104. Показатели надежности оборудования и их модели. Прогнозирование надежности станков и станочных систем.

Надежность является одной из основных характеристик качества металлорежущих станков и станочных систем, так же, как и многих других машин и технических устройств. Надежность характеризует свойство данного изделия сохранять требуемые показатели качества в течение всего периода эксплуатации.

Надежность – свойство объекта сохранять во времени свою работоспособность. Надежность характеризуется в основном безотказностью и долговечностью.

Нарушение работоспособности станка называют отказом. При отказе продукция либо не выдается, либо является бракованной. В автоматизированных станках и автоматических линиях отказы могут быть связаны с нестабильностью условий работы под влиянием отдельных случайных факторов и сочетания этих случайных факто­ров — разброса параметров заготовок, переменности сил резания и трения, отказов элементов систем управления и т.

Безотказность станка — свойство станка непрерывно сохранять работоспособность в течение некоторого времени. Безотказность может быть оценена следующими показателями:

Вероятность отказа ;

Вероятность безотказной работы

Вероятность безотказной работы станка как сложной системы, состоящей из п элементов, соединенных последовательно, при усло­вии их независимости по критерию надежности представляют в виде

где Pi (t) — вероятность безотказной работы 1-го элемента. Отказы, имеющие постоянную интенсивность,

где tср — средняя наработка между отказами дает вероятность безотказной работы в виде

Отказы, связанные с изнашиванием элементов станка, обычно подчиняются законам нормального распределения или логарифми­чески-нормального распределения. В первом случае известны две характеристики распределения — средняя наработка на отказ и среднеквадратичное отклонение

Комплексным показателем надежности станков является коэффи­циент технического использования

где п — число независимых элементов, подверженных отказам; Kt — интенсивность отказов i-ro элемента; ^ср; — среднее время на устранение отказа (на восстановление).

Коэффициент технического использования дает возможность оценить фактическую производительность Qф по сравнению с номи­нальным значением производительности Q (при абсолютной надеж­ности).

Долговечность станка — свойство станка сохранять работоспо­собность в течение некоторого времени с необходимыми перерывами для технического обслуживания и ремонта до наступления предель­ного состояния. Долговечность отдельных механизмов и деталей станка связана главным образом с изнашиванием подвижных соеди­нений, усталостью при действии переменных напряжений и старе­нием.

Ремонтопригодность — свойство, заключающееся в приспособ­ленности к предупреждению и обнаружению причин возникновения отказов, повреждений и поддержанию и восстановлению работоспособного состояния путем проведения технического обслуживания и ремонтов.

Технический ресурс — наработка от начала эксплуатации или ее возобновления после среднего и капитального ремонта до пере­хода в предельное состояние. Для определения долговечности отдель­ных элементов (деталей и механизмов станка) используют средний ресурс (математическое ожидание).

Современные станки и станочные системы (автоматические линии, участки и производства) являются сложной системой из большого числа разнородных элементов (механических, электрических и радио­электронных). Оценка надежности сложной системы должна осуще­ствляться на основе учета и анализа всех действующих факторов. Вероятность безотказной работы станка

где Рг (t) — надежность по внезапным отказам механических узлов; Р2 (t) — надежность радиоэлектронной аппаратуры; Р3 (t) — надеж­ность, обусловленная отказами по изнашиванию.

Технологическая надежность станков и станочных систем, как свойство сохранять во времени первоначальную точность оборудова­ния и соответствующее качество обработки, имеет важное значение в условиях длительной и интенсивной эксплуатации. В основе ана­литических методов оценки технологической надежности станков лежит разработка математической модели, отражающей характер изменения точности обработки или точности систем станка во времени.

Диагностирование является эффективным средством повышения надежности станков и станочных систем.

Прогнозирование надежности.

Оценка надежности станка на стадии проектирования базируется на разработке физико-вероятностных моделей надежности, которые описывают процесс формирования закона распределения отказов, и поэтому вероятностные характеристики станка могут быть спрогнозированы до наступления отказов. Основным этапом создания такой модели является рассмотрение физической природы изменения начальных параметров станка под влиянием различных процессов старения с учетом того, что в закономерностях, их описывающих, как аргументы, так и те ограничения, которые на них накладывают внешние и внутренние факторы, являются случайными величинами.

На рис. 9.5 приведена схема физико-вероятностной модели параметрической модели надежности станка. Закон надежности, например, в виде плотности вероятности наработки до отказа формируется в результате протекания случайного процесса изменения выходных параметров X станка во времени Т (деградация выходных параметров).

При этом данный процесс рассматривается не как статистическая закономерность, а как результат изменения динамического состояния станка под воздействием процессов старения. Первопричиной всех изменений, происходящих в станке, является энергия, действующая на него в процессе эксплуатации.

Процесс старения материалов, прежде всего износ, который описывается законом U{t) во взаимодействии с другими процессами различной скорости и интенсивности изменяет состояние станка. Деградация параметров станка рассматривается в общем виде, как процесс автоматического регулирования с обратными связями. Например, изнашивание механизмов не только снижает точность работы станка, а может влиять на рост динамических нагрузок, которые интенсифицируют этот процесс.

Данная общая модель параметрической надежности может реализоваться при различных законах старения и соответствующих закономерностях изменения выходных параметров во времени. Наиболее распространенным является случай, когда изменение параметра X, во времени t происходит по линейному закону.