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

на рис. 10. Эта зависимость выражена тремя участками: t„ — ха­ рактеризует время приработки (приработочные отказы); tH— время нормальной работы (внезапные отказы) и /и — период из­ носа, с наступлением которого интенсивность отказов в резуль­ тате старения материалов резко повышается (внезапные отказы, возникшие вследствие износа).

Большая начальная амплитуда интенсивности отказов и мед­ ленный ее спад характеризуют неустановившийся или неуправ­ ляемый процесс в производстве изделий. Чем выше качество из-

гии производства

делий, тем меньше будет начальная амплитуда интенсивности отказов и круче падение до уровня постоянной величины. Если с начала работы машины интенсивность отказов возрастает, это характеризует ненормальный режим работы деталей и механиз­ мов машин.

Может оказаться, что при сравнительно постоянной величине интенсивности отказов возникает как бы скачок, характеризую­ щий износ каких-либо деталей, имеющих значительно меньший ресурс, чем другие (рис. И). Появление таких «скачков» интен­ сивности отказов указывает на необходимость тщательного ана­ лиза конструкции, материалов, технологии изготовления и мето­ дов контроля для нахождения причин, вызывающих резкое увеличение интенсивности отказов в период времени іи t2. Изу­ чение распределения интенсивности отказов во время испытания, эксплуатации или при хранении изделий позволяет наметить на­ правление, в котором следует искать коренные причины пов­ реждений.

Существенное значение имеют методы группировки призна­ ков, по которым проводится обработка данных. Группировки могут быть количественными (год изготовления, дата возник­ новения неисправности, наработка на отказ, время восстановле­ ния) и атрибутивными (тип изделия, режим эксплуатации, ха­ рактер неисправности и т. д.). В процессе группировки призна­ ков используют утвержденные номенклатуры, классификации и нормы. Так, например, для определения видов ремонта исполь­ зуют их классификацию, принятую применительно к данному типу машин, и т. д.

Приведем пример количественной группировки по времени эксплуатации с момента выпуска оборудования: 12 мес., 1—2 го­

да, 3—4 года, 5—6 лет, 7—8 лет и больше. Выделив в каждой группе машины, находящиеся в одинаковых условиях эксплуа­ тации, можно определить влияние профилактических работ или ремонтов на надежность и другие показатели. Границы групп не повторяются. Так, в группу «5—6 лет эксплуатации» следует включать все то оборудование, которое работает уже в течение 5 лет и более до 7 лет включительно. Группируя атрибутивные признаки, необходимо определить такие понятия, как неисправ­ ность, отказ, наработка конкретно для каждого типа изделий. Кроме того, группа изделий должна быть однородной не только по причинам отказа, но и по состоянию на начало эксплуатации, т. е. должны учитываться предшествовавшие капитальные или профилактические ремонты и всякого рода доработки.

Численные значения надежности следует давать со ссылками: в результате чего (опытной или массовой эксплуатации) были по­ лучены эти значения; получены ли они в итоге испытаний состав­ ных элементов (узлы) или всего изделия (оборудования) в це­ лом; каков объем материала, подвергавшегося обработке. Данные о надежности изделий не всегда позволяют судить одно­ значно, какую из цифр, полученных при статистической обработ­ ке, брать за основу. Так, расчет данных можно вести при значе­ ниях доверительной вероятности 90; 95; 98% и т. д. Довери­ тельная вероятность служит для определения точности рассматриваемых показателей надежности. Показатели надеж­ ности, полученные при различных значениях доверительной ве­ роятности, трудно сопоставить. Чтобы устранить неоднознач­ ность толкования данных, полученных при обработке и анализе результатов испытаний оборудования и его составных элементов (узлов), следует указать, при какой доверительной вероятности они получены.

Для ряда изделий принято рассчитывать надежность при до­ верительной вероятности 90%. Отступать от этого правила мож­ но только в случае, если условия применения машин таковы, что отказ может привести к аварии, катастрофе или слишком боль­ шим затратам. В этом случае может быть выбрана более высо­ кая доверительная вероятность (до 99,9%).

Анализ полученной и обработанной информации позволяет определить, в чем причина ненадежной работы исследуемых машин или других изделий. Для этого нужно рассмотреть табли­ цу распределения неисправностей машин данного типа.

При оценке качества выпускаемых машин и других изделий машиностроения в практике иногда используется как показатель надежности гарантийная наработка Тѵ, т. е. наработка изделия, до завершения которой изготовитель гарантирует и обеспечива­ ет выполнение определенных требований к изделию, при условии соблюдения потребителем правил эксплуатации, в том числе пра­ вил хранения и транспортирования. Как показала практика, рекламации предъявляются заводу-изготовителю в большинстве

случаев только на грубые дефекты производства, пропущенные отделом технического контроля, или же на поломки ответствен­ ных деталей, изготовление которых на объектах эксплуатации затруднительно.

Чтобы гарантийная наработка была показателем достигнуто­ го уровня надежности, необходимо прежде всего гарантировать продолжительность или объем выполненной работы, в течение которой выйдут из строя не более яг.с деталей машин. Для неко­ торых машин Яг.с = 0, т. е. должна быть гарантирована полная безотказность работы, для других возникает необходимость, чтобы яг.с > 0. Так, например, в исследованиях К. П. Чудакова

а)

Рис. 12. Определение гарантированного срока службы для простейших однородных из­ делий:

а — плотность распределения отказов; б — накопленная частота отказов

установлено, что за период гарантированного срока службы экскаваторов (1 год) выходит из строя количество деталей, от­ носительная стоимость которых составляет от 0,5 до 3% полной стоимости машины. Следовательно, для машин такого класса в настоящее время можно принять технически возможное значе­ ние Яг.с =1%- По математической теории надежности количест­ во отказавших в работе деталей, отнесенное к общему числу деталей, характеризует вероятность отказа, следовательно, этот показатель характеризует надежность машины.

ность, мощность, скорость, расход топлива и пр.). При определе­

наработки гарантийной принимают іг или t r ■При этом участок площади F под кривой плотности распределения отказов являет­ ся вероятностью отказов, которую можно задавать как норма­

тивную величину. Если по этим данным построить кривую на­

копленной частности г/н отказов для заданной наработки tr, величина нГ.с определится ординатой а.

По аналогии с этим методом можно определить Ттдля маши­ ны, которая имеет число деталей N, с течением времени выходя­ щих из строя. Их можно рассматривать как статистическую со­ вокупность, общим качественным признаком которой является принадлежность к данной машине. В этом случае можно исполь­ зовать ту же методику, что и для простейших деталей.

Для ряда промышленных предприятий, у которых нет экспе­ риментального материала по отказам выпускаемой продукции, наработку гарантийную можно связывать с условным показате­ лем уровня безотказности, например, относительной стоимостью комплекта запасных частей, прикладываемых к машине, и долей стоимости деталей, имеющих некоторую вероятность выхода из строя за период Тт. Такая методика оценки безотказности имеет теоретическое и экспериментальное обоснования и позволяет регламентировать расходы на запасные части и затраты на рек­ ламации. Это обязывает завод при повышении Ттодновременно повышать и качество выпускаемых изделий.

Для металлорежущих станков и приборов за показатель без­ отказности можно принять относительную величину отклонений точности за период гарантированного срока службы. Для других изделий, например специальных приборов, безотказность будет оцениваться величиной вероятности отказов или наработкой на отказ.

Использовать гарантированный срок службы как показатель надежности рекомендуется для оценки не только машин, но и отдельных деталей, элементов и приборов, устанавливаемых на машинах и поставляемых заводу-изготовителю смежными пред­ приятиями. Для оценки надежности изделий автомобильного электрооборудования Б. Г. Белостоцкая рекомендует ввести в ка­ честве показателя надежности коэффициент отказов за пе­ риод 7V:

где N„.о — число изделий данного типа, отказавших в работе за период Тѵпо вине завода-изготовителя;

АД — число изделий данного типа, выпущенных заводом за тот же период времени.

Величину Кт.с рекомендуется для каждого типа изделий вы­ бирать минимально допустимой с учетом технико-экономических показателей на основании имеющихся статистических данных (в частности для изделий комплектов электрооборудования ав­ томобилей «Волга» и «Москвич» рекомендуется /Сгс = 0,5-ь

-1,0%).

Ускоренные испытания изделий машиностроения

Термины и определения основных понятий в области контро­ ля качества и испытаний на стадии разработки, производства и эксплуатации изделий регламентированы ГОСТом 16504—70.

Под ускоренными испытаниями понимаются такие испытания, которые дают информацию о параметрах и показателях качест­ ва в более короткие сроки, чем в условиях эксплуатации у потре­ бителя. Поэтому наряду с исследованием надежности машин в эксплуатационных условиях в последнее время начинают при­ меняться ускоренные испытания изделий [38, 82, 100]. Ускорен­ ные испытания в ряде случаев не только дополняют эксплуата­ ционные, но и являются совершенно необходимыми для повыше­ ния качества проектирования и изготовления машин. Кроме того, они позволяют значительно сократить время для оценки надеж­ ности новых и серийно выпускаемых машин.

можно ускорить путем форсирования режимов нагружения (по­ вышением нагрузок, скоростей, сокращением перерывов и др.). Чрезмерное форсирование, обусловленное стремлением получить результаты как можно скорее и при минимальных затратах, не­ редко приводит к искажению результатов испытаний. Почти каждый процесс разрушения имеет свою критическую зону, за которой происходят качественные изменения. Режимы и методы ускоренных натурных испытаний следует выбирать таким обра­ зом, чтобы эта критическая зона не была достигнута и, следова­ тельно, чтобы качественная сторона разрушения осталась неиз­ менной.

Для ускоренного определения предела выносливости деталей и сборочных единиц машин начали применять метод испытаний при прогрессивно возрастающей нагрузке. Сущность его заклю­ чается в том, что деталь или сборочную единицу подвергают пе­ ременным нагрузкам, возрастающим по времени, при постоян­ ном соотношении прироста нагрузки на одну деталь к числу циклов на ступень. Этот метод может быть применен для любого вида деформации и коэффициента асимметрии цикла изменения нагрузки.

Ускоренные испытания должны дополняться эксплуатацион­ ными. Главным критерием использования намеченного режима и метода испытания является сходство вида и характера разру­ шения при ускоренных испытаниях и при эксплуатации. Следует убедиться, что в процессе ускоренных испытаний не возникли побочные разрушающие факторы, не характерные для работы механизма в эксплуатационных условиях.

В связи с тем, что в различных условиях эксплуатации раз­ личные сборочные единицы и агрегаты нагружены неодинаково,