ВСТУП

Зростання масштабів будівництва сприяє зростанню темпів будівельного та дорожнього машинобудування та створенню принципово нових конструкцій машин, особливо з гідравлічним приводом.

Для сучасних машин характерні такі спрямування розвитку, як підвищення потужності, навантажень, швидкостей, зниження маси, підвищення ефективності роботи (продуктивність, ККД), збільшення ступеню автоматизації та об'єднання машин у комплекти та системи зі спільним управлінням.

Збільшення парку машин веде до збільшення забруднення навколишнього середовища відпрацьованими газами. Зниження токсичності відпрацьованих газів забезпечується справністю системи живлення та запалювання, а також рівнем технології технічного обслуговування, засобів і методів діагностування цих систем.

Економія паливно-мастильних, енергетичних матеріалів та сировинних ресурсів у процесі експлуатації машин залежить від їх технічного стану, рівня організації матеріально-технічного забезпечення, нормування витрат і зберігання експлуатаційних матеріалів.

Тому, як тільки машина введена до експлуатації, виникає низка питань: як забезпечити її працездатність, як спланувати і організувати ТО та ремонт, які форми найбільш доцільні для даного типу машин та конкретних умов експлуатації, що, коли, як і навіщо необхідно перевіряти і відрегулювати.Для завчасної розробки заходів для попередження та усунення відмов при експлуатації з найменшими витратами дуже важливо уміти прогнозувати вірогідність їх появи, а для цього необхідно вивчити джерела та причини шкідливих впливів на машину, дослідити фізичну сутність процесів, які знижують працездатність машини та реакцію на різноманітні впливи, і на основі цього навчитись керувати всім різноманіттям цих факторів.

Знання цих закономірностей обумовлює розробку та застосування науково обгрунтованих методів підтримання машин у технічно справному стані і дає можливість керувати їх працездатністю. Ці методи базуються на використанні математичної статистики та теорії імовірностей.Усім цим і займається наука, яка отримала назву «Експлуатаціямашин».Експлуатація машин, як наука та інженерна дисципліна, утворена порівняно недавно на базі фундаментальних наук та інженерних дисциплін і розвивається як наука керування експлуатаційними властивостями машини, в тому числі властивостями надійності. Теорія експлуатації спрямована на створення та удосконалення системи забезпечення працездатності машин та обладнання на основі максимальної та повної реалізації властивостей надійності, які були закладені при конструюванні машин з урахуванням конкретних умов їх експлуатації та сучасних засобів та методів діагностування при мінімальних затратах.

Під експлуатацією машин прийнято розуміти комплексну систему інженерно-технічних та організаційних заходів, які забезпечують найбільшу ефективне використання можливостей машин, високу їх експлуатаційну надійність, а також мінімальні простої при технічному обслуговувані (ТО) і ремонті з мінімальними затратами.

Теоретичні закономірності підтверджуються прикладами з експлуатації конкретних машин та їх вузлів. Причому, в окремих випадках приклади можуть бути наведені для машин ранніх типів, якщо свого часу на них були проведені відповідні ґрунтовні дослідження.

Мета дисципліни «Експлуатація машин» полягає в тому, щоб дати студенту необхідні теоретичні знання і уміння в галузі експлуатації і навчити його керувати використанням та технічним станом, на підставі сучасних засобів та методів технічної діагностики, керуючись принципом мінімізації експлуатаційних затрат.

Основною метою інженера-механіка, який займається експлуатацією машин, є підтримка машин в технічно справному стані, що набуло назву технічної експлуатації. З точки зору надійності, технічна експлуатація — це забезпечення надійності машин та обладнання в умовах експлуатації.

Звідси виникає друга мета — навчити майбутнього інженера-механіка пов'язувати розробки теорії надійності з практичними задачами, які виникають в ході експлуатації машин. Ця мета являє собою вміння розкрити закономірності змінювання технічного стану машин та втрати ними працездатності в процесі експлуатації, вивчення методів та засобів, спрямованих на підтримку машин їх у технічно справному стані.

Фундаментом даного курсу є вивчення характеру та закономірностей зношування спряжених пар в часі і руйнування основних деталей машин та обладнання, а також теоретичних передумов з управління надійністю машин в процесі експлуатації.

Експлуатація (фр. екcрtутаtiоп — здобуття вигоди) — поділяється на два самостійних розділи: використання технічно справних машин і технічна експлуатація.

Технічна експлуатація — це комплекс заходів, що включає технічне обслуговування, ремонт, транспортування та збереження машин.

З точки зору сучасної теорії управління, технічна експлуатація, як і будь який інший процес управління, має зворотній зв'язок у вигляді надходження інформації про експлуатаційну надійність машин, що неможливо без сучасних засобів та методів технічної діагностики. Вивчення зв'язку технології та організації діагностування машин в існуючій системі технічного обслуговування та ремонту (далі системи ППР) є третьою метою курсу.

Усі питання управління слід розглядати як систему «людина—машина—середовище—людина». На сучасному етапі розвитку цієї системи останньою ланкою є людина (машиніст, оператор, механік), яка приймає рішення.

Тому четверта мета курсу — навчити студента розглядати усі необхідні фактори у взаємозв'язку та вміти відповідати на питання, як, коли, а головне, чому необхідно робити так, а не інакше. Іншими словами, мета курсу — допомагати майбутньому інженеру-механіку приймати обдумані та економічно доцільні рішення з дотриманням вимоги найменшого забруднення навколишнього середовища.

В пропонованому конспекті лекцій зроблена спроба викласти увесь цей конспект питань у систематичному вигляді.

Деякі розділи в даному конспектіподані вперше. Всі розділи, пов’язаніміж собою і спрямовані на висвітлення поставлених завдань і досягнення мети забезпечення експлуатаційної надійності з найменшими витратами.

Куре «Експлуатація машин» є спеціальною науковою дисципліною, яка базується на основних положеннях фундаментальних та профільних дисциплін і завершує формування майбутнього фахівця - інженера-механіка широкого профілю.

Розділ 1

ФІЗИЧНІ ОСНОВИ НАДІЙНОСТІ.ФІЗИКА ВІДМОВ

1.ПРИЧИНИ ТА ХАРАКТЕР ВТРАТИ МАШИНОЮ ПРАЦЕЗДАТНОСТІ

1.1. Поняття про експлуатаційну надійність. Постановка завдання

Кожна машина, виконуючи певні функції, знаходиться у взаємодії з середовищем та людиною, яка керує цією машиною. При цьому виникають всілякі наслідки, спричинені зв'язком явищ в природі. Накопичення різних впливів на машину призводить до еволюції її якісних показників і у відповідності з законами діалектики, до можливості переходу в інший якісний стан. Тому зміни, які відбуваються в машині при її експлуатації, є закономірним проявом важливої невід'ємної властивості всіх матеріальних об'єктів руху, яка полягає в тому, що нічого незмінного в природі не існує. Ми можемо уповільнити небажані для нас зміни, зробити так, щоб відхилення якісних показників машини знаходились протягом необхідного часу в допустимих межах, але виключити їх повністю немає як.

Машину неможливо ізолювати від впливу навколишнього середовища, процесів, які відбуваються в ній при виконанні робочих функцій, від впливу залишкових напружень, що є наслідком технологічних процесів при виготовленні машин.

В філософському розумінні, якість — це невід'ємна від об'єкта сукупність ознак, що виражає його специфіку та відмінність від інших об'єктів та явищ. Оскільки кожна машина використовується за призначенням протягом певного, як правило, тривалого часу, то під впливом різних факторів можуть змінюватись властивості, що визначають її якість. Отже надійність, яка вивчає зміну показників якості в часі, є в певній мірі динамікою якості, її розгорткою в часі. При цьому кількісне накопичення незворотних процесів у машині призводить до якісних змін, тобто явища, які мають місце у машині, відповідають закону переходу кількості в якість. Показники надійності теж змінюються в часі. Отже, під експлуатаційною надійністю потрібно розуміти надійність, яка реалізується в процесі експлуатації.

Зі зміною якісних показників машини в часі, для підтримки її працездатності перш за все необхідно враховувати причини та джерела шкідливих впливів на машину, дослідивши фізичну суть процесів, які знижують її працездатність. На основі цього слід створити такі системи, які б могли протягом необхідного періоду виконувати задані функції у встановлених межах.

Вміння управляти технічним станом машин та, як наслідок цього, працездатністю їх в період використовування за призначенням і є основним завданням технічної експлуатації.

1.2.Джерела та причини змін первинних параметрів

Допуски та посадки. Розглянемо коротко поняття з точки зору втрати машиною працездатності.

При найдосконалішій конструкції та найкращому обслуговуванні, фізичне зношування машини неминуче незалежно від того, експлуатується вона чи ні, і тому його можна розглядати як функцію від часу φ(t). При цьому будь-який технічний виріб можна уявити як деяку впорядковану структуру пов'язаних та взаємодіючих між собою елементів.

Для того, щоб виріб відповідав своєму цільовому призначенню, необхідно, щоб його розміри витримувались, насамперед, між двома допустимими граничними розмірами, різниця між якими створює допуск. Для зручності на кресленнях вказують номінальний розмір деталей, а кожний з двох граничних розмірів визначають за його відхиленням від номінальної величини. Допуск є мірою точності виготовлення — чим менший допуск, тим вища точність, і навпаки.

В кожному механізмі є два типи з'єднання деталей; нерухомі та рухомі. В новій машині характер кожного з'єднання задається у вигляді певної посадки.

При масовому виробництві машин, з метою забезпечення взаємозамінності окремих деталей, необхідний обгрунтований вибір допусків та посадок сполучених деталей.

В рухомих з'єднаннях посадка визначає свободу відносного переміщення деталей, а в нерухомих — міцність їх взаємного сполучення. Рухомі посадки характеризуються величиною зазору, а нерухомі — натягом. Тому причину порушення працездатності деталей та механізмів машини, як правило, необхідно шукати в порушенні посадок окремих з'єднань, яке спричиняється перевищенням гранично допустимих зазорів у рухомих сполученнях та порушенням міцності з'єднання деталей в нерухомих сполученнях. Отже, головна причина зміни первісної посадки (збільшення зазору у рухомих з'єднаннях) — це спрацювання сполучених деталей.

Сучасний рівень експлуатації машин характеризуєтьсявеликими швидкостями руху деталей у зчленуваннях, які труться (100...200 м/с), високим контактним тиском (більш ніж 20 МПа). В таких умовах працездатність їх залежить від багатьох факторів і в тому числі від зносостійкості та втомлюваної міцності матеріалу деталей. Причому, зносостійкість матеріалу залежить не лише від властивостей вибраного матеріалу, а й від технології виготовлення деталей, їх притирання в перший період експлуатації та багатьох інших факторів, які розглядаються далі.

Зв'язок та взаємодія між елементами, а також елементами та середовищем обумовлюється як зовнішніми причинами, так і внутрішнім станом матеріалу, з якого зроблені ці елементи (деталі).

До зовнішніх причин слід віднести, перш за все, всі види енергії, які діють на машину, а до внутрішніх — параметри поверхневого шару.

Види енергій, які впливають на працездатність машини: механічна, теплова, електромагнітна, хімічна та ін., які діють на окремі складальні одиниці та деталі, у вигляді статичних та динамічних навантажень і, взаємодіючи з середовищем, передаються на всі ланки машини в цілому. Сили, які виникають в машині, визначаються характером робочого процесу, інерцією мас, які переміщуються, а також тертям в кінематичних парах. Ці сили є випадковими функціями часу, оскільки природа виникнення шкідливих впливів, як правило, пов'язана зі складними фізичними явищами, не завжди вивченими, а тому і зміна технічного стану машини і, як наслідок, її працездатності, має також випадковий характер.

Механічна енергія в машині може виникнути і в результаті перерозподілу внутрішніх залишкових напружень, які є наслідком тих затрат енергії, які мали місце при виготовленні окремих деталей і які збереглися в них в потенційній формі.

Теплова енергія діє на машину та її частини при взаємодії власної теплової енергії (за рахунок роботи двигуна, тертя в з'єднаннях) з енергією навколишнього середовища і пов'язана, переважно, зі зміною властивостей палива, олив, мастил, робочих рідин та режимом роботи (навантажень). Про що йтиме мова нижче.

Електромагнітна енергія у вигляді радіохвиль (електромагнітних коливань) пронизує весь простір навколо машини і може чинити шкідїіивий вплив на роботу електронної апаратури.

Хімічна енергія, також впливає на роботу машини, внаслідок взаємодії машини з середовищем та шкідливими компонентами палива, олив, мастил та робочих рідин.

Різні види енергії, які діють на машину, спричиняють в її з'єднаннях та деталях процеси, які змінюють первісні параметри машини, що в свою чергу може призвести до відмови.Ці взаємодії схематично можна зобразити таким чином:

Рис.1 Взаємодія машини із середовищем