10.1. Обеспечение надежности при проектировании

При проектировании объекта задается определенный уровень надежности.

Важный этап проектирования - разработка и анализ технического задания, неглубокая проработка которого - одна из причин возникновения ошибок конструкторов. Поэтому привлекают наиболее квалифицированных конструкторов и специалистов в узких вопросах проектирования.

Начальный период проектирования:

- поиск принципа работы объекта,

- поиск схемы и структуры объекта,

- поиск вариантов конструктивных решений.

Недостаток времени на поиск наилучших технических решений оборачивается значительными затратами в дальнейшем. Просчеты не устраняются на стадии производства. Большое внимание при создании объекта надо уделить экспериментальным исследованиям и испытаниям опытных образцов.

Рассмотрим основные направления повышения надежности машин при их создании. Ими являются:

1. Агрегатирование - методом компоновки машин или комплексов машин из взаимозаменяемых, унифицированных агрегатов.

Агрегат - это укрупненный унифицированный узел машины, обладающий полной взаимозаменяемостью, самостоятельно выполняющий отдельные функции (электродвигатели, гидродвигатели, редукторы, насосы, тормозные устройства и т.д.). Агрегат способствует существенному повышению ремонтопригодности машин, значительно упрощает и удешевляет своевременное и непрерывное совершенствование машин путем изменения конструкции морально устаревших узлов.

2. Ограничение уровня действующих нагрузок. Например: для кранов Правилами Госгортехнадзора предусмотрено автоматическое ограничение грузоподъемности, для муфт применяют фрикционные муфты и муфты предельного момента, для приводов используются муфты с калиброванным срезающимся штифтом из хрупкого материала, для лифтов грузоподъемность раньше ограничивалась площадью пола и контролировалась лифтером, а сейчас применяется автоматический ограничитель грузоподъемности.

3. Применение объектов с высокой надежностью по своей природе. Например, агрегаты без механических передач имеют практически неограниченный срок службы при меньшем периоде ТО (технического обслуживания). В металлообрабатывающих станках используют электрошпиндели. В шаровых мельницах применяют дугостаторный тиристорный привод, где ротором является корпус мельницы.

Детали должны работать при напряжениях ниже предела выносливости, это обеспечивает практически неограниченный срок службы. Высокую надежность объекта обеспечивает применение электрического торможения вместо фрикционного, например, динамическое, генераторный режим или противовключение, а также использование сенсорного (бесконтактного) переключения.

4. Резервирование - применение дополнительных средств и (или) возможностей для поддержания работоспособного состояния объекта при отказе одного или нескольких его элементов. Резервирование может быть прочностное, энергетическое, параметрическое, функциональное, структурное и др.

Прочностное - повышение способности объекта к восприятию нагрузок. Зависит от режимов работы. Заключается в увеличении запаса прочности с использованием материала более высокого качества и увеличением площади сечения деталей.

Энергетическое предусматривает запас мощности, который предотвращает внезапные отказы.

Параметрическое - увеличение функционального параметра объекта с целью повышения надежности в зависимости от режима работы (легкий, средний, тяжелый).

Функциональное - наличие в объекте функциональных возможностей сверх минимально необходимых для функционирования. Это повышает работоспособность объекта.

Структурное резервирование - применение дополнительных элементов, не являющихся функционально необходимыми и используемых только для замены отказавших основных. Это позволяет создать системы, надежность которых выше надежности входящих в них элементов.

Т а б л и ц а 2

ЕПНО и их связь с характеристиками случайных величин

№ п/п	Термины теории вероятностей	Безотказ-ность	Долгове	чность	Ремонтопри-годность	Сохраняемость
1	2	3	4	5	6	7
1.	Случайная величина	Наработка*	Ресурс*, Тр.	Срок службы*, Тсл.	Время восстановления*, Тв.	Срок сохраняемости*, Тс.
2.	Интегральная функция распределения вероят-ностей случайной величины	Вероятность отказа, F(t)	---	---	Функция распределения времени восстановления, Fв.(t)	---
3.	Дополнение интегральной функции распределения вероятности случайной величины	Вероятность безотказной работы*, P(t)	---	---	Вероятность восстанов-ления*, Рв.(t)	Вероятность невозникнове-ния отказа
4.	Дифференциаль-ная функция распределения вероятностей случайной величины	Плотность распределе-ния наработки, f(t)	Плотность распределения ресурса, Fp.(t)	Плотность распределения срока службы, fсл.(t)	Плотность распределения времени восстановления, fв.(t)	Плотность распределения срока сохраняемости, fв.(t)
5.	Интенсивность событий	Интенсив-ность отказов, (t)	---	---	Интенсивность восстановле-ний, (t)	---

О к о н ч а н и е т а б л. 2

1	2	3	4	5	6	7
6.	Математическое ожидание случайной величины	Наработка до отказа средняя*, Тср.	Ресурс средний*, Тр.ср.	Срок службы средний*, Тсл.ср.	Время восстановления среднее*, Тв.ср.	Срок сохраняемости средний*, Тс.ср.
7.		Наработка до отказа гамма-процентная*	Ресурс гамма-процентный, Тр..	Срок службы гамма-процентный, Тсл..	---	Срок сохраняемости гамма-процент-ный*, Тс..
8.	Медиана случайной величины	---	Ресурс медианный, Тр.м.	Срок службы медианный, Тсл.м.	---	Срок сохраняемости медианный, Тс.м.
9.		---	Ресурс до первого капитального ремонта, Тр.1к.	Срок службы до первого капитального ремонта, Тсл.1к.	---	---
10.		---	Ресурс межремонтный, Тр.к.	Срок службы межремонтный, Тсл.к.	---	---
11.		---	Ресурс суммарный	Срок службы до списания	---	---
12.		---	Наработка гарантийная	Срок гарантии	---	---
13.		---	Ресурс назначенный*, Тр.н.	Срок службы назначенный*, Тсл.н.	---	---

* Термины установлены ГОСТ 27.002-83