книги из ГПНТБ / Рабинович А.Г. Технология производства гидроакустической аппаратуры учеб. для судостроит. техникумов

5.В чем состоит особенность регулировки выпрямителей с электронной ста­ билизацией?

6.Какие основные параметры определяют работу усилителей звуковых и ульт­ развуковых частот?

7.Как определяют коэффициент усиления усилителя?

8.Что такое частотная характеристика усилителя?

9.Что такое амплитудная характеристика усилителя?

10. Каким образом определяют величину напряжения шумов усилителя?

11.Как определяют нелинейные искажения в усилителе?

12.Каковы причины самовозбуждения и способы его устранения?

13.В чем особенность регулировки генераторов?

14.В чем состоит комплексная проверка аппаратуры?

ГЛАВА 14

НАДЕЖНОСТЬ И ИСПЫТАНИЯ ГИДРОАКУСТИЧЕСКОЙ АППАРАТУРЫ

§ 63. Основные понятия и определения

Сложность гидроакустической аппаратуры, тяжелые условия эксплуатации и ответственность выполняемых ею функций требуют постоянного повышения надежности, т. е. обеспечения длительной

данные функции, сохраняя свои эксплуатационные показатели в заданных пределах в течение требуемого промежутка времени или требуемой наработки.

Выполнение возложенных на изделие задач возможно в том случае, когда параметры изделия находятся в пределах заданных допусков. Это свойство изделия носит название безотказности.

Таким образом, б е з о т к а з н о с т ь — свойство изделия сохра­ нять работоспособность в течение некоторой наработки без вынуж­ денных перерывов. Безотказность изделия — одно из важнейших свойств, определяющих его надежность, однако оно представляет лишь одну сторону надежности.

Наряду с безотказностью большое значение имеет способность изделия сохранять работоспособность в течение возможно более

какое из перечисленных свойств изделия имеет наибольшее зна­ чение для обеспечения его надежности, возможно только с учетом назначения изделия и условий его эксплуатации. Так, например, если изделие не обслуживается персоналом, его ремонтопригод­

но

ность не определяет надежности. Если же изделие обслуживается, его приспособленность к быстрому обнаружению и устранению не­ исправностей обслуживающим персоналом, особенно при наличии резервирования, значительно повышает его надежность.

В зависимости от назначения, условий эксплуатации и харак­

в нарушении работоспособности. При этом изделие полностью или частично утрачивает работоспособность. Отказ связан с наруше­ нием только основных параметров изделия, характеризующих его нормальную работу. Например, появление вмятин на корпусе из­ делия, перегорание лампочек подсвета шкал, повреждение окраски приборов, нарушение контровок — все это не влияет на основные параметры изделия и может быть отнесено к дефектам, не препят­ ствующим дальнейшей эксплуатации изделия.

Рассмотрим основные виды отказов. В зависимости от возмож­

способность выполнять одну (или несколько) из своих основных функций, выполняя в то же время остальные функции. Так, напри­ мер, если гидроакустическая станция должна работать в режимах эхо- и шумопеленгования, то при отказе тракта эхо-пеленгования может быть использован режим шумопеленгования. Такой отказ

ожиданное скачкообразное изменение одного или нескольких пара­ метров изделия (элемента). Так, нарушение контакта, короткое замыкание, обрыв проводника, пробой изоляции,— все это может быть отнесено к внезапным отказам. Часто внезапные отказы яв­ ляются следствием скрытых дефектов производства, конструктив­ ных недоработок, внешних воздействий, не свойственных нормаль­ ной эксплуатации (удары, вибрации, перегрев) и др.

П о с т е п е н н ы е о т к а з ы характеризуются прежде всего медленными изменениями параметров изделия (элемента) и зави­ сят от длительности эксплуатации изделия (элемента). Они могут вызываться естественным старением или износом элементов, а также нарушением условий регулировки. К постепенным отказам можно отнести изменение величины сопротивлений резисторов, емкости конденсаторов, понижение эмиссии электронной лампы

и др. В отличие от внезапных постепенные отказы чаще всего бы­ вают скрытыми и частичными.

Для правильного определения основных показателей надеж­ ности большое значение имеет деление изделий на восстанавливае­ мые и невосстанавливаемые.

К в о с с т а н а в л и в а е м ы м относят изделия (элементы), кото­ рые в случае возникновения отказа могут быть отремонтированы (заменены), а к н ев о с с т а н а в л и в а е м ы м — изделия (эле­ менты), которые при этом не могут быть отремонтированы в про­

чаях, когда отказ происходит по причине выхода из строя неремонтируемого элемента (резистора, конденсатора, полупроводни­ кового прибора), этот элемент изымают из изделия и заменяют новым работоспособным элементом. Такую замену в теории на­ дежности рассматривают как процесс восстановления, и указанные элементы при эксплуатации изделий относятся к восстанавливае­ мым. Примером невосстанавливаемых изделий может служить ап­

Для оценки надежности изделий в конкретных величинах ши­ роко используются статистические методы и теория вероятности. Разработан целый ряд количественных показателей надежности, но их определение связано со значительными трудностями: во-пер­ вых, на надежность изделия (элемента) оказывает влияние множе­ ство различных факторов, не всегда поддающихся учету; во-вторых, экспериментальное определение количественных показателей на­ дежности требует длительного времени, большого количества ис­

ный промежуток времени можно по формуле

п

Одним из важнейших показателей количественной оценки на­ дежности являются интенсивность отказов для неремонтируемого изделия и параметр потока отказов для ремонтируемого изделия.

И н т е н с и в н о с т ь о т к а з о в определяется вероятностью от­ каза неремонтируемого изделия в единицу времени после данного момента времени при условии, что отказ до этого момента не возник.

П а р а м е т р п о т о к а о т к а з о в — среднее количество отка­ зов ремонтируемого изделия в единицу времени, взятое для рас­ сматриваемого момента времени.

В простейшем случае интенсивность отказов может быть опре­ делена как отношение числа отказавших за время испытания изде­ лий к произведению количества испытуемых изделий на время

Таким образом, интенсивность отказов проверяемых резисторов равна 4 • 10~6 за 1 ч.

На рис. 132 приведена типовая кривая зависимости интенсив­ ности отказов от времени работы изделия. Как видно, кривая до­ статочно четко подразделяется на три области.

Область I характеризуется повышенной интенсивностью отка­ зов, причинами которых в большинстве случаев являются наличие в изделии дефектных элементов, некачественная сборка, наруше­

ТО _ ^раб_

влияющие на надежность изделия.

§ 65. Пути обеспечения надежности

Надежность гидроакустической аппаратуры определяется боль­ шим числом разнообразных факторов. Все они могут быть раз­

в первую очередь от надежности комплектующих типовых эле­ ментов. Задача конструктора состоит в анализе количественных параметров надежности элементов электрических и механических схем и выборе надежных из имеющихся однотипных. При этом желательно применять элементы стандартные и унифицированные, так как они лучше отработаны и изготовляются по более совершен­ ной технологии.

Но даже самые надежные элементы могут быть причиной от­ казов, если они используются в тяжелых режимах работы. Рабо­ чий режим элементов определяется их электрической или механи­ ческой нагрузкой, окружающей температурой и другими усло­ виями.

В связи с тем, что недопустимый нагрев элементов приводит к преждевременному выходу их из строя, большое значение имеет тепловой режим. Правильная компоновка аппаратуры и принятие специальных мер для отвода тепла могут в значительной мере об­ легчить тепловой режим.

Не менее важно обеспечить защиту элементов и изделий от вредного воздействия ударов, вибрации, влаги, пыли и других условий эксплуатации.

Для снижения вибрационных и ударных нагрузок следует при­

компаундом, герметиками, что одновременно повышает вибропроч­ ность узлов.

При проектировании необходимо добиваться снижения, где это возможно, электрической нагрузки элементов до 30—40%

номинальной, применения стабилизированного напряжения и мини­ мального воздействия на элементы электрических нагрузок, изме­ няющихся во время переходных режимов.

элементов. Предположим, что какой-либо простой блок состоит из трех элементов, включенных последовательно, и все элементы об­ ладают одинаковой вероятностью безотказной работы

^эл1 = Рэл2 — РэлЗ — 0>9- Тогда вероятность безотказной работы блока составит

Рбя = ЛииРэлгРэлз = 0,9 • 0,9 • 0,9 = 0,729.

Из приведенного примера видно, что при последовательном соединении элементов (блоков) общая надежность системы всегда ниже надежности самого слабого элемента.

По мере усложнения аппаратуры и решаемых ею задач резко возрастает количество элементов (блоков), из которых она со­ стоит. Увеличить надежность изделия за счет сокращения числа элементов далеко не всегда представляется возможным. С другой стороны, увеличение надежности каждого элемента до уровня, обеспечивающего необходимую вероятность безотказной работы системы, технически неосуществимо. Например, если система со­ держит 300 000 отдельных деталей и заданная вероятность безот­ казной работы системы равна 0,9, то каждая из входящих деталей должна иметь надежность 0,9999996, т. е. практически работать безотказно. Ясно, что обеспечить безотказную работу всех вхо­ дящих элементов невозможно. В этих условиях для создания вы­

введения резервных частей, являющихся избыточными по отноше­ нию к минимальной функциональной структуре изделия, необхо­ димой и достаточной для выполнения им заданных функций. Сущ­ ность резервирования состоит в п а р а л л е л ь н о м с о е д и н е н и и элементов (блоков), которые являются дублирующими по отно­ шению к основным.

Надежность при резервировании блока может быть определена по формуле

где Р0бщ — вероятность безотказной работы резервированной си­ стемы;

Рбл — вероятность безотказной работы блока; п — число дублированных блоков.

Подсчитаем надежность работы резервированного блока, со­ стоящего из трех последовательно включенных элементов с надеж­

Таким образом, резервирование является одним из наиболее эффективных способов повышения надежности изделий. Однако резервирование усложняет и удорожает изделия, увеличивает их

этого применяются устройства автоматического контроля неис­ правностей, а блоки выполняются в виде унифицированных узлов, модульных и микромодульных конструкций.

Одной из причин недостаточной надежности изделий часто яв­ ляется низкий уровень технологии производства. Выбор наиболее эффективного способа изготовления деталей, сборки и монтажа, исключающего появление брака, является главной задачей техно­ лога. Постоянное совершенствование технологических процессов, внедрение прогрессивных методов обработки, строгое соблюдение технологической дисциплины — все это играет важную роль в во­ просах повышения надежности изделий. Немаловажное значение в обеспечении качества изделий имеет культура производства, в ча­

и узлов, так как при этом значительно снижается влияние субъ­ ективных факторов на качество изделий, обеспечивается одно­ родность продукции и резкое повышение ее качества. Основой автоматизированного производства являются унификация элек­ трических схем, применение модульных и микромодульных кон­ струкций.

Нарушение сортности, необоснованные замены материалов, недостаточный входной контроль поступающих в производство

комплектующих изделий также являются причинами снижения на­ дежности изделий.

Для снижения количества отказов изделия в начальный период его эксплуатации целесообразно проводить «тренировку» как ком­ плектующих элементов, так и аппаратуры в целом в условиях, близких к эксплуатационным. В период тренировки аппаратуры выявляются и удаляются «слабые» элементы.

Большую роль в деле повышения надежности выпускаемых из­ делий играет правильная организация контроля на всех стадиях производства. Контроль в процессе производства можно подразде­ лить на входной, текущий и выходной.

При в х о д н о м к о н т р о л е проверяются поступающие от других заводов комплектующие элементы и материалы.

Важнейшее значение имеет т е к у щ и й к о н т р о л ь , охваты­ вающий весь процесс производства. При текущем контроле про­ веряется качество изготовления деталей, узлов и блоков, соблюде­ ние заданных технологическими процессами режимов и последова­ тельность технологических операций. Текущий контроль, основанный на статистических методах, позволяет быстро выявлять отклонения от технологического процесса и при их устранении влиять на ка­

В процессе эксплуатации надежность изделий обеспечивается следующими эксплуатационными факторами:

а) хорошей подготовкой обслуживающего персонала и соответ­ ствующей организацией процесса эксплуатации;

б) своевременным и качественным выполнением всех профи­ лактических мероприятий;

в) правильным проведением ремонтов и восстановительных операций при отказах.

§ 66. Влияние условий эксплуатации

на надежность аппаратуры

Большое влияние на надежность аппаратуры оказывают экс­ плуатационные условия, из-за которых возникает 30% и более всех отказов. Эти условия должны учитываться при выборе эле­ ментов и готовых изделий, материалов и конструктивного испол­ нения.

Внешние условия эксплуатации гидроакустической аппаратуры связаны с тяжелыми ударно-вибрационными нагрузками, высоким гидростатическим давлением, резкими изменениями температуры, давления и влажности окружающего воздуха. Кроме того, на ап­ паратуру и ее элементы оказывают вредное влияние солнечная

ратуру постоянно действуют вибрации в широком диапазоне ча­ стот. Кроме того, аппаратура может подвергаться ударным на­ грузкам с ускорением 4 g и более. Длительное воздействие знако­ переменных ударно-вибрационных нагрузок приводит к быстрому накоплению признаков усталости и возникновению механических повреждений элементов, ослаблению крепления деталей, наруше­ нию контактов, паек и резьбовых соединений.

Для защиты от динамических воздействий применяются амор­ тизаторы, от качества которых в значительной мере зависит надеж­ ность аппаратуры.

Высокие г и д р о с т а т и ч е с к и е д а в л е н и я могут явиться причиной механического разрушения элементов конструкции и про­ никновения воды внутрь забортной аппаратуры.

Влияние т е м п е р а т у р н ы х у с л о в и й и резких ее колеба­ ний приводит к изменению характера посадок, возникновению зна­ чительных напряжений, вызывающих деформацию деталей, а также изменению электрических параметров элементов (емкости, сопро­ тивления и др.). Особенно вредны резкие колебания температуры, при которых происходит конденсация влаги и «отпотевание» аппа­ ратуры, что может привести к снижению изоляционных свойств и электрическим пробоям. Низкая температура воздуха вызывает преждевременное разрушение резины и компаундов, загустевание смазок и др.

Из-за повышенной влажности воздуха и морского тумана про­ исходит разбухание бумаги, картона, пластмасс с древесными на­ полнителями, коррозия металлов и сплавов, снижение изоляции диэлектриков. Высокая влажность воздуха ухудшает тепловой ре­ жим работы аппаратуры. В различных географических районах влажность воздуха колеблется от 5 до 98%. Защита аппаратуры от влажности осуществляется покрытием водонепроницаемыми, водостойкими лаками, красками, компаундами и герметизацией узлов и блоков.

Влияние с о л н е ч н о й р а д и а ц и и выражается в окислении различных лакокрасочных покрытий и их отслаивании. Под дей­

условия для развития плесени возникают в тропиках, где создается комбинация высокой влажности, высокой температуры и сильной солнечной радиации. При наличии в воздухе пыли и газов в этих условиях образуется питательная среда для развития плесени. Наиболее подвержены плесени изделия, содержащие в своем со­ ставе органические материалы. Плесень может появляться также на неорганических материалах, металлах. Она способствует кор­ розии и может явиться причиной разрушения контактных соедине­