Алексаньян И.М. Основы теории надежности. 2017

Способы восстановления деталей

1.3 Отказ и его физическая сущность

Отказ – это событие, заключающееся в нарушении работоспособного состояния объекта.

Отказ машины может наступить вследствие поломки, деформации, износа деталей, нарушения регулировок механизма или системы, ослабления креплений, прекращения подачи топлива, смазки, связанных с некачественным и несвоевременным проведением ТО и Р. Неправильно было бы определять отказ машины как остановку ее вследствие поломки детали, а надежность – как свойство длительное время работать без поломок. Поломка является только одной из причин отказа. Если машину нельзя эксплуатировать из-за поломки шарового кольца рулевой сошки, то ее нельзя эксплуатировать и когда разрегулировалось сцепление или не действуют тормоза, хотя все детали целы. Для установки нового шарового пальца необходимо остановить машину и затратить определенные средства и время; в такой же степени и для регулировки сцепления или тормозов необходимо остановить машину и затратить определенные средства и время.

В зависимости от признаков деления в теории надежности различают следующие виды отказов 1 По характеру изменения параметра до момента возникновения отказа

Внезапный – возникает в результате скачкообразного изменения значения одного или нескольких параметров изделия. Причинами возникновения этого отказа являются скрытые дефекты и перегрузки в эксплуатации. Дефект – отклонение от предусмотренного ТУ качества металла по химическому составу, структуре, сплошности, состоянию поверхностей, механическим и другим свойствам. Дефекты возникают :

-из-за несовершенства или нарушения технологических процессов при плавлении металла и получении отливок (неметаллические включения, шлаковины, усадочная пористость, раковины, газовая пористость и т.д.);

-при обработке давлением (расслоения, заковы, закаты, волосовины, флокены нем. – хлопья – очень тонкие трещины, имеющие в поперечнике размер от долей мм до десятков мм, встречаются чаще в катаных и кованых заготовках (прутках), реже в литой стали. Для предупреждения образования флокенов необходимо уменьшить содержание водорода в металле);

-при термической, химико-термической, электрохимической и механической обработке (трещины, прижоги, обезуглероживание);

-при сварке, пайке, склепывании (непровар, непропай, трещины, коррозия). Некоторые дефекты можно частично или полностью устранить на последующих стадиях производства – корректирова-

14

нием процесса или дополнительной обработкой. Дефекты, допустимые для одних условий работы, могут быть недопустимы для других. Например, риски от резца допустимы для статистически нагруженной детали и недопустимы для детали, подверженной циклической нагрузке, т.к. они служат очагами возникновения усталостных трещин.

Постепенный – возникает в результате постепенного изменения значения одного или нескольких основных параметров изделия. Причинами возникновения этого отказа являются усталость металла, механическое изнашивание поверхности, старение металла, деформация под влиянием нагрузки.

Перемежающийся – многократно возникающий самоустраняющийся отказ объекта одного и того же характера.

2 В зависимости от связи с другими отказами

Независимый, обусловленный любыми причинами, кроме действия другого отказа.

Зависимый, возникший в результате влияния другого отказа.

3 По причине возникновения

Конструкционный – возникает в результате несовершенства или нарушения установленных правил и (или) норм конструирования объекта:

-неверно определены расчетные нагрузки;

-не учтены «пики» нагрузок;

-неправильно выбран материал детали;

-неправильно выбран вид термообработки;

-неверно назначена точность изготовления;

-ошибочно выбрана форма, что привело к возникновению концентратов

напряжения.

Признаком ошибки конструктора является однообразие отказов во всех экземплярах изделий.

Производственный – возникает в результате несовершенства или нарушения установленного процесса изготовления или ремонта изделия на ремонтном предприятии:

-снижение точности изготовления;

-занижение или завышение шероховатости;

-несоблюдение режимов термообработки;

-непроведение упрочнения в местах концентрации напряжений.

Онарушении технологии свидетельствует появление отказов в разное время только у части изделий.

15

Эксплуатационный – возникает в результате нарушения установленных правил и (или) условий эксплуатации объекта:

-перегрузки;

-нарушение правил смазки и ТО;

-недостаточная квалификация основного и обслуживающего персонала;

-чрезмерная запылённость воздуха;

-нарушение ТУ при проведении ТО и Р.

Отказы в этих случаях возникают только у части неправильно эксплуатируемых машин.

Таким образом, отказы являются закономерным следствием вполне определённых причин, а случайность их появления связана с незнанием происходящих скрытых внутренних связей и явлений.

Прекрасно прослеживаются причины возникновения отказов, их взаимосвязь и последствия на примере аварии лифта, рухнувшего с девятого этажа, описанного в романе Артура Хейли «Отель».

Лифт был оснащен специальными приспособлениями, в принципе страхующими от катастрофы: регулятором скорости, срабатывающим, если скорость кабины превышает определенную величину, и четырьмя предохранительными колодками, по сигналу регулятора блокирующими все четыре рельса, по которым двигается кабина. Авария была вызвана тем, что регулятор сработал с опозданием, из-за чего включились только две колодки: кабина накренилась, стенки ее не выдержали и люди выпали на бетонное дно шахты.

Отказ регулятора здесь был типичным внезапным отказом; но случился он из-за постепенных изменений в работе маленького электрического реле, даже в одной его детальке – крошечном стержне-толкателе. Миниатюрная металлическая головка, в которую был ввинчен этот стержень, приводила в действие три выключателя – один из них включал мотор лифта. Если этот выключатель откажет, кабина лифта под действием собственной тяжести начнет падать. Вызвать такую аварию мог полный износ стержня и головки, который произошел из-за того, что стержень-толкатель расшатывался в своем гнезде. Расшатываясь

– столь незначительно, что, если увеличить амплитуду в сто раз, смещение не превышало бы толщину человеческого волоса, головка медленно, но неуклонно поворачивалась, вывинчивалась из толкателя. Это имело двоякие последствия. Во-первых, длина толкателя и головки самопроизвольно увеличилась. А вовторых, переключатель мотора был готов вот-вот отключиться.

Подобно тому как последняя крошечная песчинка может перевесить чашу весов, так и едва заметный поворот головки вызвал отключение мотора лифта».

Постепенному отказу всегда, а отказу внезапному – очень часто предшествует износ деталей и элементов изделия, их «старение». Поэтому для увеличения надежности изделия необходимо тщательно отрабатывать конструкцию изделия, строго соблюдать технологию производства и ремонта с учетом последних достижений науки и техники и не нарушать условий эксплуатации.

16

1.4 Влияние надёжности изделия на его работоспособность

Уровень надёжности выпускаемой продукции зависит от следующих факторов:

1)качества исходного сырья и энергии (Министерство нефтехимической промышленности удовлетворяет машиностроение по этому показателю на 40 %, Министерство химической промышленности – 56 %, Министерство чёрной металлургии – 65 %, Министерство цветной металлургии – 77 %);

2)качества поставляемых комплектующих изделий (мировому уровню не соответствует 46 % резинотехнических изделий, 39% пластмасс инженернотехнического назначения, 45 % продукции Министерства лесной промышленности);

3)масштабов внедрения новейших достижений науки и техники и ритмичности работы (технологические роботы на предприятиях машиностроения РФ составляют – 13 %, а в развитых странах – 65 %);

4)материально-технического снабжения;

5)качества организации труда и прогрессивности применяемых технологий. По сообщению Госкомстата, удельная металлоёмкость железнодорожного подвижного состава РФ выше, чем у зарубежных стран на 50 %, сельскохозяйственных машин – на 30 %, тракторов – 19 %, автомобилей – 17 %, строитель- но-дорожных машин – на 2,3 %;

6)квалификации и профессионального мастерства кадров;

7)высокой производственной и трудовой дисциплины;

8)главного стратегического резерва – потенциала конструкторов, мерилом ума которых является простота конструкции (табл. 4, 5).

* Корпуса соединены между собой хомутами с винтовыми зажимами.

17

Немаловажное значение при создании надежных изделий имеет материальная заинтересованность. В связи с этим заслуживают внимания правила, разработанные Демпингом в области оплаты труда:

награждать перспективные решения, а не сиюминутные;

награждать тех, кто берёт на себя риск, а не тех, кто его избегает;

награждать творческую работу, а не слепое подчинение;

награждать за результаты работы, а не за объём;

награждать упрощения, а не бесполезные усложнения;

награждать качество, а не быструю работу;

награждать тех, кто работает друг с другом, а не против друг друга.

1.5 Анализ наиболее часто встречаемых неисправностей типовых деталей, вызывающих снижение надёжности отечественных двигателей, и пути повышения их надежности

1Прогорание прокладки головки блок-картера. Причиной отказа является применение некачественного материала, брак изготовления (нарушение окантовки, несоблюдение геометрических параметров, отсутствие термообработки, расслоение), недостаточный уровень конструктивной отработки.

18

Работоспособность прокладок отечественных двигателей снижается также из-за недостаточной надёжности крепления головок к блок-картеру, что приводит в эксплуатации к удлинению шпилек и потере герметичности соединения.

2После 1500–2000 моточасов работы почти на всех отечественных двига-

телях наблюдаются: течи жидкостей по сальниковым уплотнениям коленчатого вала, водяного, топливного насоса и в других агрегатах. Эти отказы связаны с применением резины, не обладающей необходимой термостойкостью и износостойкостью. Часто повторяющимся отказом является разрыв ремней привода вентилятора. Срок службы ремней отечественных производителей составляет 1200–1800 моточасов, а зарубежных >6000 моточасов. Причиной их низкой долговечности является несовершенство технологии изготовления.

3При массовой эксплуатации отечественных двигателей часто возникают

отказы, связанные с попаданием воды в картер по уплотнениям гильз ци-

линдров, что вызвано недостаточным качеством резиновых колец, отклонениям от чертежа при изготовлении гильз и дефектами сборки (срез поверхности колец).

4Все отечественные двигатели в сравнении с зарубежными имеют мень-

шую несущую способность материалов вкладышей шатунных и коренных подшипников, свидетельством чего являются частые случаи выкрашивания антифрикционного слоя. На отечественных двигателях применяется малоэффективная центробежная очистка (сверление и «карманы» в коленчатом валу приводят к появлению рисок на вкладышах и снижению прочности коленчатых валов).

5Работоспособность подшипников коленчатого вала во многом определяется безотказностью масляного насоса двигателя. Отказы масляных насосов являются следствием нарушения технологии. Для обеспечения подачи масла в случае отрыва маслозаборника (наиболее часто встречается), а также для уменьшения габаритов и веса шестерёнчатых насосов требуется их конструктивное усовершенствование.

6Значительная часть отказов двигателей происходит из-за отказов топливных насосов, у которых помимо производственных появляются конструкционные отказы, связанные с поломками и повышенным износом в кинематических цепях: кулачковый вал – толкатель – плунжер; кулачковый вал – регулятор; муфта регулятора – дозатор. Для уменьшения количества отказов необходимо уменьшить количество звеньев в кинематической цепи, повысить жёсткость прецизионных узлов, тщательнее осу-

19

ществлять смазку деталей топливом и повысить уровень конструктивной отработки с учетом современных требований.

7Среди комплектующих изделий отечественных двигателей недостаточно надёжны генераторы. Наиболее часто встречающимися отказами является замыкание обмоток статора при средней наработке (1500 моточасов), такой же отказ характерен и для статора гидротолкателя. О лучшей конструктивной отработке генераторов зарубежных двигателей свидетельствуют их меньшие габариты и вес.

8 Основные неисправности неподвижных деталей КШМ

Блок цилиндров: пробоины, обломы шпилек и болтов, износ отверстий под опоры распределительного вала, износ и деформация гнёзд под вкладыши коренных подшипников, износ отверстий под толкатели, износ поверхности трения (цилиндров или гильз), задир, коррозия, монтажная деформация, местное кавитационное разрушение, трещины в стенках водяной рубашки.

Головка блока: коробление плоскости прилегания головки, износ поверхности клапанных гнёзд, сквозные трещины между гнёздами клапанов и отверстием под вставку камеры сгорания в вихре камерных дизелях или между гнёздами клапанов и отверстием под форсунку в неразделённых камерах сгорания.

9 Основные неисправности подвижных деталей КШМ

Маховик – небольшой износ зубьев венца, ослабление натяга венца.

Коленчатый вал – износ шатунных и коренных шеек; задиры, риски и вмятины на шейках; овальность и конусность; износ посадочных мест под распределительную шестерню, шкив и маховик; вогнутость вала.

Шатун – изгиб и скручивание; износ отверстия под втулку верхней головки шатуна; износ отверстий в нижней головке шатуна, собранного с крышкой.

Поршень – износ поршневых канавок по высоте; износ отверстий под поршневой палец; задир юбки поршня; прогар днища поршня; трещины в бобышках и днище поршня.

Поршневой палец – износ; овальность; конусность.

Поршневые кольца – износ по высоте и радиальной толщине; закоксовывание поршневых колец с потерей упругости; поломка колец.

20