Строительные машины и оборудование

Информационный портал

Надежность

Надежность относится к важнейшим, наиболее общим показа­телям качества любого объекта, в том числе и машин транспорт­ного строительства.

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 транспортирования1.

Понятие надежности объекта существенным образом связано с его состоянием. В процессе эксплуатации объект может нахо­диться в одном из следующих состояний: исправное, работоспособ­ное, неисправное и неработоспособное.

Исправное состояние — состояние объекта, при котором он со­ответствует всем требованиям, установленным нормативно-техничес­кой документацией.

Неисправное состояние — состояние объекта, при котором он не соответствует хотя бы одному из требований, установленных нормативно-технической документацией.

Работоспособное состояние — состояние объекта, при котором значение всех параметров, характеризующих способность выпол­нять заданные функции, соответствует требованиям нормативно-технической документации.

Неработоспособное состояние — состояние Объекта, при кото­ром значение хотя бы одного параметра, характеризующего способность выполнять заданные функции, не соответствует тре­бованиям нормативно-технической документации.

Событие, заключающееся в нарушении работоспособного состояния объекта, носит название отказа. По характеру возникновения различают отказы внезап­ные, постепенные и перемежающиеся.

Внезапный отказ характеризуется скачкообразным (резким) изменением одного или нескольких заданных параметров объекта, постепенный отказ представляет со­бой постепенное изменение одного или нескольких заданных параметров объекта, а перемежающийся — многократно возникающий сбой одного и того же характера.

Примером внезапного отказа является нарушение работоспособности щековой дробилки, вызванное срезом болтов или поломкой распорной плиты в результате попадания металлического предмета между дробящими плитами. Постепенные отка­зы, наиболее характерные для рассматриваемых машин, обычно проявляются в ре­зультате износа сопряженных деталей (подшипники качения и скольжения, зубча­тые колеса и др.). Из-за износа возможно нарушение функциональных показателей объектов, что приводит к потере их работоспособности. К перемежающемуся отказу можно отнести ухудшение мощностно экономических показателей двигателя из-за появления нагара в головке цилиндров, который может самоустраниться при про­должительной работе двигателя с большой частотой вращения коленчатого вала двигателя.

В процессе эксплуатации машины постепенно изменяется свойство, характеризуемое показателем К , которое дос­тигает предельного значения при t1. В этом случае наступает постепенный отказ. Машина подвергается восстановлению на протя­жении некоторого времени ∆ t1 и затем вступает в эксплуатацию с нормальными свойствами. При t2 возникает внезапный отказ, характеризующийся тем, что значение этого показателя резко воз­растает и мгновенно достигает предельного значения. Через некото­рое время ∆ t2 восстановленная машина вступает в работу с нормаль­ным значением ее свойств. В момент t3 возможно резкое падение одного из свойств, но также и быстрое его восстановление, и ма­шина продолжает нормально функционировать, т. е. в данном случае наступает перемежающийся отказ.

В зависимости от причины возникновения отказы подразделяют­ся на конструкционные, производственные и эксплуатационные. В первом случае наблюдаются нарушения установленных правил и норм конструирования объекта, во втором — несовершенство технологического процесса изготовления или ремонта объекта, в третьем — отказ возникает в результате нарушения установленных. правил и условий эксплуа­тации объекта.

Рис. 4.1. Графическое изображение отказов:

1 — постоянный; 2 — внезапный; 3 — перемежа­ющийся; А, В к С — максимальное, минимальное и предельное значения свойства

Надежность относят к слож­ным свойствам, которая характе­ризуется безотказностью, долго­вечностью, сохраняемостью и ре­монтопригодностью.

Безотказность — свойство объ­екта непрерывно сохранять ра­ботоспособность в течение не­которого времени или некоторой наработки. Это свойство особен­но важно для системы управления машин и других механизмов, отказ которых может привести к аварии или длительному простою дорогостоящего оборудования.

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

Под предельным состоянием понимают такое состояние объек­та, при котором его дальнейшая эксплуатация должна быть пре­кращена из-за неустранимого нарушения требований безопасности или неустранимого снижения эффективности эксплуатации ниже до­пустимой.

Сохраняемость — свойство объекта непрерывно сохранять ис­правное и работоспособное состояние в течение и после хра­нения и транспортирования. Это свойство особенно важно для машин сезонного использования, а также сменного оборудования машин (снегоочистители, уплотняющие машины и др.).

Особенностью машин транспортного строительства является то, что они относятся к ремонтируемым и восстанавливаемым объектам, поэтому особое значение приобретает их ремонтопри­годность, т. е. свойство, заключающееся в приспособленности к предупреждению и обнаружению причин возникновения отказов, повреждений и устранению их последствий путем проведения тех­нических обслуживании и ремонтов.

Приведенное выше качественное определение надежности не дает ответа на вопрос о ее количественной мере. Для решения ряда практических вопросов (рекомендаций по» модернизации от­дельных сборочных единиц и по изменению технологии изготовле­ния деталей, а также установлению оптимальных режимов тех­нического обслуживания машин) необходимы количественные по­казатели надежности.

Время возникновения отказа и продолжительность его устра­нения являются случайными величинами, поэтому показатели на­дежности определяют с применением теории вероятностей и ма­тематической статистики.

К числу основных показателей долговечности относятся гам­ма-процентный ресурс, назначенный ресурс и средний срок службы.

Техническим ресурсом называется наработка объекта от на­чала эксплуатации или ее возобновления после капитального ре­монта до наступления предельного состояния.

Гамма-процентный ресурс — наработка, в течение которой объект не достигнет предельного состояния с заданной вероят­ностью у процентов. Другими словами, гамма-процентный ресурс показывает, что у процентов машин данной модификации должны иметь наработку до предельного состояния не ниже величины Ту.Величина уявляется регламентированной вероятностью

Если, например, у = 80%, то соответствующий ресурс объекта до капитального ремонта называется «восьмидесятипроцентным ресурсом».

Назначенный ресурс — суммарная наработка объекта, при достижении которой эксплуатация должна быть прекращена неза­висимо от его технического состояния. Этот показатель приме­ним, например, при оценке надежности грузозахватных устройств и приспособлений.

Назначенный срок службы — календарная продолжительность эксплуатации, при достижении которой применение по назначению объекта должно быть прекращено.

Отличие ресурса от срока службы объекта состоит в том, что пер­вый показатель является оценкой фактической наработки машины в часах или в единицах производимых работ, без учета перерывов в работе и простоев, в то время как срок службы характеризу­ет продолжительность существования машины с момента ввода в эксплуатацию независимо от характера ее использования.

Безотказность ремонтируемого объекта характеризуется сле­дующими показателями: наработкой на отказ, средней наработ­кой до отказа, вероятностью безотказной работы и параметром потока отказов. Средняя наработка на отказ — отношение нара­ботки восстанавливаемого объекта к математическому ожиданию числа его отказов в течение этой наработки. Средняя наработ­ка до отказа — математическое ожидание наработки объекта до первого отказа. Вероятность безотказной работы — вероятность того, что в пределах заданной наработки отказ не возникнет.

Вероятность безотказной работы в интервале от 0 до to опреде­ляют по формуле

где F(tо)— функция распределения наработки до отказа.

Параметр потока отказов — отношение среднего числа отка­зов восстанавливаемого объекта за произвольно малую наработку к значению этой наработки.

Параметр потока отказов характеризует среднее число отка­зов, ожидаемых в малом интервале времени, и равен

гдем — символ математического ожидания;

z— число отказов за времяt.

Для оценки ремонтопригодности объекта используют следую­щие показатели: вероятность восстановления в заданное время, среднее время восстановления.

Вероятность восстановления работоспособного состояния — ве­роятность того, что время восстановления работоспособности объек­та не превысит заданного. Этот показатель характеризует при­способленность машины к проведению текущего ремонта при огра­ниченных затратах времени.

Среднее время восстановления работоспособного состояния — математическое ожидание времени восстановления работоспособ­ности. Оно характеризует продолжительность вынужденного про­стоя, необходимого для поиска и устранения одного отказа. При определении среднего времени восстановления следует иметь в виду, что оцениваются свойства объекта, а не внешние факторы, влияющие на продолжительность простоя его в ремонте (организация тех­нического обслуживания и ремонта, квалификация рабочих и др.).

К показателям сохраняемости относятся гамма-процентный срок сохраняемости и средний срок сохраняемости. Эти показатели по сути своей соответствуют показателям долговечности и определя­ются аналогично.

Каждый из приведенных выше показателей позволяет оценить лишь одну из сторон — одно из свойств надежности объекта. Для полной оценки надежности используют комплексные показатели, главными из которых являются коэффициенты готовности, техни­ческого использования и оперативной готовности.

Коэффициент готовности характеризует вероятность того, что объект окажется работоспособным в произвольный момент вре­мени, кроме планируемых периодов, в течение которых использо­вание объекта по назначению не предусматривается, т. е.

где t— наработка на отказ;

tB — среднее время восстановления.

Коэффициент технического использования представляет собой отношение математического ожидания времени пребывания объекта в работоспособном состоянии за некоторый период эксплуатации к сумме математических ожиданий пребывания объекта в работо­способном состоянии, времени простоев, обусловленных техничес­ким обслуживанием, и времени ремонтов за тот же период эксплуа­тации, т. е.

где tс —суммарная наработка объекта;

tToи tp — суммарная продолжительность простоев в техническом обслуживании и ремонте.

Из выражений (4.4) и (4.5) следует, что чем меньше сред­нее время восстановления и суммарные простои, связанные с тех­ническим обслуживанием и ремонтом, тем выше коэффициенты готовности и технического обслуживания.

Коэффициент оперативной 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, и на­чиная с этого момента будет работать безотказно в течение задан­ного интервала времени.

Читайте также:  Дым машина залить воду

Ресурс – суммарная наработка объекта от начала эксплуатации или ее возобновления после ремонта до перехода в предельное состояние.

В качестве меры продолжительности может быть выбран любой неубывающий параметр, характеризующий продолжительность эксплуатации объекта, например пробег в километрах, налет в часах, масса прокатанной стали и т.п.

С точки зрения общей методологии наиболее универсальной мерой является единица времени, так как:

1. Время эксплуатации включает не только период непосредственной эксплуатации, но и время хранения, транспортировки, ремонта и т.д., т.е. все то время, в течение которого происходит изменение (ухудшение) свойств объекта.

2. Ресурс напрямую связан со сроком эксплуатации (службы). Срок службы определяется как календарная продолжительность эксплуатации объекта.

3. В задачах прогнозирования остаточного ресурса функционирование объекта в течение прогнозируемого отрезка времени представляет собой случайный процесс, описываемый функцией, аргументом которой служит время. Исчисление ресурса в единицах времени позволяет поставить задачу прогнозирования в наиболее общей форме.

Начальный момент времени – начало полезной эксплуатации объекта, ввод его в действие. Для объектов, находящихся в эксплуатации, это момент последней инспекции, последнего профилактического мероприятия, момент возобновления эксплуатации после капитального ремонта.

Предельное состояние – временное или окончательное прекращение эксплуатации объекта.

Выделяют три основных причины перехода в предельное состояние:

1. Моральный износ;

2. Чрезмерное снижение эффективности;

3. Снижение показателей безопасности ниже предельно-допустимого уровня. Точные признаки установить сложно, обычно это: резкое повышение интенсивности отказов, повышение продолжительности простоев, увеличение расходов на ремонт.

Одни из основных показателей – нормативный ресурс и нормативный срок службы. Выбор этих показателей – технико-экономическая задача, решаемая на этапах разработки проектного задания с учетом следующих факторов:

– современного технического состояния;

– мирового уровня и темпов НТП в отрасли;

– принятые в данное время нормативные значения показателей экономической эффективности;

– ограничения на стоимость изделия и используемые материалы;

– плановые значения прочности на перспективу.

Основная задача конструкторов, расчетчиков и разработчиков – подобрать материалы, конструкционные формы, размеры и технологии, обеспечивающие нормативные значения показателей для проектируемых объектов.

На стадии проектирования, когда объект еще не создан, оценку ресурса выполняют на основе расчетных схем с использованием статистических данных о материалах, компонентах, нагрузках, воздействиях в процессе эксплуатации и хранения. При недостаточности статистических данных используют экспертную оценку. Из этого следует, что ресурс — вероятностный показатель.

Обычно используют понятие гамма – процентного ресурса, т.е. значение ресурса обеспеченного с заданной вероятностью . Аналогично определяется гамма – процентный срок службы.

Средний ресурс – это математическое ожидание ресурса.

Ресурс технических объектов — это важная технико-экономическая характеристика, так как:

1. Фактический ресурс должен быть согласован с оптимальным значением срока службы.

2. Увеличение ресурса представляет серьезный резерв для экономии материалов, средств и трудозатрат.

Правильный выбор материалов и корректный расчет являются источниками повышения ресурса без значительного удорожания машин и конструкций.