Файл: Эксплуатационная надежность сельскохозяйственных машин..pdf

мян, то такое состояние называют неисправностью. Если же сеялка и обеспечивает качество посева и имеет внешний вид, соответствующий заданным требованиям, то такую машину называют исправной.

Итак, исправность изделия — это такое состояние, при котором оно в данный момент удовлетворяет всем требованиям, установленным в отношении основных и неосновных параметров. Неудовлетворение неосновным параметрам называют неисправностью. Подчеркнем: ес­ ли изделие исправно, то оно обязательно работоспособно, если работоспособно, то не обязательно исправно. В тео­ рии надежности изучают случайные события — отказы. Отказом называют событие, заключающееся в потере ра­ ботоспособности. Потеря работоспособности и, следова­ тельно, отказ, может быть полным или частичным. Если комбайн частично потерял работоспособность из-за за­ бивания рабочих органов растительной массой, то он частично отказал, но не полностью потерял работоспо­ собность, так как, очистив рабочие органы, можно пол­ ностью восстановить ее. Если же произошла поломка рабочего органа, то это полная утрата работоспособно­

сти, полный отказ.

В связи с понятием отказа все изделия можно разде­ лить на два класса: невосстанавливаемые (неремонтируе-

мые) и восстанавливаемые (ремонтируемые).

Невосстанавливаемые изделия —• это изделия, кото­ рые в процессе эксплуатации не могут иметь более одно­ го отказа — они заменяются после первого же отказа. Например, подшипники качения, зубчатые передачи, ва­ лы, звездочки, цепи. Следует отметить, что принципиаль­ но и эти элементы можно восстановить. Однако затраты, связанные с их восстановлением иногда значительно пре­ вышают стоимость новых деталей. Поэтому к невосста-

навливаемым изделиям относят такие, которые в прак­ тике эксплуатации машин не подвергают восстановле­ нию.

Восстанавливаемые изделия — это изделия, которые могут иметь в процессе эксплуатации более одного отка­ за, после каждого из которых они восстанавливаются, ремонтируются. Примером восстанавливаемого изделия могут служить практически все сельскохозяйственные машины, орудия и их узлы, а также некоторые детали. Например, комбайны подвергаются практически ежегод­ ному ремонту (восстановлению). Ремонтируют транс­ портеры, редукторы, рамы и т. д. Режущие рабочие ор­

10

ганы восстанавливают с помощью переточек их режущих кромок.

Отказы м,огут быть классифицированы, кроме полно­ го «ли частичного, по ряду других признаков. Различают отказы внезапные, постепенные и перемежающиеся.

Внезапный отказ наступает неожиданно (скачком) под действием одного или нескольких случайных факто­ ров, связанных либо с внутренними дефектами изделий, либо с нарушением рабочих режимов, либо с ошибками обслуживающего персонала.

Постепенный отказ проявляется в плавном, постепен­ ном изменении параметров изделия в результате чего ухудшаются его характеристики, что в конце концов при­ водит к появлению отказа.

Перемежающийся отказ — это кратковременное на­ рушение нормального функционирования объекта, вос­ станавливаемое в связи с обратимыми изменениями в материале изделия или в системе.

Примером внезапного отказа является отказ, вызван­ ный попаданием в рабочие органы машины посторонних предметов (камни, обломки металла и т. д.), соскакива­ ние приводных цепей из-за недостаточно четкого со­ блюдения технических условий по уходу и регулировке с наложением случайного перегруза узла и т. д.

Примерами постепенных отказов служат выходы де­ талей из строя и их поломки из-за износов сопрягаемых поверхностей (подшипники качения и скольжения, звенья приводных и транспортерных цепей, звездочки, шестер­ ни, ролики и т. д.). Из-за износа зачастую нарушаются функциональные показатели изделий, что приводит к потере их работоспособности. Р1знос режущих рабочих органов приводит к ухудшению и полной потере качест­ ва среза, износ сопряжений в приводе комбайна нару­ шает процесс уборки корнеплодов и растений и т. д.

Примером перемежающегося отказа может служить ухудшение мощностно-экономических показателей двига­ телей из-за появления нагара в головке цилиндров, кото­ рый зачастую с а м о у с т р а н я е т с я , например для автомобилей, при движении на большой скорости доста­ точно длительное время. Забивание рабочих органов с последующей самоочисткой также может служить при­ мером перемежающегося отказа.

Такое разделение отказов на группы имеет опреде­ ленную условность, поскольку зачастую внезапному от­ казу предшествуют внутренние изменения в материале и

И

свойствах изделия, а постепенный отказ может проявить­ ся при внезапном увеличении нагрузки или изменении условий эксплуатации. Тем не менее в большинстве слу­ чаев такая классификация оказывается удобной, так как позволяет упорядочить систему анализа надежности ма­ шин.

Можно предложить графическую интерпретацию внезапных, постепенных и перемежающихся отказов. На рис. 1 показан график изменения некоторого параметра машины —наппимер ее качества.

Рис. 1. Графическая интерпретация видов отказов:

1 — постепенный; 2 — внезапный; 3 — перемежающийся; А, В, С — макси­ мальное, минимальное и предельно-допустимое значения качества; К — по­ казатель качества.

При постепенном отказе качество постепенно ухуд­ шается, заходит ниже минимально-допустимого и дости­ гает предельного значения при t=t\. Наступает посте­ пенный отказ. Изделие подвергается восстановлению некоторое время и затем вступает в работу с нормаль­ ным качеством. При t= t2 наступает внезапный отказ — качество изделия резко падает и мгновенно достигает предельного значения. Происходит внезапный отказ. Через некоторое время At2 восстановленное изделие всту­ пает в работу с нормальным качеством. При t= t3 ка­ чество изделия резко падает, но также быстро восстанав­ ливается и система продолжает нормально функциони­ ровать.

В интересах общности необходимо ввести единый

12

термин, характеризующий продолжительность, объем работы изделия до отказа, который позволил бы приме­ нять одни и те же математические методы к изделиям различного назначения и (вида. Таким обобщающим тер­ мином принята наработка, которая может измеряться в различных единицах. Так, наработка двигателя — в моточасах — для комбайна, сеялки — в гектарах, погруз­ чика — в тоннах и т. д. Наработку не следует смешивать со сроком службы, представляющим собой календарную продолжительность эксплуатации изделия до возникно­ вения отказа.

Группа III — свойства. Качество изделия характери­ зуется его свойствами. Все свойства, составляющие ка­ чество, можно разбить на два класса:

1.Свойства, которые могут быть определены за от­ носительно короткое время;

2.Свойства, выявляющиеся во время эксплуатации.

Ксвойствам первого класса относятся: качественные показатели, вес, затраты мощности, расход топлива, ком­ фортабельность, нагруженность и т. д.

Ксвойствам второго класса относятся: износостой­ кость, усталостная прочность, безотказность, долговеч­ ность, ремонтопригодность, сохраняемость и т. д.

Теория надежности, как правило, изучает свойства второго класса. Рассмотрим важнейшие из них.

Безотказность — это свойство изделия сохранять ра­ ботоспособность в течение некоторой наработки без вы­ нужденных перерывов. Здесь под вынужденными пере­ рывами понимаются перерывы, вызываемые отказами

изделия.

Долговечность — это свойство изделия длительно, с

возможными перерывами на ремонт и техническое обслу­ живание сохранять работоспособность до разрушения или другого предельного состояния. При этом в качестве предельного состояния может быть принято разное уста­ новленное состояние. Например, предельное состояние у двигателя определяется нарушением его работоспособ­ ности — потерей мощности; предельное состояние колен­ чатого вала — превышением зазора установленной ве­ личины; предельное состояние рамы — появлением тре­ щин и т. д. Как видим, в одних случаях это некоторое условное состояние, в других — разрушение. В ряде слу­ чаев предельное состояние определяется экономическими соображениями. Так, ряд сельскохозяйственных машин можно непрерывно ремонтировать, поддерживая их дол­

13

говечность за счет замены деталей, практически неогра­ ниченно долго. Однако, начиная с некоторого момента, ремонт становится экономически невыгоден. Кроме то­ го, машина морально устаревает, поэтому предельное состояние устанавливается на основании специальных экономических расчетов.

Подчеркнем общее и различия в понятиях безотказ­ ности и долговечности. Общее заключено в свойстве со­ хранять работоспособность, отличие —■в том, что безотказность требует непрерывно сохранять работоспо­ собность, а долговечность — длительно с возможными перерывами на ремонт и обслуживание.

Отметим, что долговечность характеризуется ресур­ сом. Ресурс-наработка до предельного состояния. Ресурс равен сумме всех наработок изделия от начала эксплуа­ тации до момента достижения обусловленного предель­ ного состояния.

Ремонтопригодность — это свойство изделия, заклю­ чающееся в приспособленности к предупреждению, об­ наружению и устранению неисправностей и отказов. Ремонтопригодность оборудования в сочетании с кон­ кретным обслуживающим персоналом определяет вос­ станавливаемость технических средств.

Сохраняемость — свойство изделия сохранять свои эксплуатационные показатели в течение срока хранения и после него, а также при транспортировании.

Надежность — это свойство изделия, обусловленное безотказностью, долговечностью, ремонтопригодностью и сохраняемостью этого изделия и его частей выполнять заданные функции, сохраняя свои эксплуатационные по­ казатели в заданных пределах в течение требуемого про­ межутка времени или требуемой наработки.

Можно показать, что надежность зависит от безот­ казности. Действительно, при частых отказах изделие не может нормально выполнять свои функции. Надежность зависит от долговечности. При малом ресурсе изделия, то есть при малой его долговечности, и при замене деталей только при отказе изделие будет ненадежно, так как из-за недостаточной долговечности оно не смо­ жет выполнять заданные функции. Однако если ввести принудительную замену деталей с малым ресурсом и при этом время на замену не регламентировать, то изделие будет работать надежно. Его надежность теперь будет определяться только безотказностью и ремонтопри­

14

годностью, то есть свойством быстрого устранения от­ казов.

В этом смысле для сезонных машин возможно упот­ ребление совместно терминов «надежность и долговеч­ ность». Действительно, заданные функции машина выполняет в сезоне работы и если в ней отсутствуют детали, ресурс которых ниже одного сезона, то свойство надежности определяется только безотказностью и ре­ монтопригодностью. Долговечность не влияет на функ­ циональную деятельность машины. Долговечность маши­ ны обеспечивается установкой запасных частей и про­ филактическими ежегодными ремонтами, которые не нарушают функциональную способность изделия, так как проводятся во внесезонное время, когда машина не функ­ ционирует. Следовательно, в данном случае долговеч­ ность является самостоятельной категорией, при этом категорией в основном экономической, так как ее недо­ статок увеличивает затраты на поддержание машины в готовности к работе.

В заключение отметим, что надежность является частью более общего понятия качества изделия — со­ вокупности свойств, определяющих пригодность изделия к эксплуатации по назначению.

Группа IV — количественные показатели. Количест­ венные показатели вводятся для того, чтобы характери­ зовать такие обобщенные свойства изделия как надеж­ ность и частные •— безотказность, долговечность, ремон­ топригодность и сохраняемость. Количественные показа­ тели надежности являются важным фактором любого исследования в области надежности. Действительно, анализируя надежность изделия или разрабатывая ме­ тоды ее повышения,- необходимо иметь критерии, с по­ мощью которых возможно произвести сравнение двух изделий, оценить эффективность тех или иных меро­ приятий. Такими критериями служат количественные показатели надежности.

Количественные показатели надежности могут быть получены различными путями: на основании анализа данных эксплуатации, данных стендо1вых испытаний с последующим пересчетом к,условиям эксплуатации, пу- 'тем измерений с последующим сравнением с предельны­ ми характеристиками материалов и деталей, полностью расчетным путем. Эффективность методов повышения надежности также оценивается показателями надежно­ сти. Необходимо уметь оценить изменение показателей

15

Надежность

Обработка и оценка точности

Рис. 2. Схема определения показателей надежности машин.