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

целесообразно создание методов ускоренных испытаний для от­ дельных деталей, сборочных единиц и агрегатов, в первую оче­ редь для наименее стойких в эксплуатации, например рабочих органов, навесных систем, металлических конструкций и других агрегатов строительных и дорожных машин. Разработке мето­ дов ускоренных испытаний должно предшествовать изучение эксплуатационных нагрузок. Исходя из этого в рабочих методи­ ках ускоренных испытаний должны предусматриваться условия испытаний (среда, температура, число циклов, величина нагруз­ ки, производительность и др.). Кроме того, рабочие методики должны предусматривать определение показателей надежности с отражением конструктивных и эксплуатационных особенностей исследуемого объекта.

Эффективность форсирования можно характеризовать коэф­ фициентом ускорения [82]:

где Тп — среднее значение времени безотказной работы при нор­ мальных условиях работы;

Гф — среднее значение времени безотказной работы при дан­ ном методе форсирования.

Усиление режимов работы данного механизма или сборочной единицы производится в первую очередь в результате примене­ ния более высоких скоростей, нагрузок, температур, а также агрессивных сред, абразива и т. п. Предельные значения этих факторов должны выбираться из условия сохранения физичес­ ких процессов, предшествующих отказу, т. е. чтобы вид и харак­ тер разрушения при нормальной эксплуатации и при работе на повышенных режимах были идентичны. Для определения коэф­ фициента ускорения надо знать функциональную зависимость процесса разрушения от данного параметра (скорости, нагруз­ ки). Например, при испытании изделий, которые выходят из строя в результате износа, для форсирования испытаний можно увеличивать нагрузку Р и скорость относительного скольже­ ния V.

Максимально допустимые значения Ртах и ѵтах определяются из условия сохранения данного вида изнашивания. При линейной зависимости износа от Р и ѵ (как это встречается при абразив­ ном изнашивании) коэффициент ускорения определится из вы­ ражения

Создание при испытании условий, когда изделие работает более интенсивно во времени — без перерывов и холостых хо­ дов — по сравнению с нормальной эксплуатацией, соответствен­

но сокращает время испытания. Однако к применению этого простого метода форсирования надо подходить только после анализа влияния перерывов в работе изделия на интенсивность процесса разрушения. Здесь могут встречаться различные слу­ чаи. Например, увеличение частоты циклов нагрузки при уста­ лостных разрушениях в большинстве случаев не влияет на ко­ нечный результат. При изнашивании деталей наличие перерывов-

вработе может как увеличивать износ (при жидкостном трении

вподшипниках скольжения), так и уменьшать его (для металло­

Рис. 13. Сопряженные распреде­ ления времени безотказной рабо­ ты и выходного параметра изде­ лия

МТ

режущего инструмента, когда при перерывах в работе он ох­ лаждается) .

При испытаниях всегда надо стремиться к тому, чтобы дли­ тельность простоев и холостых ходов была минимальной. Если при испытании исключить все холостые ходы (Тх), то можно получить непрерывную работу (Гр), тогда по данным, приведен­ ным в работе [82],

При ускоренных испытаниях предельная погрешность метода измерения Дцт „ должна быть значительно меньше того значения параметра щ, которое условно принято за предельное значение. При этом должно быть выдержано условие [47]

Alim U

В тех случаях, когда сборочная единица имеет отказ вслед­ ствие износа, не всегда необходимо доводить износ до предель­ ного состояния. Иногда достаточно знать скорость процесса (скорость изнашивания), если дальнейшее его протекание во времени определяется известными закономерностями.

Применительно к испытанию на надежность технологического оборудования (станков) такой метод ускоренных испытаний но­ сит название метода условных полей допусков [81].

Он заключается в том, что вместо отказа станка по точности при выходе обрабатываемого размера за пределы допуска фик­ сируется условный отказ при выходе размера за границы услов­

ного поля допуска, составляющего только часть действительно­ го. Коэффициент ускорения в этом случае определится из выра­ жения

где ô — допуск;

Ôy — условный допуск.

В ряде случаев сокращение времени испытания можно полу­ чить, если установить связь между требуемыми показателями

Рис. 14. Связь распределения параметров изделия с распределением времени безотказ­ ной работы бесцентрового внутришлифовального автомата

надежности и теми параметрами машины, которые определяют эти показатели.

Так, вместо функции распределения времени безотказной ра­ боты изделия Рт(Т) можно исследовать кривую распределения параметров машины Px(t) и ее изменение во времени (рис. 13). Эти два распределения являются сопряженными, так как одно определяет другое [81].

В качестве примера на рис. 14 показаны два вида распределе­ ния: времени безотказной работы при износовых отказах внут­

ренней поверхности наружного кольца роликоподшипника фd{t). Линия 1 показывает смещение центра мгновенного рассеяния наибольшего диаметра, а линия 2 — наименьшего диаметра де­ тали, для которой верхнее отклонение ВО и нижнее НО.

При обработке деталей на станке выходным параметром яв­ ляется точность обработки и наступление отказа определяется моментом перехода регламентированного квантиля распределе­ ния параметров изделия за соответствующую границу поля до­ пуска Ô.

Причиной отказа является смещение во времени центра мгно­ венного рассеяния выходных параметров. Это смещение (рис. 14) характеризуется прямой линией (линией регрессии) с парамет­ рами Хн, зависящим от уровня настройки машины, и b = tg a, зависящим от скорости процесса, определяющего смещение

К„(/) = Хп -у Ы. При некоторых условиях вероятность безотказ­ ной работы в интервале (0, і) будет определяться вероятностью непревышения квантилем распределения выходного параметра допустимых границ в момент t. Если оба сопряженных распреде­ ления подчиняются нормальному закону, то, пользуясь функцией Лапласа, получим две эквивалентные формулы для вероятности безотказной работы:

Я (0 = 0 ,5 + Ф 0( ^ ^ ) ;

испытаниях быстрее, чем параметры МТ и от, что дает ускорение испытаний.

Форсирование моделированием заключается в моделирова­ нии работы машин с имитацией как постепенного изменения па­ раметров (в результате процессов изнашивания, старения

ит. д.), так и неблагоприятного случайного сочетания внешних

ивнутренних факторов при фиксации состояния модели, харак­

теризующегося способностью выполнять заданные функции с установленными параметрами.

Для применения моделирующих установок для решения прак­ тических задач помимо формулировки самой задачи обычно тре­ буются: относящиеся к ней математические зависимости; на­ чальные и граничные условия; предполагаемые пределы измене­

ния переменных; параметры, которые должны варьироваться; ожидаемые результаты от вариации параметров и возможные проверочные решения.

Иными словами, форсирование моделированием тесно связа­ но с форсированием усилением режима и, в особенности, с фор­ сированием функцией, так как полученные при этих методах зависимости как раз и создают возможность построения соответ­ ствующих моделей.

Если на основании теоретических и экспериментальных ис­ следований выявлены физические явления, приводящие к отка­ зу, и установлены закономерности, связывающие интенсивность данного процесса с физическими параметрами, то время испыта­ ний в этом случае может быть сокращено до минимума.

Действительно, если скорость процесса у является функцией ряда параметров си, аг, ..., ah и эти параметры могут изменяться в некоторых пределах, то получаем функцию случайных аргу­ ментов [82]:

У= f(a u «2, - ■- , а*).

Так как безотказность работы изделия P(t) зависит от ско­ рости протекания данного процесса, то надежность будет являть­ ся функцией тех же аргументов:

P{t) = F (а,, а2, . . ., а*, t).

Параметры си, аг, ..., ah не зависят от времени, и их опреде­ ление даже с учетом дисперсии может быть осуществлено доста­ точно быстро. Так, например, если скорость абразивного изна­ шивания линейно зависит от твердости материала, давления, скорости скольжения и т. п., то достаточно знать средние значе­ ния и дисперсию этих величин, чтобы определить скорость изна­ шивания. Этот метод требует сложных предварительных иссле­ дований, установления границ применимости полученных зако­ номерностей, оценки условий работы машины и сопряжения, определения постоянных параметров, входящих в функциональ­ ные зависимости, и т. д.

Таким образом, решение основной проблемы испытаний на надежность — проблемы получения достоверных данных в крат­ чайшее время — тесно связано со степенью полноты использова­ ния различных направлений и методов форсирования испытаний. Основой наиболее полного их использования может служить опирающееся на классификацию комплексное применение, по­ строенное с учетом возможностей, предпосылок и границ приме­ нимости.

Стенды и приборы для ускоренных испытаний. Испытывать на надежность можно детали, сборочные единицы, агрегаты и машины в целом. Соответственно должны быть созданы стенды