Тестовые задания. 181. Различают следующие виды коррозии:

181. Различают следующие виды коррозии:

1) химическая и динамическая;

2) электрохимическая и динамическая;

3) динамическая и коррозия под напряжением;

4) химическая и электрохимическая.

182. По условиям протекания процесса различают следующие виды
коррозии:

1) структурная, сплошная и щелевая;

 

2) структурная, пятнами и щелевая;

3) структурная, контактная и щелевая;

4) структурная, с трещинами и щелевая.

183. По виду площади повреждения коррозия может быть:

1) сплошной, пятнами и с трещинами;

2) сплошной, структурной и с трещинами;

3) сплошной, контактной и с трещинами;

4) сплошной, щелевой и с трещинами.

184. К прямым показателям оценки интенсивности коррозии относится:

1) изменение массы, глубина коррозии и изменение физико-механических свойств;

2) изменение массы, глубина коррозии и доля пораженной по­верхности;

3) изменение массы, доля пораженной поверхности и изменение

электросопротивления;

4) изменение массы, физико-механических свойств и электросо­
противления.

185. К косвенным показателям оценки интенсивности коррозии отно­
сятся:

1) изменение физико-механических свойств и электросопротив­ления;

2) изменение физико-механических свойств и массы;

3) изменение электросопротивления и массы;

4) изменение массы и доля пораженной поверхности.

Глава 6

ОБЕСПЕЧЕНИЕ НАДЕЖНОСТИ

6.1. Общие вопросы обеспечения надежности машин

Надежность - это свойство изделия, которое связано с целым ком­плексом его других свойств: геометрической точностью, прочностью, из­носостойкостью, коррозионной стойкостью и другими показателями со-

противляемости изделия различным воздействиям. Эти свойства, в свою очередь, зависят не только от конструкции, но и от качества сырья и ком­плектующих материалов, качества технологического процесса, условий и методов эксплуатации и ремонта машин. Поэтому формирование такого комплексного показателя качества, как надежность, является сложным многоэтапным процессом, ход которого зависит от многих технических и организационных факторов на всех стадиях жизненного цикла изделия, начиная от его конструирования и кончая ремонтом.

Для обеспечения показателей надежности необходимо управлять про­цессом их формирования, направленно воздействуя на его отдельные эта­пы и контролируя ход процесса. При этом вопросы управления начальным качеством и надежностью изделия, как свойством сохранять начальные показатели во времени, взаимосвязаны и образуют единую систему.

Качество и надежность выпускаемых изделий, а также качество их эксплуатации и ремонта зависит от перечисленных ниже четырех состав­ляющих факторов.

1. Качество документации на изготовление, эксплуатацию или ремонт изделий характеризуют не только ошибки в чертежах, технической доку­ментации или отклонения от стандартов и нормативов, но и такие показа­тели, как уровень стандартизации и унификации, продуманность и про­грессивность технических решений, технологичность, ремонтопригодность конструкции и ее металлоемкость, простота конструктивных форм, обос­нованность технических условий на элементы изделия и на его выходные параметры, и другие показатели совершенства самой конструкции изделия. Для технологической документации показателями ее качества явля­ются также обоснованный выбор структуры технологического процесса, степени автоматизации оборудования, режимов обработки и других пока­зателей совершенства принятого технологического процесса.

2. Качество оборудования, приспособлений, инструмента, измери­тельных средств включает оценку их уровня, технических характеристик и технологических возможностей, а также их технологическую надежность. Сложное оборудование и технологические комплексы, характерные для современного производства, их совершенство и надежность во многом оп­ределяют и возможности получения качественной продукции.

Качество сырья, материалов, комплектующих изделий, запасных частей и принадлежностей - это те компоненты, на качество которых предприятие не может оказывать воздействие, а может лишь контролиро­вать их свойства (входной контроль). При современных методах производ­ства сложных изделий, когда широко применяется кооперация и использо­вание стандартных элементов, качество комплектующих изделий наряду с

качеством конструкционных материалов, смазок, полуфабрикатов играет существенную роль в обеспечении качества изделий.

4. Качество труда исполнителей, т.е. изготовителей продукции или лиц, эксплуатирующих и ремонтирующих изделие, является одним из оп­ределяющих факторов, обеспечивающих требуемый уровень качества. При этом влияет качество труда не только непосредственных исполнителей от­дельных технологических операций, но и контролеров, руководителей подразделений, работников вспомогательных подразделений и всего кол­лектива предприятия.

Управление качеством и надежностью невозможно осуществлять без стандартизации всех основных звеньев и этапов этого сложного процесса. Необходимо отметить роль не только государственной и отраслевой стан­дартизации, но и стандартов предприятия, которые отражают его специфи­ку, обеспечивают конкретное воплощение принципов, заложенных в обще­государственных стандартах.

Стандартизация надёжности охватывает круг вопросов, относящихся как непосредственно к оценке и регламентации показателей надежности, так и к смежным областям, связанным с надежностью изделий. При этом область стандартизации по проблеме надежности, кроме общих положе­ний, связанных с терминологией и определениями, касается также и всех основных сторон, определяющих надежность изделия. Сюда относятся следующие направления:

1) расчет и прогнозирование надежности, когда разрабатываются типо­вые положения по прочностным расчетам, оценке интенсивности изнаши­вания, расчету и прогнозированию надёжности сложных систем и т.п. Наря­ду со стандартизацией основных положений следует разрабатывать типовые методики, рекомендуемые, но не обязательные для использования;

2) испытание и контроль надежности, методы диагностики. К этой группе относятся стандарты, регламентирующие методы и средства, свя­занные с экспериментальной оценкой уровня надежности, а также уста­навливающие порядок и последовательность проведения испытаний;

3) нормирование надежности. Установление нормативов на категории надёжности, классы износостойкости, предельные состояния изделия, по­казатели безотказности и долговечности является важным направлением в области стандартизации надежности;

технологические методы обеспечения надежности включают стан-' дарты, отражающие широкий круг вопросов, связанных с получением у материалов, заготовок и изделий требуемых свойств. Сюда относятся, на­пример, стандарты на химико-термическую обработку, антикоррозионные покрытия, на точность сборки и т.п.;

5) эксплуатация и ремонт машин непосредственно связаны с пробле­мой надежности, поскольку потеря изделием работоспособности требует восстановления показателей его качества. Для систем ремонта и техниче­ского обслуживания характерна отраслевая стандартизация, отражающая специфику данной категории машин (например, система планово-предупредительного ремонта технологического оборудования);

6) информационное обеспечение включает стандарты, связанные со сбором, обработкой и учетом информации, что особенно важно для систем по управлению качеством и надежностью.

Разработка стандартов по надежности базируется на соответствующих научных положениях теории надежности и ее разделов. Стандартизация ре­шает многие вопросы, связанные с оценкой и повышением надежности изде­лий и регламентацией методов их производства, эксплуатации и испытаний.

6.2. Программа обеспечения надежности

Надежность изделия как один из основных показателей его качества, наиболее трудно поддающийся оценке и подтверждению, требует особого внимания на всех стадиях проектирования, изготовления и эксплуатации машины. Поэтому для изделий, к которым предъявляются высокие требо­вания надежности, разрабатываются специальные программы обеспечения надежности, имеющие особо важное значение при создании опытных об­разцов и запуске серии.

Программа обеспечения - документ, устанавливающий комплекс взаимосвязанных организационно-технических требований и мероприятий, подлежащих проведению на определенных стадиях жизненного цикла объ­екта и направленных на обеспечение заданных требований к надежности и на ее повышение.

Задание необходимых требований начинается с нормирования надеж­ности, которое включает в себя установление в нормативно-технической и конструкторской (проектной) документации количественных и качествен­ных требований к надежности.

Нормирование надежности включает:

1) выбор номенклатуры нормируемых показателей надежности;

2) технико-экономическое обоснование значений показателей надеж­ности объекта и его составных частей;

3) задание требований к точности и достоверности исходных данных;

4) формирование критериев отказов, повреждений и предельных со­стояний;

5) задание требований к методам контроля надежности на всех этапах жизненного цикла объекта.

При выборе номенклатуры нормируемых показателей надежности не­обходимо учитывать назначение объекта, степень его ответственности, ус­ловия эксплуатации, характер отказов (внезапные, постепенные и т.д.), возможные последствия отказов, возможные типы предельных состояний. При этом целесообразно, чтобы общее число нормируемых показателей надежности было минимально. Нормируемые показатели должны иметь простой физический смысл, допускать возможность расчетной оценки на этапе проектирования, статистической оценки и подтверждения по резуль­татам испытаний и эксплуатации.

Содержание мероприятий, входящих в программу обеспечения на­дежности, зависит от типа изделия, требований к нему, организации его изготовления и других факторов. Однако структура программы, как прави­ло, имеет общее построение и содержит типовые разделы и планы.

В общих чертах программа по обеспечению надежности должна со­держать следующие разделы;

1. Комплексный план мероприятий по надежности, который охватыва­ет все этапы производства и изготовления изделия. Обычно такой план раз­рабатывается под руководством главного (генерального) конструктора из­делия и согласуется с соответствующими инстанциями. Для комплектую­щих изделий составляются частные программы обеспечения надежности.

2. Требования по надежности должны быть заданы общегосударствен­ными стандартами или требованиями заказчика. При этом надо установить конкретные значения и перечень регламентируемых показателей (ресурс при заданной вероятности безотказной работы, показатели ремонтопригодности и др.). Трудность обычно состоит в том, что надо не только установить, но и иметь методы контроля и подтверждения показателей надежности.

3. Информация о надежности с использованием различных источни­ков должна поступить к разработчикам уже на стадии проектирования. Особое значение имеет расчет надежности, позволяющий избегать многих неправильных решений, которые для сложных изделий трудно принимать на основе лишь инженерной интуиции и сведений о надежности прототи­пов изделия.

4. Анализ надежности содержит оценку слабых мест конструкции или технологического процесса, обеспечивающего заданные показатели на­дежности изделия. Особенно следует исследовать возможность возникно­вения так называемых критических отказов, которые могут привести к серьезным последствиям (авария, катастрофа). Для них должны быть уста­новлены высокие значения вероятности безотказной работы.

Методы испытаний изделий на надежность, включая стендовые ис­пытания отдельных узлов и машины в целом, а также эксплуатационные испытания, должны проводиться по специально разработанным програм-

мам и обеспечить с определенной достоверностью подтверждение уста­новленных показателей надежности,

6. Оценка технологического процесса изготовления изделий с позиции обеспечения требований надежности включает контроль и промежуточные испытания с оценкой тех факторов, которые влияют на выходные парамет­ры изделия и обеспечивают заданные показатели надежности.

7. Анализ методов эксплуатации изделия включает этапы транспорти­ровки, хранения, ремонта и технического обслуживания, применяемых ре­жимов работы с целью установления их влияния на показатели надежности.

Разработка программы обеспечения надежности изделий должна произ­водиться с учетом соответствующих стандартов и нормативных документов.

6.3. Методы обеспечения надежности машин

Задача обеспечения надежности стоит на всех стадиях жизненного цикла. На стадиях разработки и изготовления машин применяются методы конструктивного и технологического обеспечения надежности. На стадии применения по назначению применяются эксплуатационные методы обес­печения надежности.

/. Методы конструктивного обеспечения надежности

Общий порядок разработки изделий регламентируется комплексом стандартов по порядку разработки на производство.

Стадия научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ является основным этапом отработки изделий на надежность. На этом эта­пе должно обеспечиваться и подтверждаться соответствие доступного уровня надежности изделия нормативным требованиям. При этом выявля­ются основные слабые элементы конструкции, устанавливаются причины отказов. Проводимые здесь же мероприятия по повышению надежности должны учитывать и быть взаимосвязаны как с технологией изготовления деталей и узлов, так и со стратегией технического обслуживания и ремонта машин.

В процессе проектирования с целью повышения надежности могут проводиться и более общие исследования системного характера. К ним от­носится определение расходов на проектирование, изготовление и экс­плуатацию с учетом суммарного получения полезного эффекта, расходов на техническое обслуживание и ремонт и т.д.

На этом этапе основное внимание уделяют конструктивным методам, основными из которых являются следующие.

1. Корректный расчет. При этом особое внимание необходимо уде­лять выбору расчетной схемы, точности определения внешних сил во всем спектре нагружения, определению опасных сечений и их геометрических характеристик, определению напряжений с учетом всех действующих фак­торов и назначению коэффициентов безопасности, прогнозированию ре­сурса.

2. Выбор материалов с необходимыми свойствами. Этот выбор дик­туется условиями работы и характеристиками данного материала, основ­ными из которых являются прочность, пластичность, выносливость, изно­состойкость и коррозионная стойкость. Так, металлы и сплавы для пар тре­ния применяются в случаях, когда требуются высокая прочность и незна­чительное тепловое расширение. Для деталей лесных машин, работающих на износ в условиях абразивного трения, высоких нагрузок и ударов (тра­ков гусениц, элементов захватов и т.д.) применяются высомарганцовые ау-стенитные стали (например, 110Г13Л). Валы различного вида, работоспо­собность которых определяется контактной выносливостью и износостой­костью, изготавливают из конструкционных сталей 45 и 50, упрочненных поверхностной закалкой до HRC=48-50.

 

3. Выбор рациональных форм деталей и конструктивного исполнения узлов. При этом необходимо обращать внимание на обеспечение равно-прочности, малой концентрации напряжений и повода смазки к трущимся поверхностям. Кроме того, конструкция должна быть рациональной с точ­ки зрения ее ремонтопригодности - приспособленности машины к быст-росменности малостойких узлов, диагностированию, легкому осуществле­нию сборочно-разборочных работ.

4. Резервирование в системах. Это одно их основных средств обеспе­чения заданного уровня надежности объекта при недостаточно надежных компонентах и элементах. Цель резервирования - обеспечить безотказ­ность объекта в целом, т.е. сохранить его работоспособность, когда возник отказ одного или нескольких элементов. При этом необходимо иметь в ви­ду следующие понятия и определения.

Резерв - совокупность дополнительных средств и возможностей, ис­пользуемых для резервирования.

Основной элемент - элемент объекта, необходимый для выполнения требуемых функций без использования резерва.

Резервный элемент - элемент, предназначенный для выполнения функций основного элемента в случае отказа последнего.

Резервируемый элемент - основной элемент, на случай отказа которо­го в объекте предусмотрены один или несколько резервных элементов.

Кратность резерва - отношение числа резервных элементов к числу резервируемых ими элементов, выраженное несокращенной дробью.

ся также различные антифрикционные покрытия. В практике находят также применение такие методы поверхностного упрочнения, как плазменное на­пыление и плазменная наплавка сверхтвердыми материалами.

5) улучшение качества сборки и регулировки. Здесь обращают внима­ние, например, на обеспечение необходимой соосности соединяемых узлов и тепловых зазоров подшипников качения;

6) контроль качества материалов и технологического процесса изго­товления, в том числе неразрушающий контроль (дефектоскопия).

Совершенство технологического процесса во многом определяет дос­тигнутый уровень надежности изделия, так как именно в процессе изго­товления обеспечивается заложенная конструктором надежность. Поэтому технологические методы обеспечения надежности имеют важное значение.

Обычно все отказы изделия в той или иной степени связаны с техно­логией, так как именно она определяет уровень качества и все свойства, полученные в процессе изготовления и сборки изделия. Однако часть отка­зов может относиться к недопустимым, когда характер отказа или скорость протекания процесса повреждения не отвечает установленным на изделие требованиям. Такие отказы являются следствием несовершенства техноло­гического процесса, его несоответствия требуемому уровню надежности. Причины возникновения недопустимых отказов по вине технологии про­фессор А.С. Проников делит на три группы.

Первая группа причин связана с необоснованностью технических ус­ловий на параметры изделия и на допуски его элементов, с несовершенст­вом принятой технической документации, с недостатками методов испы­тания на надежность готового изделия и его механизмов. Технические ус­ловия (ТУ) на изделие должны отражать основные требования надежности. Зачастую одинаковые изделия, выполненные в точном соответствии с ТУ, обладают неодинаковыми показателями надежности, если они изготовле­ны различными технологическими методами. Это связано с тем, что ТУ на изделия часто не отражают всех основных требований к изделию, которые определяют его надежность, и не учитывают те новые свойства, которые приобретает изделие в процессе изготовления.

Типичным примером является влияние технологического процесса механической обработки на качество поверхностного слоя изготовленных деталей, так как он определяет геометрические и физико-химические па­раметры этого слоя - шероховатость и топографию поверхности, твер­дость, остаточные напряжения, структуру и другие показатели, которые в свою очередь определяют эксплуатационные свойства изделия, такие как износостойкость и усталостную прочность. Технические условия на изде­лия, как правило, не регламентируют значения основных параметров по­верхностного слоя и часто ограничиваются указанием шероховатости по-

верхности и ее микротвердости. Не всегда учитываются также последова­тельность и структура операций, режимы и методы обработки, которые выбираются в основном из условия получения высокой производительно­сти. Чем выше требования к надежности, тем большее число параметров должно быть оговорено в ТУ и тем достовернее должны быть определены основные взаимосвязи между эксплуатационными и технологическими па­раметрами.

Вторая группа причин связана с недостаточной надежностью самого технологического процесса. Технологический комплекс является сложной динамической системой с большим числом взаимосвязей, он характеризу­ется многими выходными параметрами. Чтобы обеспечить выпуск качест­венной и надежной продукции, эта система сама должна обладать высокой надежностью, что связано со степенью совершенства технологического процесса, его стабильностью, методами контроля и другими факторами.

Третья группа причин связана с остаточными и побочными явления­ми, порождаемыми технологическим процессом. Современные технологи­ческие процессы изготовления изделий, начиная от обработки заготовок и кончая финишными операциями, сопровождаются, как правило, значи­тельными силовыми и температурными воздействиями на деталь при вы­соких требованиях к точности и производительности процесса.

Затраты энергии, необходимые для осуществления данного техноло­гического процесса, приводят к целому ряду побочных явлений, которые изменяют свойства изделий, создают в них остаточные напряжения, иска­жают структуру материала, приводят к появлению дефектов самого разно­образного характера.

Основными направлениями обеспечения надежности в процессе про­изводства являются его автоматизация и управление с помощью ЭВМ как отдельными технологическими операциями, так и всем процессом подго­товки производства и изготовления деталей на базе гибких производствен­ных систем и полностью автоматизированными роботизированными про­изводствами, функционирующими практически без участия человека.

3. Методы эксплуатационного обеспечения надежности

Эксплуатация машины - сложный процесс, который состоит из раз­личных периодов, во время которых работоспособность машины либо уменьшается, либо восстанавливается. Для различных машин в зависимо­сти от их назначения характерны определенные сочетания перечисленных периодов и различная их длительность.

Потеря машиной работоспособности в процессе ее эксплуатации - не­отвратимый процесс, протекающий в зависимости от конструкции машины

 

и условий ее использования с большей или меньшей интенсивностью. Ни одно изделие, тем более сложная современная машина, не может обойтись без ремонта и ТО, которые являются неотъемлемыми этапами процесса эксплуатации машины и должны обеспечивать в течение всего периода эксплуатации требуемый уровень безотказности.

От системы ремонта и ТО, которая определяет периодичность и объе­мы ремонтных работ, в большей степени зависят показатели надежности изделия. Эта система для любой машины строится, как правило, на осно­вании следующих принципов: 1) для удобства эксплуатации машины и планирования ремонта предусматриваются периодические остановки ма­шины для ее ремонта и профилактических мероприятий через заданные промежутки времени; 2) объемы периодических ремонтных работ и соот­ветственно длительность простоя машины в ремонте неодинаковы, так как должно быть обеспечено восстановление работоспособности машины при протекании разнообразных процессов старения.

На длительность межремонтного периода, как одного из основных па­раметров ремонтной системы, влияет ремонтопригодность машины. По­этому для обеспечения ремонтопригодности необходимо учитывать сле­дующие факторы: 1) доступность к узлам и механизмам для контроля их состояния, обслуживания и проведения ремонтных работ; 2) простоту раз­борки и монтажа узлов, в первую очередь тех, которые могут входить в межремонтное обслуживание; 3) унификацию и взаимозаменяемость дета­лей и сборочных единиц; 4) возможность восстановления посадок в со­пряжениях; 5) преемственность контрольно-проверочного оборудования, инструмента и оснастки.

Широкий диапазон условий и режимов эксплуатации, а также вариа­ция начальных показателей качества машины приводят к значительной дисперсии в скоростях, потери ею работоспособности и соответственно во времени достижения машиной предельного состояния. Поэтому весьма важно иметь методы и средства для оценки технического состояния маши­ны - определение степени ее удаленности от предельного состояния, вы­явление причин нарушения работоспособности, установление вида и места возникновения повреждений и т.п. Эти задачи решаются методами диагно­стирования, применение которых, особенно для сложных систем, позволя­ет получить большой экономический эффект за счет более полного ис­пользования потенциальных возможностей машины и учета конкретных ее свойств и условий эксплуатации.

Особой категорией воздействия на машину, в сильной степени опре­деляющей ее надежность, является влияние человека, который управляет машиной, определяет режимы ее работы, восстанавливает ее работоспо­собность, используя для этой цели свои возможности и знания.

Таким образом, эксплуатационные методы обеспечения надежности включают следующие основные направления:

1) расконсервацию и ревизию перед вводом в эксплуатацию;

2) соблюдение режимов обкатки;

3) соответствие эксплуатационных нагрузок расчетным;

4) контроль параметров и диагностирование технического состояния;

5) соблюдение регламентов технического обслуживания и текущего ремонта;

6) соответствующую квалификацию эксплуатационного и обслужи­вающего персонала.

На стадии эксплуатации машин используют специальную стратегию, которая обуславливает виды, объем и периодичность управляющих воз­действий, основным назначением и содержанием которых является кон­троль и поддержание эксплуатируемого изделия в работоспособном со­стоянии в межремонтные периоды и восстановление значений показателей надежности до регламентируемых значений при наименьших затратах времени и средств.