Нагружение, деформирование и разрушение материалов при работе

Особенно широк диапазон внешних условий для транспортных машин, работающих в различных климатических зонах.

В равнинных условиях центральной европейской части нашей страны атмосферное давление на земле изменяется в диапазоне от 720-450 мм.рт.ст. Температура воздуха на земле имеет диапазон изменения 0=22О-32ОК. Скорость ветра на земле доходит до 20-30м/с и более, причем возможны различные направления по отношению к изделию. Поэтому выявление спектра эксплуатационных нагрузок, действующих на машину и ее элементы, и их вероятностные характеристики являются необходимым условием для анализа и прогнозирования надежности. Полученные спектры эксплуатационных нагрузок можно, как правило, использовать и при расчете новых машин и для оценки их надежности на стадии проектирования.

Спектры эксплуатационных нагрузок для различных машин и их элементов представляются обычно в виде кривых плотности вероятности для соответствующего фактора.

Эти зависимости могут быть во многих случаях описаны законом Релея, логарифмическим нормальным или другим асимметричным законом, распределения. В ряде случаев рассеивание действующих факторов подчиняется нормальному закону распределения, например распределение крутящих моментов на полуоси заднего моста самоходного комбайна и распределение напряжений в рамах железнодорожных вагонных тележек.

Для оценки нагрузок, действующих на машину, обычно учитывается взаимодействие внешних факторов с динамической системой машины, которая воспринимая их, может усиливать или ослаблять внешние воздействия.

Так, для механических нагрузок на машину характерно наличие резонансных зон с повышенными значениями амплитуд и соответственно напряжений при колебательных процессах упругой системы. Для выявления этих зон используют метод анализа спектральной плотности. В качестве примера можно привести результаты исследований по оценке нагружения деталей рулевого управления грузового автомобиля при различных режимах и условиях эксплуатации. При этом процесс характеризовался не только математическим ожиданием и дисперсией но и функцией спектральной плотности G(f).

Для многих машин, режим эксплуатации которых состоит из различных периодов, разрабатывается типовой график работы машины, отражающий средние (или экстремальные) усилия воздействия на машину (типовой полет самолета, испытание станка при обработке детали). Эти данные в сочетании с вероятностной характеристикой внешних воздействий на машину являются исходными для оценки и прогнозирования ее надежности в различных условиях эксплуатации. Следует иметь ввиду, что потенциальные возможности машины по достижению наибольших скоростей, нагрузок, мощностей и т.п. могут при определенном их сочетании привести к недопустимым режимам их работы (звуковой барьер...)

Например, мощные реактивные двигатели, установленные на современных самолетах, могут обеспечить более высокие скорости полета, чем это допускается надежностью самолета. Если рассмотреть два параметра полета - скорость V и высоту Н, то max значение этих параметров ограничены скоростным напором q на крыло самолета, перегрузками при полете в неспокойном воздухе, изменением температуры 9 материала обшивки. Если учесть так же max скорость и Нmax, которые может обеспечивать двигатель на различных высотах, то можно рассчитать область допустимых режимов для полета самолета. В задачу определения спектра эксплуатационных нагрузок входит так же оценка условий, в которых протекает работа машины и которые оказывают естественное влияние на интенсивность процессов старения. Часто в ТУ на эксплуатацию оговариваются категории условий работы машины и вводятся относительные коэффициенты, характеризующие интенсивность воздействия каждой категории условий на ее работоспособность.

Например, для морских судов для характеристики условий плавания - все географические зоны разделены на четыре района, для землеройных машин учитывается категория грунта. Для самолетов т-ра, боковой ветер, сцепление с ВПП, обледенение и т.п. Особой категорией воздействия на машину, в какой-то степени, определяющей ее надежность, является влияние человека, который управляет машиной, определяет режимы ее работы, восстанавливает работоспособность, используя для этой цели свои возможности и знания.

Надежность систем «Человек-машина» и «коллектив - комплекс машин»

При эксплуатации сложных машин и комплексов человек и машина становится объединенными в единую систему. Работоспособность и надежность этой системы в сильной степени зависят от показателей качеств человека и от приспособленности машины к взаимодействию с человеком.

Качества человека характеризуются в первую очередь:

Квалификацией - обученностью управлять данной машиной,

Исполнительностью - профессиональной ответственностью за выполнение порученного задания.

Конструкция машины, в свою очередь, должна учитывать физиологические возможности человека - возможность нести определенные нагрузки и перегрузки, воспринимать и передавать требуемую информацию, находиться в данной ситуации или условиях в необходимое время и т.п.

Эти задачи решаются на базе эргономики - науки, занимающейся исследованием «Человеческого фактора» в процессе производственной деятельности человека - оператора, ремонтника, эксплуатационника, потребителя.

Она изучает функциональные возможности и способности, особенности человека в трудовых процессах, способствуя созданию таких условий, методов организации труда, которые делают его высокопроизводительным и вместе с тем создают удобства и безотказность в работе. Последнее особенно важно при эксплуатации машин, отказ которых может привести к катастрофическим последствиям. Решение этих задач предполагает приспособление техники к человеку, к условиям труда.

Человеческий фактор в современном производстве является одним из важнейших, от которого зависит эффективность и надежность использования техники. Как показывает анализ аварий, нарушений технологических процессов, ошибок управления в сложных технических системах, они вызваны часто тем, что в конструкциях машин и приборов недостаточно учтены особенности и возможности человека.

Эргономические свойства человека представляют комплекс антропометрических, физиологических и психологических его свойств. Изделия, в свою очередь, должны учитывать эти свойства человека, способствовать max использованию его возможностей.

Так, антропометрические свойства человека определяют типичные размеры и форму человеческого тела и его отдельных частей, что, в свою очередь определяет размеры машины, расположение отдельных частей и механизмов и в первую очередь механизмов управления.

Машина должна так же учитывать такие физиологические свойства человека, как возможность воспринимать, или создавать определенные нагрузки, его утомляемость, наличие определенных биоритмов, быстроту действий, возможность по восприятию ускорений и т.п. Имеются попытки численно оценить воздействие эксплуатационных нагрузок на человека.

Например, приближенная формула для определения сигнала интенсивности ощущения человека (град/с) при равноускоренном вращении:

е - угловое ускорение 1/с2;

n - параметр, зависящий от индивидуальных особенностей человека (n = 0,2-0,5 1/с);

t - время с.

Эта зависимость связывает угловое ускорение со временем начала ощущений при известном пороговом значении интенсивности сигнала qa. Большое влияние, особенно на выбор систем управления машиной, оказывают психофизиологические свойства человека, связанные с его органами чувств: слухом, зрением и осязанием. Современные машины должны быть сконструированных так, чтобы сигналы, поступающие к человеку от машины, необходимые для управления, в наибольшей степени отвечают его возможностям.

Быстрота реакции человека на определенные сигналы (миллисекунды):

зрительный сигнал 150-225;

слуховой 120-182;

температурный 150-240;

болевой 400-1000.

Из этих данных видно, что слух воспринимает сигнал быстрее всего, и в ряде случаев можно разгрузить оператора от визуальных сигналов за счет звуковых.

Конструкция машины должна ограждать человека от недопустимых воздействий на его нервную систему - шума, яркого или недостаточного, света, обилия сигналов информации.

Органы управления не должны так же вызывать физической утомляемости человека за счет усилий на рукоятках или неудобства их расположения.

Все эти факторы влияют на надежность системы - человек-машина, особенно в аварийных ситуациях. Надо помнить о двоякой роли человека с позиции надежности: человек - это совершенная система, он может оценивать сложную обстановку и принимать такие решения, которые неспособна принимать никакая другая машина с другой стороны, человек сам подвержен «отказам», если на его нервную систему и на физическое состояние действуют недопустимые нагрузки.

Человек имеет преимущества при работе машины в условиях неожиданных ситуаций, по способности дать заключение о состоянии машины по отдельным симптомам, по способности учиться на опыте, по чуткости и оригинальности в действиях.

Машина и ее органы могут превосходить человека по точности выполнения заданных и повторных действий, по чувствительности к сигналам, по скорости реакции, по возможности накопления в памяти ЭВМ большого числа данных и быстрого их использования для управления машиной.

Поэтому для обеспечения высокой надежности системы человек - машина необходимо максимально использовать возможности человека и машины.

Особые проблемы порождает система «коллектив - комплекс машин». В этом случае по мимо перечисленных факторов ведущую роль играют:

- социальные отношения;

- иерархия (соподчиненность) отдельных исполнителей;

- организационная структура подразделения;

- идеология и взаимоотношение людей;

- системы управления качеством и надежностью.

Изучение механизмов надежности человека, как сложной кибернетической системы, моделирование систем «человек-техника», создание адаптивных систем «человек-машина», способствуют повышению надежности машин и сложных комплексов при эксплуатации.

Размещено на Allbest.ru