книги из ГПНТБ / Эксплуатационная надежность сельскохозяйственных машин

5. Методы и средства технической диагностики

Различают следующие методы технической диагно­ стики: акустический, виброметрический, функциональ­ ный, комбинированный.

В акустическом методе в качестве диагностического симптома используются звуковые сигналы. Акустический сигнал несет большую информацию о состоянии деталей и кинематических пар. Однако классификация и разде­ ление этой информации по отдельным сопряжениям представляет довольно сложную задачу. В качестве разделяющего признака используют частотный анализ сигнала. Сравнивают спектр частот с эталонным. Раз­ рабатывают специальные приборы-анализаторы, которые позволяют автоматически выполнить эту операцию

[VIII.5].

Сущность вибрационного метода диагностики заклю­ чается в том, что энергия удара в подвижных соедине­ ниях и амплитуда вибраций пропорциональны величине зазора. Определив величину ускорения вибрации и срав­ нив ее с эталонной, можно без разборки судить о состоя­ нии механизма. Для КПП и заднего моста автомобиля ГАЗ-51А, например, ускорение вибраций не должно пре­ вышать 2 g. Предаварийное состояние (4,0-1-8,0) g.

Применяют также и виброакустические методы, сов­ мещающие оба вышеизложенные методы.

Широко применяется функциональный метод, состоя­ щий в том, что непосредственно измеряются параметры, косвенно характеризующие уровень функционирования машины. Например, состояние тормозной системы авто­ мобиля можно оценить по тормозному пути, состояние узлов и деталей комбайна — по качеству выполняемого технологического процесса, износ цепей — по их прови­ санию, качество работы двигателя — по составу отрабо­ танных газов и т. д.

. При комбинированном методе диагностики прини­ маются различные сочетания вышеперечисленных мето­ дов. Для проведения диагностики используются различ­ ные средства: виброакустическая аппаратура, маномет­ ры, индикаторы, динамометры, акселерометры, люфтомеры и другие приспособления в зависимости от метода диагностирования.

151

Для комплексной диагностики машины строят спе­ циальные стенды, позволяющие определять свыше десяти параметров. С помощью такого стенда, например, можно выполнить полную диагностику автомобиля примерно за 40 мин. При этом проверяются все его системы: сцепле­ ние, КПП, карданная передача, топливная аппаратура и

т. д.

Эффективному внедрению технической диагностики содействует приспособленность машины к выполнению этой операции. В большинстве своем требования приспо­ собленности конструкции к технической диагностике со­ впадают с требованиями к ремонтопригодности изделий: доступность, легкосъемность и т. д.

Средства контроля (приборы, шаблоны и т. д.) дол­ жны обладать надежностью, простотой конструктивно­ го исполнения, приспособленностью к использованию в полевых условиях. Проверка и совершенствование средств диагностирования должны проводиться еще на стадии испытаний опытных образцов машин.

При эксплуатации машин в сельском хозяйстве тех­ ническая диагностика осуществляется специалистами районного отделения «Сельхозтехника». В подразделение входят: руководитель подразделения, инженеры-диагно­ сты, специализирующиеся по отдельным видам машин, и обслуживающий персонал. На вооружении этого под­ разделения имеются транспортные средства, измеритель­ ная аппаратура, инструмент и спецшаблоны. В задачу подразделения входит не только непосредственное диаг­ ностирование, но и усовершенствование методов и средств диагностики.

Глава IX. ОЦЕНКА ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ НАДЕЖНОСТИ НЕКОТОРЫХ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ МАШИН

1. Оценка безотказности машин

Свеклоуборочные комбайны. В главе III были рас­ смотрены показатели надежности сельскохозяйственных машин и показано, что для их оценки обычно применя­ ются следующие показатели: коэффициент готовности Кг,

152

средняя наработка на отказ Тср, среднее время восста­ новления Т’в.ср и коэффициент технического использо­ вания Кт. и. Поскольку показатели надежности опреде­ ляются по ограниченному числу машин, возникает зада­ ча их статистической оценки.

Рассмотрим поток отказов и поток восстановлений свеклоуборочного комбайна КС-3. Построим распреде­ ление наработки между отказами и распределение време­ ни восстановления по данным наблюдений за 12 ком­ байнами. Плотности распределения их (рис. 46) типичны

Рис. 46. Плотности распределения характеристик надежности свекло­ уборочного комбайна КС-3:

а — наработка на отказ; б — время восстановления; ---------- аппроксимирую­ щая кривая (экспоненциальный закон).

для экспоненциального закона. Экспоненциальное рас­ пределение наработки между отказами и распределение времени восстановления имеет место и для других сель­ скохозяйственных машин. Экспоненциальный закон рас­ пределения является характерным для изделий, отказы которых вызваны случайными причинами. Поток отказов в таком случае простейший, т. е. число отказов распреде­ ляется по закону Пуассона.

В соответствии с проектом государственного стандар­ та на свеклоуборочные машины и руководящим техниче­ ским материалом, действующим в отрасли, нормативное значение коэффициента готовности равно К г=0,9. При­ веденное значение, как видно ' из рис. 47, не достигает нормативного, однако тенденция роста коэффициента готовности имеется. Разделим отказы на группы: отказы, вызванные несовершенством производства комбайнов; отказы, вызванные нарушением правил эксплуатации; отказы, вызванные несовершенством конструкции (см.

табл. 9.1).

153

Т а б л и ц а 9.1

Причины отказов свеклоуборочного комбайна

Из табл. 9.1 видно, что наибольший процент состав­ ляют отказы, вызванные нарушением правил эксплуата­ ции. С увеличением длительности выпуска машины опре­ деленной марки количество таких отказов должно сни­ жаться.

Из приведенных показателей (рис. 47) наименее рез­ ким изменениям подвержен коэффициент готовности КгХарактер изменения средней наработки на отказ прибли-

Рис. 47. Показатели надежности свеклоуборочных комбайнов КС:3, КСТ-3 (1970, 1971 гг.) и их доверительные границы [(доверительная вероятность 0,95).

женно соответствует изменению коэффициента готов­ ности. Это позволяет, если отсутствуют данные о време­ ни восстановления отказов, приближенно судить об уров­ не надежности машины на основании значений средней наработки на отказ.

Доверительные интервалы показателей надежности достигают 30—40% от средних значений. Для их суже­ ния необходимо увеличить число машин, используемых для определения показателей надежности.

Для того, чтобы снизить доверительный интервал до 10%, при доверительной вероятности 0,95, под наблюде­ нием должно находиться примерно 10 машин.

154

Рассмотрим данные о коэффициенте технического использования, приведенные в табл. 9.2.

Т а б л и ц а 9.2

Коэффициент технического использования свеклоуборочных комбайнов

кроме времени восстановления время на техническое об­ служивание машины. Сопоставляя коэффициент техниче­ ского использования Кт. и с коэффициентом готовности Кг видно, что Кт. и существенно меньше, чем Кг> так как значительная часть времени уходит на технический уход, т. е. смазку, регулировку машины. Коэффициент готовности машины КС-3 за рассмотренный промежуток времени отличается от коэффициента технического ис­ пользования примерно в 1,5, а для машины КСТ-З в 1,2 раза. В новой модели комбайна большое применение нашли закрытые передачи, подшипники с одноразовой смазкой и т. д. Приведенные значения коэффициента технического использования показывают, что простои свеклоуборочного комбайна по техническим причинам еще высоки и устранение их необходимо вести как по пути снижения времени устранения отказов, так и време­ ни технического обслуживания.

Рассмотренные показатели характеризуют машину в целом. Для более подробной характеристики" машины вычислим показатели надежности отдельных узлов. При таком анализе целесообразно сначала выделить в маши­ не укрупненные части: рабочие органы, трансмиссия, ходовая часть, транспортеры, двигатель (для самоход­ ных машин). Затем части делят на количество узлов и вычисляют показатели надежности. После этого перехо­ дят к существенным отказам машины, рассматривая де­ тально каждый из них, и изучают физические явления картины отказа. Анализ позволяет найти наименее на­ дежные узлы, детали и разработать пути повышения на­ дежности машины.

К определению наименее надежных узлов следует установить, какие отказы относятся к существенным,

155

т. е. показатели, определяющие надежность всей маши­ ны. Основным показателем надежности является коэф­

В этом случае при установлении существенных отказов анализ Кг можно заменить эквивалентным анализом доли времени восстановления требуемого на устранение отказа. В сельскохозяйственных машинах количество отказов равно количеству восстановлений, то коэффи­ циент готовности можно записать в виде

*■ bs

новление существенного отказа. Проанализируем зависимости коэффициента готовно­

сти от доли времени восстановления устраненных отка­ зов (рис. 48). График «показывает» величину Кг> при условии устранения отказов, восстановление которых со­ ставляет определенную долю от общего времени восста-

Т

новления. Например, если ——=0,4, то при условии уст-

Ts

ранения отказов, доля времени которых составляет 20%,

156

Рис. 48. Изменение коэф­ фициента готовности в за­ висимости от доли времени восстановления устраненных отказов 'при различной ве-

TBS

личине ~zr~ •

коэффициент готовно­ сти увеличится с 0,72 до 0,78. Как видим, коэф­ фициент готовности практически линейно зависит от доли време­ ни восстановления уст­ раненных отказов. Это

дает основание при установлении сравнительных показа­ телей заменять анализ коэффициента готовности рассмот­ рением доли времени восстановления.

Анализ слагаемых времени восстановления свекло­ уборочного комбайна показывает, что большинство отка­ зов может быть отнесено к шести видам (табл. 9.3). До­ ля времени, требуемого на восстановление этих отказов,

Т а б л и ц а 9.3

Характеристики существенных отказов свеклоуборочного комбайна КСТ-3

составляет 0,87, т. е. время восстановления этих отказов занимает 87% всего времени восстановления. Располо­ жим эти отказы по степени существенности. Как видим,

157

наиболее существенными являются отказы рамы, затем следуют валы, теребильные лапы, скребки элеваторов, приводные цепи и ботвоподъемники. Среднее время вос­ становления является характеристикой ремонтопригодно­ сти, которая существенно влияет на величину коэффи­ циента готовности.

При анализе показателей надежности необходимо уделять особое внимание отказам с резко выделяющимся временем восстановления. Такие отказы подлежат устра­ нению в первую очередь. В условиях сельскохозяйствен­ ного производства это очень важно, так как эксплуата­ ция машин проводится, в основном, на большом удале­ нии от ремонтных средств. При восстановлении тяжелых отказов необходимо доставлять машину к месту ремон­ та, или посылать передвижную ремонтную мастерскую в поле.

Рассмотренные показатели не полностью характери­ зуют надежность, так как являются только характери­ стиками функций, плотности распределения наработки между отказами и временем восстановления. Рассмот­ рим, какой вид имеют функции распределения при ти­ пичных поломках свеклоуборочного комбайна.

Из данных статистической обработки наработки меж­ ду отказами (рис. 49 и табл. 9.4) видно, что основную долю составляют внезапные отказы, вызванные случай­ ными причинами: обрывы скребков элеваторов, обрывы и соскакивание приводных цепей, поломки теребильных лап и валов из-за несрабатывания предохранительных муфт. Наработка между отказами для рассматриваемых деталей распределяется по экспоненциальному закону, характерному для внезапных отказов. Устранение таких отказов достигается введением предохранительных уст­ ройств, сигнализирующих о превышении нагрузки. Как видно из табл. 9.4, предохранительные муфты свеклоубо­ рочных машин ненадежны в работе. Обрыв скребков элеваторов можно устранить за счет повышения прочно­ сти крепления. Соскакивание и обрыв приводных цепей устраняется применением автоматических устройств для натяжения или введением регламентных работ по перио­ дическому натяжению цепей. Соскакивание приводных цепей часто происходит из-за перекосов, вызванных не­ удовлетворительным изготовлением и установкой привод­ ных звездочек относительно друг друга.

Среди кривых плотностей распределения имеются две, модальные значения которых находятся внутри се-

158

Рис. 49. Плотности распределения наработки между отказами:

а — ботвоподъемников; б — скребков элеваторов; в — приводных цепей; г —• рамы; д — теребильных лап; е — валов.

Т а б л и ц а 9.4

Данные аналитической аппроксимации и числовые характеристики существенных отказов свеклоуборочного комбайна КС-3

вания предохра­ нительных муфт

159

зона. Характер поломок и вид законов распределения свидетельствуют о недостаточной усталостной прочности деталей. Для устранения поломок необходимо усилить детали в местах поломок.

Приведенные данные свидетельствуют о том, что большая часть поломок свеклоуборочных машин носит случайный характер.

Посевные машины. Эксплуатационная надежность посевных машин определена по данным многолетних на­ блюдений за эксплуатацией свекловичных ' сеялок 2СТСН-6А в условиях машиноиспытательных станций и хозяйств. В течение 1964—1971 гг. наблюдалась 21 ма­ шина.

Т а б л и ц а 9.5

Исходные данные для расчета показателей надежности

Учитывая, что уровень надежности свекловичных сеялок высок по сравнению с другими сельскохозяйст­ венными машинами, а количество отказов небольшое, в этом случае особенно необходимо для показателей на­ дежности (табл. 9.5) определить доверительные гра­ ницы.

Рассмотрим изменение показателей надежности свек­ ловичной сеялки 2СТСН-6А за 1964—1970 гг. Результа­ ты обработки технико-эксплуатационных данных приве­ дены на рис. 50. Из графика изменения коэффициента готовности видно, что его среднее значение за рассмат­ риваемый период возросло с 0,89 до 0,96. Величина на­ работки на отказ увеличилась с 3 до 10 ч, а среднее вре­ мя восстановления примерно постоянно и составляет

0,3-0,5 ч.

Доверительные границы достаточно велики особенно в 1970—1971 гг. Это объясняется тем, что испытывались 2—3 машины, которые имели мало отказов. Для суже­ ния доверительных границ показателей надежности ма­ шин с высоким значением коэффициента готовности необходимо увеличивать число наблюдаемых объектов.

Отказы свекловичной сеялки 2СТСН-6А наблю­ даются в следующих узлах: 1) туковый аппарат и его

160