Если на заданном интервале эксплуатации определены ср_ед, нее значение наработки на отказ и среднее время восстановле-ния изделия после отказа, то

где Т_а — средняя наработка изделия на отказ, т. е. показатель безотказности-Т_в — среднее время восстановления или время вынужденных простоев изделия из-за отказов — показатель ремонтопригодности.

Наработка на отквз Т_о определяется как отношение суммар-ного времени работы изделия за период наблюдения 1_е к суммар-ному количеству отказов изделия т за этот период, т.е. Т_о=Г_с/т. Показатель ремонтопригодности Т определяется суммой сред-них величин времени, затрачиваемого на отыскание отказа (_о и необходимого для устранения отказа (_у, т.е. Т=1_й+г_у.

Коэффициеят технического нспользования — отношение ма-тематического ожидания наработки изделия за некоторый пе-риод эксплуатации к сумме математических ожиданий наработ-ки, првдолжительности технических обслуживаний, плановых ремонтвв и неплановых восстаневлений за тот же период эк-сплуатации. Коэффициент технического использования рассчи-тывают пе формуле:

где Т_о — средняя наработка на отказ;

т_та — првдолжительность технических обслуживаний;

'т, — продолжительность плановых ремонтов;

т, — продолжительность неплановых восстановлений.

Иначе коэффициент технического использования изделия Х_гм определяют так:

где 1_д — действительный фонд времени работы изделия, равный номи- нальному фонду за вычетом простоев, связанных с проведениеМ планового технического обслуживания и ремонта; 1_я — номинадьный фонд времени, в течение которого изделие может использоваться по назначению. ^!

164

к

Ьэффициент оперативной готовности — это вероятность того, рделие окажется работоспособным в произвольный мо-Ьемени (кроме планируемых периодов, в течение которых

•шение изделия по назначению не предусматривается), и,

•ая с этого момента, изделие будет работать безотказно в ше заданного интервала времени. Численное значение ко-шиента оперативной готовности определяют из выражения:

ш

И1"

(ь,/,) — вероятность безотказной работы изделия в интервале (/₀* ^);

Р- — момент времени, с которого возникает необходимость при-

Е¹ менения изделия по назначению;

Ё — момент времени, когда применение изделия по назначению

|Г прекращается.

Кэффициент К_огъ формуле (6.36) определяют ддя периода Цния работы, непосредственно предшествующего моменту 1да возникает необходимость в применении изделия.

Экономические показатели надежности

рмплексные показатели надежности К_г, К_тин К_агяъляют-ршческими параметрами и не отражают финансовых (сто-|ных) затрат на достижение требуемого уровня надежнос-шелия. Поэтому, в качестве критерия финансовых затрат пстнжешш заданного уровня надежности изделия, яспользу-вразмерный комплекспый показатель К, определяемый по »ле:

Шм'

9 — затраты на все виды ремонтов и техническос обслуживание; I — стоимость иаделия, отнссенная на произведенную за весь срок | службы продукцию (работу); В — эксплуатационные расходы (без ремонтов).

|вжду коэффициентом готовности К_г и комплексным эко-Йеским показателем надежности К существует функцио-шя связь. При повышении надежности увеличивается ко-ииент К_г, сокращаются расходы на ремонты и, следова-Ь, уменьшается показатель К.

\ 165

Экономический показатель надежности — обобщенная харак, теристика надежности, измеряемая отношением затрат потре, бителя при эксплуатации, обусловленных факторами надежностц к стоимости машины (изделия), т.е.

Здесь З_н — суммарные затраты в эксплуатации, обусловленные факторамц

ненадежности, руб.; Ц — рыночная цена изделия, руб.; Э_б — экономическая характеристика безотказности; Э_а — экономическая характеристкка долговечности.

Смысл экономического показателя надежности прост: этот показатель характеризует одну из потребительских сторон качества изделия, и в частности аоказьшает, во сколько раз затраты покупа-теля из-за ненадежности превышают рыночную стоимость изделия или какую часть стоимости изделия составляют затраты при эксплуатации, обусловленные ненадежностыо изделия.

Экономическая характеристика безотказности — составная часть экономического показателя надежности, измеряемая отношением затрат на восстановление изделия после отказов к стоимости изделия (маишны).

Экономическая характеристика долговечности — составная часть экономического показателя надежности, оцениваемая отно-шением затрат на элементы, заменяемые в течение срока службы, а также расходов на плановое техническое обслуживание и ре-монты к стоимости машины.

Ремонтопригодность. Экономическая характеристика ремонто-пригодности зависит от сложности изделия и его конструктив-ного исполнения. Чем сдожнее изделие, тем большее значение имеет экономическая характеристика ремонтопригодности. Чем легче и доступнее для ремонта отдельные узлы и детали изделия, тем меньше значение экономической характеристики ремонто-пригодности. На практике это достигается блочностью конструк-тивного исполнения изделия й другими приемами.

Сохраняемость не очень затратна. Поэтому ее экономические характеристики обычно не опрбделяют, хотя это вполне воз-можно делать подобно тому, как это описано выше.

166

7. Показатели экономного расходования ресурсов при работе изделия

I

•шказатели экономного использования (расходования) ре-юв, т.е. сырья, материалов, топлива, энергии и т.д., характе-ярт те свойства изделия, которые отражают его техническое Вщенство, но только по количеству потребляемых в про-Р'работы всевозможных ресурсов. В Группе показателей эко-рэго использования (ПЭИ) есть две подгруппы: первая —

•ватели экономичности энергопотребления и вторая — по-рвли экономичности потребления изделием материальных Щовых ресурсов.

К первой группе показателей относят, например, коэффи-вс полезного действия, удельный расход энергии (энерго-р*ля — топлива), расход топлива при заданном (регламен-ранном) режиме эксплуатации изделия. В качестве пока-К»й экономичности по энергии, как правило, выбирают рные показатели, т.е. отношение затрачиваемой энергии и В топлива к объему произведенной полезной работы или к

•вному эффекту, выраженному в единицах произведенного Цкта..

№^:>

р показателям второй труппы относятся, например, удель-Црасход сырья, удельный расход материалов, потери сырья Ьегламентированных условиях эксплуатации изделия, по-шатериалов при регламентированных условиях эксплуата-

|И Т.П.

^1б7

7.1. Коэффициент полезного действия (кпд)

Известно, что коэффициент полезного действия характерц. зует сЬвершенство машЙнной техники в части экономного рас. хбДования энергйи при вьгаолненйи полёзной работы — А_п.

При раШте любь!х технических изделий есть непроизводи. тельные потери Энергии. Абсолютная величина потерь равнг работе сил вредных сопротивлений: трения внутри сложногс изделйя, сопротивления окружающей среды, потерь энергии I гидравлических и пневматичесикх системах и т.д.

Коэффицйент Потерь ф характеризует относительную вели-чину бесполезных потерь энергаи (работы) в иэделии. Для уста-новившегося дбижения в определенный промежуток временк работы издёлия имеем:

где А_в и Н_в — теряемые работа или мощность от действия вредных сш

сопротивления; А_д и К_д — подводимая энергил, работа или мощность движущих сил

Коэффициент полезного действия г\ есть относительная ве-личина (доля) подводймой энергии, которая используется в из-делии по его прямому назначению, т.е.

Л=1-ф.

Иначе говоря, КПД есть относительная характеристика эф-фективностй иепользования энергии или удельной работы (мощ-ности) движущих изделие сил (А_д) для непосредственного функ-ционального действия — полезной работы (А_п), т.е.

Итак, коэффициентом полезного действия, например, ма-шины, принято называть отношение работы сил полезного со-противления к работе движущих сил.

Из равенства (7.1) непосредственно видно, что:

1. Для идеальной машины, т.е. при А_в=0, Т1=1;

2. Для реальной машины, когда А_в>0, т)<1.

168

Ьввидно, что крэффициент иолерного д&^етгвия иди коэф* Ешгг полезной работы г\, оставаясь всегда правильной дробью, юиже к единице, чем совершецнее данная машина. рэффшщент цолезного действия слодшого машинного агрегата, рпдего из последовательно соединенных мащин, отдельных пзмов и устройств, равен произведению коэффициентов по-Цго действия его частей. В этом необходимо убедиться хотя рэретически. Если сложная (составная) мащина или машин-нкрмплекс и т.п. состоит из п частей, работающих так, что рия, подводимая к одной части, последовательно передается мм, то завершающую работу осущ^ствляет последняя часть «? сложного агрегата.

Н^сть КПД отделъных частей сложной машины есть Т1,, л,, т),, в^ то обозначив через А^, А^, А_у ..., А_п, работы, передава-Ц этими частями машины, получим:

рйккак^.-Хд.тоть,.^.

I. р[еремножая левые и правые части этих равенств, получаем:

'<— полный (или общий) КПД сложной машины.

к, полный (общий) КПД машины с последовательным соеди-

ием ее частей равен произведению КПД отдельных ее частей и

па меньше единицы.

Жоэффициент полезного действия простых машин, как пра-

р>_? больше КПД сложных. Это обусловлено тем, что простота

шйства уменьшает силы вредных сопротивлений.

№ машин, выполняющих механическую работу, КПД увели-

рется с увеличением размеров и действующих сил. Это объяс-

Цся тем, что линейные размеры частей машины возрастатот,

юще говоря, пропорционально не Ру, а ^Р^ (или даже ^Рд),

Ш_д — действующее на деталь усилие. Следовательно, размеры рины возрастают медленнее увеличения ее мощности. Работа рил трения (А_в), предопределяющая величину механического

1 ' . ¹⁶9

КДЦ, возрастает прбпорционально пути, т.е. пропорционально первым степеням линейных размеров частей машины, и тоже уве, личивается меньше, чем усйлия. Работа вредных сил А_в трения относиТельно меньше в больших машинах, чем в малых. Другие потери — в зазорах, на охлаждение и т.п., тоже, как правило меньше в больших машинах.

Итак, КПД машины с последовательно соединенными час-тями, тем больше, чем машина проще в исполнении и более нагружена полезным сопротивлением, т.е. чем она мощнее.

или

С другой стороны, прлный (общий) КПД нескольких парал-лельно соединенных передач, механизмов ,или машин, состав-ляющих сложную машину, таков:

где т|,, т|_2>..., т|_л — КПД отдельных уэлов, частей сложной шшины;

Ад , Ад , •-, Ад — работы движущих сил каждой из параллельно

^{1 2} " работающих частей машины; "п , ап , ..., ап — работы полезных сопротивлений соответству- ющих частей машины.

Полный (илй общий ) КПД машины со смешанным соеди-нением ее частей определяется путем совместного использова-ния формул (7.2) и (7.3), относящихся к последовательному и параллельному соединению частей машины.

Известно, что механическая работа исчисляется произведе-нием силы на путь. Поэтому одна и та же работа может быть осуществлена различными способами. При определении значе-ний произведения силы на путь каждому из этих двух сомно-жителей можно придать любое значение при соответствующем подборе численного значения другбго сомножителя. Следова-тельно, процесс преобразования работы А_д в работу А^, характе-ризуемый в общем виде энергетическим коэффициентом по-лезного действия г\, не показывает основного принципа этого

170

Е'^:

•разования работы (или энергии). Известно, что преобра-

рце А_д в работу А_п у большинства машин механического ивия состоит из двух одновременных процессов: из преоб-рания силы Р_д в полезную силу Р_п, развиваемую машиной

•цсполнительном органе (механизме), и из преобразования Цещения 5¹, воспринимаемого доашиной от действия движу-Шашину силы Р_д, в перемещение / от действия развиваемой щной полезной силы Р^.

•рказателем процесса преобразования силы служит отношение

•ргвующей силы Р_д к силе полезного сопротивления Р_п, т. е.

ИМпюшение Л, характеризующее силовой динамический эф-{нработы машины, называют коэффициентом преобразования

шевидно, что рд<р!р то Л<1. В таком случае машина срав-рьно небольшой движущей силы Р_д преодолевает значитель-иЬилу полезного сопротивления Р^. Если К>\, а это значит, г^>л^>Р_1Г то машина увеличивает путь (расстояние) движения иьшолнении машиной полезной работы. ррактер процесса преобразования перемещений оценива-иношением линейных перемещенйй ^¹ движущего машину юнта к перемещению исполнительного (рабочего) органа ма-Ш I, т.е.

НГоэффициент т характеризует кинематический эффект рабо-

•цшой машины и называется коэффициентом преобразования

•едачи) перемещений, или передаточным числом перемещений рВнх элементов машины.

Щ<ргко убедиться, что при 5<1ят<1,а при 5>1 коэффициент К''В первом случае перемещение (или скорость, так как ско-ш> есть перемещение в единицу времени) той части машины,

•рторую действует движущая сила, меньше перемещения (или Цости) той ее части, на которой проявляется развиваемая Вйной сила. В данном случае машина является увеличителем рмещений (или скорости).

I ' ' ¹⁷¹

Все три описанные выше коэффициента г|, 1с и т комплекс-но характеризуют процесс работы машины путем преобразова-ния энергии, сил и движений. Они связаны между собой прос-тыми соотношениями.

Так как А_П=Р_П*.1, а А_д—Г.х5, то

^рп 1 1 1 1 или, имея в виду, что ~]г~ = ^и^г = -^, тог) = -^

или т1х/йхА:=1. (7.6)

Равенство (7.6) служит для проверки правильности экспери-ментально определяемых коэффициентов, характеризующих уровень полезности исследуемой машины.

Принцип действия машины существенно влияет на величи-ну КПД. Например, коэффициент полезного действия выше у электродвигателей по сравнению с тегшовыми двигателями внут-реннего сгорания и т.п.

Схема механизма оказывает значительное влияние на КПД. Она должна обеспечивать:

а) малое число взаимодействующих деталей — источников потерь на трение;

б) полное отключение частей машины, не участвующих в передаче мощности при работе машины;

в) отсутствие значительных циркулирующих мощностей, ког-да скорости и усилия в деталях соответствуют большей мощности, чем передается механизмом;

г) рациональный закон изменения передаваемой мощности по циклу механизма с неравновесным установившимся движением.

Но эти требования не всегда могут быть выполнены.

Конструктивное выполнение механизма также влияет на КПД. Для повышения КПД требуется:

а) не применять сильно увеличенные против расчетных раз-меры детали;

б) не применять без необходимости механизмы с большим числом пассивных связей;

в) использовать вместо пар скользящего трения подшипни-ки качения, а также поступательные и винтовые пары с трением качения;

172

Кобеспечить надежное выключение фрикционных муфт; Вщрименять (особенно для быстроходных передач) систему ш': принудительной смазки. Е|чество изготовления механизмов сильно влияет на их КПД.

•кение потерь в механизмах обеспечивается:

• повышерием чистоты поверхностей трущихся деталей; Б точностью взаимного расположения сопрягаемых повер-Ж хностей в деталях механизмов;

• повышением плоскопараллельности и соосности деталей.

•бкатка новой машины на холостом ходу и на регламенти-шно пониженном режиме работы в начальный период эк-

•ггации способствует сохранению достигнутого значения Ж в течение более длительного времени. Эта мера заметно шчивает и срок службы машины.

I' - • Показатели удельного потребления энергаи

[Жри определении технического уровня промышленных изде-(юлашин, аппаратов, оборудования и т.п.) находят численные Шния потребляемой энергии или энергоносителя, приходя-|ря на единицу полезного эффекта, в натуральных единицах

•врений. Следовательно, показатели удельного потребления

•итетических ресурсов при работе изделия есть относитель-

•гвеличины, получаемые при делении абсолютных значений ИГозатрат на величину главного параметра или полезного эф-ВЮ от эксплуатации дацного изделия. «>1бор главного параметра при оценке качества принципиаль-

•ржен. Заглавный параметр могут приниматься единичная

•номинальная мощность, производительность, надежность и ийе характеристики.

шУделъная энергоемкостъ работы или удельное энергопотреб-не машинотехнического изделия может определяться так:

Р^ — номинальная мощность двигателя;

Р — расход энергии(удельный) на единицу мощности двигателя

1, (для электродвигателей принимается 6=1);

|^_л — коэффициент использования двигателей;

Ж, — коэффициент пересчета единиц времени;

ЕЙэ — эксплуатационная производительность изделия или другой по-

1 лезный эффект.

|. ' . 173

Вместо главного параметра иногда используют величину по~ лезного эффекта (если ее можно определить). Например, дд_я фузового автомобиля полезным эффектом является его пробег в тоннокилометрах за срок службы до капитального ремонта. Для строительных и дорожных машин таким эффектом являет-ся объем выполненной работы, определяемый как произведе-ние часовой производительности на средний ресурс работы д₀ первого капитального ремонта. Для электрических машин — это количество выработанной или потребленной электрической энер-гии за определенный срок службы.

Вообще говоря, величина полезного эффекта машины опреде-ляется произведением производительности (мощности) на ресурс ее работы. Показатель полезного эффекта является комплексным, так как он характеризует мощность или производительность и одновременно содержит показатель долговечности. Этот показа-тель может быть принят и в качестве определяющего, т.е. по ко-торому принимают решение оценивать качество машины или ее технический уровень.

Если же полезный эффект не может быть определен непос-редственно (в физических единицах), то в качестве удельного показателя экономичности энергопотребления выбирают отно-шение расхода энергии и (или) топлива к величине, косвенно (но определенно и однозначно) характеризующей совершаемую изделием полезную работу.

В тех случаях, когда полезный эффект определен или задан, в качестве показателя экономичности энергопотребления мо-жет быть использовано абсолютное значение количества энер-гии или топлива, необходимого для достижения данного полез-ного эффекта — результата.работы изделия.