Часть I. Надежность металлургических машин

Раздел 1. Основы теории надежности

Глава 1. Основные понятия и определения

Теория надежности - это теория, которая устанавливает за-кономерности возникновения отказов объектов и методы их про-гнозирования; изыскивает способы повышения надежности изде-лий при конструировании, изготовлении и поддержания их работо-способного состояния во время эксплуатации; разрабатывает ме-тоды контроля надежности изделий.

Под работоспособным состоянием объекта понимается та-кое состояние, при котором значения всех параметров, характери-зующих способность выполнять заданные функции, соответствуют требованиям нормативно-технической и (или) конструкторской до-кументации.

Нарушение работоспособного состояния объекта является событием, получившим название отказ.

Отказы, по характеру своего проявления, подразделяются на:

• внезапные;

• постепенные.

Внезапный отказ - отказ, характеризующийся скачкообраз-ным изменением значений одного или нескольких параметров объ-екта.

Постепенный отказ - отказ, обусловленный естественными процессами старения, изнашивания, коррозии и усталости при со-блюдении всех установленных правил и (или) норм проектирова-ния, изготовления и эксплуатации.

Отказы могут являться и являются следствием ошибок или недостаточного уровня знаний конструктора, или нарушения уста-новленных правил и норм проектирования и конструирования. Та-кие отказы носят название конструктивные отказы.

Отказ, возникший по причине , связанной с несовершенством или с нарушением установленного процесса изготовления или ре-монта, выполняемого на ремонтном предприятии, получил назва-

ние производственный отказ.

Если нарушения установленных правил и (или) условий экс-плуатации приводят к возникновению отказа, то такой отказ назы-

вается эксплуатационным отказом.

Для металлургических машин при пуске их в эксплуатацию наиболее характерными являются внезапные конструктивные отказы.

12

При установившемся процессе эксплуатации наиболее часто возникают внезапные эксплуатационные отказы.

Если прочностные свойства детали не изменяются, то вне-запный отказ связан с перегрузкой. Если же в результате много-кратного воздействия предельных нагрузок происходит снижение прочностных свойств, то происходит внезапный отказ, связанный с развитием усталостных трещин.

Но внезапные отказы могут являться и следствием разброса механических свойств материала, из которого изготовлена деталь, и уровня нагрузок, действующих на нее (рис.1.1).

Если принять , что величины нагрузки и прочности подчиня-ются нормальному распределению (что во многих случаях соот-ветствует действительности), то существует зона (на рис. 1.1 за-штрихована) внезапных отказов при расчетном коэффициенте за-паса прочности. Возникновение постепенных отказов в узлах тре-ния вследствие развития процессов изнашивания протекает по схеме, представленной на рис.1.2.

ƒ(σ)
Зона
отказов
0	σ
σΦ
	σΤ
Рис.1.1. Схема отказа при разбросе нагрузки
и прочностных свойств деталей

Первоначальный разброс величины зазора вследствие до-пуска на изготовление в процессе изнашивания увеличивается. Увеличение зазора определяется скоростью изнашивания J, вели-чина которой имеет нормальное распределение, поэтому и нара-ботки до отказа в этом случае имеют нормальное распределение.

В теории надежности при рассмотрении надежности объек-тов введены понятия "система" и "элемент".

13

U

f (t)

[U]

f (J )

• f (∆)

0

t

T

Рис.1.2. Схема возникновения постепенных отказов: [U]=U max - максимально допустимая величина износа (отказ);

• - исходный зазор в соединении;

f (∆) - плотность распределения зазора в соединении; f (J) - плотность скорости изнашивания;

f (t)- плотность вероятности отказов; Т - средняя наработка

Под системой будем понимать множество элементов и связь между ними, образующих некоторую целостность. Под эле-ментом понимают часть системы, предназначенную для выполне-ния определенных функций и неделимую на составные части при данном уровне рассмотрения.

То есть только уровень рассмотрения определяет отнесение того или иного объекта, образующего некоторую целостность, к системе или элементу.

Например, линия привода горизонтальных валков может рассматриваться как элемент, входящий в систему, - рабочая клеть. В то же время линия привода горизонтальных валков может рассматриваться как система с входящими в нее элементами: узел валков, узел шпиндельного соединения, узел шестеренной клети, электропривод. Все зависит от того, какие задачи мы ставим при исследовании надежности того или иного объекта.

Как правило, при исследовании надежности металлургиче-ских машин в процессе эксплуатации в качестве элементов прини-маются детали или узлы , которые подвергаются замене или вос-становлению в процессе технического обслуживания или ремонта металлургических агрегатов.

14

Элементы и системы, которые в случае отказа заменяются новыми, называются невосстанавливаемыми.

Элементы и системы, которые в случае отказа подвергаются восстановлению, называются восстанавливаемыми.

Важнейшим понятием теории надежности является понятие наработка, под которым понимается продолжительность или объ-ем работы. Различают наработку до отказа и наработку между от-казами или наработку на отказ.

Наработка до отказа - наработка объекта от начала его экс-плуатации до возникновения первого отказа.

Наработка между отказами (на отказ) - наработка объекта от окончания восстановления его работоспособного состояния после отказа до возникновения следующего отказа. Относится только к восстанавливаемым объектам.