Надежность ГИиО. Г. А. Боярских, И. Г. Боярских НАДЁЖНОСТЬ ГОРНЫХ МАШИН. И. Г. Боярских надёжность горных машини оборудования екатеринбург 2008
 Скачать 1.23 Mb.
|
|
4.5. Основные правила обеспечения надежности при серийном производстве 1. Технологические процессы серийного производства должны обеспечивать качество изделий (в том числе их надежность) на уровне изделий опытного производства. 2. При изготовлении деталей, особенно ответственных, нельзя допускать создания технологических концентраций напряжений (недостаточные радиусы закруглений, отсутствие фасок, зарезы и забоины на поверхности и т. д. 3. Технологические процессы не должны создавать значительных остаточных напряжений, понижающих прочность или выносливость. Следует устранять причины, порождающие возможность технологических повреждений (прижогов, перегревов, трещин и др. 4. Для ответственных деталей необходимо применять упрочняющую технологию (виброгалтовку, обработку дробью, обкатку шариками и роликами и др должны использоваться защитные покрытия, предохраняющие деталь от коррозии и других вредных воздействий. 5. Следует устанавливать систему входного контроля (для материалов, комплектующих деталей, приборов и т. п, чтобы обеспечить гарантии использования доброкачественных поставляемых элементов. Для поставщиков, зарекомендовавших себя высоким качеством, входной контроль может быть отменен. 6. Оперативный контроль в процессе изготовления должен обеспечивать поставку деталей на сборку без дефектов (вплоть до применения разрушающих или специальных методов дефектоскопии. 7. Условия контроля должны быть более жесткими в начальный период производства. При достижении необходимого уровня качества производства и его стабильности имеется возможность контроль упростить или свести его к статистическому. 80 8. Должны быть предусмотрены испытания на надежность деталей и узлов, подтверждающие допустимый уровень рассеяния количественных показателей, физических и других свойств, влияющих на надежность изделия. 9. Изменения, вносимые в технологию изготовления и сборки, должны быть проверены при лабораторных, стендовых или других испытаниях и не должны ухудшать показатели надежности выпускаемого изделия. Задачи для самостоятельной работы 1. Испытаниям подвергнута партия подъемных механизмов, для которых удовлетворительной вероятностью безотказной работы в каждом цикле считается Р 0,92. Требуется найти приемочное число отказов А о с допустимым риском α = 0,10 при объеме испытаний n = 500 циклов. 2. На складе хранится 200 изделий. При испытании 25 изделий, взятых из общего числа случайным образом, зарегистрировано два отказа. Требуется найти с риском 0,1 соответствие требованиям к надежности всей партии изделий, если допустимая вероятность безотказной работы должна быть не менее 0,95. 3. Система зажигания двигателя после ремонта испытывалась в течение циклов, при этом отмечено 50 отказов. Определить, можно ли принять двигатель, если число отказов считать приемочным числом при риске α = 0,05. 4. Вероятность отказа стартерного механизма трактора должна быть менее 0,08. Найти браковочное число Ас риском потребителя β = 0,10 при 1000 запусков двигателя. Контрольные вопросы 1. Почему показатели надежности изготовленных в металле машин, как правило, ниже показателей, рассчитанных конструктором при их проектировании. Что такое надежность технологического процесса и как этот показатель влияет на надежность выпускаемого изделия 3. Как можно рассчитать надежность изделия с учетом качества изготовления. Какие методы обеспечивают надежность выпускаемых машин 5. Какие методы существуют для контроля надежности изготавливаемых машин 6. Сформулируйте основные требования, предъявляемые при серийном производстве горных машин. Глава 5 ОБЕСПЕЧЕНИЕ НАДЕЖНОСТИ В ПРОЦЕССЕ ЭКСПЛУАТАЦИИ 5.1. Влияние эксплуатации на надежность машин Под эксплуатацией понимается стадия жизненного цикла изделия, на которой реализуется, поддерживается и восстанавливается его качество. На стадии эксплуатации, когда производится использование изделий по назначению, происходит реализация заложенной и обеспеченной на предыдущих стадиях надежности изделий. На этой стадии проявляются и технико- экономические последствия низкой надежности, приводящие к потерям от простоя техники, к затратам на устранение отказов и на приобретение запасных частей. Повышение эксплуатационной надежности горной техники, снижение затратна ее содержание, техническое обслуживание и ремонт, уменьшение простоев по техническим неисправностям, обеспечивающее повышение производительности производства, снижение себестоимости добычи полезных ископаемых, – основные задачи технической эксплуатации горных машин. 82 Одновременно с количественным ростом машинного парка горных предприятий, с усложнением техники возрастает роль этапа эксплуатации техники в суммарных затратах на создание и использование технических систем так, затраты на поддержание в работоспособном состоянии, на техническое обслуживание и ремонт трактора враз превышают стоимость новых машин. Затраты на ремонт в США и Японии значительно ниже средняя суммарная стоимость ремонтов за срок амортизации составляет 1—1,5 оптовой цены машины. Наблюдение и сбор данных об отказах машин в процессе эксплуатации позволяют определить фактические эксплуатационные показатели горных машин в конкретных условиях эксплуатации. Они, как правило, оказываются значительно ниже тех, которые были получены при проектировании и испытаниях опытных машин. Это дает возможность установить наиболее слабые узлы машин, поставить задачу их совершенствования перед поставщиками или самостоятельно проводить модернизацию и повышать надежность машина следовательно, и их производительность. Так, эксплуатационные наблюдения за горными перевалочными машинами МТФ-61 и МТФ-62 позволили установить, что простои этих машин составляют времени их эксплуатации, при этом неисправности двигателей, ходовой части -7,6 %, трансмиссии - 23,8 %, рабочих механизмов - 17,7 %. Это дает возможность наметить пути совершенствования указанных машин. Расход металла на производство запасных частей за нормативный срок службы, отнесенный к конструктивной массе агрегатов и машин, составляет для двигателей тракторов – 55-100 %, для гусеничных тракторов – 66-100 %, для перевалочных машин -70-90 %. Эти данные свидетельствуют о значительном расходе металла на ремонт горных машин. С учетом изложенного, становится ясной необходимость обеспечения высокой их надежности в процессе эксплуатации. 83 5.2. Оценка надежности поданным эксплуатации Основным методом получения достоверной информации о надежности горных машин, комплексов и агрегатов являются наблюдения в процессе эксплуатации или входе специальных испытаний на надежность. Учитывая важность и ответственность информации о надежности, к ней предъявляют следующие требования - информация должна быть безусловно достоверной и полной, те. должна содержать данные об условиях и режимах эксплуатации, о времени простоев по организационным причинам, о времени, затрачиваемом на профилактическое обслуживание, о времени возникновения и устранения отказа, о причинах отказа - информация должна быть дискретной, те. должна давать возможность разделения зафиксированных данных по отдельным признакам. Это необходимо в связи стем, что надежность характеризуется рядом единичных и комплексных показателей, и для их расчета необходимо часто использовать одни и те же данные - информация должна быть своевременной, она может использоваться для корректирования конструкции и технологического процесса изготовления последующих образцов или их серийного производства - информация при испытаниях на надежность изделий единичного и мелкосерийного производства должна быть непрерывной, те. не должны иметь место перерывы в наблюдениях за объектом. Изделия серийного и массового производства подвергаются периодическим испытаниям. В СССР создана определенная система сбора и обработки информации, регламентированная соответствующими государственными стандартами и методическими указаниями ГОСТ 20857-75 определяет правила оценки эксплуатационной информации по надежности изделий ГОСТ 27.502—83 — организационные и методические требования к планированию работ по сбору информации ГОСТ 27.503-81 – способы статистической обработки информации. Существуют также стандарты, определяющие правила проверки согласия эмпирических распределений с теоретическими, правила контроля и испытаний изделий. Ниже приводится примерный порядок определения показателей эксплуатационной надежности. 1. Определяется минимальное число испытуемых изделий. Методы определения этого числа могут быть точечными или параметрическими, когда предположительно известен вид закона распределения исследуемой случайной величины, и непараметрическими, когда вид закона распределения неизвестен. В зависимости от этого (см. ГОСТ 27.502-83) различны и методы определения числа объектов наблюдения N, которые также зависят и от закона распределения. Для случая, когда закон распределения случайной величины неизвестен, следует задаться требуемой минимальной величиной безотказной работы P(t) в течение времени t с необходимой доверительной вероятностью и по табл. 5.1, представляющей сокращенную выписку из ГОСТа, найти число N. 85 Таблица 5.1 Определение необходимого числа объектов число объектов наблюдения – N, (r = 0)) Безотказная работа P(t) Доверительная вероятность β 0,80 0,90 0,95 0,99 0,55 0,8 0,9 0,95 - 8 30 30 - 10 40 40 - 13 60 60 7 20 44 800 Для случая, когда вид закона распределения неизвестен, число N определяют по таблице в ГОСТ 27.502-83, в которой даны значения δ/V при разных значениях доверительных вероятностей β и соответствующие им значения (табл. 5.2). Таблица 5.2 Определение необходимого числа объектов при известном законе распределения (Значения δ/V в зависимости от N и Число наблюдений Доверительная вероятность β 0,80 0,90 0,95 0,99 2 20 61 1001 0,973 0,193 0,109 0,027 2,176 0,297 0,166 0,041 4,465 0,337 0,214 0,052 22,501 0,568 0,306 0,074 Здесь δ – относительнаяошибка в определении средней наработки до первого отказа коэффициент вариации – отношение среднеквадратичного отклонения к математическому ожиданию случайной величины. Учитывая назначение и характер использования изделия, уровень надежности можно принять не ниже P(t) = 0,9 (простой установки связан с большими экономическими потерями. Задаваясь доверительной вероятностью, по табл. 5.1 определяем минимальное число испытуемых изделий. По результатам наблюдений строится вариационный ряд – расположение статистических значений случайной величины в возрастающем порядке. Весь диапазон разбивают на интервалы, и количество интервалов Копре- деляют по формуле или min где t max и t min – соответственно максимальное и минимальное время наблюдения величина интервала n – количество обрабатываемых данных. Рис. 5.1. Гистограмма результатов эксплуатационных испытаний 3. Поданным вариационного ряда строится гистограмма – ступенчатая функция, задаваемая следующим образом по оси абсцисс – выбранные ∆t i , по оси ординат – число отказов n(∆t i ) в интервале Пример гистограммы приведен на рис. 5.1. Из вида гистограммы подбирают вид закона распределения времени безотказной работы. Рекомендуемые законы распределения для различных типов гистограмм представлены в табл. 5.3. 0 2 4 6 8 10 100 200 300 400 500 t n(dti) Ряд 87 Таблица 5.3 Определение закона распределения Коэффициент вариации 0,3 < n < Экспоненциальный Нормальный Усеч. нормальный Нормальный Усеч. нормальный n ≈ 1 Экспоненциальный Нормальный Логарифм нормальный Нормальный Вейбулла n > 1 Экспоненциальный Нормальный Нормальный n ≤ 3 Вейбулла Нормальный Вейбулла Нормальный Усеч. норм 4. После предположительного установления вида закона распределения можно приступить к оценке его параметров. Рассмотрим некоторые методы оценки параметров различных законов распределения времени безотказной работы горного оборудования и машин. Экспоненциальный закон. Прежде всего следует отметить, что экспоненциальное распределение характерно для внезапных отказов элементов и систем в целом. Функция плотности вероятности времени безотказной работы имеет вид при t≥0 Оценка параметра производится для планов [N, М, Т (ГОСТ 27.503 – 81) по формуле для планов [N, М - по формуле 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 100 200 300 400 Ряд 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 100 200 300 400 Ряд 0 1 2 3 4 5 6 7 8 100 200 300 400 Ряд 88 где r - суммарное число отказов N - количество образцов, взятых под наблюдение t r - наработка дополучения отказов. Нормальное распределение Нормальный закон наиболее часто используется для оценки надежности изделий при наличии постепенных отказов. Плотность вероятности нормального закона задается соотношением при 1 ) ( 2 где Т - средняя наработка до отказа σ - стандартное отклонение. Оценка параметров Т и σ для всех планов испытаний производится по формулам ∑ ∑ = − − = = n i i i T t N N t T 1 2 o , ) ( 1 где t i - моменты отказов оборудования или машины. Логарифмический закон. Функция плотности вероятности этого закона имеет вид при 1 ) ( 2 1 2 Оценка параметров и σ 1 для всех планов испытаний производится по формулам ∑ ∑ = = − − = σ = n i i n i a t N N t a 1 2 1 1 1 1 ) (ln 1 Логарифмически нормальный закон хорошо описывает период износо- вых отказов. Закон распределения Вейбулла характерен для комбинированных случаев совместного действия усталостных и износных отказов. Функция плотности вероятностей этого закона имеет вид 89 0 при ) ( 1 ≥ λ = λ − − t e t b t f b t b Оценка параметров λ и b производится по формулам 0 ln ln ; λ 1 1 1 1 ∑ ∑ ∑ ∑ = − = = = − + = N i i b i N i b i N i i N i b i t t N t t b N t N 5. На этом этапе осуществляется проверка допустимости предполагаемого закона распределения времени безотказной работы на основании критериев согласия. Наиболее употребительными из них являются критерий Пирсона (или критерий x 2 — хи-квадрат) (при n > 100) или критерий Колмогорова. Определение соответствия теоретического распределения эмпирическим данным по критерию производится следующим образом 1) по предлагаемому виду теоретического распределения и поэм- пирическим данным вычисляют величину x 0 по формуле , ) ( 2 1 2 0 − = = i i i i m m n S х где n i — эмпирические частоты, число попаданий эмпирических данных в й интервал времени m i — теоретические частоты S — общее число интервалов времени 2) по таблице распределения случайной величины определяют вероятность того, что случайная величина принимает значения, большие, чем x 0 2 , те. b ср (x 2 ≥x 0 2 ) = Р если Р > 0,1, то закон принимается. Критерий согласия Колмогорова определяется по формуле , 1 max к ≤ = ∆ n D где D max - наибольшее отклонение теоретической кривой распределения от эмпирической по модулю n - общее число опытных точек. 6 . Установив закон распределения и его параметры, можно определить количественные показатели надежности. При изучении надежности горных машин и комплексов наиболее часто 90 применяются следующие законы распределения времени безотказной работы и времени восстановления экспоненциальный, нормальный, Вейбулла, логарифмически нормальный. В табл. 5.4 приведены в соответствии с ГОСТ 27.503-81 выражения для оценки количественных характеристик надежности горного оборудования при указанных выше законах распределения безотказной работы. Таблица 5.4 Определение показателей надежности Любые значения показателей надежности, вычисленные на основе ограниченного числа наблюдений, всегда содержат элемент случайности, поэтому необходимо определить границы их возможной погрешности. Для этого в математической статистике используется метод определения доверительных интервалов. Доверительным называется интервал, который с достаточной для нас вероятностью покрывает оцениваемое значение параметра распределе- Зона распределения Формулы для определения средней наработки дог о отказа среднего ресурса среднего срока службы среднего срока сохраняемости среднего срока восстановления гамма процентного срока службы гамма процентного срока сохраняемости гамма процентного ресурса вероятности безотказной работы до первого отказа интенсивности восстановления интенсивности отказов интенсивности восстановления Экспоненциальный ее Вейбулла b b 1 1 1 λ + Γ b 1 100 γ ln λ 1 − е - λ t b b t е λ − − 1 b λt 1 − b Нормаль- ный а 1 2 1 = = − Φ − t σ − Φ × × − α 2 1 2 1 t σ α − Φ × × + t 2 1 2 1 − Φ − − σ σ α 2 1 2 1 σ α 1 0 t t f 91 ния. Доверительные границы можно определить точно, если известен закон распределения случайной величины. Так, при распределении наработки на отказ по экспоненциальному закону t max = δ 1 T o ; t min = где и δ 2 - коэффициенты точности, которые выбираются по таблицам в зависимости от доверительной вероятности β и количества наблюдений n. Для восстановления машину которых вероятно многократное появление отказов, наработка на отказ — случайное событие. В этом случае отказавшие элементы заменяют на исправные и работоспособность машины восстанавливается, те. наблюдается поток отказов. Поток отказов характеризуется следующими величинами средним числом отказов r ср (t ), средней наработкой машины на отказ Три параметром потока отказов ω(t): ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ; ; ) ( ) ( ср ср 1 1 1 1 ср 1 ср t t r t t r t N t r t t r t r t T N t r t r N i i N i i N i i N i i N i i ∆ ∆ + = ∆ − ∆ + = ω = = ∑ ∑ ∑ ∑ ∑ = = = = = Пример. В течение нескольких сезонов добычи полезных ископаемых проводилось обследование технологических машин горного предприятия. |