Тема 1.2 Общие сведения надежности.

Тема 1.2 Общие сведения надежности.

Занятие № ____

Литература:

Основная: ОИ1 Тараторкин В.М. , Голубев И.Г. Система технического обслуживания и ремонта сельскохозяйственных машин и механизмов. М.: Издательский центр «Академия», 2018

Дополнительная: ДИ1 Виноградов В.М. Технологические процессы ремонта автомобилей Издат. центр «Академия», 2011.

Самостоятельная работа (вопросы для изучения): Рассмотреть оценочные показатели надежности

План занятия:

1. Основные понятия и определения

2. Оценочные показатели надежности

3. Виды трения, смазки и изнашивания деталей машин

1. Основные понятия и определения

Эффективность использования тракторов, комбайнов и сельско­хозяйственных машин, их производительность и экономичность в первую очередь зависят от их качества. Одним из основных по­казателей качества является надежность.

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 (ТО), ремон­тов, хранения и транспортирования.

Под объектом в теории надежности понимают машины, агрега­ты, сборочные единицы, детали, аппараты, приборы и т. д. Все они в обобщенном виде называются объектами.

К параметрам, характеризующим способность выполнять тре­буемые функции (пахота, посев, уборка сельскохозяйственных куль­тур, транспортирование грузов и т. д.), относятся показатели про­изводительности, скорости, экономичности и т. д. Необходимость выполнения объектом требуемых функций распространяется только при соблюдении заданных режимов и условий применения, ТО, ре­монтов, хранения и транспортирования. Например, если двигатель предназначен для работы в северных районах, а эксплуатируется в южных и при этом перегревается, то нельзя считать надежность этого двигателя низкой. Также нельзя считать низкой надежность машины, если не выполнялись ТО и ремонты, предусмотренные технической документацией.

Исправное состояние — состояние объекта, при котором он соответствует всем требованиям нормативно-технической и (или) конструкторской документации.

Неисправное состояние — состояние объекта, при котором он не соответствует хотя бы одному из требований нормативно- технической и (или) конструкторской документации.

Работоспособное состояние — состояние объекта, при котором значения всех параметров, характеризующих способность выпол­нять заданные функции, соответствуют требованиям нормативно- технической и (или) конструкторской документации.

Неработоспособное состояние —- состояние объекта, при котором значение хотя бы одного параметра, характеризующе­го способность выполнять заданные функции, не соответствует требованиям нормативно-технической и (или) конструкторской документации.

Предельное состояние — состояние объекта, при котором его дальнейшее применение по назначению недопустимо или нецеле­сообразно, либо восстановление его исправного или работоспособ­ного состояния невозможно или нецелесообразно.

Переход объекта из исправного в неисправное, но работоспо­собное состояние называют повреждением.

Повреждение — событие, заключающееся в нарушении ис­правного состояния объекта при сохранении работоспособного состояния.

Переход объекта из исправного, неисправного, но работоспособ­ного в неработоспособное состояние называют отказом.

Переход объекта в предельное состояние влечет за собой вре­менное (ремонт) или окончательное (списание) прекращение при­менения объекта по назначению.

Переход объекта из неработоспособного в работоспособное, не­исправное или исправное состояние называют восстановлением.

Комплекс операций, предназначенный для восстановления ис­правности или работоспособности объекта, а также восстановления технического ресурса объекта или его составных частей, называется ремонтом.

Различают два вида ремонта: капитальный и текущий.

Капитальный ремонт выполняют для восстановления исправ­ности и полного (или близкого к полному) ресурса объекта с за­меной или восстановлением любых составных частей, в том числе и базовых.

Текущий ремонт заключается в восстановлении работоспособно­сти машины с заменой или ремонтом отдельных составных частей, исключая базовые элементы.

Технический ресурс {ресурс) — наработка объекта от начала его эксплуатации или ее возобновления после ремонта определенного вида до перехода в предельное состояние. Различают доремонтный и межремонтный ресурс.

Наработка — продолжительность или объем работы объекта (измеряют в часах, гектарах, километрах пробега и др.).

Надежность включает в себя такие свойства, как безотказность, долговечность, ремонтопригодность и сохраняемость.

Безотказность — свойство объекта непрерывно сохранять работоспособное состояние в течение некоторого времени или некоторой наработки. Это свойство особенно важно для объектов, отказ которых опасен для жизни людей. Отказ рулевого управления или тормозов машины может иметь тяжелые последствия, поэтому для таких объектов безотказность — наиболее важная составная часть надежности.

Для установления причин отказов и разработки мероприятий по снижению вероятности возникновения отказов служит класси­фикация отказов (рис. 1.2).

По причине возникновения отказы подразделяют на конструк­тивные, производственные и эксплуатационные.

Конструктивный отказ — отказ, возникший в результате несовершенства или нарушения установленных правил и (или) норм конструирования объекта. Например, ошибки в расчете на прочность, из-за которых уменьшен размер наиболее нагружен­ного сечения, приводят к поломке детали. Установка подшипника качения с недостаточной динамической грузоподъемностью вы­зывает отказ этого подшипника при наработке, меньшей ресурса агрегата.

Производственный отказ — отказ, возникший в результате несовершенства или нарушения установленного процесса изготов­ления или ремонта объекта, выполнявшегося на ремонтном пред­приятии. Например, 14 % общего числа рекламаций на отремонти­рованные двигатели СМД-62 приходится на излом коленчатого вала, который происходит в результате уменьшения радиуса галтели при шлифовании шеек под ремонтный размер.

Эксплуатационный отказ — отказ, возникший в результате нарушения установленных правил и (или) условий эксплуатации объекта.

Эксплуатационные отказы возникают вследствие использования объектов в условиях, для которых они не предназначались, нару­шения правил эксплуатации (недопустимые перегрузки, несвоевре­менное проведение регулировок, применение не соответствующих требованиям топлива и смазочных материалов, несоблюдение правил транспортирования и хранения). Например, при грубых нарушениях правил технического обслуживания элементов воздуш­ного тракта двигателя наработка до его отказа может уменьшиться более чем в 2,5 раза в результате поступления в цилиндры воздуха с абразивной пылью.

По характеру проявления отказы подразделяют на внезапные, постепенные и перемежающиеся.

Внезапный отказ — отказ, характеризующийся скачкообраз­ным изменением значений одного или нескольких заданных пара­метров объекта.

Внезапные отказы возникают вследствие вполне определенных причин (усталостное разрушение деталей, поломка деталей из-за внутренних дефектов или перегрузок, пробивание прокладки головки цилиндров в результате ее коробления из-за местных значительных перегревов и т.д.). Однако установить их заранее, как правило, не удается, и поэтому связанные с этими причинами отказы с точки зрения эксплуатации возникают внезапно, неожиданно. Характерные примеры внезапных отказов — аварийные поломки деталей, проби­вание прокладки головки цилиндров, соскакивание цепей и т.д.

Постепенный отказ — отказ, характеризующийся постепен­ным изменением значений одного или нескольких заданных пара­метров объекта.

Постепенный отказ возникает в результате постепенного измене­ния свойств объекта. Главная причина постепенного отказа — есте­ственное старение и изнашивание (увеличение зазоров, ослабление посадок). К характерным примерам постепенных отказов двигателя относят предельный износ деталей, повышенный расход масла, низкое давление в смазочной системе, снижение мощности и т.д.

При технических обслуживаниях и ремонтах принимают меры, предупреждающие или увеличивающие наработку до возникно­вения постепенного отказа путем регулировок, замены быстро изнашивающихся деталей и т. д. Например, при соблюдении реко­мендуемого давления в шине, своевременной балансировке колес и регулировке их установки можно значительно увеличить нара­ботку до отказа шины.

Перемежающийся отказ — многократно возникающий само­устраняющийся отказ объекта одного и того же характера. Отказ в этом случае многократно возникает и сам устраняется. Пример такого отказа — забивание и самоочистка рабочих органов комбай­нов и сельскохозяйственных машин.

По взаимосвязи отказы подразделяют на независимые и за­висимые.

Независимый отказ — отказ объекта, не обусловленный от­казом другого объекта.

Зависимый отказ — отказ объекта, обусловленный отказом дру­гого объекта. Например, поломка зуба шестерни масляного насоса двигателя относится к независимому отказу. Но отказ насоса может привести к задиру или выплавлению подшипников коленчатого вала, отказ которых относится к зависимому.

По сложности отказы подразделяют на три группы.

Отказы первой группы сложности устраняют заменой или ремонтом деталей, расположенных снаружи агрегатов или сбо­рочных единиц, или путем внеочередного проведения операций ежесменного и периодических технических обслуживаний (ТО-1 и ТО-2). Как правило, эти отказы устраняют механизаторы в по­левых условиях.

Отказы второй группы сложности устраняют заменой или ре­монтом легкодоступных сборочных единиц и агрегатов, с раскры­тием внутренних полостей основных агрегатов или проведением операций внеочередного ТО-3. Эти отказы можно устранить в по­левых условиях, но с участием персонала передвижных ремонтных мастерских.

Отказы третьей группы сложности устраняют, разбирая основ­ные агрегаты (двигатель, ведущие мосты, коробки передач) в ста­ционарных мастерских.

Например, излом по сварочному шву рычага включения перед­него моста трактора Т-150К — отказ первой группы сложности, трещины трубок масляного радиатора гидросистемы — второй группы, предельный износ подшипника вала ходоуменынителя — третьей группы сложности.

Долговечность — свойство объекта сохранять работоспособное состояние до наступления предельного состояния при установлен­ной системе технического обслуживания и ремонта.

Различие между безотказностью и долговечностью заключается в следующем. Безотказность характеризует свойство объекта непре­рывно сохранять работоспособное состояние в течение некоторого времени или наработки, а долговечность характеризует продол­жительность работоспособного состояния объекта по суммарной наработке, прерываемой периодами для ТО, устранения отказов, ремонтов и хранения.

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

Ремонтопригодность характеризуется контролепригодностью, доступностью, легкосъемностью, блочностью, взаимозаменяемо­стью и восстанавливаемостью (рис. 1.3).

Контролепригодность особенно важна для сложных машин, у которых более 50 % времени восстановления уходит на опреде­ление места и характера отказа.

Доступность — приспособленность объекта к удобному вы­полнению операций технического обслуживания и ремонта с мини­мальным объемом балластных работ (открытие и закрытие панелей, крышек люков, демонтаж и монтаж установленного рядом оборудо­вания, сборочных единиц и деталей при доступе к обслуживаемым элементам объекта).

Легкосъемность — приспособленность агрегата, сборочной единицы, детали к замене с минимальными затратами времени и труда, а также приспособленность конструкции машины к опе­рациям разборки и сборки.

Блочность — приспособленность конструкции машины к рас­членению на отдельные агрегаты и сборочные единицы.

Взаимозаменяемость — свойство конструкции, агрегата, сборочной единицы, детали и других элементов машин, обеспечи­вающее возможность их замены при техническом обслуживании и ремонте без подгоночных работ.

Восстанавливаемость —- приспособленность конструкции к восстановлению потерянной работоспособности с минимальными затратами труда и средств. Сложность технологического процесса разборки и сборки машины, наличие базовых поверхностей на деталях для установки на металлообрабатывающие станки, запасы металла у деталей, восстанавливаемых пластическим деформиро­ванием, запасы прочности и жесткости у деталей, обрабатываемых под ремонтные размеры, влияют на восстанавливаемость.

Сохраняемость — свойство объекта сохранять в заданных пределах значения параметров, характеризующих способности объ­екта выполнять требуемые функции, в течение и после хранения и (или) транспортирования.

Сохраняемость характеризует способность объекта противосто­ять отрицательному влиянию условий хранения и транспортиро­вания на его безотказность, долговечность и ремонтопригодность.

2. Оценочные показатели надежности

Показатель надежности — количественная характеристика одного или нескольких свойств (безотказности, долговечности, ремонтопригодности, сохраняемости), составляющих надежность объекта.

Показатели надежности подразделяют на единичные и ком­плексные. Единичный показатель надежности — показатель, характеризующий одно из свойств (например, долговечность или безотказность), составляющих надежность объекта. Комплексный показатель надежности — показатель, характеризующий одно­временно несколько свойств (два и более), составляющих надеж­ность объекта.

Безотказность наиболее часто оценивают средней наработкой до отказа, гамма-процентной наработкой до отказа и средней на­работкой на отказ.

Долговечность объекта оценивают ресурсом и сроком службы.

Срок службы — календарная продолжительность от начала экс­плуатации объекта или ее возобновления после ремонта определен­ного вида до перехода в предельное состояние.

Ремонтопригодность наиболее часто оценивают средней тру­доемкостью восстановления, удельной суммарной трудоемкостью восстановления работоспособного состояния, удельной суммарной трудоемкостью ТО или ремонта (Р), объединенной удельной трудо­емкостью ТО и Р.

Сохраняемость оценивают сроком сохраняемости, т. е. кален­дарной продолжительностью хранения и (или) транспортирова­ния объекта, в течение и после которой сохраняются значения показателей безотказности, долговечности и ремонтопригодности в установленных пределах.

Из комплексных показателей для оценки надежности объектов наиболее часто используют коэффициент готовности, коэффициент оперативной готовности и коэффициент технического использо­вания.

Коэффициент готовности — вероятность того, что объект ока­жется в работоспособном состоянии в произвольный момент време­ни, кроме планируемых периодов, в течение которых применение объекта по назначению не предусматривается.

Коэффициент технического использования — отношение средне­го суммарного времени пребывания объекта в работоспособном состоянии за некоторый период эксплуатации к среднему суммар­ному времени пребывания объекта в работоспособном состоянии, простоев, обусловленных ТО, и ремонтов за тот же период.

3. Виды трения, смазки и изнашивания деталей машин

Одной из наиболее распространенных причин постепенных от­казов является износ (последствие изнашивания) деталей машин.

Изнашивание — процесс отделения материала с поверхности твердого тела и (или) увеличения его остаточной деформации при трении, проявляющийся в постепенном изменении размеров и (или) формы тела.

Изнашивание является сложным физико-химическим процессом, зависящим от многих факторов: материала и качества трущихся по­верхностей, скорости их взаимного перемещения, нагрузки, вида трения, смазывания, смазочных материалов и т.д.

Различают следующие виды трения: покоя, движения, скольже­ния, качения, без смазочного материала и со смазочным материа­лом. Смазочный материал — материал, вводимый на поверхности трения для уменьшения силы трения и (или) интенсивности изна­шивания.

Трение без смазочного материала (рис. 1.4, а) происходит между двумя телами при отсутствии на поверхностях трения введенного смазочного материала любого вида. Твердые тела при этом взаимо­действуют непосредственно. Такое трение сопровождается пласти­ческими деформациями и даже временным прочным сцеплением отдельных точек контактирующих поверхностей, что вызывает их интенсивное разрушение. Трение без материала наблюдается при работе звеньев гусениц в паре с направляющими и опорными кат­ками гусеничных тракторов и т.д. Трение со смазочным материалом происходит между двумя телами, поверхности трения которых по­крыты введенным смазочным материалом любого вида.

Смазка — это действие смазочного материала, в результате которого между двумя поверхностями уменьшаются износ, по­вреждения поверхности и (или) сила трения.

Различают следующие виды смазки: в зависимости от физиче­ского состояния смазочного материала — газовую, жидкостную и твердую; в зависимости от разделения поверхностей трения сма­зочным материалом — гидродинамическую (газодинамическую), гидростатическую (газостатическую), эласто-гидродинамическую, граничную и полужидкостную (смешанную).

Виды изнашивания.

Механическое изнашивание происходит в результате механических воздействий. Разновидности:

• абразивное —• в результате режущего или царапающего действия твердых частиц, находящихся в свободном или закрепленном состоянии;

• эрозионное — при воздействии потока жидкости или газа;

• гидроабразивное (газоабразивное) — в результате действия твердых частиц, взвешенных в жидкости (газе);

• усталостное — в результате усталостного разрушения при повторном деформировании микрообъемов материала поверхностного слоя;

• кавитационное — гидроэрозионное изнашивание при движении твердого тела относительно жидкости.

• коррозионно-механическое изнашивание происходит в результате механического воздействия, сопровождаемого химическим или электрическим взаимодействием материала со средой. Разновидности коррозионно-механического изнашивания!

а) окислительное, при котором основное влияние на изнашивание оказывает химическая реакция материала с кислородом или окисляющей окружающей средой;

б) фреттинг-коррозия — изнашивание соприкасающихся тел при малых колебательных относительных перемещениях.

Изнашивание при заедании происходит в результате схватывания, глубинного вырывания материала, переноса его с одной поверхности трения на другую и воздействия появившихся неровностей на сопряженную поверхность.

6