1.5 Різні періоди роботи технічних пристроїв

При розгляді працездатності якогось технічного пристрою або виробу розрізняють три періоди його «життя»: період приробки, коли при випробуванні пристрою або виробу відбувається відбраковування конструктивних, технологічних і виробничих дефектів, період нормальної експлуатації, характеризується раптовими відмовами приблизно постійної інтенсивності, і період старіння , коли з'являються відмови зростаючої інтенсивності, викликані зносом пристрою або виробу (рис. 1.3).

Рис. 1.3. Функція інтенсивності відмов експоненціального розподілу

З усіх цих періодів «життя» технічного пристрою головним є період нормальної експлуатації, який характеризується тривалою роботою пристрою або машини при певних кліматичних та інших умовах застосування.

Період нормальної експлуатації пристрою. У період нормальної експлуатації технічного пристрою зазвичай відбуваються раптові відмови, які носять випадковий характер. Фізична природа таких відмов обумовлена ​​раптовою концентрацією навантажень, що діють усередині і поза пристроєм. Випадковість виникнення раптових відмов проявляється в тому, що події відбуваються несподівано і нерегулярно. Однак у досить великі і приблизно рівні проміжки часу вони повторюються приблизно з однаковою інтенсивністю.

Після періоду припрацювання пристрою, в якому інтенсивність відмов підвищена, настає період нормальної експлуатації, протягом якого має місце найбільш низький рівень інтенсивності раптових відмов приблизно постійної величини. У цьому випадку експоненціальна залежність у часі надійності по рівнянню (1.15) служить достатньою апроксимацією подій.

На рис. 1.3 представлена приблизна крива залежності інтенсивності відмов в роботі технічного пристрою від часу експлуатації для трьох характерних періодів його роботи - періоду припрацювання, періоду нормальної експлуатації та періоду зносу.

До такого пристрою може бути віднесена і електрична машина. Як показує ця крива, на початку періоду припрацювання машини інтенсивність відмови в її роботі може бути висока, потім вона падає, і до моменту часу — початку періоду нормальної експлуатації інтенсивність відмов стає мінімальною і в середньому приблизно постійною величиною

де — середнє напрацювання до першої відмови машини або пристрої, год.

Коли час експлуатації машини або пристрою досягає значення , починає позначатися знос їх частин. З цього моменту інтенсивність відмов в роботі починає швидко зростати, так що за період роботи машини або пристрою з до ймовірність відмов їх може досягти приблизно , або . Час можна назвати середнім значенням часу довговічності машини або пристрою з урахуванням зносу, або їх технічним ресурсом, за умови відсутності ремонту. Однак при проведенні ремонту машини або пристрою шляхом заміни зношених частин і виправлення інших дефектів термін служби їх може бути відповідно збільшений.

Час експлуатації машини або пристрою при постійній інтенсивності відмов в роботі завжди менше довговічності, або технічного ресурсу . Разом з тим середній час безвідмовної роботи машини, або середнє напрацювання до першої відмови, звичайно набагато більше, ніж її довговічність, або технічний ресурс . Наприклад, якщо протягом періоду нормальної експлуатації інтенсивність раптових відмов у роботі машини або пристрою невелика, то значення часу може досягати дуже великої величини, вимірюваної нерідко десятками чи сотнями тисяч годин. Це час вказує, наскільки надійна машина або пристрій в період нормальної експлуатації

Період зносу пристрою. Високу надійність технічного пристрою, в тому числі і електричної машини, на тривалий період можна забезпечити за допомогою відповідного прироблення, яке дозволяє виключити відмови припрацювання, і за допомогою профілактичного ремонту пристрою шляхом заміни зношених частин і виправлення інших його дефектів.

Висока надійність технічного пристрою - це низька інтенсивність відмов у роботі і, отже, великий середній час безвідмовної роботи, або середнє напрацювання до першої відмови . Час (рис. 1.4) — деякий середній час, за який виникає відмова в роботі пристрою. Оскільки це тільки середній час, то на практиці слід очікувати, що в деяких випадках відмови в роботі пристрою можуть виникати значно раніше цього часу, а в інших  пізніше його. Тому в загальному випадку не можна вважати, що технічний пристрій або машина буде безвідмовно працювати обов'язково всі годин. Надійна робота пристрою реально отримується тільки для інтервалу часу, значно меншого середнього напрацювання до першої відмови

Рис. 1.4. Графік щільності ймовірності і середній час безвідмовної роботи

Як зазначалося раніше, раптові відмови технічного пристрою постійної інтенсивності підкоряються експоненціальному розподілу, а зносові відмови після періоду нормальної експлуатації (див. рис. 1.3)  приблизно нормальному розподілу в часі. Щільність ймовірності відмов , представляє собою (див. рис. 1.4) ступінь зменшення надійності в часі, буде мати наступний вигляд для зазначених розподілів. Так, наприклад, для раптових відмов пристрою їх щільність ймовірності

де — час роботи пристрою, год.

Щільність же імовірності зносових відмов з урахуванням позначень, прийнятих на рис. 1.3, буде

де — загальний час експлуатації або роботи технічного пристрою, год; — середнє значення довговічності, або технічний ресурс пристрою, год; — середнє квадратичне відхилення часу між відмовами, або стандартне відхилення від середнього значення довговічності, або технічного ресурсу ; при цьому — число відмов у роботі пристрою, що відбуваються через час , які підсумовуються у виразі  інтеграл ймовірності, що визначається за довідниками для значення .

На рис. 1.4 представлена ​​крива щільності ймовірності раптових відмов пристроїв для експоненціального розподілу, а на рис. 1.5  крива щільності зносових відмов для нормального розподілу. Вірогідність раптової відмови в роботі пристрою для проміжку часу від 0 до буде являти собою певний інтеграл від щільності ймовірності відмов з рівняння (1.9) в межах від 0 до :

тобто ймовірність раптової відмови пристрою чисельно буде визначатися заштрихованою площею під кривою щільності ймовірності відмов (див. рис. 1.5). Загальна площа під цією кривою за нескінченно великий проміжок часу для експоненціального випадку буде

Отже, ймовірність відмови в роботі пристрою за цей проміжок часу дорівнює 100%.

Припрацюючі відмови пристрою. Розглянуті раніше два періоди життя технічного пристрою  період нормальної експлуатації і період зносу  характеризують собою співвідношення працездатності і надійності його з раптовими і зносовими відмовами в роботі (див. рис. 1.3). Період нормальної експлуатації відповідає роботі пристроїв як одноразового, так і багаторазового використання, період же зносу відноситься тільки до ремонтованих пристроїв багаторазового використання.

Рис. 1.5. Крива щільності зносових відмов для нормального розподілу:

— середній час нормальної роботи групи (партії) виробів;

і — часи початку зносових відмов для конкретних двох виробів з партії.

Останні періодично проходять необхідний ремонт, під час якого проводиться заміна зношених або дефектних частин. Ці два періоди життя технічного пристрою є головними для характеристики його надійності.

Однак, крім раптових і зносових відмов у роботі якого-небудь пристрою, існують ще відмови припрацювання, які можуть також надавати деякий несприятливий вплив на його надійність. Для ряду технічних пристроїв відмови припрацювання усуваються протягом першого періоду роботи пристрою зазвичай шляхом заміни дефектних деталей справними або їх прироблення, якщо це допускається конструкцією пристрою. Наприклад, в колекторних або інших електричних машинах перед випуском їх з промислового підприємства-виробника в нормальну експлуатацію попередньо здійснюється притирання і приробіток щіток на колекторі або контактних кільцях, перевірка стану ізоляції обмоток, наладка підшипникових вузлів і виконуються інші контрольні випробування машин.