Классификация отказовКлассификация отказов
Показатели надежности должны: 1) позволять производить объективную количественную оценку надежности; 2) обуславливаться основными характеристиками технологических линий; 3) позволять использовать их в качестве одной из технических характеристик проектируемой линии при инженерных расчетах надежности; 4) достаточно просто определяться по данным эксплуатации и испытаний оборудования. Показатели надежности, полученные по данным эксплуатации, являются статистическими величинами, так как процесс появления отказов носит случайный характер. Задача математической обработки эксплуатационных данных заключается в том, чтобы подобрать такой теоретический закон распределения случайных величин, который с наименьшими отклонениями, соответствовал бы опытным данным. Тогда в дальнейшем можно для вычисления характеристик процесса использовать математические зависимости. В теории надежности механических систем наиболее часто используют нормальный закон распределения Гаусса, экспоненциальный и Вейбулла. Эти три закона хорошо согласуются с различными видами поведения случайных величин, характеризующих приработочные и внезапные отказы машин и отказы вследствие износа (старение узлов, деталей). Наработка на отказ (среднее время работы между соседними отказами) является показателем безотказности определяется следующим образом:
где ti - продолжительность базотказной работы от (i - 1)-го до i -го отказа; n - число отказов. Среднее время восстановления (показатель ремонтопригодности):
где tпi - продолжительность непланового ремонта после i -го отказа; tп - средняя продолжительность непланового ремонта. Коэффициент готовности,или вероятность того,что технологическая установка в данный момент времени находится в рабочем состоянии, характеризует надежность в период между плановыми ремонтами и определяется по формуле: Кг = Т / (Т + Тв) (1.4) Коэффициент технического использования наиболее полно характеризует надежность установки с учетом времени, затрачиваемого на плановые и неплановые ремонты, и позволяет установить среднюю долю времени исправной работы (без учета продолжительности организационных простоев To): Кт = Tр / (Tр + Tн + Tп) (1.5)
При отсутствии планового (профилактического) ремонта абсолютные значения коэффициентов технического использования и готовности равны. Коэффициент использования помогает оценить эффективность и проанализировать зависимость продолжительности от надежности действующей установки: Ки = Tр / (Tр + Tн + Tп + To) (1.6) Параметр потока отказов w (t) - это среднее число отказов в единицу времени за рассматриваемый период:
где DT -рассматриваемый период времени; T - наработка; ni(t) -число отказов до наработки T; ni(T + DT) - число отказов до наработки (T + DT). При систематизации исходных данных и анализе результатов расчета надежности весь период эксплуатации технологической установки условно делят на три периода с разной частотой возникновения отказов (Рис.1.2).
Рис.1.2. Зависимость параметра потока отказов ω(t) от продолжительности работы Т: 1-период приработки; 2-период нормальной работы; 3-период интенсивного износа.
В период пуска и освоения интенсивность отказов высока, что связано возможными дефектами оборудования, недостатками монтажа и более низким уровнем обслуживания в начале эксплуатации. В период стабильной (нормальной) работы параметр потока отказов держится примерно на одном уровне, что объясняется улучшением системы обслуживания установки и повышением квалификации обслуживающего персонала. В третий период происходит быстрый рост параметра потока отказов ввиду изношенности механизмов и устройств (период интенсивного износа). Дальнейшая эксплуатация становится нецелесообразной, требуется восстановительный ремонт. Характеризовать показатели надежности машин по данным одного из периодов эксплуатации недостаточно. Перечень приведенных показателей надежности не исключает использования других показателей при расчете надежности, а является лишь тем минимумом, без которого невозможна оценка надежности технологической линии и отдельного оборудования, входящего в ее состав. Показателем надежности является также интенсивность отказов, т. е. количество отказов оборудования в единицу времени, отнесенное к количеству эксплуатируемого однотипного оборудования. Надежность принято характеризовать такими количественными показателями, как коэффициент технического использования и вероятностью безотказной работы оборудования. Кривая, характеризующая износ детали в процессе эксплуатации, представлена на Рис.1.3.
Рис.1.3. Кривая износа деталей машины под действием трения.
В соответствии с физической картиной износа строится кривая интенсивности отказов детали. Участок I этой кривой характеризует изменение интенсивности отказов в период приработки, участок II - интенсивность отказов в период нормальной работы, участок III - изменение интенсивности отказов в период повышенного износа. Возможные виды отказов: 1. Отказы, имеющие место в ранний период эксплуатации машины (в период приработки). Приработочные отказы являются следствием несовершенства технологии изготовления деталей или некачественной сборки и контроля. Приработочные отказы необходимо исключить путем обкатки оборудования. 2. Внезапные отказы, имеющие место при внезапной концентрации нагрузки, превышающей расчетную. Они возникают случайно, и предсказать их появление невозможно, но определить вероятность случайных отказов при использовании математического аппарата теории надежности можно. 3. Отказы, вызываемые износом деталей. Эти отказы являются результатом старения машины, и для их предотвращения служат своевременные осмотры, смазка, ремонт и замена изношенных деталей. Внезапные отказы могут произойти в любой момент времени с равной вероятностью. Например, если на заводе вступило в работу 200 центробежных насосов и интенсивность отказов составляет l = 0,01 месяц-1, то это означает, что от общего количества за первый месяц выйдет из строя 0,01 всего количества насосов, за второй - 0,01 оставшегося количества и т. д. Таким образом, интенсивность отказов остается постоянной величиной по отношению к количеству работающих насосов, а количество работающих насосов будет уменьшается до нуля. Для внезапных отказов надежность описывается экспоненциальным законом: P(t) = exp (- l t) (1.8) где l - интенсивность внезапных отказов, ч-1; t - время работы, для которого определяется надежность, ч. Средние значения интенсивности отказов некоторых типовых узлов и деталей приведены в табл.1.2.
Таблица1.2
|
(1.2)
(1.3)
(1.7)
