Вопрос 21

Отказы и неисправности гидро- пневмоприводов. Классификация отказов.

Механизмы отказов гидро- и пневмоприводов ОПРЕДЕЛЕНИЯ И КЛАССИФИКАЦИЯ ОТКАЗОВ Для анализа и количественной оценки надежности следует различать события, определяемые понятиями «отказ», «неисправность», «повреждение» и «дефект». Отказ — событие, заключающееся в нарушении работоспособности объекта. Для каждого объекта (привода) признаки отказов устанавливаются нормативно-технической документацией. Состояние привода, при котором он не соответствует хотя бы одному из требований нормативно-технической документации, называется неисправностью. Повреждением называется событие, заключающееся в нарушении исправности привода или его составных частей вследствие влияния внешних воздействий, превышающих уровни, установленные нормативно-технической документацией. Повреждения могут быть существенными и являться причиной отказа и несущественными, при которых работоспособность не нарушается. Однако и несущественные повреждения, если они не устранены, могут переходить в существенные и приводить к отказам. Например, царапины на внешних поверхностях цилиндра гидропривода не влияют на его работоспособность, однако при длительной эксплуатации коррозия поврежденной поверхности может явиться причиной отказа привода. Для оценки качества продукции введено понятие «дефект». Дефектом называется каждое несоответствие продукции требованиям технической документации. Дефекты являются начальными причинами возникновения отказов. Очень часто дефекты и повреждения сразу не обнаруживаются, но впоследствии они неизбежно приводят к отказам. Классификация отказов осуществляется по различным признакам, основными из которых являются причины возникновения, характер изменения параметров привода до момента завершения отказа, степень влияния отказа на работоспособность, возможность предсказания и др.

Конструкционные отказы обусловлены ошибками, допущенными при проектировании, нарушениями требований ГОСТ, занижением запасов прочности, ошибками в разработке принципиальных схем и конструкций устройств и т. д.

Классификация отказов

 

Как уже указывалось, отказ - событие, заключающееся в нарушении работоспособного состояния объекта. Можно дать классификацию отказов по ряду разделительных признаков.

1. Характер изменения выходного параметра объекта до момента возникновения отказа. По этому признаку различают следующие виды отказов:

- внезапные отказы;

- постепенные (износные) отказы;

- сложные отказы.

2. Возможность последующего использования объекта после возникновения отказа. По этому признаку различают:

- полные отказы;

- частичные отказы.

3. Связь между отказами объекта. По этому признаку различают:

- независимые отказы;

- зависимые отказы.

4. Устойчивость состояния неработоспособности. По этому признаку различают:

- устойчивые отказы;

- самоустраняющиеся отказы;

- сбои;

- перемежающиеся отказы.

5. Наличие внешних проявлений отказа. По этому признаку различают:

- явные отказы;

- скрытые отказы.

6. Причина возникновения отказа. По этому признаку различают:

- конструктивные отказы;

- производственные отказы;

- эксплуатационные отказы;

- деградационные отказы.

7. Природа происхождения отказа. По этому признаку различают:

- естественные отказы;

- искусственные отказы.

8. Время возникновения отказа. По этому признаку различают:

8.               - отказы при испытаниях;

- приработочные отказы;

- отказы периода нормальной эксплуатации;

- отказы последнего периода эксплуатации.

9. Возможность устранения отказа. По этому признаку различают:

- устранимые отказы;

- неустранимые отказы.

10. Критичность отказа (уровень прямых и косвенных потерь, трудоемкость восстановления). По этому признаку различают:

- критические отказы;

- некритические отказы (существенные и несущественные).

Постепенные (износные) отказы возникают в результате постепенного протекания того или иного процесса повреждения, прогрессивно ухудшающего выходные параметры объекта (рис. 3.2).

Основным признаком постепенного отказа является монотонно возрастающий характер зависимости интенсивности отказов от наработки объекта:

при  (3.1)

 

 

 

 

 

 

Этому условию, например, удовлетворяет нормальный закон распределения случайной величины q ₁ - наработки объекта до отказа, широко используемый для моделирования постепенных отказов объектов:

(3.2)

где  - средняя наработка до отказа; s - среднее квадратическое отклонение наработки до отказа;  - функция Лапласа.

К постепенным отказам относятся отказы, связанные с процессами изнашивания, коррозии, усталости и ползучести материалов.

 

Внезапные отказы возникают в результате сочетания неблагоприятных факторов и случайных внешних воздействий, превышающих возможности объекта к их восприятию. Внезапные отказы характеризуются скачкообразным характером зависимости степени повреждения объекта от наработки при t>T_B , где T_B - время (наработка), соответствующее возникновению причины, вызывающей внезапный отказ (рис.3.3). Скорость процесса повреждения при внезапном отказе

при t > T_B .

Рис. 3.3. Зависимость степени повреждения объекта U от наработки t в случае внезапного отказа	Рис. 3.4. Зависимость степени повреждения объекта U от наработки t в случае сложного отказа

 

Основным признаком внезапного отказа является независимость интенсивности отказов l от наработки объекта, т. е. вероятность отказа на малом интервале D t наработки объекта, следующем за рассматриваемым моментом t , зависит только от длины этого интервала, но не зависит от предыдущей наработки объекта (не связана с постепенным накоплением повреждений). Интенсивность отказов l выступает, таким образом, как смешанная мера интенсивности случайных внешних воздействий, которым подвергается объект при эксплуатации, и способности объекта противостоять этим воздействиям. Для моделирования внезапных отказов используют экспоненциальный закон распределения (2.11).

Отказ, который включает особенности двух предыдущих, называется сложным отказом (рис.3.4).

Скорость процесса повреждения g при сложном отказе является конечной (не стремящейся к Ґ ) величиной при t>T_B, где T_B - время (наработка), соответствующее возникновению внезапной причины, инициировавшей постепенное развитие процесса, приводящего к отказу.

Пример сложного отказа: недопустимые ударные воздействия на станок внезапного характера (прерывистое резание в условиях резкого колебания припуска), возникшие в случайный момент T_B, инициировали процесс возникновения и развития усталостной трещины (зародышем трещины мог явиться локальный дефект материала детали). Постепенное развитие трещины будет происходить по мере дальнейшей нормальной эксплуатации станка; скорость этого процесса g - конечная величина. В момент q ₁ усталостная трещина достигает критического размера и происходит поломка детали (отказ функционирования).

 

К полным отказам относятся отказы, после которых использование объекта по назначению невозможно (для восстанавливаемых объектов - невозможно до проведения восстановления).

Частичные отказы - отказы, после возникновения которых объект может быть использован по назначению, но с меньшей эффективностью или когда вне допустимых пределов находятся значения не всех, а одного или нескольких выходных параметров.

Независимый отказ - отказ, не обусловленный другими отказами или повреждениями объекта.

Зависимый отказ - отказ, обусловленный другими отказами или повреждениями объекта.

Устойчивые отказы - отказы, которые можно устранить только путем восстановления (ремонта).

Отказы, устраняемые без операций восстановления путем регулирования или саморегулирования, относятся к самоустраняющимся.

Сбой - самоустраняющийся отказ или однократный отказ, устраняемый незначительным вмешательством оператора.

Перемежающийся отказ - многократно возникающий самоустраняющийся отказ одного и того же характера.

Явный отказ - отказ, обнаруживаемый визуально или штатными методами и средствами контроля и диагностирования при подготовке объекта к применению или в процессе его применения по назначению.

Скрытый отказ - отказ, не обнаруживаемый визуально или штатными методами и средствами контроля и диагностирования, но выявляемый при проведении технического обслуживания или специальными методами диагностики.

Большинство параметрических отказов относятся к категории скрытых.

Конструктивный отказ - отказ, возникший по причине, связанной с несовершенством или нарушением установленных правил и (или) норм проектирования и конструирования.

Производственный отказ - отказ, возникший по причине, связанной с несовершенством или нарушением установленного процесса изготовления или ремонта, выполняемого на ремонтном предприятии.

Эксплуатационный отказ - отказ, возникший по причине, связанной с нарушением установленных правил и (или) условий эксплуатации.

Причиной конструктивных, производственных и эксплуатационных отказов является наличие соответствующих дефектов (см. раздел 3.1).

Деградационный отказ - отказ, обусловленный естественным процессом старения, изнашивания, коррозии и усталости при соблюдении всех установленных правил и (или) норм проектирования, изготовления и эксплуатации.

Искусственные отказы вызываются преднамеренно, например, с исследовательскими целями, с целью необходимости прекращения функционирования и т.п.

Отказы, происходящие без преднамеренной организации их наступления в результате направленных действий человека (или автоматических устройств), относят к категории естественных отказов.