Отказы машин и их элементов.

Основные понятия и определения теории надежности.

В соответствии с ГОСТ 27.002-89 надежность – это свойство объекта выполнять заданные функции, сохраняя при этом эксплуатационные показатели в заданных пределах в течении требуемого времени или требуемой наработки.

Термин «объект» является наиболее общим наименованием изделия, машины. оборудования или отдельной сборочной единицы.

Объект предназначенный для самостоятельного выполнения заданных функций называется системой. Система представляет собой совокупность элементов.

В процессе эксплуатации объект может находиться в одном из следующих состояний: 1) 1) исправном

2) работоспособном

3) неисправном

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

Работоспособное состояние – состояние объекта, при котором он способен выполнять заданные функции, сохраняя значения заданных параметров в пределах, установленных нормативно-технической документацией. Параметры, характеризующие выполнение функций. обуславливают эксплуатационные показатели изделия: производительность, мощность, тягово-скоростные характеристики, параметры рабочего процесса и т.п.

Неисправное состояние - состояние объекта при котором он не соответствует хотя бы одному из требований, установленных нормативно-технической документацией. Различают неисправности не приводящие к отказам (нарушение лакокрасочного покрытия, износ режущей кромки рабочего органа, и неисправности ведущие к возникновению отказа (трещина металлоконструкции рамы, повреждение лопасти вентилятора системы охлаждения двигателя и т. п.)

Отказ – событие, заключающееся в нарушении работоспособности объекта.

В зависимости от способа устранения отказа все объекты разделяют на ремонтируемые и неремонтируемые. К ремонтируемым относятся объекты, которые при возникновении отказа ремонтируют и после восстановления работоспособности снова вводят в эксплуатацию. Машины, оборудование, а так же большинство их элементов являются ремонтируемыми объектами.

Неремонтируемые объекты после возникновения отказа заменяют. К числу неремонтируемых элементов машин относят подшипники качения, тросы, оси, пальцы, крепежные детали. Восстановление таких элементов экономически нецелесообразно, т.к. затраты на ремонт велики, а обеспечиваемая при этом долговечность значительно ниже чем у основных деталей.

Надежность объекта характеризуется:

1) безотказностью

2) долговечностью

3) ремонтопригодностью

4) сохраняемостью

Безотказность – свойство сохранять работоспособность в течении некоторой наработки без вынужденных перерывов. Под наработкой подразумевают продолжительность или объем работы объекта, изменяемые в часах, километрах, кубических метрах …Это свойство особенно важно для элементов системы управления, тормозных устройств и других механизмов, отказ которых может привести к аварии.

Долговечность – свойство объекта сохранять работоспособность до наступления предельного состояния с необходимыми перерывами для технического обслуживания и текущего ремонта.

Предельное состояние объекта – состояние, при котором дальнейшая эксплуатация должна быть прекращена из-за неустранимого нарушения требований безопасности или объект неустранимого ухода заданных параметров за установленные пределы. Объект, достигший своего предельного состояния направляют в капитальный ремонт или списывают.

Ремонтопригодность – свойство объекта, заключающееся в его приспособленности к предупреждению и обнаружению причин возникновения отказов, повреждений и устранению их последствий путем проведения технического обслуживания и ремонтов. Под устранением отказа подразумевают восстановление работоспособности объекта путем ремонта или замены отказавшего элемента.

Сохраняемость – свойство объекта непрерывно сохранять исправное и работоспособное состояние в течении и после хранения или транспортирования. Это свойство важно для машин сезонного использования – снегоочистителей, кусторезов и т.п.

Отказы машин и их элементов.

Отказом называют такое состояние объекта, при котором он полностью или частично теряет свою работоспособность и не может выполнять заданные функции с параметрами, установленными требованиями технической документации (стандартами, техническими условиями и др.) Для каждого объекта признаки отказов установлены нормативно-технической документацией.

Время, необходимое на восстановление работоспособности объекта в условиях эксплуатации в пределах смены считается простоем.

В зависимости от причин возникновения отказов различают:

конструктивные отказы, возникающие в результате нарушения установленных правил конструирования, производственные отказы, причиной возникновения которых является нарушение установленного процесса изготовления или ремонта изделия,

производственные отказы причиной возникновения которых является нарушение установленного процесса изготовления или ремонта изделия

эксплуатационные отказы причиной возникновения которых является нарушение установленных правил эксплуатации машины.

Внезапный отказ характеризуется резким изменением одного или нескольких заданных параметров объекта.

Постепенный отказ характеризуется постепенным изменением одного или нескольких заданных параметров объекта. Пример –нарушение работоспособности тормозов в результате износа фрикционных элементов.

Перемежающийся отказ – многократно возникающий сбой одного и того же характера. Пример – ухудшение мощности и топливно- экономических показателей двигателя из-за появления нагара в головке цилиндров.

Все виды отказов можно разделить на две группы

1) разрушение элементов

2) следствие нарушения качеств функционирования.

К первой группе относятся поломки, недопустимые деформации и износ элементов, обрыв и короткое замыкание, расплавление и сгорание элементов.

Ко второй группе относятся нарушение регулировок, залипание и забивание рабочих органов обрабатываемой средой, засорение гидравлической системы, ослабление контактов электропроводки, ослабление креплений под действием вибрации.

Для подавляющего большинства строительных машин и оборудования особого внимания заслуживают отказы первой группы из-за их массовости, а так же значительной трудоемкости и стоимости устранения. Однако, для ряда машин в определенное время года при использовании в характерных районах существенное влияние на эффективность работы могут оказывать отказы второй группы (пример – землеройная машина весной и осенью при работе на глинистых грунтах значительная часть простоев вызвана залипанием рабочих органов грунтом).

Повреждение – событие, заключающееся в нарушении исправности объекта или его составных частей. Повреждение может быть незначительным или значительным. Незначительное повреждение – это нарушение исправности при сохранении работоспособности.

Значительное повреждение – означает отказ объекта.

Возникновение отказа обычно обуславливается структурой и свойствами материала, напряжениями, вызванными нагрузкой, температурой. Процессы, приводящие к отказам, классифицируются по ряду признаков. По месту протекания различают процессы, происходящие в объеме материала элементов, на поверхности элемента, в сочленениях деталей.

Решающее влияние на возникновение отказов оказывают изменения на поверхности детали, которая подвергается непосредственному воздействию окружающей или рабочей агрессивной среды, влаги, загрязнений. Процессы в объеме твердого тела и на его поверхности, способствующие появлению отказов, обычно возникают и развиваются как локальные. К процессам, предшествующим появлению отказов, протекающих в местах подвижных и неподвижных соединений деталей машин, относятся различные виды изнашивания, усталости, коррозии и др. Изменение физического состояния, свойств и характеристик элементов обычно обусловлено воздействием энергии и заключается в превращении одного вида энергии в другой. Многие физико-химические явления, связанные с возникновением отказов, являются термически активируемыми т.е. могут протекать только при определенном уровне тепловой энергии, причем их интенсивность увеличивается при нагревании тела. Тепловые процессы играют значительную а иногда решающую роль в изменении свойств и характеристик элементов, интенсивности их разрушения и старения.

Различают воздействия, влияющие на элементы независимо от того работают они или выключены, и воздействия, возникающие в условиях активной работы элемента. К первым относятся: влажность, атмосферное давление, температуру окружающей среды, химический состав и загрязнение среды. Ко вторым - напряжение и ток, установившихся и переходных режимов, выделяющееся в элементе тепло, механические нагрузки, возникающие в самом работающем элементе при эксплуатации.

По виду изменений, вызываемых в материале воздействующими факторами, различают необратимые изменения(например коррозия) и обратимые(например деформация в пределах упругости металлических деталей)

По характеру изменений во времени различают воздействия постоянные, закономерно изменяющиеся по времени, и воздействия постоянные, являющиеся случайными функциями времени.

Воздействие эксплуатационных факторов связано с режимом хранения или активной эксплуатации. В устройствах подвергающихся длительному хранению перед активной эксплуатацией, постепенное изменение свойств и характеристик элементов при хранении могут иметь решающее значение. Влияние факторов, действующих при активной эксплуатации, зависит от режима эксплуатации: является он

1)непрерывным

2)циклическим

3)случайным,

4)повторно- прерывистым

5)одноразовым

6)установившимся

7)переходным.

Наиболее общие физико - химические процессы в материалах, которые могут быть связаны с возникновением отказов следующие:

1. диффузные процессы в объеме и на поверхности твердого тела

2. перемещение и скопление точечных дефектов и дислокаций в кристаллических твердых телах.

3. разрыв химических связей цепей макроструктур полимерных материалов

4. электролитические процессы

5. действие поверхностно-активных веществ

6. структурные превращения в сплавах металлов

В связи с последствиями отказы можно разделить на три категории:

1. легки е (например разрушение прокладки, утечка масла, незакрепленный несиловой болт) которые не вызывают остановки объекта и могут быть устранены в удобное время.

2. средние - вызывающие немедленную остановку объекта для ремонта

3. тяжелые – которые вызывают не только остановку объекта но и вторичные значительные разрушения.

С точки зрения возможности восстановления работоспособности объекта можно различать отказы, устраняемые в эксплуатационных условиях или в стационарных условиях.

По внешним проявлениям отказы делятся на явные и скрытые. К явным относятся такие отказы, на обнаружение которых тратится небольшое время – менее 10 мин.(либо другой установленной нормы) К скрытым относятся отказы элементов, на обнаружение которых требуется время свыше установленной нормы. Такие отказы чаще всего наблюдаются в гидро- пневмо- и электросистемах.

По взаимосвязи между отказами существуют первичные отказы, происходящие по любым причинам, помимо действия другого отказа и вторичные - вызванные действиями другого отказа (повышение износа элементов вследствии отказа в системе смазки, повреждение деталей редуктора осколком зуба шестерни)

По уровню внешних воздействий бывают отказы возникающие при нормальных и ненормальных условиях эксплуатации. К ненормальным условиям относятся отклонения от правил техобслуживания, использования при недопустимых нагрузках и климатических условиях.

По возможности прогнозирования выделяют:

1.прогнозируемые отказы, возникновение которых зависит от возраста модели или наработки

2. прогнозируемые отказы, обусловленные изменением параметра изделия

3. непрогнозируемые отказы.

Прогнозируемые отказы первого вида осуществляются расчетным путем на основании параметров закона их распределения. Прогнозирование отказов обусловленных постепенными изменениями параметров изделия осуществляется с помощью диагностических приборов, при этом, сопоставляют мгновенные, замеренные значения параметров с предельными и полученной ранее закономерностью изменения их по времени.

По характеру изменения параметров различают внезапные и постепенные отказы. Внезапный отказ возникает в результате внезапной полной потери работоспособности. Постепенный отказ изделия проявляется в результате возрастающей потери работоспособности его элементов.

Лекция 2