Лекция 7 Теоретические основы надежности. Лекция 7 Теоретические основы надежности машин сельскохозяйственной техники
 Скачать 1.75 Mb.
|
Лекция 7 Теоретические основы надежности машин сельскохозяйственной техникиЭксплуатация электрооборудования и средств автоматизации Кафедра электрических машин и электрооборудования Лектор - к.т.н., доцент Туктаров М.Ф. ФГБОУ ВО «Башкирский государственный аграрный университет» ОГЛАВЛЕНИЕ
1 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ НАДЕЖНОСТИ МАШИН 1.1 Введение в предмет. Основные понятия и определения При изучении надежности технических устройств рассматриваются самые разнообразные объекты. При этом под объектом понимается предмет определенного целевого назначения, рассматриваемый в период проектирования, изготовления, эксплуатации, исследования и испытаний на надежность. Для машиностроения объектом рассмотрения являются его изделия, а продукцией - с.-х. машины и oрудия. В зависимости от поставленной задачи изделием может быть отдельная деталь, кинематическая пара, узел, агрегат, машина в целом или система машин. Каждое изделие характеризуется выходными параметрами - величинами, определяющими показатели качества данного изделия. Выходные параметры характеризуют самые разнообразные свойства изделия в зависимости от его назначения и тех требований, которые к нему предъявляются. Это могут быть показатели точности функционирования, механические и прочностные характеристики, кинематические и динамические параметры, экономические показатели и др. Допустимое значение выходных параметров оговаривается в нормативных документах (стандартах, ТУ). 1.2 Качество машин Качество машин - совокупность их свойств, обусловливающих пригодность удовлетворять определенные потребности в соответствии с назначением. 1. показатели назначения, характеризующие приспособленность изделий к использованию их по назначению (мощность, производительность, маневренность, КПД и пр.); 2. показатели надежности (долговечность, безотказность, ремонтопригодность, сохраняемость); 3. показатели технологичности, характеризующие эффективность конструкции и технологию ее производства; 4. экономические показатели, отражающие затраты на разработку, изготовление, использование изделий и экономическую эффективность их эксплуатации (например, интегральный показатель); Если понятие «качество» расчленить на составляющие, то к ним можно будет отнести следующие основные показатели: Таким образом, надежность является одним из свойств машины, определяющих ее качество. 5. показатели стандартизации и унификации, характеризующие степень использования стандартных узлов; 6. экологические показатели, характеризующие систему «человек - изделие – среда», т.е. комплекс гигиенических, физиологических, психологических и других свойств; 7. эстетические показатели, охватывающие такие свойства, как красота форм, оригинальность, выразительность, гармоничность, соответствие среде и др.; 8. патентно-правовые показатели, определяющие патентную чистоту изделия. Надежность машин отражает изменения их свойств во времени в процессе эксплуатации. Основные понятия надежности определены ГОСТом 27.002-83. Надежность есть свойство объекта (машины или ее составной части, агрегата, узла, детали и т.п.) сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения, ТО, ремонтов, хранения и транспортирования. Надежность машин - сложное свойство, которое в зависимости от назначения объекта и условий его применения состоит из сочетания следующих свойств: безотказности долговечности ремонтопригодности сохраняемости 1.3 Надежность машин Все основные термины в соответствии с ГОСТом и другими источниками (а их 89) классифицируются по четырем группам (см. таблицу 1.1). 1.4 Классификация терминов надежности
Оценка продолжительности ремонтного цикла Из рассмотрения содержания проблемы надежности машин следует, что это свойство характеризуется в первую очередь способностью выполнять заданные функции, сохраняя во времени значения установленных эксплуатационных показателей в заданных пределах в соответствии с ТУ. Надежность - одна из главных оценок качества и эксплуатационных характеристик с.-х. машины. Она является комплексным свойством, которое в зависимости от назначения объекта и условий его применения может включать безотказность, долговечность, ремонтопригодность и сохраняемость или определенные сочетания этих Надежность - свойство объекта сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения, хранения и транспортирования. Не уменьшая роли и влияния на уровень надежности машин основных факторов, следует сказать, что все свойства машин, в том числе и показатели их надежности, создаются и закладываются при конструировании машины, ее изготовлении, проявляются и используются в процессе эксплуатации и частично возобновляются при ремонте. Эти характеристики являются функцией большого числа факторов - конструктивного, производственно-технологического и эксплуатационного. 8 Безотказность - свойство объекта непрерывно сохранять работоспособность в течение некоторого времени, или некоторой наработки. Основной показатель безотказности - вероятность безотказной работы. Это вероятность того, что в интервале времени от 0 до t отказ не наступит, т.е. вероятность того, что отказ наступит в интервале времени от t до ∞ Вероятность безотказной работы P(t) - функция времени. Показатель безотказности определяет шанс изделия проработать без отказов заданный интервал времени. Допустимое значение P(t) выбирается в зависимости от степени опасности отказа. Например, для ответственных деталей машин авиационной техники P(t) = 0,9999 → 1. В таблице 1.2 представлена классификация машин по надежности в зависимости от последствий, к которым может привести их отказ.
Безотказность Зависимость вероятности безотказной работы машин P(t) от времени эксплуатации По статистическим данным вероятность безотказной работы машин определяется по формуле: где N0 - число объектов; n(t) - число отказов объектов за время. Достоинство показателя безотказности - возможность достаточно просто судить о надежности. Безотказность машин меняется во времени или по мере увеличения наработки, и этот процесс изменения имеет свои закономерности, которые изучаются и оцениваются в соответствии с теорией надежности (рисунок 1.1). Зависимость вероятности безотказной работы машин P(t) от времени эксплуатации Зависимость вероятности безотказной работы машин P(t) от времени эксплуатации На графике рисунка показана кривая вероятности отказов P (t) o , которая симметрична по отношению к P(t) и показывает вероятность того, что при определенных условиях в заданном интервале времени возникает хотя бы один отказ. При определении показателей безотказности учитывают последствия, к которым приводят отказы, и склонность к восстановлению работоспособности путем подразделения отказов на три группы сложности. I группа - отказы, устраняемые ремонтом или заменой деталей, расположенных снаружи узлов и агрегатов, без их разборки, а также отказы, устранение которых требует внеочередного проведения операций TO-1 и ТО-2. II группа - отказы, устраняемые ремонтом или заменой легкодоступных узлов и агрегатов, а также те, устранение которых требует раскрытия внутренних полостей основных агрегатов без их разборки или внеочередного проведения операций ТО-2. Для устранения отказов III группы необходимы разборка или расчленение основных агрегатов. Ремонтопригодность Ремонтопригодность - свойство изделия, заключающееся в приспособленности к поддержанию и восстановлению работоспособного состояния путем проведения ТО и ремонта. Ремонтопригодность машин должна рассматриваться как одно из важнейших требований к современной технике, предполагающее минимальные затраты труда, времени, средств на выполнение работ по поддержание, контролю и восстановлению работоспособности машин. Затраты на ремонт и ТО в 4-6 раз превышают стоимость машин при их производстве. На долю заводов, выпускающих новые тракторы, приходится лишь 22% производственных мощностей, на долю заводов, изготовляющих запасные части к тракторам, - 34%, на долю ремонтных предприятий – 44%. То есть на ремонт тракторов затрачивается почти в 4 раза больше производственных мощностей, чем на выпуск новых Под ремонтопригодностью машин понимается такое свойство конструкции машин, которое выражается в их приспособленности к работам, выполняемым при ТО и ремонте. К числу показателей ремонтопригодности относятся оперативные показатели (среднее время восстановления, вероятность восстановления в заданное время) и экономические показателя (средние и удельные затраты, труда и денежных средств на ТО и ремонт), а также комплексные показатели надежности - коэффициент готовности и коэффициент технического использования. Под средним временем восстановления Тв понимают математическое ожидание времени восстановления работоспособности. При известном законе распределения среднее время восстановления определяется по формуле: При оценке среднего времени восстановления по статическим данным, полученным в результате испытаний, показатель находится по формуле: где m – количество отказов, наблюдаемых в процессе эксплуатации; tвi - время устранения i – го отказа. Вероятность восстановления машин в заданное время: Определение вероятности восстановления Pв(t) требует значения закона распределения времени восстановления. В качестве математической модели времени восстановления наиболее часто используют следующие виды функций распределения времени восстановления машин: экспоненциальное распределение, распределение Вейбулла, нормальное распределение. Конкретный вид функции Pв(t) определяется конструктивными особенностями типа машин и условиями их восстановления. Ремонтопригодность Интенсивность отказа Интенсивность отказа – это вероятность отказа изделия в единицу времени после момента t при условии, что отказа до момента t не поступило. Интенсивность отказа изделий – условная плотность вероятности возникновения отказа невосстанавливаемого изделия для рассматриваемого момента времени. Интенсивность отказов изделий можно определить по приближенной формуле: где N(t) – число изделий, оставшихся в работоспособном состоянии до наработки t; Δt – принятый интервал времени. Важным показателем безотказности с.-х. машин является параметр потока отказов. В этом случае отказавшие элементы заменяют на исправные, и работоспособность изделия восстанавливается, т.е. наблюдаются поток отказов и поток восстановления. Для с.-х. машин применяется среднее значение параметра потока отказов за какой-либо период: Безотказность – это непрерывное работоспособное состояние в течение некоторого времени или наработки, а долговечность предусматривает перерывы в эксплуатации, связанные с ТО и ремонтом. Безотказность Долговечность – свойство объекта сохранять работоспособность до наступления предельного состояния при установленной системе ТО и ремонта. Количественно долговечность оценивается с помощью двух групп показателей: ресурса как показателя, связанного с наработкой изделия, и срока службы. Ресурс - наработка (продолжительность или объем работы) изделия от начала эксплуатации или ее возобновления после капитального ремонта до наступления предельного состояния. Срок службы - календарная продолжительность эксплуатации изделия от ее начала или возобновления после капитального ремонта до наступления предельного состояния Нормируемыми показателями долговечности для с.-х. машин являются средний и гамма-процентный ресурс, срок службы до списания. Средний ресурс - математическое ожидание ресурса изделия. Гамма-процентный ресурс - наработка, в течение которой изделие не достигает предельного состояния с заданной вероятностью процентов. Для с.-х. машин принята регламентированная вероятность γ= 80%, соответствующий этому значению ресурс называется 80%- ным. Классификация машин по долговечности
При назначении показателей долговечности машины общий методический подход должен сочетаться с особенностями конструкции и условиями и методами эксплуатации машины. Сохраняемость Сохраняемость - свойство изделия сохранять в заданных пределах значения параметров, характеризующих способность изделия выполнять требуемые функции в течение и после хранения или транспортирования. Основными показателями сохраняемости являются средний и гамма-процентный срок сохраняемости. Последний определяют как сохраняемость, которая будет достигнута машиной с заданной вероятностью гамма-процентов. Для поддержания машин в работоспособном состоянии проводятся подготовка к хранению, ТО во время него и снятия с хранения. Надежность машин оценивается по совокупности свойств, называемых показателями надежности. Каждое из свойств, определяющих уровень надежности изделия, характеризуется определенной группой показателей Показатель надежности - количественная характеристика одного или нескольких свойств, соответствующих надежности изделия. Различают единичные и комплексные показатели надежности Единичный - показатель надежности, характеризующий одно из свойств, составляющих надежность изделия (безотказность, долговечность, ремонтопригодность или сохраняемость). Комплексный - показатель надежности, характеризующий несколько свойств, составляющих надежность изделия. Из комплексных показателей надежности с.-х. машин наиболее часто используют коэффициенты готовности и технического использования. Коэффициент готовности Кг показывает вероятность того, что изделие окажется в работоспособном состоянии в произвольный момент времени, кроме планируемых периодов, в течение которых применение объекта по назначению не предусматривается. Значение Кг вычисляют по формуле: где Тр - суммарное время пребывания изделия в работоспособном состоянии; Тв - суммарное время восстановления работоспособного состояния изделия после отказов. Коэффициент технического использования Ки - отношение математического ожидания суммарного времени пребывания изделия в работоспособном состоянии за некоторый период эксплуатации и математическому ожиданию суммарного времени пребывания изделия в работоспособном состоянии и простоев, обусловленных техническим обслуживанием и ремонтом, за этот же период: где Тр - суммарная наработка; Тпр и Твр - суммарное время простоев из-за плановых и внеплановых ремонтов и ТО. Коэффициент готовности Коэффициент технического использования Коэффициент технического использования Ки – обобщенный комплексный показатель надежности и более полная характеристика ремонтопригодности, чем коэффициент готовности, так как учитывает все простои, связанные с ТО и ремонтом. Коэффициент оперативной готовности Ког - вероятность того, что изделие, находясь в режиме ожидания, окажется работоспособным в произвольный момент времени и, начиная с этого момента, будет работать безотказно в течение заданного интервала времени. Если вероятность безотказной работы объекта P(t) в течение времени tр не зависит от момента начала работы t , то Kог - можно определить: Коэффициент оперативной готовности используют в случае, когда необходимо характеризовать надежность техники в период уборки урожая, заготовки кормов, автомобильных перевозок и т.д. Для повышения эффективности использования с.-х. машин необходимо свести к минимуму простои и эксплуатационные расходы машин, уменьшить количество ремонтов и ТО, упростить и удешевить ТО и ремонт и т.д. Все это связано с качеством и надежностью машин. Поэтому чем выше эти показатели, тем эффективнее работают с.-х. машины. Вопросы качества и надежности неразрывно связаны с экономикой. Экономические показатели при оценке надежности весьма важны, так как повышение безотказности и долговечности машин связано с дополнительными материальными затратами. Поэтому экономика является основным критерием при решении большинства практических вопросов надежности. Ведь современный уровень развития надежности позволяет практически достичь любых показателей качества и надежности изделия, и все дело заключается в затратах на достижение поставленной цели. Эти затраты могут быть столь высоки, что эффект от повышенной надежности не возместит их и суммарный результат от проведенных мероприятий будет отрицательным. Критерием надежности машин, с экономической точки зрения, может служить сумма затрат, связанных с изготовлением и эксплуатацией машины, отнесенная к продолжительности ее эксплуатации. где Кэ - экономический показатель надежности, р./ч; Qизг - стоимость изготовления новой машины, p.; Qэксп - суммарные затраты на эксплуатацию, ТО, ремонт машины, р.; Тэ - период целесообразной эксплуатации машины, ч Следует стремиться к минимальному значению этого показателя за счет рационального распределения капиталовложений между сферой производства и сферой эксплуатации машин. 1.5 Экономический показатель надежности Повышая качество и надежность, мы снижаем издержки хозяйств, эксплуатирующих технику. Но приходится затрачивать больше средств на ее создание. Поэтому качество и надежность должны быть оптимальными, при которых суммарные удельные затраты, связанные с проектированием, созданием, эксплуатацией и ремонтом машин, являются минимальными. Это особенно важно в связи с переходом на рыночную экономику. Таким образом, зная экономические и технические показатели надежности, потребитель на этой основе может решить ряд инженерных вопросов, связанных с эксплуатацией, ТО и ремонтом с.-х. машин. Экономический показатель надежности 1. Роль надежности электрооборудования в с.х. производстве. 2. Техническое состояние электрооборудования. 3. Переход электрооборудования из одного технического состояния в другое. 4. Составляющие надежности: безотказность, долговечность, ремонтопригодность, сохраняемость. 5. Отказы, причины возникновения отказов, закономерности, классификация. 6. Средняя наработка на отказ. 7. Среднее время восстановления Вероятность восстановления работоспособного Состояния. Вопросы для самоконтроля СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
|