Вища професійна освіта в. Ю. Шишмарев надійність технічних систем
Підручник для студентів вищих навчальних закладів
Москва Видавничий центр «Академія» 2010
ЗМІСТ
2.2. Теоретичні розподіли наробітку до відмови 56
Розділ 1: основні поняття теорії надійності
1.1 Основні терміни та визначення
Надійність (загальна) - властивість об'єкта зберігати в часі у встановлених межах всі параметри, що забезпечують виконання необхідних функцій в заданих умовах експлуатації.
Першорядне значення надійності в техніці пов'язано з тим, що рівень надійності значною мірою визначає розвиток техніки за основними напрямами: автоматизації виробництва, інтенсифікації робочих процесів і транспорту, економії матеріалів та енергії.
Сучасні технічні засоби складаються з безлічі взаємодіючих механізмів, апаратів і приладів. Наприклад, в сучасних автоматизованих прокатних комплексах налічується більше мільйона деталей, сучасні системи радіоуправління ракетами мають десятки мільйонів елементів, тоді як перші найпростіші машини і радіоприймачі складалися тільки з десятків або сотень деталей. Відмова в роботі хоча б одного відповідального елемента складної системи без резервування може привести до порушення роботи всієї системи.
Недостатня надійність обладнання призводить до величезних витрат на ремонт, простою обладнання, припиненню постачання населення електроенергією, водою, газом, транспортними засобами, іноді до аварій, пов'язаних з великими економічними втратами, руйнуванням великих об'єктів і людськими жертвами.
При недостатній довговічності машини виготовляють в більшій, ніж потрібно, кількості, що веде до перевитрати металу, надлишкам виробничих потужностей, завищення витрат на ремонт і експлуатацію. Фізичний термін служби машин в середньому істотно менше терміну морального зносу.
Швидкий розвиток науки про надійність в період науково-технічного прогресу пов’язано:
з автоматизацією, багаторазовим ускладненням машин і їх з'єднанням у великі комплекси;
завданнями безлюдної технології;
безперервним форсуванням машин, зменшенням їх металоємності, підвищенням їх силовий, теплової, електричної напруженості.
У теорії надійності розглядаються наступні узагальнені об'єкти:
виріб одиниця продукції, що випускається підприємством, цехом і т.д., наприклад, підшипник, ремінь, верстат, автомобіль;
елемент найпростіша при даному розгляді складова частина виробу, в задачах надійності може складатися з багатьох деталей;
система сукупність спільно діючих елементів, призначена для самостійного виконання заданих функцій.
Поняття «елемент» і «система» трансформуються в залежності від поставленої задачі. Машина, наприклад, при визначенні її власній надійності розглядається як система, що складається з окремих елементів механізмів, деталей і т.д., а при вивченні автоматизованої лінії як елемент.
Розрізняють вироби невідновлювані, які не можуть бути відновлені споживачем і підлягають заміні (наприклад, електричні і електронні лампи, підшипники кочення і т. д.), відновлювані, які можуть бути відновлені споживачем (наприклад, верстат, автомобіль, радіоприймач).
Основні поняття і терміни надійності стандартизовані.
Працездатність стан виробу, при якому він здатний нормально виконувати задані функції (з параметрами, встановленими в технічній документації). Працездатність не стосується вимог, безпосередньо не впливають на експлуатаційні показники, наприклад пошкодження фарбування і т. д.
Справність стан виробу, при якому він задовольняє всім не тільки основним, але і допоміжним вимогам. Справний виріб обов'язково працездатний.
Несправність стан виробу, при якому він не відповідає хоча б одній з вимог технічної документації. Розрізняють несправності, що не приводять до відмов, і несправності і їх поєднання, що призводять до відмов.
Відмова повна або часткова втрата працездатності. Розрізняють відмови функціонування, при яких виконання своїх функцій розглянутим елементом або об'єктом припиняється (наприклад, поломка зубів шестерні), і відмови параметричні, за яких деякі параметри об'єкта змінюються в неприпустимих межах (наприклад, втрата точності верстата).
Причини відмов поділяють на випадкові і систематичні. Випадкові причини це передбачені перевантаження, дефекти матеріалу і похибки виготовлення, не виявлені контролем, помилки обслуговуючого персоналу або збої системи управління. Приклади: тверді включення в оброблювану середу, великі нерівності дороги, наїзди на перешкоди, неприпустимі відхилення розмірів заготовок або їх неправильний затиск, раковини, гартівні тріщини. Випадкові фактори переважно викликають відмови при діях у несприятливих поєднаннях.
Систематичні причини це закономірні явища, що викликають поступове накопичення пошкоджень: вплив середовища, часу, температури, опромінення, корозія, старіння, навантаження і робота тертя - втома, повзучість, знос, функціональні впливи, засмічення, залипання, витоку.
У відповідності з цими причинами і характером розвитку і прояви розрізняють відмови раптові (поломки від перевантажень, заїдання), поступові з розвитку і раптові по прояву (втомні руйнування, перегоряння ламп, короткі замикання через старіння ізоляції) і поступові (зношення, старіння, корозія, залипання). Раптові відмови внаслідок своєї несподіванки більш небезпечні, ніж поступові. Поступові відмови являють собою виходи параметрів за межі допуску в процесі експлуатації або зберігання.
З причин виникнення відмови можна також розділити на конструкційні, викликані недоліками конструкції, технологічні, викликані недосконалістю чи порушенням технології, і експлуатаційні, спричинені неправильним використанням.
Відмови у відповідності зі своєю фізичною природою бувають пов'язані з руйнуванням деталей або їх поверхонь (поломки, викришування, знос, корозія, старіння) або не пов'язані з руйнуванням (засмічення каналів подачі палива, мастила або подачі робочої рідини в гідроприводах, ослаблення електроконтактів). У відповідності з цим відмови усувають: заміною деталей, регулюванням або очищенням.
За своїми наслідками відмови можуть бути легкими лугкоусувними, середніми, не викликають руйнувань інших вузлів, і важкими, що викликають важкі вторинні руйнування, а іноді й людські жертви.
По можливості подальшого використання виробів відмови бувають повні, що виключають можливість роботи вироби до їх усунення, і часткові, при яких виріб може частково використовуватися, наприклад, з неповною потужністю або на зниженій швидкості.
За складністю усунення розрізняють відмови, переборні в порядку технічного обслуговування, в порядку середнього або капітального ремонту та за місцем усунення відмови, переборні в експлуатаційних і стаціонарних умовах, що особливо істотно для транспортних машин, зокрема для автомобілів.
Зустрічаються також самоусувні відмови, наприклад, в системах автоматичної подачі заготовок на верстатах.
За часом виникнення відмови можна поділити на припрацюючі, що виникають в перший період експлуатації, пов'язані з попаданням на зборку дефектних елементів; при нормальній експлуатації (за період до появи ізносних відмов); ізносні, викликані старінням.
Розглянемо властивості виробів в аспекті проблеми надійності.
Безвідмовність (або надійність у вузькому сенсі слова) властивість безупинно зберігати працездатність протягом заданого часу або напрацювання. Це властивість особливо важлива для машин, відмова в роботі яких пов'язаний з небезпекою для життя людей або з перервою в роботі великого комплексу машин, із зупинкою автоматизованого виробництва або з браком дорогого виробу.
Довговічність властивість виробу довго зберігати працездатність до граничного стану при встановленій системі технічного обслуговування і ремонту. Граничний стан виробу характеризується неможливістю його подальшої експлуатації, зниженням ефективності або безпеки. Для невідновлюваних виробів поняття довговічності і безвідмовності практично збігаються.
Ремонтопридатність пристосованість виробу до попередження і виявлення причин виникнення відмов, пошкоджень та підтримці і відновлення працездатності шляхом технічного обслуговування і ремонту. З ускладненням систем все важче стає знаходити причини відмов і елементів які відмовили. Так, у складних електрогідравлічних системах верстатів пошук причин відмови може займати більше 50% загального часу відновлення працездатності. Важливість ремонтопридатності машин визначається величезними витратами на ремонт машин в народному господарстві.
Зберігаємість властивість об'єкта зберігати значення показників безвідмовності, довговічності, ремонтопридатності після зберігання і транспортування. Практична роль цієї властивості особливо велика для приладів. Так, за американським джерелам під час Другої світової війни близько 50% радіоелектронного устаткування для військових потреб і запасних частин до нього вийшло з ладу в процесі зберігання.