Общие сведения о работоспособности и надежности машин

Понятия надежности

Развитие научно-технического прогресса ведет к созданию сложных современных машин и оборудования, с постоянным повышением требований к их качеству, а так же ужесточению режимов работы (увеличению скоростей, рабочих температур, нагрузок). Обеспечение работоспособности и надежности таких машин при эксплуатации требует более квалифицированного инженерного подхода. Все это явилось основанием для развития теории надежности, триботехники и технической диагностики.

Эффективность использования и качество функционирования машин определяются уровнем их работоспособности и надежности. Общая продолжительность простоев машин и оборудования вследствие технического обслуживания и ремонта составляет значительную долю годового фонда рабочего времени. Потери, связанные с обеспечением работоспособности машин, за период эксплуатации в несколько раз превышают их начальную стоимость. Обеспечение надежности машин является сложной проблемой, для решения которой необходимо проведение комплекса конструкторских, технологических и организационных мероприятий на всех стадиях существования машин.

Недостаточная надежность машин снижает их производительность из-за простоев в ремонте, увеличивает материальные и трудовые затраты на их содержание, а также капитальные вложения в фонды ремонтного производства и в промышленность, занятую выпуском запасных частей.

Надежность – это свойство объекта (изделия) сохранять во времени в установленных пределах все параметры, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных условиях эксплуатации.

В теории надежности рассматриваются следующие объекты:

• изделие – единица продукции, выпускаемая предприятием (подшипник, станок автомобиль);

• элемент – простейшая при данном рассмотрении составная часть изделия (может состоять из многих деталей);

• система – совокупность совместно действующих элементов, предназначенных для самостоятельного выполнения заданных функций.

По возможности ремонта изделия делят на:

• невосстанавливаемые (неремонтируемые), которые не могут быть восстановлены потребителями и подлежат замене (например: подшипники качения, электрические лампы и т.д.);

• восстанавливаемые (ремонтируемые), которые могут быть восстановлены потребителями (например: автомобиль, станок и т.д.).

Надежность характеризуется показателями, такими как, безотказность, долговечностью, ремонтопригодность и сохраняемость, которые проявляются в эксплуатации и позволяют судить о том, насколько изделие оправдывает надежды его изготовителей и потребителей.

Безотказность – свойство изделия сохранять работоспособность в течение заданной наработки без вынужденных перерывов. Это свойство особенно важно для машин, отказ в работе которых связан с опасностью для жизни людей, с перерывом в работе большого комплекса машин или с остановкой автоматизированного производства.

Долговечность – свойство изделия сохранять работоспособность до предельного состояния с необходимыми перерывами для технического обслуживания и ремонтов. Предельное состояние изделия характеризуется невозможностью его дальнейшей эксплуатации, снижением эффективности или безопасности.

Ремонтопригодность – свойство изделия, заключающееся в его приспособленности к предупреждению, обнаружению и устранению отказов и неисправностей путем технического обслуживания и ремонтов. Под устранением отказа подразумевается восстановление работоспособности объекта путем ремонта (для ремонтируемых элементов) или замены (для неремонтируемых элементов) отказавшего элемента.

Сохраняемость – свойство изделия сохранять обусловленные эксплуатационные показатели в течение и после срока хранения и транспортирования установленного в технической документации. Это свойство важно для машин сезонного использования или сменного рабочего оборудования (снегоочистителей, грейферного оборудования).

Состояния технических систем

Состояние любой технической системы (машины, сборочной единицы, сопряжения) характеризуется совокупностью её внутренних свойств в определенный момент.

Различают следующие основные состояния технической системы (изделия): работоспособное, неработоспособное, исправное, неисправное и предельное.

Работоспособность – это состояние изделия, при котором оно способно выполнять заданные функции в соответствии со своим назначением и параметрами, установленными в технической документации. Работоспособность не касается требований непосредственно не влияющих на эксплуатационные показатели (например, повреждение окраски). Из работоспособного состояния в неработоспособное устройство переходит вследствие отказа.

Неработоспособным является состояние изделия, при котором значение хотя бы одного параметра, характеризующего способность системы выполнять заданные функции, не соответствует требованиям технической документации.

Предельным называют состояние изделия, при котором его дальнейшее применение по назначению недопустимо или нецелесообразно либо восстановление его исправного или работоспособного состояния невозможно или нецелесообразно. Предельное состояние изделия может устанавливаться по изменениям параметров, по условиям безопасности, по экономическим и т.д.

При оценке технического состояния машин и их конструктивных элементов часто применяют понятие предотказного состояния системы, при котором её дальнейшая эксплуатация в течение межремонтного периода может привести к возникновению отказа.

Исправность – это состояние изделия, при котором оно соответствует всем требованиям не только основным, но и вспомогательным требованиям технической документацией. Исправным считается такое изделие, у которого все параметры, определяющие работоспособность и характеризующие его состояние и внешний вид, находятся в заданных пределах, и, кроме того, оно не имеет отказов резервных узлов и элементов. Из исправного состояния изделие вследствие отказа или повреждения может перейти в неисправное.

Неисправность – это состояние изделия, при котором хотя бы один из его основных или дополнительных параметров не соответствует требованиям, обусловленным технической документации. Исправное изделие обязательно работоспособно. Различают неисправности, приводящие и не приводящие к отказам.

Классификация отказов

Отказ – событие, заключающееся в полной или частичной утрате работоспособности.

Отказы делят на отказы функционирования, при которых выполнение своих функций рассматриваемым элементом или объектом прекращается (поломка зубьев шестерни), и отказы параметрические, при которых некоторые параметры объекта изменяются в недопустимых пределах (потеря точности станка).

Причины отказов делятся на случайные и систематические.

Случайные причины – это непредусмотренные перегрузки, дефекты материала и погрешности изготовления, не обнаруженные контролем, ошибки обслуживающего персонала или сбои системы управления (примеры: твердые включения в обрабатываемую среду, крупные неровности дороги, наезды на препятствия, недопустимые отклонения размеров заготовок, раковины, закалочные трещины). Случайные факторы преимущественно вызывают отказы при действиях в неблагоприятных сочетаниях.

Систематические причины – это закономерные явления, вызывающие постепенное накопление повреждений (влияние среды, времени, температуры, коррозия, старение, нагрузки и работа трения – усталость, ползучесть, износ, функциональные воздействия – засорения, залипания, утечки).

В соответствии с этими причинами и характером развития и проявления отказы делят на внезапные (поломки от перегрузок, заедания), постепенные по развитию и внезапные по проявлению (усталостные разрушения, перегорание ламп, короткие замыкания из-за старения изоляции) и постепенные (износ, старение, коррозия, залипание).

Внезапные отказы вследствие своей неожиданности более опасны, чем постепенные. Постепенные отказы представляют собой выходы параметров за границы допуска в процессе эксплуатации или хранения.

По причинам возникновения отказы делят на:

• конструкционные – вызванные недостатками конструкции;

• технологические – вызванные несовершенством или нарушением технологии;

• эксплуатационные – вызванные неправильной эксплуатацией.

Отказы в соответствии со своей физической природой бывают, связаны с разрушением деталей или их поверхностей (поломки, выкрашивание, износ, коррозия, старение) или не связаны с разрушением (засорение каналов подачи топлива, смазки или подачи рабочей жидкости в гидроприводах, ослабление соединений). В соответствии с этим отказы устраняют:

• заменой деталей;

• регулированием или очисткой.

По своим последствиям отказы могут быть:

• легкими – легкоустранимыми;

• средними – не вызывающими разрушений других узлов;

• тяжелыми – вызывающими тяжелые вторичные разрушения, а иногда и человеческие жертвы.

По возможности дальнейшего использования изделия отказы разделяют на:

• полные, исключающие возможность работы изделия до их устранения;

• частичные, при которых изделие может частично использоваться, например, с неполной мощностью или на пониженной скорости.

По сложности устранения различают отказы: устранимые в порядке технического обслуживания и в порядке капитального ремонта.

По месту устранения различают отказы: устранимые в эксплуатационных условиях; устранимые в стационарных условиях, что особенно существенно для транспортных машин, в частности для автомобилей.

По времени возникновения отказы делят на:

• приработочные – возникающие в первый период эксплуатации, связанные с отсутствием приработки и с попаданием на сборку дефектных элементов, не отбракованных контролем;

• при нормальной эксплуатации – за период до проявления износных отказов,

• износовые – возникающие в заключительный период эксплуатации, связаны со старением деталей,