Файл: Ремонт строительных машин учебник..pdf

Р А З Д Е Л II

ТЕХНОЛОГИЯ РЕМОНТА СТРОИТЕЛЬНЫХ МАШИН

Г Л А В А 5

ОСНОВЫ ТЕОРИИ СТАРЕНИЯ И ТЕХНИКО­ ЭКОНОМИЧЕСКАЯ СУЩНОСТЬ РЕМОНТА МАШИН

§ 1. Старение и надежность машин

Машину можно рассматривать как некую систему, состоящую из определенного числа деталей (элементов). После изготовления каждая деталь обладает техническим ресурсом. Этот ресурс со временем расходуется, уменьшается по величине, что проявляется

вухудшении качественных свойств отдельных деталей и машины

вцелом, так что на оси времени наступает критический момент,

когда машина (деталь) переходит из одного качественного состоя­ ния в другое, из состояния годности в состояние неисправности. Этот момент называют моментом появления отказа машины.

Не существует таких машин, которые со временем не утрачи­ вали бы качественные свойства и функционировали бесконечно, не переходя в неработоспособное состояние.

Термином «отказ» согласно ГОСТ 13377—67 обозначают собы­ тие, заключающееся в нарушении работоспособности. С точки зре­ ния качества отказ есть переход детали (машины) в критическое состояние. Критическим считается такой уровень качественного свойства (свойств), при котором рассматриваемая деталь (сочета­ ние деталей) становится непригодной для целевого назначения. Если, к примеру, качественным свойством плунжерной пары топ­ ливного насоса считать зазор между плунжером и гильзой, то кри­ тическим уровнем этого качественного свойства будет значение предельно допустимой величины названного зазора. Основным ка­ чественным свойством масляного фильтра является способность удерживать попадающие в смазку нежелательные частицы. По­ этому критическим уровнем качественного состояния фильтра бу­ дет предельно допустимое количество таких частиц, проходящих через фильтр. Аналогичным образом устанавливается качествен­ ное состояние всех основных деталей, узлов и машин, т. е. прово­ дится граница между годностью и непригодностью, работоспособ­ ностью и неработоспособностью.

п

Каждая машина характеризуется многими свойствами: функциональными, техническими, эстетическими, экономическими и т. п., совокупность которых и выражает качество машины. Эти свойства, как правило, в процессе жизни машины изменяются в нежелатель­ ном направлении, т. е. ухудшаются. Это ухудшение проявляется, например, в увеличении отверстия подшипника, в уменьшении диа­ метра вала, в изменении жесткости или упругости материала де­ тали, в изменении электропроводимости и т. п. Процесс ухудшения качественных свойств машины в течение ее жизни называется ста­ рением (или изнашиванием).

Длительность нахождения машины (детали) в состоянии год­ ности вплоть до момента появления отказа, т. е. до перехода в со­ стояние непригодности, называется сроком службы до отказа.

Одним из важных качественных свойств машины является на-' дежность. Надежность согласно ГОСТ 13377—67—-это свойство машины выполнять заданные функции, сохраняя свои эксплуата­ ционные показатели в заданных пределах в течение требуемого промежутка времени или требуемой наработки. Это означает, что надежность есть свойство машины сохранять во времени все дру­ гие качественные^ свойства.

Надежность является таким качественным свойством, которое не может измеряться непосредственно. В действительности надеж­ ность не может быть измерена вовсе подобно тому, как измеряют выходные характеристики или физические параметры машины. Тем не менее надежность можно выразить количественно. Надежность отличается от других качественных свойств способом контроля и измерения: контроль обычных свойств заключается в измерении качества независимо от времени, а надежность — это измерение качества как функции времени, т. е. качество, развернутое во вре­ мени.

При оценке качественного состояния машины всегда можно, если есть соответствующая мера, отнести машину к годной либо негодной, к исправной либо неисправной. Между этими двумя про­ тивоположными качественными состояниями нет других, т. е. ма­ шина считается либо в состоянии годности (исправности, работо­ способности), либо., наоборот, в состоянии негодности (неработо­ способности, неисправности).

С точки зрения качества отказ есть переход машины в крити­ ческое состояние по какому-либо качественному свойству. Из этого следует, что понятие «отказ» в определенной мере условно, так как условным является «критическое состояние».

Многие качественные свойства машин допускают колебания. Например, «уход» таких качественных свойств двигателя, назы­ ваемых обычно рабочими параметрами, как расход смазки, расход топлива и т. п., под действием случайно протекающего старения деталей происходит во времени монотонно, постепенно. Например, момент, когда расход топлива двигателем окажется больше пре­ дельно допустимого техническими условиями, является для этого двигателя критическим уровнем качества, ниже которого оно счи-

72

тается недопустимым, а двигатель с таким уровнем качества счи­ тается негодным.

Появление отказа независимо от его особенностей свидетельст­ вует о том, что жизненный (технический) ресурс машины израс­ ходован. Для того чтобы можно было использовать машину и дальше, необходимо устранить причины, вызвавшие отказ, т. е. приведшие машину в состояние неисправности. Устранение при­ чин отказа сводится к восстановлению функциональных свойств и технического ресурса машины, для чего приходится расходовать время, труд, энергию, материалы и т. п.

Таким образом, надежность, ненадежность, результативность и эффективность любой машины зависят от такого фактора, как от­ каз.

Понятие «отказ» является фундаментальным для теории каче­ ства, теории надежности и теории ремонта машин. Вот почему уде­ ляется большое внимание изучению и исследованию отказов.

§ 2. Классификация отказов и схем их появления

События, называемые отказом, отличаются друг от друга и мо­ гут характеризоваться неограниченным числом показателей. По­ этому для исследования отказов, а также для практического ис­ пользования понятия «отказ» все отказы классифицируют и рас­ пределяют на группы по определенным признакам. Это позволяет выявлять свойства и закономерности отказов и использовать эти закономерности при решении практических задач.

Отказы элементов (детали, узла, машины) характеризуются формой, причинами, содержанием и способом появления и устра­ нения. Все отказы характеризуются одной формой. Она состоит в том, что независимо от причин, содержания и способа про­ явления отказ утверждает одно и то же состояние — непригод­ ность.

Под причиной появления отказа подразумевается любой фак­ тор, действие которого привело к сокращению срока жизни эле­ мента. При этом имеется в виду именно сокращение срока служ­ бы. Такими факторами являются: конструирование, технология из­ готовления, старение, управление, физическая среда, боевое воз­ действие. Вследствие этого причины преждевременного появления отказа подразделяются на следующие: ошибки конструирования, ошибки технологии изготовления, естественное старение или износ, ошибки управления и использования, колебания свойств внешней физической среды, боевое воздействие.

Отказы, причинами возникновения которых являются ошибки конструирования, характеризуются тем, что они повторяются у каждой машины рассматриваемого типа и модели.

Отказы, обусловленные ошибками технологии изготовления, встречаются лишь у тех машин, которые имели отклонения, выхо­ дящие за допустимые пределы.

73

Отказы, вызванные естественным старением и износом, проис­ ходящими при работе и хранении машины, являются самыми рас­ пространенными и многочисленными. Естественное старение и из­ нос являются неизбежными «спутниками» машины в течение всей ее жизни.

Отказы, являющиеся следствием ошибок управления, колеба­ ний свойств внешней физической среды и боевого воздействия, ха­ рактеризуются неопределенностью. Они могут возникнуть и в тех машинах, которые сконструированы и изготовлены без ошибок.

По определению любой отказ представляет собой недопустимое изменение качества детали (машины).

Для разработки прогрессивной технологии восстановления де­ талей и сопряжений целесообразно классифицировать отказы по качественным свойствам деталей и их сопряжений. По этому при­ знаку отказы деталей подразделяются на отказы, установленные по геометрической форме и размерам, по состоянию посадки (на­ тяга, зазора), состоянию связей, целостности, сопротивляемости, жесткости.

Перечисленные причины отклонения качественных свойств мо­ гут встречаться как в отдельности, так и в различных соче­ таниях.

Разработка эффективной профилактики машин и их элементов существенным образом зависит от способа, или, как иногда гово­ рят, схемы возникновения отказов. По этому признаку отказы под­ разделяются на отказы, возникшие в результате мгновенных по­ вреждений, в результате постепенного старения и накапливаю­ щихся изменений.

При использовании машин приходится чаще всего встречаться с ситуацией, когда одновременно действуют несколько факторов отказов. Например, в ходе военных действий машины могут под­ вергаться одновременно боевому воздействию со стороны против­ ника и естественному старению и износу. Кроме того, срок служ­ бы отдельных элементов машины может оказаться уменьшенным за счет ошибок технологии, ошибок управления машиной, созда­ ния непредусмотренных нагрузок на детали.

Негативное влияние всех факторов долговечности детали может происходить и по отдельности, и в различных комбинациях. Вслед­

Случайным колебаниям подвержены сроки службы всех дета­ лей, составляющих машину. Это обстоятельство является причиной того, что свойство машин, называемое надежностью, оказывается величиной случайной, ибо никогда нельзя точно предсказать, сколь­ ко времени будет оставаться машина в состоянии годности, в ка­ кой точке временной оси появится отказ машины.

По способу устранения отказы подразделяются на отказы, устраняемые с помощью регулировок, и отказы, устраняемые за­ меной деталей новыми или восстановленными.

74