4.7. Загальна схема втрати машиною працездатності

Працездатний стан (працездатність) — це стан об'єкта, який характеризується його здатністю виконувати усі потрібні функції. Якщо об'єкт нездатний виконувати хоча б одну із потрібних функцій, то цей об'єкт буде непрацездатним.

Оскільки будь-яка машина є ремонтопридатним і відновлюваним об'єктом, визначення тактики і стратегії відновлення його працездатності має велике і дуже важливе значення. В зв'язку з цим доцільно розглядати процес зміни працездатності не тільки машини в цілому, а і її агрегатів, вузлів і спряжень.

Розглянуті вище моделі відмов описують втрату машиною працездатності від впливу тих чи інших процесів, які протікають з деякою постійною швидкістю. Але, якщо розглядати машину або складний виріб, то процес утрати ними працездатності ускладнюється тим, що мають місце категорії процесів, які розрізнюються за швидкістю їх протікання. На машину в умовах її експлуатації . діють процеси, які протікають швидко і процеси, які протікають з і середньою швидкістю, і повільні процеси (див. тем. 1, п. 1.3).

Крім того, такий виріб або машина характеризуються кількома вихідними параметрами і її галузь працездатності в загальному і випадку описується в N-мірному фазовому просторі (див. тем. 5, п. 5.5). Розглянемо з цієї позиції загальну схему втрати машиною працездатності з двома границями (рис. 4.7).

В основі моделі, яка розглядається, лежить класифікація процесів погіршення параметрів за швидкістю їх протікання. Таких і параметрів може бути декілька, і кожний з них може мати будь-яке фізичне розуміння (потужність, продуктивність, ККД, витрата палива, зношення тощо). Для кожного параметра встановлюються допустимі (граничні) межі, відповідно Х_min і Х_max. Процес зміни параметра X за деякий час, тобто процес зміни стану ; машини в часі і є загальною моделлю поступової втрати машиною працездатності протягом її експлуатації.

Якщо параметр X знаходиться в межахХ_min і Х_max, тоді об'єкт вважається працездатним. А якщо хоча б один з параметрів виходить за межі допусків — об'єкт втрачає свою працездатність.

Припустимо, що у процесі експлуатації об'єкта значення параметра X поступово збільшується. Тоді зміна параметра буде проходити від начального параметраX₀=a₀доX_max. Ця зміна представляє процес зміни технічного стану об'єкта в часі. Нехай це буде кількість газів, які потрапляють в картер, і кількість їх збільшується, що обумовлюється технічним станом ЦПГ, або зменшується (наприклад, потужність двигуна).

У ряді випадків можлива наявність для даного параметра двох границь: верхньої Х_max та нижньої Х_min (рис. 4.7). Це має місце, коли вихідний параметр повинен знаходитися в певних межах, наприклад, допуск на розмір виробу, що оброблюється на верстаті, жорсткість пружини тощо. Причому в ряді! випадків закон зміни вихідних параметрів Х(t) може бути досить складним (рис. 4.7,а і б).

На рис. 4.7, в наведено випадок зі знакоперемінною (за швидкістю протікання процесу) зміною вихідного параметра. Як віднов середньому за межі допуску параметр виробу вийде лише через проміжок часуt = Т4. Однак в процесі роботи в початковий період експлуатації в період часу t (від T1 до Т2) виникає небезпека відмови для виробів, виконаних за верхньою межею допуску, потім безвідмовність їх зростатиме. Вироби, виконані за нижньою межею допуску, не матимуть такого періоду, але вихід їх за нижню межу допуску можливий з моменту часуt = Т3. Причому час Т2< Т3, а Т3<Т4, тобто чим менший допуск, тим вищий ресурс виробу, тим менша ймовірність появи відмов у цей період часу.

Знання законів зміни вихідних параметрів виробу в часі (їхнього математичного сподівання та дисперсії) є основою побудови моделі поступових відмов та керування ними.

Рис. 4.7. Моделі поступових відмов з двома границями: а — при несиметричному допуску; б — при симетричному допуску; в— зі знакоперемінною (за швидкістю процесу) зміною вихідного параметра

При виготовленні двигуна його вузли і механізми мають неоднакову геометричну точність, а деякі параметри (наприклад, кут випередження запалення, хід педалі зчеплення) мають неточності при регулюваннях. Все це призводить до розсіювання значень параметрів X. Частіше всього розсіювання значень параметрів Хіпідчиняється нормальному закону розподілення. Ці розсіювання параметрів відносно середньої величини можна оцінити за допомогою дисперсії.

Розглянемо два випадки (рис. 4.8), які відрізняються один від одного тривалістю праці машин.

Рис. 4.8. Схема втрати машиною працездатності при заданій тривалості неперервної роботи

В першому випадку приймемо, що час безперервної роботи знаходиться в межах з початку експлуатації або після ремонту до наступного поточного ремонту ( при Т₀<<Т_п.р.).

Нехай X — один з параметрів, який характеризує працездатність машини (наприклад, зношення будь-якої пари деталей, які труться). Тоді величинуХ_тах можна представити як величину граничного зазору між ними, тобто Х_mах–δ_mах (δ_mах– δ_гр). Номінальний зазор позначимо δ_ном.

В залежності від похибки при виробництві машини величина Х_махє випадковою і оцінюється деяким законом розподілу (частіше всього нормальним законом), а також його полем розсіювання А₁ від середнього значення δ_сер, що на рис. 4.8 позначений а₀(δ_сер= а₀).

Границі інтервалу А₁ залежать від дії (як приклад) двох факторівА_в іА_н. ДеА_в — розсіювання параметра за рахунок виробництва.А_н — інший (непередбачений) фактор розсіювання номінального параметра (δ_ном). Таким чином, сумарне поле розсіювання параметра має верхню( ) і нижню () межі розсіювання.

Як тільки машина почне працювати, зазор між парами тертя буде збільшуватися, причому з різною швидкістю (для різних машин). Верхня границя () показує зміну параметра в часі при несприятливих умовах (відсутності або забрудненої оливи, максимального режиму навантаження тощо), а нижня () — при експлуатації машини без порушення технічних умов експлуатації. В нашому випадку ми розглядаємо параметр х — збільшення зазору з однією границею його обмеження (Х_тах). Тому нас цікавить лише верхня границя зміни цього параметра в часі. Через деякий зазначений нами час (t = Т_гр) верхня границя зміни номінального параметра () не досягне значення Х_mах. Позначимо його Залишається (як показано на рис. 4.8 (див. рис.) деяка величина δ_зал, на яку параметр може бути змінений (погіршений) без виходу його за допустиму межу (Х_мах). Це значення залишкового зазору δ_зал враховує запас по «зношуванню» і окреслює межу зміни параметра (X = δ), яка не призводить до порушення працездатності машини. Тобто ми маємо запас надійностіК_н(за А.С.Проніковим):

(4.9)

При наявності запасу надійностіК_н> 1 або (що теж саме), резервуδ_зал надійність машини значно більша, тому щоімовірність виходу параметра X за межу δ_махменша регламентованого значення. Небезпеку викликають лише раптові відмови, якими не можна управляти (див. гл. 4, п. 4.6).

В другому випадку, де розглядається довготривалий термін експлуатації приt>T_пр починають проявлятися процеси зношування, що протікають повільно, котрі призводять до зменшення запасу надійності (К_н ) і збільшення імовірності виходу параметра X за границі допуску Х_мах =δ_мах. Граничний стан машини настане в термін, коли запас надійності буде витрачений (К_н = 1 або δ_зал = 0) (рис. 4.5, б). Час і до втрати машиною працездатності і буде ресурсом за даним параметром. Це буде гама-відсотковий ресурс (У_рγ). Йому відповідає регламентована ймовірність безвідмовної роботи. Починаючи з моменту часуt=Т_рγ, машині потрібен ремонт для повного або часткового відновлення працездатності.

Для машин в цілому згідно з існуючими нормативами гама-відсотковий резерв повинен забезпечуватися лише з імовірністю у = 80%. Тому, відносно часто приймають шестисигмову зону розсіювання параметра (6σ ). При нормальному законі розподілу ймовірність безвідмовної роботи складає 0,9986 (γ = 99,86%). Але це значення Р(і) нічим не обґрунтовано і може застосовуватися лише для параметрів, вихід яких за допустимі межі (Х_мах) пов'язаний з великими економічними втратами або небезпекою (наприклад, для гальм автомобілів)