процессов может ответить

на вопрос о том, какого характера отказы и каких деталей при­ водят к отказу всей машины.

При оценке надежности Н. Г. Бруевич рекомендует прини­ мать во внимание негрубые отказы, т. е. рассматривать совме­ стные действия многих негрубых первичных ошибок на надеж­ ность машины. Надежность в этом случае заключается в том, что выходные параметры машины сохраняют надлежащую точ­ ность в течение определенного времени с определенной вероят­ ностью.

В основу расчетов надежности при действии негрубых оши­ бок полезно положить теорию точности механизмов и электри­ ческих устройств. Однако переход от определения точности ма­ шин к оценке их надежности при действии негрубых ошибок все же требует больших добавочных исследований, т. е. необхо­ димо накапливать, статистически обрабатывать и систематизи­ ровать сведения об изменении первичных ошибок с течением времени. Важно удачно выбрать и строго соблюдать определен­ ные условия, при которых производится экспериментальное изу­ чение изменений первичных ошибок в результате старения материалов, износов, температурных воздействий, действия сил. Тогда вероятность соответствия выходных сигналов допускам будет зависеть от времени и обеспечит надежность машины при действии негрубых ошибок. Все вредные процессы по скорости их протекания можно разделить на три группы [103]: быстро протекающие (вибрации, изменения условий трения, колебания нагрузок и др.); процессы, протекающие со средней скоростью (изменение температуры машины и окружающей среды, изме­ нение влажности и др.); медленно протекающие процессы (из­ нос и коррозия основных деталей, усталость, ползучесть, пере­ распределение внутренних напряжений и др.).

Все вредные процессы являются случайными функциями, для которых характерно рассеяние их значений. Они вызывают по­ терю работоспособности и ухудшение параметров машин. Для учета всех вышеперечисленных факторов при оценке надежно­ сти машин необходимы громоздкие расчеты. Поэтому целесо­ образно оценку надежности проводить с помощью вычислитель­ ных машин. С помощью вычислительных машин можно также решить задачу об оптимальном выборе допусков на первичные ошибки деталей машины. Система допусков называется опти­ мальной, если она обеспечивает наивысшую надежность маши­ ны при действии негрубых первичных ошибок.

Сбор статистических данных по отказам машин является первоочередной задачей. Статистические данные могут быть по­ лучены в результате анализа данных эксплуатации или прове­ дения специальных испытаний на надежность. Отсутствие ста­ тистических данных по отказам или их неполнота и неудовле­ творительное качество делают теорию надежности неполноцен­ ной. В связи с этим большое внимание должно быть уделено