лекции. 3 Лекции НСХТ. Лекции по дисциплине Надежность сельскохозяйственной техники Тема 1. Введение. Цель и задачи курса. Цель Изучение теории надежности транспортной техники План
 Скачать 2.82 Mb.
|
|
ЛЕКЦИИ по дисциплине «Надежность сельскохозяйственной техники» Тема №1. Введение. Цель и задачи курса. Цель: Изучение теории надежности транспортной техники План: 1. Основные разделы надежности. 2. Понятия о качестве и надежности машин. 3. Объекты, рассматриваемые в теории надежности. 4. Понятия о качестве объектов в теории надежности. 1.1 Надежность - это свойство объекта сохранять во времени в установленных пределах все параметры, обеспечивающие выполнение требуемых функций в заданных условиях эксплуатации. Надежность различной техники – чрезвычайно многогранная проблема, отражающая все этапы существования объекта (от конструкторской идеи до списания). Она постоянно находится в стадии развития по мере совершенствования знаний и умений человека, а также изменения условий службы различных объектов. Все, что ни делает человек (от первых орудий труда до космических кораблей), он стремится делать надежно. Однако, создать совершенно безотказную и предельно долговечную машину невозможно, потому что с течением времени на нее непрерывно воздействуют различные факторы, изменяя свойства деталей и, как следствие, вызывая отклонение установленных показателей надежности. Возникнув вначале в авиационной и космической технике, радиотехнике, автоматике, телемеханике и современных средствах связи, надежность стала «проблемой номер один» и выделилась в самостоятельную дисциплину, главная задача которой дать оценку надежности объекта. Наука о надежности техники изучает закономерности изменения показателей работоспособности объектов с течением времени, а также физическую природу отказов и на этом основании разрабатывает методы, обеспечивающие с наименьшей затратой времени средств необходимую долговечность и безотказность работы объектов. Теоретические основы науки о надежности техники базируются на отдельных разделах фундаментальных наук. 1) Математические методы в теории надежности с самого начала положены в основу этой науки получили достаточно широкую разработку. Это прежде всего применение теории вероятности и математической статистики как для установления закономерностей возникновения отказов, так и для изучения механо-физико-химических процессов, которые изменяют свойства, приводящие к разрушению деталей машин, а также для расчета поведения объекта в процессе эксплуатации, т.е. прогнозирования. 2) Свое отражение в науке о надежности нашла теория симметрии. По определению Германа Вейля «Симметрия является той идеей, посредством которой на протяжении веков человек пытался постичь и создать порядок, красоту и совершенство» Теория симметрии - фундаментальное учение, в объяснении зависимости между происхождением и строением, с одной стороны, и свойствами, с другой стороны, материалов, применяемых для изготовления деталей машин. 3) Теория надежности базируется также на учении об объемной и поверхностной прочности материалов деталей машин. Наибольшую трудность представляет расчет долговечности деталей с учетом поверхностной прочности или износостойкости. Поэтому изучение и установление закономерностей различных видов изнашивания – ключ к резкому повышению надежности техники. Реальная возможность инженерного расчета машин на надежность появится только тогда, когда будет установлена зависимость износа от строения материала. 4) В теоретических основах надежности широко используются достижения таких наук, как физика твердого тела, химия, металлофизика, кристаллофизика, кристаллохимия, физическая химия, химическая физика, кристаллография и другие, которые служат основой современного материаловедения. Без глубоких знаний природы и строения (структуры) материала, причин его разрушения в различных условиях (усталость, износ, коррозия и др.), без основ управления формированием необходимых свойств невозможно создать способы получения практически безызносных поверхностных слоев деталей, а также принципиально новых материалов. Надежность состоит из таких разделов, как - математическая теория надежности; - надежность по отдельным физическим критериям отказов; - расчет и прогнозирование надежности; - мероприятия по повышению надежности; - контроль надежности (испытания, статистический контроль, организация наблюдений) и техническая диагностика; -теория восстановления; - экономика надежности; Надежность характеризуется следующими основными состояниями и событиями. Работоспособность - состояние изделия, при котором оно способно нормально выполнять заданные функции (с параметрами, установленными в технической документации). Исправность - состояние изделия, при котором оно удовлетворяет всем не только основным, но и вспомогательным требованиям. Исправное изделие должно быть обязательно работоспособно. Неисправность - состояние изделия, при котором оно не соответствует хотя бы одному из требований технической документации. Различают неисправности, приводящие и не приводящие к отказам. Отказ - событие,заключающееся в полной или частичной утрате работоспособности. Функциональные отказы - прекращается выполнение функций элементом или объектом (поломка зубьев шестерен). Параметрические отказы, при которых некоторые параметры объекта изменяются в недопустимых пределах (потеря точности станка). Причины отказов могут быть случайные и систематические. Случайные - это непредусмотренные перегрузки, дефекты материала; это явления, вызывающие постепенное накопление повреждений (коррозия, старение, усталость, износ) Отказы по характеру возникновения делятся на внезапные и постепенные. Отказы по причинам возникновения подразделяются на конструкционные, технологические, эксплуатационные Отказы - по последствиям различают - легкие, средние, тяжелые Надежность изделий обуславливается их безотказностью, долговечностью, ремонтопригодностью и сохраняемостью. 1.2 Понятие о качестве и надежности машин. ГОСТ 13377-75 «Надежность в технике. Термины» содержит 86 терминов, которые разделены на следующие основные группы: 1)общие понятия; 2)виды отказов; 3)показатели надежности; 4)термины, относящиеся к резервированию. Технические объекты могут иметь следующие основные состояния: исправность и неисправность, работоспособность и неработоспособность, предельное состояние. Исправность (исправное состояние) – это состояние объекта, при котором он соответствует всем требованиям научно – технической документации (НТД). Неисправность – состояние объекта, при котором оно не соответствует хотя бы одному из требований, установленных научно – технической документацией (НТД). К неисправностям относит снижение производительности и экономичности трактора сверх допустимых пределов, потерю точности станком, отклонение в толщине слоя окраски кузова, вмятины на кабине автомобиля и т.п. Работоспособность – это состояние объекта, при котором он способен выполнять заданные функции, сохраняя значения заданных параметров в пределах, установленных НТД. Неработоспособность наоборот. Понятие исправность шире - исправный объект всегда работоспособен. Предельное состояние-это такое, при котором дальнейшая эксплуатация объекта должна быть прекращена из-за неустранимого нарушения требований ТБ, ухода параметров за установленные пределы, снижения эффективности эксплуатации или необходимости кап ремонта. Переход объекта из одного состояния в другое характеризуетсяповреждением и отказом. Повреждение - это нарушение исправности под влиянием внешних воздействий. Оно может быть несущественным и существенным (нарушение работоспособности). Отказ - заключается в нарушении работоспособности. Он всегда связан с возникновением неисправности. Восстанавливаемый объект - при возникновении отказа подлежит восстановлению. Невосстанавливаемый объект - не подлежит восстановлению. Ремонтируемый объект - работоспособность в случае возникновении отказа подлежит восстановлению Неремонтируемый объект не подлежит восстановлению. Неремонтируемые объекты - поршневые кольца, фрикционные накладки тормозов. Надежность - свойство объекта выполнять заданные функции , сохраняя установленные эксплуатационные показатели в заданных пределах, соответствующих заданным режимам и условиям применения, технического обслуживания, ремонта, хранения и транспортирования. Физическая надежность - характеризуется способностью надежно работать в заданных условиях в течение заданного времени. Определяется стабильностью характеристик материалов. Схемная надежность сложного изделия или системы – обуславливается уровнем физической надежности отдельных элементов. Характеризуется способностью сохранять работоспособность при наличии отказов отдельных элементов. Техническое обслуживание (ГОСТ 18322-78) – это операция или комплекс операций по поддержанию работоспособности или исправности изделия при использовании по назначению, ожидании, хранении и транспортировки. Ремонт – это комплекс мероприятий, предназначенный для восстановления исправности или работоспособности изделий и восстановления ресурса изделий или их составных частей. Надежность как сложное свойство в зависимости от назначения объекта и условий его эксплуатации должна включать в себя в отдельности или в определенном сочетании следующие свойства: безотказность, долговечность, ремонтопригодность и сохраняемость. Безотказность – сохранение работоспособности в течение некоторого времени или некоторой наработки. Из этого следует, что отказов не должно быть в течение заданного промежутка времени или заданной наработки. Наработкой называется продолжительность или объем работы, выполняемой объектом. Она может измеряться в часах, мото-часах, километрах пробега, гектарах убранной площади или в других единицах. Долговечность – свойство объекта сохранять работоспособность до наступления предельного состояния. Предусматривает перерывы, связанные с тех обслуживанием и ремонтом. Различие между безотказностью и долговечностью состоит в следующем. Безотказность - это непрерывная работоспособность в течение некоторого времени или наработки, долговечность предусматривает перерывы в эксплуатации, связанные с техническим обслуживанием и ремонтом. Ремонтопригодность - это приспособленность объекта к предупреждению и обнаружению причин возникновения отказов и устранению их последствий путем ремонта и технического обслуживания. От приспособленности машины к работам, предусмотренными системами технического обслуживания (ТО) и ремонта, зависят убытки, возникающие вследствие неработоспособности машины во время проведения работ. Это важнейшее эксплуатационно-техническое свойство. От ремонтопригодности зависит время восстановления работоспособности. Ремонтопригодная конструкция машины при рациональных затратах на ее изготовление и эксплуатацию минимальное время находится в неработоспособном состоянии. Сохраняемость – свойство объекта сохранять исправное и работоспособное состояние в течение и после хранении и (или) транспортировки. Это свойство наиболее ярко проявляется для сезонно работающих машин. Наряду с понятиями наработки в надежности часто используются следующие термины: технический ресурс (ресурс) срок службы, срок сохраняемости, гарантийная наработка и срок гарантии. Технический ресурс или ресурс – это наработка объекта от начала эксплуатации или ее возобновления после капитального ремонта до наступления предельного состояния. Срок службы – календарная продолжительность эксплуатации объекта от ее начала или возобновления после капитального ремонта до наступления предельного состояния. Срок сохраняемости – календарная продолжительность хранения и (или) транспортирования объекта в заданных условиях, в течение и после которой сохраняются значения заданных показателей в установленных пределах. Гарантийная наработка – наработка объекта, до завершения которой завод-изготовитель или ремонтное предприятие гарантируют и обеспечивают выполнение определенных требований к объекту при условии соблюдения потребителем правил эксплуатации, в том числе правил хранения и транспортировки. Гарантийная наработка, как и срок гарантии, устанавливается в технической документации или договорах между заводом-изготовителем или ремонтным предприятием и заказчиком. 1.3 Объекты, рассматриваемые в надежности машин и оборудования. В ГОСТ 13377 – 75 все термины и определения надежности техники даны применительно к техническим объектам. Технический объект – это предмет определенного целевого назначения, рассматриваемый в период проектирования, производства, эксплуатации, исследований и испытаний на надежность. Также это изделия, технические системы и их элементы, в частности устройства, машины, аппараты, приборы и их части, агрегаты, сборочные единицы и отдельные детали. Техническая система – совокупность совместно действующих элементов, предназначенных для самостоятельного выполнения заданных функций. Элемент системы – часть (деталь, сборочная единица, агрегат), предназначенный для выполнения заданных функций. При изучении вопросов надежности машино – тракторные агрегаты, тракторы, автомобили и другую сельскохозяйственную технику можно рассматривать как системы, состоящие из отдельных элементов (сборочных единиц). Сборочная единица может также рассматриваться как система, состоящая из деталей. 1.4 Понятие о качестве объектов в теории надежности машин. Качество продукции– совокупность ее свойств, обуславливающих пригодность продукции удовлетворять определенные потребности в соответствии с ее назначением. Качество продукции характеризуется целым рядом простых и сложных свойств, которые условно можно объединить в пять групп; 1) эксплуатационные показатели и потребительские свойства (для трактора - мощность, скорость, расход топлива; для станка - точность, производительность, степень автоматизации и т.д.); 2) надежность; 3) технологичность; 4) показатели технической эстетики (внешний вид и т.д.), эргономические показатели( физиологические и гигиенические показатели, удобство работы и т.п.); 5) степень стандартизации, унификации и взаимозаменяемости. Важнейший признак качества промышленной продукции – ее надежность, которая проявляется в процессе эксплуатации. Надежность – одна из составляющих частей качества. Качество эксплуатации объекта – это совокупность свойств процесса эксплуатации объекта, от которых зависит соответствие этого процесса и его результатов установленным требованиям. Оно зависит от качества эксплуатационной документации, эксплуатационного оборудования и приспособлений, запасных частей и принадлежностей (в том числе и материалов), а также от качества труда эксплуатационников. Качество ремонта объекта – один из факторов определяющих состояние отремонтированной продукции. Другой фактор – качество объектов, предназначенных для ремонта. В свою очередь качество ремонта зависти от качества ремонтной техдокументации, ремонтного оборудования и комплектующих частей, а также от труда ремонтников. Качество труда работников – совокупность свойств процесса труда, обусловленных способностью и стремлением работника выполнять определенное задание в соответствии с установленными требованиями. Оно зависит от сложности труда, квалификации, навыков, психофизиологического состояния работника и его отношения к труду. Список рекомендуемой литературы: 1.Ермолов Л.С., Кряжков В.М., Черкун В.Е., - Основы надежности сельскохозяйственной техники. М.: Колос, 1982 2.Ю.Н. Артемьев Качество ремонта и надежность машин в сельском хозяйстве. М, Колос, 1981 Контрольные вопросы: 1.Что такое надежность? 2.Какими состояниями и событиями характеризуется надежность? 3.Что такое исправность и неисправность? 4.Что такое техническое обслуживание? 5.Что включает в себя понятие «качество продукции»? Тема №2. Основные положения теории надежности. Цель: Изучение основных понятий теории надежности технологических машин. План: 1.Особенности условий эксплуатации машин. 2.Классификация отказов машин: - в зависимости от причин их вызывающих; - по природе возникновения; - по месту и времени возникновения; - по причинам возникновения; - по сложности устранения; - эксплуатационные их ресурсные отказы. 2.1. Некоторые особенности технологических машин и условий их работы. Когда машина еще создается (т.е. в чертежах), ее создателям следует учитывать всесторонние условия ее работы. В первую очередь, конечно, необходимо учитывать технологию работы процесса, для механизации которого создается машина. Но нельзя забывать и о вспомогательных процессах (ремонт, хранение, транспортировка), которые будущей машине предстает в "жизни". В этой связи посмотрим с позиции инженера механика на эти особенности: - значительный пылевой фон вызывает необходимость герметизации узлов; - разнообразие климатических, почвенных, температурных (в течении года) условий приводит к трудности запуска, режима работы двигателей, к различной частоте отказов; - жидкие агрессивные среды, самые различные по составу оказывают отрицательное воздействие на доильные установки, паровые котлы, машины для ядохимикатов, удобрений. Для этих машин необходимы особые требования при техническом обслуживании и ремонте, особые материалы. - кратковременность использования многих машин: (в течение уборочных компаний), большинство сельскохозяйственных машин – работает только 10% календарного времени. Это требует сложной технологии постановки на хранение, ремонт; - большая рассредоточенность и удаленность от баз обслуживания; - плохая транспортабельность; - большое разнообразие машин по типажу, назначению, инструкциям, это усложняет техническое обслуживание и ремонт, требует специальных приспособлений, высококвалифицированных кадров; - долговечность отдельных узлов в одной машине и одноименных в разных машинах - очень различна (коэффициент равнопрочности). Например: у ДТ-75 за срок службы необходимо сменить 10 гусениц, а у Т-130 в 2 раза меньше. В сельскохозяйственных машинах очень много быстроизнашивающихся узлов и деталей. Они вызывают значительные вибрации. При ремонте таких узлов часто появляется несбалансированность, она еще больше увеличивает вибрации, создаются дополнительные нагрузки, что приводит к частым отказам. 2.2. Причины отказов машин их анализ. Классификация отказов машин. Отказы объектов в процессе их эксплуатации возникают по трем основным причинам: усталость материала, коррозионное разрушение, изнашивание поверхностей трения деталей. В зависимости от причин их вызывающих и характера протекания процесса отказы делятся на два основных вида: - постепенные (износные) и внезапные. Постепенные отказы возникают в результате протекания того или иного процесса старения, ухудшающего начальные параметры сопряжения, узла, машины. Физическая природа постепенных, т.е. износных отказов (сюда относится и коррозия) заключается в накоплении необратимых изменений в поверхностных слоях металла, приводящих к изменению размеров и физико-механических свойств деталей и пар трения. Характерным признаком постепенных отказов является то, что вероятность их возникновения в течении заданного периода времени от t1 до t2 зависит от длительности предыдущей работы машины до t1 . К этому виду относятся отказы связанные с износом, коррозией, ползучестью материалов. Их называют еще прогнозируемые. Внезапные отказы не связаны с процессами, происходящими в машине. Они являются последствием сочетания неблагоприятных факторов и внешних воздействий при неправильной эксплуатации. Например, тепловой зазор в результате прекращения подачи смазки. Физическая природа внезапных отказов в период нормальной эксплуатации заключается в усталости материала деталей и разрушении их вследствие возникновения пиковых нагрузок, которых в условиях эксплуатации избежать невозможно. Отказ наступает через промежуток времени, который предугадать невозможно. Характерным признаком внезапных отказов является то, что вероятность его возникновения не зависит от времени предыдущей работы машины t1 Например, причиной отказа автомобильной покрышки может быть ее износ, а также прокол. Вероятность отказа из-за износа у старой покрышки значительно больше. В противоположность этому прокол - внезапный отказ - вероятность одинакова для новых и старых покрышек. Однако следует отметить, что скрытность отказа не означает, что отказ обязательно внезапный. Так, например, задир поверхности трения в результате попадания абразива извне - есть внезапный отказ, он произошел по вине эксплуатации и меры должны быть приняты соответствующие - защита поверхности трения. Задир же поверхности трения в результате появления на поверхности литейной раковины - есть постепенный отказ. Его появлению предшествовал износ поверхности, он заложен технологическим путем и меры по его устранению тоже должны быть технологические. По природе происхождения– делятся на естественные и преднамеренные (искусственные). Последние могут быть вызваны различными причинами вследсвие сознательных или неосознанных действий персонала, эксплуатирующего технику. По месту возникновения отказа различают слабые элементы объекта, которые необходимо или усилить, или изменить их конструкцию. По времени возникновения судят о моменте его появления в течение «жизненного» цикла машины. Физическая природа приработочных отказов заключается в несовершенстве технологии изготовления деталей (неправильно выбран материал и способ его упрочнения) и низком качестве сборки машин. По взаимосвязи отказов определяют их совместимость. Например, к зависимому отказу можно отнести заедание вкладышей коленчатого вала, возникающее вследствие отказа масляного насоса двигателя. Отказ же клапанного механизма не может быть зависим от отказа коробки передач. По внешним признакам определяют доступность обнаружения отказов невооруженным глазом. Они могут быть очевидными (например, течь радиатора) и скрытыми (обрыв клапана двигателя). По степени воздействия отказа делают заключение о возможности дальнейшего использования объекта или его элемента. При полном отказе неремонтируемых объектов их неработоспособность не восстанавливают. Частичный отказ присущ ремонтируемым объектам и их элементам. Эти отказ часто называют соответственно ресурсными и эксплуатационными. По причине возникновения отказы разделяются на следующие виды: а) исследовательские отказы, возникающие вследствие ошибок, допущенных на стадии исследований, приводящих к выдаче неверных исходных данных для проектирования(конструирования) объекта или его элемента; б) расчетно-конструкторские отказы, появляются вследствие ошибок при выборе кинематики механизмов и выполнении прочностных расчетов, расчетов на износ и назначении технических условий на изготовление элементов и объекта в целом; в) производственно-технологические отказы, возникают вследствие плохого качества материала деталей, несовершенных технологических способов и методов их обработки, применения недостаточно точных рабочих и мери тельных инструментов и оборудования, приводящих к невыполнению технических условий на изготовление на изготовление и сборку элементов и объекта в целом. Низкую надежность с/х техники в основном следует отнести на эти причины; г) эксплуатационные отказы- следствие использования объектов в условиях, для которых они не предназначались, нарушения правил эксплуатации (недопустимые нагрузки, невыполнение правил технического обслуживания, транспортирования и хранения), а также низкого качества ремонта. По последствиям или затратам отказ может быть тягчайшим, когда он приводит к человеческим жертвам (отказ рулевого управления или тормозов мобильных машин), тяжелым, средним или незначительным (по мере затрат времени и средств на его устранение). По сложности устранения: Первая группа сложности-отказы, устраняемые ремонтом или заменой деталей без разборки или внеочередным проведением ТО-1 или ТО-2 Вторая группа сложности – отказы, устраняемые ремонтом или заменой легкодоступных сборочных единиц и агрегатов, а также отказы, устранение которых требует раскрытия внутренних полостей основных агрегатов без их разборки или внеочередного проведения ТО-3. Третья группа сложности-это отказы, для устранения которых необходима разборка или расчленение основных агрегатов. Важное технико-экономическое значение имеет выбор места и метода устранения отказа и восстановления работоспособности машины или ее элемента. С этой точки зрения все отказы целесообразно разделить на две категории: 1) эксплуатационные отказы (ЭО) и 2) ресурсные отказы (РО). Эксплуатационные отказы. К ним относятся такие, устранение которых не связано с большим объемом разборочно-сборочных работ, не требует высокой квалификации обслуживающего персонала и сложного оборудования и сводится к замене неисправной детали (сопряжения) или регулирования вышедшего из строя механизма. Типичными примерами таких отказов с/х техники являются: течь сальников и уплотнений, разрыв и прогорание прокладок, ослабление наружных креплений, загрязнение масляных, топливных фильтров и воздухоочистительных устройств, нарушение регулировки клапанов, системы подачи топлива, сцепления и др. По мере старения машины в процессе эксплуатации возникают более сложные отказы, устранение которых требует большого числа разборочно-сборочных работ, обкатки собранной машины на стенде, высокой квалификации обслуживающего персонала, т.е. требуют производственных условий ремонта. При восстановлении работоспособности машины, агрегата в производственных условиях экономически нецелесообразно заменять только вышедшую из строя деталь, сопряжение. В таких случаях, как правило, оценивают техническое состояние всех основных деталей и сопряжений и выбраковывают те из них, остаточный ресурс которых меньше межремонтного ресурса агрегата или узла, установленного на машину. Следовательно, при устранении такого отказа наряду с работоспособностью восстанавливают и межремонтный ресурс машины (агрегата, узла). В соответствии с результатами восстановления отказы такого рода называются ресурсными. Отнесение отказов к той или другой группе зависит не только от сложности его устранения, но и от технико-организационных причин, поэтому на практике номенклатура эксплуатационных, а следовательно, и ресурсных отказов может меняться в некоторых пределах. В зависимости от сложности устранения отказы делятся на три группы. Перечень отказов первой и второй групп сложности практически совпадают с категорией эксплуатационных отказов, а третьей группы сложности с категорией ресурсных отказов. Классификация отказов по двум категориям - эксплуатационные и ресурсные - позволяет рационально распределить объем ремонтных работ между мастерскими хозяйств и специализированными ремонтными предприятиями, уменьшить число капитальных ремонтов, обеспечить хозяйства необходимым количеством запасных частей и сократить время простоя. Список рекомендуемой литературы 1. Л.С. Ермолов, В.М. Кряжков, В.Е. Черкун. Основы надежности сельскохозяйственной техники. М.: Колос, 1982 2. Ю.Н. Артемьев. Качество ремонта и надежность машин в сельском хозяйстве. М, Колос, 1981 3. Д.Н. Решетов, А.С. Иванов, В.З. Фадеев. Надежность машины М, Высшая школа, 1988. 4. В.И. Прейсман. Основы надежности сельскохозяйственной техники. Киев-Донецк «Вица школа», 1979. Контрольные вопросы 1.Каковы особенности эксплуатации сельскохозяйственных машин? 2.Какими бывают отказы в зависимости от причин их вызывающих? 3.Какими бывают отказы в зависимости от причин возникновения? 4.На какие группы делятся отказы по сложности устранения? 5.Какие отказы называются эксплуатационными? 6. Какие отказы называются ресурсными? |