Алексаньян И.М. Основы теории надежности. 2017

Более эффективной эксплуатации способствует первый вариант, так как широкое внедрение средств диагностики позволяет своевременно устранять неисправности с наименьшими затратами труда. С другой стороны, чем современнее оснащено ремонтное производство, тем качественнее будут осуществляться технологические процессы на всех этапах восстановления узлов и деталей, а это будет способствовать повышению надежности и долговечности при эксплуатации, так как число ремонтных воздействий снижается, межремонтный срок увеличивается. Производительность машин повышается, и, следовательно, себестоимость работы машины будет ниже.

1.8 Повышение надёжности машин. Определение безотказности

Требования, предъявляемые к надёжности изделия, тесно связаны с вопросами экономики, т.к. с повышением надёжности растёт себестоимость изделия. Вместе с тем дополнительные затраты для повышения надёжности окупаются снижением стоимости эксплуатации вследствие повышения коэффициента использования и ресурса (рис. 6).

31

При наплавке рабочих органов машин порошковым твёрдым сплавом их срок службы увеличивается в 2–3 раза.

Предел прочности деталей с напылением путём металлизации ниже предела прочности исходного материала, но износостойкость при наличии смазки существенно выше.

Детали, покрытые твёрдым никелированием, имеют твёрдость меньше, чем хромовые покрытия, но более высокую вязкость и легко обрабатываются.

Хромирование увеличивает износостойкость в 10–15 раз.

При фосфатировании износостойкость в 2,5–3 раза больше, чем закалённой стали 45.

Покрытие «Аспект-модификатор» (АМ), которое добавляют в масло, соприкоснувшись с металлом, образует на нём высокопрочное полимерное покрытие, в результате износ самых дефицитных деталей снижается на 60–80 %, трение уменьшается на треть, экономится 3–5 % топлива, 8–10 % масла, уменьшается содержание окислов углерода отработавших газов.

АМ применяется в агрегатах трансмиссии, судовых двигателях, редукторах, компрессорах, любых механизмах, работающих в масляной среде. Одной обработки АМ достаточно на весь срок эксплуатации двигателя.

«Автогерметик» применяется для защиты всех типов камерных и бескамерных шин от механических повреждений и позволяет ездить с проколотыми (многократно) шинами при диаметре прокола 6,5–10 мм в течение 5 лет. Средство эффективно при температуре, равной 40–100 ºС, выдавливается из пластикового флакона в золотник шины без течения из расчёта 350–450 мл на колесо в легковых и 450–1800 мл в грузовых автомобилях в зависимости от размера шин. Затем необходимо накачать шины до нужного давления и проехать 3–4 км для образования равномерного слоя на внутренней поверхности камеры или покрышки. При проколе колеса выходящий воздух засасывает в отверстие «Автогерметик», образуя герметичную пробку.

Комплексные показатели надежности

Коэффициент готовности – вероятность того, что машина окажется работоспособной в момент времени, кроме того, когда ее использование не предусматривается, следовательно, КГ оценивает эффективность плановой системы обеспечения работоспособности машины.

где ТО – наработка на отказ; ТВ – среднее время восстановления.

Если взять группу одинаковых машин при наличии статистической информации, то

33

где ti – суммарное время пребывания i-машины в работоспособном состоя-

нии; Траб – продолжительность эксплуатации и времени восстановления;

N – величина парка.

КГ – характеризует одновременно два различных свойства объекта – безотказность и ремонтопригодность.

Коэффициент технического использования – это отношение суммарно-

го времени пребывания машины в работоспособном состоянии за определенный период к суммарному времени с учетом простоев машины в ТоиР.

КТИ учитывают затраты времени на плановые и неплановые ремонты.

где tсум – суммарная наработка всех машин в парке;

tрем – суммарное время простоев из-за плановых и внеплановых ремонтов; tобсл – суммарное время плановых ремонтов и ТО.

При наличии статистических данных

где Тэкспл=Траб+Трем+Тобсл .

Коэффициент оперативной готовности – это вероятность того, что объ-

ект, находясь в режиме ожидания, окажется работоспособным в произвольный момент времени и, начиная с этого момента, будет работать безотказно в течение заданного интервала времени.

Если вероятность безотказной работы машины Р(tp) в течение рабочего промежутка tp не зависит от момента начала работы t, то коэффициент оперативной готовности определяется так:

КОГ К Г Р(t р ).

Коэффициент планируемого применения – доля периода эксплуатации, в

течение которой объект не должен находиться на плановом ТО и Р.

Коэффициент сохранения эффективности – отношение значения показа-

теля эффективности за определенную продолжительность эксплуатации к номинальному значению этого показателя, вычисленному при условии, что отказы объекта в течение того же периода эксплуатации не возникают.

Задача

Анализируя статистические данные, приведённые в таблице на основании записей из журналов эксплуатационного хозяйства, рассчитайте коэффициенты готовности и технического использования и выразите своё мнение по эффективности использования автокранов в данной организации.

34

P.S. *** определяется сумма всех значений столбца

Для повышения эффективности использования автокранов необходимо своевременно в полном объеме проводить плановые ремонты, что сразу резко снизит количество неплановых ремонтов и увеличит наработку.

Определение безотказности

Теория надёжности базируется на вероятности безотказной работы, т.е. вероятности того, что в заданный интервал времени (интервал наработки) при определённых условиях эксплуатации не возникнет отказ изделия. Вероятность безотказной работы является убывающей функцией, т.к. надёжность изде-

лия уменьшается во времени. Например, для автомобиля с увеличением пробе-

35

га вероятность его безотказной работы уменьшается и изменяется в пределах от

0 до 1, т.е. 0 ≤ ≤ 1.

При бесконечно малом значении пробега (в начальный период) вероятность безотказной работы равна 1 (P(0) = 1).

При бесконечно большом значении пробега – P(∞) = 0 (рис. 7).

Если = 0,68 за пробег 40 тыс. км, то это означает, что в среднем 68 % всех автомобилей проработают 40 тыс. км без отказов.

Рис. 7. Кривые ресурса (1) и отказа (2) автомобиля ЗИЛ-ММЗ-555

Весьма важным показателем надежности является интенсивность отказов, т.е. число изделий, отказавших в единицу времени, отнесенное к среднему числу изделий, исправно работавших в течение определенного отрезка времени

(рис. 8).

36

j – среднее количество отказов на одно изделие. Определение параметра потока отказов

где n – максимальная величина наработки в каждом интервале;j – параметр потока отказов в каждом интервале:

j nj .

Если рассмотренные показатели характеризуют надежность качественно, то дать количественную оценку доли времени работы восстанавливаемого изделия от суммарного времени работы и простоев позволяют ряд коэффициентов.

Наиболее часто встречаются последовательные, многозвенные соединения силовых передач, при которых отказ одного элемента приводит к отказу системы в целом (рис. 9).

. . .

Рис. 9. Последовательное соединение элементов машины: P(t) – вероятность безотказной работы системы

Например, отказ в приводе самоходного скрепера двигателя, коробки отбора мощности, карданной передачи, сцепления, основной коробки передач, дополнительной коробки, редуктора ведущего моста приводит к отказу всей системы.

Такая же картина наблюдается и у автомобиля (двигатель, соединительная муфта, коробка передач, карданный вал, дифференциал, полуоси, колёса) или у автоматических технологических линий, не имеющих резервных цепей и бункерных устройств, у которых отказ одного станка вызывает остановку всей линии в целом.

В этом случае:

Если P1 = P2 = … = Pn , то P(t) = Pin.

Если для повышения надёжности сложных систем создавать дублирующие элементы, то речь пойдёт о параллельном соединении элементов (рис. 10).

38

Следовательно, при высокой надёжности каждого элемента сложная система при последовательном их соединении может обладать очень низкой надёжностью.

Задача

Вероятность безотказной работы элемента Pi = 0,9, n = 2. Определить вероятность безотказной работы системы.

При наличии дублирующих элементов вероятность безотказной работы системы резко повышается. Отказ системы в этом случае наблюдается при отказе всех дублирующих элементов.

Задача

Определить вероятность безотказной работы системы, состоящей из трёх блоков с параллельным соединением звеньев (рис. 11). Система включает три последовательно соединённых блока, два из которых имеют параллельно соединенные элементы. Вероятность безотказной работы отдельных элементов:

P1 = 0,8; P2 = 0,9; P3 = 0,95; P4 = 0,97.

Рис. 11. Схема последовательно соединенных блоков с параллельным соединением звеньев

Вероятность безотказной работы блоков с параллельным соединением звеньев:

-для I блока PI

-для II блока PII

-для III блока PIII

.

Так как все три блока соединены последовательно, то

.

40