Раздел 3 Неисправности кип и са и методы их поиска

3.1 Классификация неисправностей и общие сведения по теории отказов

Неисправное состояние (неисправность) – это состояние объекта, при котором он не соответствует хотя бы одному из требований, установленных нормативно-технической документацией (ГОСТ 13377-80).

Любая система (элемент) характеризуется рядом параметров, основных и второстепенных. Первые характеризуют выполнение элементом (системой) заданных функций, вторые определяют удобства эксплуатации, внешний вид, удобство ремонта и т.д. В соответствии с таким разделением параметров различают основные и второстепенные неисправности.

Основной неисправностью изделия (объекта, системы, элемента) называется неисправность, при которой хотя бы один из основных параметров выходит за пределы установленного эксплуатационного допуска. Непосредственным следствием основной неисправности является отказ, т.е. полная или частичная утрата работоспособности системой.

Неисправность называется второстепенной в том случае, если изделие не соответствует хотя бы одному из требований, установленных в отношении второстепенных параметров. Второстепенные неисправности не нарушают работоспособность изделия, т.е. не приводят к отказам. Работоспособное изделие может быть как исправным, так и неисправным. Исправное изделие всегда работоспособно. Неисправное изделие может быть как работоспособным, так и отказавшим. Отказавшее изделие всегда неисправно.

Неисправности КИП и СА делятся на механические и электрические. Основные неисправности электрических цепей и примерных аналогов в группе механических передач приведены в таблице 3.1.

Таблица 3.1

Неисправности электрической схемы	Неисправности механической передачи
Обрыв	Полное отсутствие зацепления (связи)
Значительное увеличение сопротивления	Неполная связь
Значительное уменьшение сопротивления	Торможение передачи
Короткое замыкание	Заклинивание передачи
Изменение реактивности элемента	Изменение моментов инерции в передаче

Причины обрывов в электрических цепях – старение элементов (обрыв сопротивления), прохождение повышенных токов, удары, вибрация, коррозия. При обрыве наблюдается исчезновение сигналов на выходе изделия (объекта), иногда – повышение напряжения питания.

Значительные увеличения сопротивлений происходят из – за старения элементов, изменения их параметров. При этом искажаются или полностью исчезают сигналы на выходе схем.

Уменьшение сопротивления в электрических цепях связано с уменьшением сопротивления изоляции, с увеличением поверхностных утечек, старением элементов и т.д. Как правило, в этих случаях происходят перегрузки источников питания, повышенный нагрев элементов, сгорание предохранителей.

Короткие замыкания возникают при пробоях изоляции, замыкании проводников и элементов на корпус и т.п. Короткие замыкания сопровождаются перегрузками каскадов схемы и источников питания. Признаки к.з.: исчезновение выходных сигналов; появление искрения, дыма и запаха горящей изоляции; сильные перегрузки, срабатывание устройств защиты.

По внешним проявлениям неисправности могут быть явными (очевидными) и неявными (скрытыми). Примером явных неисправностей могут служить выход из строя лампочек сигнализации, предохранителей, резисторов, трансформаторов и т.д., но большинство неисправностей носят скрытый характер. К ним относятся кратковременные сбои в работе объектов, изменение величины сопротивления резисторов, конденсаторов, токовых параметров полупроводниковых элементов и др.

Неисправное состояние объекта или его составных частей вызывается влиянием внешних воздействий, превышающих уровни, установленные НТД на объект, а событие перехода объекта с исправного в неисправное состояние, называют повреждением.

Под отказом понимают не только потерю работоспособности, но и ее ухудшение вследствие изменения значения параметров. Причина отказа – воздействие (нагрузка), которое привело объект в неработоспособное состояние. Признаками отказа являются непосредственные или косвенные воздействия на органы чувств операторов определенных состояний или процессов, свойственных неработоспособному состоянию объекта (возникновение посторонних шумов в механических передачах, исчезновение выходного сигнала, сверхдопустимый нагрев поверхностей или отдельных деталей объекта, изменение показаний приборов и т.п.), определяемых НТД на данный объект.

Следует различать отказ объекта (изделия) и отказ элемента (узла, детали) объекта. Возможны следующие случаи:

• отказ элемента одновременно означает и отказ изделия;

• отказ элемента не означает отказ изделия (объекта);

• нарушение работоспособности объекта при отсутствии отказавших элементов (ошибки оператора, эксплуатация в условиях, не предусмотренных технической документацией и т.п.).

Ввиду сложной природы отказов существует их широкая классификация. Отказы подразделяют следующим образом :

а) По характеру изменения параметров до момента возникновения отказа на:

1. внезапные, характеризующиеся скачкообразным изменением нескольких заданных параметров объекта;

2. постепенные, вызываемые постепенным изменением значений одного или нескольких заданных параметров объекта.

б) По взаимосвязи между собой на:

1. зависимый, когда отказ элемента объекта обусловлен отказом другого элемента;

2. независимый – отказ одного элемента не обусловлен отказом другого элемента объекта.

в) По характеру времени нарушения работоспособности на:

1. сбой – самоустраняющийся отказ, приводящий к кратковременному нарушению работоспособности объекта;

2. перемежающийся – многократно возникающий сбой одного и того же характера.

г) По причинам возникновения на:

1. конструкционный – отказ, возникающий в результате нарушения установленных правил или норм конструирования объекта;

2. производственный – отказ, возникший по причине нарушения установленного технологического процесса изготовления или ремонта объекта;

3. эксплуатационный – отказ, появившийся в результате нарушения установленных правил или условий эксплуатации объекта.

Отказы, происходящие вследствие непредвиденного отклонения внешних условий работы объекта от расчетных или при длительном воздействии какого-либо внешнего разрушающего фактора, относят к отказам по причинам внешних воздействий.

По вине личного состава происходят отказы, вызванные нарушением правил эксплуатации, по причинам недостаточной обученности и слабых (утраченных) навыков в эксплуатации СА, иногда по недисциплинированности или халатности.

Отказы и неисправности КИП и СА существенно увеличивают трудоемкость их обслуживания. Особенно большие трудозатраты, как показывает практика, расходуются на поиск неисправностей, установление причин (диагноза) и разработку мероприятий по их устранению и предупреждению.

Возникновение отказа является случайным событием, поэтому время появления отказа t₀ – также случайная величина. Вероятность появления отказа рассматривают как вероятность того, что случайная величина t₀ примет значение меньше заданного значения наработки объекта t. Это позволяет рассматривать вероятность появления отказа q(t) как функцию распределения случайной величины t₀ – времени до появления первого отказа.

Как функция распределения q(t) обладает свойствами:

а) неубывания, т.е. при t₂>t₁ q(t₂)> q(t₁);

б) в начальный момент времени при t=0 q(t)=0;

в) в пределе стремится к единице lim_t q(t)=1.

Важной характеристикой безотказности объекта является интенсивность отказов λ(t). Если объект содержит N последовательно включенных однотипных элементов, то интенсивность отказов определяется выражением:

, (3.1)

При наличии в объекте К групп различных элементов это выражение принимает вид:

(3.2)

Зависимость интенсивности отказов от времени эксплуатации для сложных объектов СА показана на рисунке 3.1, где различают три участка: I – приработка; II – нормальной эксплуатации; III – старение.

Рисунок 3.1 – Зависимость λ(t)

Характерным для первого участка является снижение интенсивности отказов со временем, что объясняется быстрым выявлением наименее надежных объектов (элементов). Второй участок отражает период, когда интенсивность отказов стабилизируется. Третий участок показывает резкое увеличение отказов, что объясняется приближением объектов к предельному состоянию. Этот период их эксплуатации, как правило, исключается.

Средняя наработка до отказа (Т₀) – это математическое ожидание наработки до первого отказа:

, (3.3)

где Р(t) – вероятность безотказной работы.

Из этого выражения средняя наработка до отказа равна площади под кривой вероятности безотказной работы.

Появление отказов в каждом из N объектов рассматривают как поток требований для восстановления. Математическое ожидание числа отказов за время t рассматриваемого потока может быть определено выражением:

, (3.4)

где m_i(t) – число отказов i-го объекта за время t.

В сложном объекте результирующий поток отказов равен сумме потоков отказов отдельных устройств и считается простейшим. Он должен удовлетворять условиям: ординарности, стационарности и отсутствия последствий.

Ординарность потока означает, что вероятность появления двух и более отказов в один и тот же момент времени величина высшего порядка малости, т.е. практически отсутствует.

Стационарность потока означает, что вероятность появления ровно m отказов за промежуток t, (t+Δt) времени не зависит от t, а является функцией Δt и m.

Отсутствие последствия заключается в том, что для двух отрезков времени Δt₁ и Δt₂ число отказов в одном из них не зависит от числа отказов, попавших в другой.

Основным типом потока отказов КИП и СА в условиях эксплуатации можно считать простейший.

Основной характеристикой потока является параметр потока отказов – плотность вероятности возникновения отказа восстанавливаемого объекта в рассматриваемый (исследуемый) момент времени.

Для ординарных потоков без последствий параметр потока связан с математическим ожиданием числа отказов выражением:

, (3.5)

В случае экспоненциального распределения ω(t)=λ.

Для восстанавливаемых объектов вместо показателя “средняя наработка до отказа” применяется показатель “наработка на отказ”; Т – отношение наработки восстанавливаемого объекта к математическому ожиданию числа его отказов в течение этой наработки.

, (3.6)

Используя выражения (3.5) и (3.6), нетрудно найти выражение для вероятности безотказной работы восстанавливаемых объектов.

, (3.7)

Эти показатели могут быть использованы для любой фазы и для любого этапа эксплуатации.