Лекция 1 Предмет надежность машин Цель дисциплины

• Название: Лекция 1 Предмет надежность машин Цель дисциплины
• Дата: 08.04.2022
• Размер: 0.52 Mb.
• Имя файла: 97350.ppt
• Тип: Лекция; #452837
• страница: 1 из 3

Лекция № 1 Предмет – надежность машин

Цель дисциплины - научиться оценивать надежность оборудования, разрабатывать и осуществлять мероприятия по ее повышению при эксплуатации и ремонте машин.


Введение
В настоящее время роль надежности оборудования как никогда является важной составляющей при создании новой техники. Это связано прежде всего с тем, что надежность неизменно повышается, т.к. увеличивается скорость движения и вращения . В свою очередь люди хотят иметь уверенность - с оборудованием будет все в порядке и в нужный момент оно не подведет .


Надежность – свойство объекта сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания, ремонтов, хранения и транспортирования . 


Безотказность Долговечность Ремонтопригодность Сохроняемость


Надёжность


Рис. 1 Свойства надёжности


1 Основные понятия и положения
1.1. Понятия о качестве и надежности машин.
Применительно к теплоэнергетическому оборудованию надежность является важнейшей технико-экономической характеристикой, определяющей стоимость и качество изготовления, ремонта и технической эксплуатации машины.


Значение надежности в жизни машины можно сравнить со значением здоровья в жизни человека. Основным свойством человека является его здоровье. Чем лучше здоровье, чем реже и меньше болеет человек, тем больше он выполнит работы и тем меньше времени и средств затратит на отдых и лечение. В этом смысле «здоровьем» машины является ее надежность, а ее «болезнью» – отказ или потеря работоспособности. По мере «старения» надежность машины, также как и здоровье человека, ухудшается, а стоимость поддержания работоспособности увеличивается.


1.2. Техническое состояние объекта ГОСТ 27.002-83 «Термины и определения».
Исправное – состояние объекта, при котором он соответствует всем требованиям нормативно-технической и (или) конструкторской документации. 
Неисправное – состояние объекта, при котором он не соответствует хотя бы одному из требований нормативно-технической и (или) конструкторской документации. 
Работоспособное – состояние объекта, при котором значение всех параметров, характеризующих способность выполнять заданные функции, соответствуют требованиям нормативно-технической и (или) конструкторской документации.


Неработоспособное – состояние объекта, при котором значение хотя бы одного параметра, характеризующего способность выполнять заданные функции, не соответствует требованиям нормативно-технической и конструкторской документации.
Предельное – состояние объекта, при котором его дельнейшее применение по назначению не допустимо или нецелесообразно, либо восстановление его исправного или работоспособного состояния невозможно или нецелесообразно.


Указанные определения характеризуются совокупностью значений параметров, описывающих состояние объекта, и качественных признаков, для которых не применяют качественные оценки.
Номенклатуру этих параметров и признаков, а так же пределы допустимых их изменений устанавливают в нормативно – технической и конструкторской документации на объект.
Переход объекта из одного состояния в другое обычно происходит в следствии повреждения или отказа.


(5)


Исправное состояние


Работоспособное состояние


Неработоспособное состояние


Предельное состояние


Списание


(1)


(3)


(2)


(4)


1. Повреждение
2. Отказ
3. Переход объекта в предельное состояние из-за неустранимого нарушения требований безопасности морального старения и др.


4. Восстановление
5. Ремонт


Рис. 2 Состояние объекта


Дефект – повреждение при котором объект остается работоспособным
Неисправность – повреждение при котором объект становится неработоспособным
Отказ – событие, заключающееся в нарушении работоспособного состояния объекта.
Критерий отказа – признак или совокупность признаков неработоспособного состояния объекта, установленные в нормативно – технической и конструкторской документации.
Восстанавливаемый объект – для которого в рассматриваемой ситуации проведение восстановления работоспособного состояния предусмотрено в нормативно – технической и конструкторской документации.

Невосстанавливаемый объект – объект, для которого в рассматриваемой ситуации приведение восстановления работоспособного состояния не предусмотрено в нормативно–технической и конструкторской документации.
Ремонтируемый объект – для которого проведение ремонтов предусмотрено нормативно –технической и конструкторской документации.


Неремонтируемый объект – для которого проведение ремонтов не предусмотрено в нормативно –технической документации.


Ремонт – комплекс операций для восстановления работоспособности и ресурса оборудования, или их составных частей ( ГОСТ 18322 –78 ).
Технический ресурс – наработка объекта от начала его эксплуатации или её возобновления после ремонта определенного вида до перехода в предельное состояние.
Наработка – продолжительность или объём работы объекта.


Безотказность – свойство объекта непрерывно сохранять работоспособное состояние в течение некоторого времени или некоторой наработки.


Рис. 3 Классификация отказов


Отказы


По причине возникновения


По характеру проявления


По взаимосвязи


По группам сложности


По способу обнаружения


Конструктивный


Производственный


Эксплуатационный


Внезапный


Постепенный


Перемежающийся


Независимый


Зависимый


Первой


Второй


Третьей


Явный


Скрытый


Независимый отказ – отказ объекта, не обусловленный отказом другого объекта.
Зависимый – отказ объекта, обусловленный отказом другого объекта.
Внезапный – отказ, характеризующийся скачкообразным изменением значений одного или нескольких значений заданных параметров объекта.
Постепенный – отказ, характеризующийся постепенным изменением значений одного или нескольких заданных параметров объекта.


Внезапному отказу не предшествует направленное изменение параметров, прогнозировать его практически невозможно. Пробивание прокладок, усталостные разрушения.
Постепенный – отказ характеризуется закономерностью изменения заданного эксплуатационного параметра объекта. Это позволяет с высокой вероятностью прогнозировать интервал времени или наработки, где следует ожидать постепенный отказ. Например, предельный износ деталей и сопряжений.


Перемежающийся – многократно возникающий самоустраняющийся отказ объекта одного и того же характера.
Конструкционный – отказ, возникающий в результате несовершенства или нарушения установочных правил и норм конструирования объекта.
Производственный – отказ, возникающий в результате несовершенства или нарушения установленного процесса изготовления или ремонта объекта, выполнявшегося на ремонтном предприятии.


Эксплуатационный – отказ, возникший в результате нарушения установленных правил и условий эксплуатации объекта.
Отказы относят к контрольным, производственным или эксплуатационным с целью установления, на какой стадии создания или существования объекта следует провести мероприятия для установления причин отказа.


Ресурсный – отказ, возникший при эксплуатации объекта в соответствии с установленными нормами.
1-ой степени – если восстановление работоспособности не требует разборочно – сборочных операций. Замена доступных деталей. Восстановление работоспособности производится путем замены только неисправной детали.
2-ой степени – производятся разборочно – сборочные операции, но остаточный ресурс остается прежним. А также отказы, устранение которых требует раскрытия внутренних полостей основных агрегатов.
3-ей степени – ведутся значительные разборочно-сборочные операции, при этом проводится оценка технического состояния узлов и деталей с последующим восстановлением межремонтного ресурса машины.


Явный – отказ, легко видимый невооруженным глазом.
Скрытый – отказ, не видимый при внешнем осмотре


Долговечность – свойство объекта сохранять работоспособное состояние до наступления предельного состояния при установленной системе ТО и ремонта.
Объект может перейти в предельное состояние, оставаясь работоспособным, если, например, его дальнейшее применение по назначению станет недопустимым по требованиям безопасности, экологичности, эффективности и безвредности.


Ремонтопригодность – свойство объекта, заключающееся в приспособленности к предупреждению и обнаружению причин возникновения отказов, повреждений и поддержанию и восстановлению работоспособного состояния путем проведения технического обслуживания и ремонтов.


Ремонтопригодность представляет собой совокупность технологичности при техническом обслуживании и ремонтной технологичности объектов. Затраты времени и труда определяются в заданных условиях выполнения операции технического обслуживания и ремонта в части организации, технологии, материально-технического обеспечения, квалификации персонала и т. д.


Свойства объекта, характеризующие ремонтопригодность :
[1] Контролепригодность.
[2] Доступность.
[3] Легкосъёмность.
[4] Блочность.
[5] Взаимозаменяемость.
[6] Восстанавливаемость.


Сохроняемость – свойство объекта сохранять значение показателей безотказности, долговечности и ремонтопригодности в течении и после хранения и (или) транспортирования.


Зависимость ресурса машин, агрегатов, деталей от качества хранения.
1.3 Оценочные показатели надёжности оборудования.
Показатель надёжности – количественная характеристика одного или нескольких свойств, составляющих надёжность объекта.
Существует два вида показателей надежности.
Единичный показатель надёжности – показатель, характеризующий одно из свойств, составляющих надёжность объекта.
Комплексный показатель надежности – это показатель, характеризующий несколько свойств, составляющих надежность объекта.


1.3.1.Единичные показатели безотказности.
1.3.1.1.Вероятность безотказной работы – это вероятность того, что пределах заданной наработки отказ объекта не возникает.
Вероятность безотказной работы может применяться как количественный критерий надежности для восстанавливаемых и невосстанавливаемых объектов.
Вероятность безотказной работы выражается в долях единицы или в процентах и изменяется от единицы до нуля (Рис.1)


Рис.4 Функция вероятности безотказной работы в зависимости от наработки объекта.


t1


t2


t3


t4


t, мото-ч


0,5


1


Р(t)


До наработки t1 вероятность безотказной работы равна 1
P(t1)=1(100%),
P(t4)=0.1(10%)
Вероятность безотказной работы Р(t) представляет собой безусловную вероятность того, что в интервале от 0 до t не наступит отказ ,т.е. вероятность того, что отказ наступит в интервале от “ t ” до “ ” :


[1]


По статистическим данным вероятность безотказной работы об отказах оценивается выражением:


[2]


где - статистическая оценка вероятности безотказной работы;
N0- число объектов в начале испытания;
n(t) - число отказных объектов за время “ t “ .


На практике иногда более удобной характеристикой может стать вероятность отказа.
1.3.1.2. Вероятность отказа – это вероятность того, что при определенных условиях эксплуатации в заданном интервале времени или в пределах заданной наработки возникает хотя бы один отказ.
Изменяется от “ 0 “ до “ 1 “ , при t=0 Q(t)=0
Q(t)=1-P(t) [3]


Т.е. Q(t) обратно пропорционально P(t)


0,5


1


Q(t)


Рис. 5 Функция вероятности отказа в зависимости от наработки


0


t, мото-ч


Для статистического определения:


[4]


где: n(t) – число отказавших объектов за время;
Nо – число объектов в начале испытания.


1.3.1.3. Средняя наработка до отказа – математическое ожидание (среднее значение) наработки до первого отказа.


[5]


Или


[6]


где: ti – наработка i-го объекта до отказа;
n – число объектов в начале испытания.


1.3.1.4. Интенсивность отказов – условная плотность вероятности возникновения невосстанавливаемого объекта, определяемая для рассматриваемого момента времени при условии, что до этого момента отказ не возникал.
Физический смысл плотности вероятности отказа – это вероятность отказа в достаточно малую единицу времени.


[7]


Интенсивность отказа может определяться по приближенной статистической формуле как отношение числа отказавших изделий в единицу времени к среднему числу изделий, работоспособных в данный момент времени:


Рис. 6. Зависимость интенсивности отказов от времени


1


2


3


(t)


(t) мото-ч.


1.3.1.5. Наработка на отказ представляет собой среднее значение наработки восстанавливаемых объектов между отказами и показывает, какая наработка в среднем приходится на один отказ (в часах, км. пробега и т.д.).


[8]


где: Н(t2), H(t1) – количество отказов на момент времени t1 и t2


1.3.1.6. Параметр потока отказов – плотность вероятности возникновения отказов восстанавливаемого объекта, определяемая для рассматриваемого момента времени или наработки.


- точная формула. [9]


Приближенная формула (для практических расчетов):


где: N – число (ремонтируемых) восстанавливаемых объектов;
mср – среднее число отказов;
t - малый интервал наработки от t1 до t2.


[10]


[11]


1.3.2. Единичные показатели долговечности.
Долговечность количественно оценивается с помощью двух групп показателей:
1) Ресурса как показателя, связанного с наработкой объекта.
2) Срока службы.
Средний ресурс (срок службы) – математическое ожидание ресурса (срока службы).
Назначенный ресурс – суммарная наработка объекта, по достижении которой эксплуатация должна быть прекращена независимо от его состояния.
Этот ресурс чаще всего назначают из соображений безопасности или экономичности.


Пример: Для авиационных двигателей с целью обеспечения безопасности полетов. После отработки назначенного ресурса авиационные двигатели снимают с самолетов и могут использовать их в наземных условиях (например: для защиты садов от заморозков и т.д.).


Средний ресурс (срок службы) до ремонта – средний ресурс (срок службы) от начала эксплуатации объекта до его первого ремонта.
Средний ресурс (срок службы) между ремонтами – средний ресурс (срок службы) между смежными ремонтами объекта.
Средний ресурс (срок службы) до списания – средний ресурс (срок службы) объекта от начала эксплуатации до его списания, обусловленного предельным состоянием.


Гамма-процентный ресурс – наработка, в течение которой объект не достигнет предельного состояния с заданной вероятностью  процентов.
Гамма-процентный ресурс имеет большое практическое значение, так как в результате неизбежного рассеивания долговечности объекта при изменяющихся нагрузках и переменных условиях эксплуатации их долговечность – величена статистическая. Определяется она экспериментально по данным о долговечности большой группы объектов.


На рисунке 90% ресурс соответствует t1.


1


0,9


0,5


Р(t)


t, мото-ч.


t1


Тр


Если ресурс изделий имеет распределение с плотностью вероятности f(t), то гамма-процентный ресурс t находят из уравнения.


Гамма-процентный ресурс как оценочный показатель вечности позволяет значительно сократить время испытаний оборудования или их агрегатов, так как испытания ведут до исчерпания ресурса у сравнительно небольшого количества (10…20%) машин. При этом величина гамма- процентного ресурса будет соответственно равна t1=90% и t2=80%.


На основании гамма- процентного ресурса оценивают качество новых и отремонтированных объектов и их агрегатов.


Средне квадратическое отношение найдём так:


Коэффициент вариации:


Далее выбираем необходимый закон распределения, в данном случае нормальный закон распределения Гаусса т.к.  <0.33.
Гамма-процентный срок службы – календарная продолжительность эксплуатации, в течение которой объект не достигнет предельного состояния с заданной вероятностью  процентов.


1.3.3. Единичные показатели сохраняемости.
Средний срок сохраняемости, т.е. математическое ожидание срока сохраняемости.
Гамма – процентный срок сохраняемости, т.е. срок сохраняемости, который будет достигнут объектом с заданной вероятностью  процентов.


1.3.4. Единичные показатели ремонтопригодности.
1.3.4.1. Среднее время восстановления, т.е. математическое ожидание времени восстановления работоспособности. При наличии статистических данных среднее время восстановления определяется так:


[12]


где m - число обнаруженных и устранённых отказов объектов,
mbi - время восстановление отказа.


В качестве характеристики рассеивания времени восстановления используется - дисперсия,
- ср.кв.отклонение.


1.3.4.2. Средние удельные затраты времени на ТО и ремонт


[13]


1.3.4.3 Средние удельные затраты труда на ТО и ремонт.


(чел.*ч)/ед.нар. [14]


1.3.4.4. Средние удельные затраты денежных средств.


руб./ед.нар-ки [15]


где: В1; Р1; Д1 – суммарные затраты соответственно времени (ч), труда (чел. * ч) и денег (руб.) на проведение технических уходов (ТУ) устранение эксплуатационных отказов (ЭО), и ремонт (Р) за доремонтный или межремонтный период работы i-й машины;
N - количество наблюдаемых машин (шт.).