Лекция №2. Сведения о надежности. Оценка надежности и повышения долговечности оборудования.

Оценка надежности оборудования производится путем сбора, системати­зации и обработки статистических данных о наблюдениях за его работой. Все работы по оценке надежности состоят из четырех основных этапов:

1) накопление статистической информации об отказах оборудования;

2) систематизация, анализ и обобщение полученных статистических дан­ных;

3) выбор и обоснование количественных показателей для оценки надеж­ности оборудования;

4) математическая обработка полученных эмпирических данных для опре­деления закономерностей отказов анализируемого оборудования.

Выполнение первого этапа является наиболее трудоемкой частью работы. От правильной организации работ на этом этапе во многом зависит качество собираемой информации, определяющей в конечном итоге результаты оценки надежности анализируемого оборудования.

Для обеспечения соответствующего качества собираемых сведений информация об отказах оборудования должна быть достоверной, полной и непрерывной. Достоверность информации об отказах оборудования достигается точным учетом времени его работы, моментов возникновения отказов и времени, затра­чиваемого на их устранение. Полная информация достигается точным учетом условий эксплуатации оборудования и режимов его работы. Для непрерывности информации нельзя допускать перерыва в процессе регистрации отказов.

Статистическая информация об отказах оборудования может быть полу­чена из двух источников:

1) наблюдение за оборудованием в реальных условиях эксплуатации;

2) наблюдение за оборудованием во время специальных испытаний, ими­тирующих (или моделирующих) условия эксплуатации.

Для получения необходимых сведений об отказах и работоспособности оборудования в реальных условиях эксплуатации имеются специальные жур­налы наблюдений и учета неисправностей (которые заполняются персоналом, обслуживающим оборудование) или организуется опытная эксплуатация, во время которой исследуемое оборудование находится под наблюдением, и все данные об отказах и неисправностях регистрируются в специально разрабо­танных журналах. Помимо журналов источником статистической информации об отказах оборудования служат также суточные рапорты, опросные листки, технические формуляры и др.

Собранная первичная статистическая информация об отказах оборудова­ния подвергается систематизации, анализу, обобщению и предварительной обработке. Эти работы обычно весьма трудоемки и связаны с большой затратой времени.

Трудоемкость этих работ значительно снижается при использовании совре­менных средств вычислительной техники.

Математическая обработка статистической информации об отказах и рабо­тоспособности оборудования сводится к составлению рядов распределения, построению эмпирической функции плотности вероятностей, случайной вели­чины, вычислению параметров эмпирического распределения, выравниванию эмпирического распределения по предварительно выбранному теоретическому закону, сравнению эмпирических и теоретических функций распределения. На основе выбранного закона распределения исследуемой случайной величины и его параметров определяют показатели надежности.

Для количественной оценки долговечности оборудования и рас­крытия ее физического смысла рассмотрим три категории долговечности: физическую долговечность τ_ф, моральную долговечность τ_м и технико-эконо­мическую долговечность .

Ф

Физическая долговечность машины определяется долговечностью составля­ющих ее частей и агрегатов и зависит от долговечности сопряжений отдельных де­талей. Сопряжения характеризуются по­садкой в виде зазора или натяга.

Установлено, что физическая долго­вечность подвижного сопряжения опре­деляется характером (интенсивностью) изменения зазора в сопряжении.

Для иллюстрации возможности количественной оценки физической долговеч­ности сопряжения рассмотрим кинетику изнашивания пары трения скольжения: вал - втулка подшипника скольжения.

изическая долговечность τ_ф — продолжительность ра­боты изделия в средних условиях до среднего или капитального ремонта (меж­ремонтный ресурс).

Рисунок 2.1 – Кривая нарастания

износа пары работающих деталей.

На рис. 2.3 изображена кривая нарастания износа пары работающих деталей: по оси абсцисс указывается время работы пары, а по оси ординат — мера износа (в данном случае зазор).

Кривая эта имеет три явно выраженных участка:

1) начальный — криволинейный участок /, характеризующий процесс приработки нового сопряжения (период τ₀ — τ_вач);

2) прямолинейный участок II (естественное изнашивание) наибольший по протяженности, отвечающий периоду нормальной работы сопряжения (;

3) конечный участок III , тоже криволинейный и соответствующий периоду выхода из строя сопряжения, вследствие изнашивания его сверх допустимого предела (аварийное изнашивание).

Период приработки τ_пр сопряжения характеризуется наибольшей скоро­стью изнашивания деталей сопряжения в начале периода (tg a = max) и ста­билизацией скорости изнашивания в конце периода приработки (tg a = const). Это объясняется наличием значительных контактных напряжений в точках фактического контакта, которые находятся на вершинах неровностей со­пряженных трущихся поверхностей.

По мере приработки микрошероховатости сопряженных деталей сглажи­ваются, площадь фактического контакта приближается к номинальной, фактические контактные напряжения снижаются и скорость изнашивания стабилизируется.

Во избежание нарушения прочности сопряженных поверхностей в период приработки их не рекомендуется нагружать усилиями, близкими к номи­нальным.

Поэтому приработку, как правило, проводят на более легких режимах, с нагрузками, значительно меньшими, чем номинальные.

Период нормального изнашивания (естественного изнашивания) характери­зуется постоянной скоростью (tg a = const). В течение этого периода естествен­ное изнашивание сопряженных деталей растет вместе с увеличением времени работы механизма. Однако постепенное количественное нарастание изнашива­ния лишь до известного предела не приводит к качественным изменениям в ра­боте сопряжения и, очевидно, лишь до этого предела изнашивание может счи­таться естественным (нормальным). При переходе указанного предела (), изнашивание приводит к резкому ухудшению в работе механизма, а процесс работы сопряжения из статического переходит (в результате недопустимого увеличения зазора) в динамический со всеми вытекающими отрицательными последствиями. Следовательно, изнашивание перерастает из естественного в аварийное (участок ///).

Если допустить работу сопряжения в зоне аварийного изнашивания, то в результате нарушения условий жидкостного трения возникнут явления схва­тывания и вырывания частиц материала сопряженных поверхностей, темпера­тура резко возрастет и сопряжение выйдет из строя. Задача технического об­служивания — своевременно захватить момент предельного износа механизма, предупредить аварийный износ, отремонтировать изношенное сопряжение и, таким образом, без больших затрат, вернуть ему прежние эксплуатационные качества.

При оценке физической долговечности сопряжения иIII участки рас­смотренной кривой должны исключаться, так как началом нормальной работы сопряжения считается момент окончания приработки , а концом — момент времени, соответствующий предельно допустимому износу (зазору)S_max. В таком случае физическая долговечность любого сопряжения, рабо­тающего при установившемся режиме, может быть выражена следующей за­висимостью

(2.1)

где S_mах и S_нач — соответственно предельно допустимый и начальный зазоры, мм; tg а — величина, характеризующая скорость изнашивания сопряжения (нарастания зазора).

Значения начального зазора и максимально допустимого зазора в сопряжении определяются аналитически при расчете конкретного узла трения.

Скорость изнашивания конкретного сопряжения может быть установлена опытным путем.

Количественная оценка физической долговечности сопряжения возможна с помощью формулы (2.1).

Моральная долговечность (моральный износ) — срок службы машины, после которого машина становится технически и эко­номически неэффективной по сравнению с новыми машинами, более совершен­ных конструкций.

Экономические законы развития народного хозяйства требуют непрерыв­ного совершенствования конструкции машин — повышения их производитель­ности, улучшения качества работы и снижения себестоимости работы, выпол­няемой машиной. Это создает стимул и экономическую базу технического про­гресса — непрерывного совершенствования конструирования и производства машин. Однако машина, созданная с малым «запасом совершенства» быстро стареет (морально изнашивается), так как на смену ей приходит более совер­шенная машина; причем может быть случай, когда моральная долговечность существующей машины будет настолько незначительна, что она не успеет оку­пить себя достаточно эффективной работой (например, так было с различными автоматами на первых этапах их внедрения в народное хозяйство).

Показателем моральной долговечности машины может быть коэффициент морального износа

(2.2)

где C — себестоимость единицы продукции старой машины; С₂ — себестои­мость единицы продукции новой машины; ΔС — экономия от ввода в эксплуа­тацию новой машины.

Проанализируем выражение (2.2). Как видно, величина коэффициента морального износа может находиться в пределах

При С₂ = С₁ коэффициент К_{м а} = 0, т. е. анализируемая («старая») машина еще морально не износилась и является вполне современной.

При С₂ << С₁ значение СС₁ и может приблизиться к величине ΔС С_Т

В таком случае K_МА 1. Это означает почти полный моральный износ машины, которую независимо от ее фактического физического состояния необ­ходимо заменить новой, более современной.

Увеличение долговечности машин — средство снижения затрат труда на единицу продукции. Исходя из этого, устанавливают более экономичные пре­делы сроков службы машин, т. е. экономически оптимальную долговечность. Для этого определяют технико-экономическую (оптимальную) долговечность.

Технико-экономическая долговечность — эконо­мически целесообразный срок службы машины, соответствующий минимальному значению удельной себестоимости ее работы.

Количественная оценка может быть выполнена на основе следующих соображений. По мере износа машины производительность ее падает, а эксплуа­тационные расходы на материалы (топливо, смазку, энергию) возрастают.

С другой стороны, с каждым капитальным ремонтом в результате износа все большего числа деталей объем ремонта, расход запчастей, и, следовательно, стоимость ремонта увеличиваются. Все это в сумме сказывается на себестои­мости единицы продукции.

При экономически наивыгоднейшем сроке службы машины суммарные затраты на ее эксплуатацию, отнесенные к величине выполненной работы, будут минимальными.

Суммарные затраты на использование машины могут быть выражены так:

C=C+C + C, (2.3)

где С₁ — разовые затраты на приобретение машины; С₂ — затраты на хране­ние, топливо, рабочую силу; С₃ — затраты на эксплуатационные материалы, запчасти, ремонт и обслуживание.

Затраты С₂ пропорциональны времени % использования машины

С₂=Вт, (2.4)

а затраты C₃ прогрессивно возрастают с увеличением времени ее эксплуатации

С= Кτ (2.5)

где В — затраты группы С₂ на единицу времени эксплуатации машины; К — исходная величина эксплуатационных затрат; — показатель степени роста эксплуатационных затрат по мере изнашивания машины.

Литература: 3 осн. , 8 доп.

Контрольные вопросы:

1. Из каких этапов состоят работы по оценке надежности оборудования?

2. Дайте определение физической, моральной и технико-экономической долговечности оборудования?