Основні поняття і положення теорії надійності

Реферат на тему:

Основні поняття і положення теорії надійності

Зміст

1. Об'єкти, що розглядаються в теорії надійності

2. Основні поняття і визначення, прийняті в теорії надійності

3.Фізичні основи надійності

3.1 Зовнішні і внутрішні чинники, що впливають на надійність техніки

3.2 Фізична природа виникнення відмов

3.3 Відмови вібраційного походження і інші чинники, що впливають на надійність машин

Використана література

1. Об'єкти, що розглядаються в теорії надійності

У даний час замість вузького поняття "виріб" як предмету, виготовленого на підприємстві, в теорії надійності використовують більш узагальнююче поняття "об'єкт". Під об'єктом розуміється предмет певного цільового призначення, що розглядається в періоди проектування виробництва, експлуатації, досліджень і випробувань на надійність. Об'єктами можуть бути вироби, системи і їх елементи, в частині споруди, установки, пристрої, машини, апарати, прилади і їх частини, агрегати і окремі деталі.

Об'єкти підрозділяють на відновлювані і невідновлювані.

Відновлювані об'єкти -- відновлення їх працездатного полягання в тій, що розглядається ситуацій передбачено нормативно технічною і (або), конструкторською документацією.

Невідновлювані об'єкти -- відновлення їх працездатного полягаючи ні я не передбачено нормативно-технічною і конструкторською документацією.

Серед машин (агрегатів, вузлів), експлуатованих в сільському господарстві, майже третя частина "нових", тобто що не пройшли так званий знеособлений "капітальний ремонту" і більше двох третіх -- минулі один або декілька таких ремонтів.

З перекладом ремонтних підприємств на індустріальну основу (знеособлений ремонт) став можливим розподіл машин (агрегатів і вузлів) на дві категорії: первинного і вторинного виробництва.

Машина (агрегат, вузол), що поступила на спеціалізоване ремонтне підприємство, практично як би перестає існувати, перетворюючись на висхідний матеріал для виготовлення "нової" машини (агрегату, вузла) вторинного виробництва, якій властивий новий рівень надійності. Замовник одержує від ремонтного підприємства не свої і навіть не інші відремонтовані машини (агрегати, вузли)" а машини (агрегати, вузли) знов створені. Таке "знищення" і "відродження" машин (агрегатів, вузлів) як первинного, так і вторинного виробництва може відбуватися і відбувається багато разів аж до їх морального зносу, Заміна унаслідок морального зносу стає доцільною, коли собівартість одиниці продукції, вироблюваною старою моделлю, виявиться вище собівартості тієї ж продукції, вироблюваною машиною (агрегатом, вузлом) нової моделі.

Таким чином, при визначенні характеристик надійності ми матимемо дві основні групи об'єктів -- первинного і вторинного виробництва. Розподіл на первинне і вторинне виробництво при визначенні характеристик надійності необхідний, оскільки їх кількісні характеристики різні для одних і тих же моделей машин (агрегатів, вузлів, деталей), експлуатованих в однакових умовах.

2. Основні поняття і визначення, прийняті в теорії надійності

Не дивлячись на різноманітність об'єктів і умов їх роботи, формування показників надійності відбувається по загальних законах, підкоряється єдиній логіці зв'язків, розкриття яких є основою для оцінки, розрахунку і прогнозування надійності, а також для побудови раціональних систем виробництва, випробувань і експлуатації об'єктів

Надійність -- це складне поняття, об'єднуюче ряд властивостей об'єкту, пов'язаних з якістю виконання їм певних функцій протягом заданого часу. В техніці надійність має цілком конкретне значення. Вона не тільки може бути точно визначена, але і розрахована, об'єктивно оцінена, зміряна і випробувана.

Показник надійності - кількісна характеристика одного або декількох властивостей, що становлять надійність об'єкту.

Справність -- полягання об'єкту при якому він відповідає всім вимогам, встановленим нормативно-технічною і (або) конструкторською документацією.

Несправність -- полягання об'єкту, при якому він не відповідає хоча б одній з вимог нормативно-технічний і (або) конструкторської документації.

Працездатність -- полягання об'єкту, при якому значення всіх параметрів, що характеризують здатність виконувати задані функції, відповідають вимогам нормативно-технічної і (або) конструкторської документації.

Непрацездатність - полягання об'єкту, при якому значення хоча б одного заданого параметра, що характеризує здатність виконувати задані функції, не відповідає вимогам нормативно-технічної і (або) конструкторської документації.

Якість -- сукупність властивостей об'єкту, що обумовлюють його придатність задовольняти певні потреби відповідно до призначення.

Надійність є доданком якості і обумовлюється безвідмовністю, ремонтопридатністю, зберіганням і довговічністю. Вона визначається досконалістю конструкції і технологій виготовлення, багато в чому залежить від умов експлуатації і ремонту.

Розглянемо такі поняття, як безвідмовність, ремонтопридатністю, зберіганням, довговічність і інші, від яких залежить надійність.

Безвідмовність -- властивість об'єкту безперервно зберігати працездатне полягання протягом деякого часу або деякого напрацювання.

Збереженість - властивість об'єкту зберігати значення показників безвідмовності" довговічності і ремонтопридатністю протягом зберігання і (або) транспортування і після них.

Довговічність -- властивість об'єкту зберігати працездатне полягання до настання граничного полягання при встановленій системі технічного обслуговування і ремонту.

Граничне полягання - полягання об'єкту, при якому його подальше вживання за призначенням неприпустимо або недоцільно, або відновлення його справного або працездатного полягання неможливе або недоцільне.

Напрацювання -- тривалість або об'єм роботи об'єкту.

Гарантійне напрацювання -- напрацювання об'єкту, до завершення якого виготівник гарантує і забезпечує виконання певних вимог до об'єкту за умови дотримання споживачем правил експлуатації, у тому числі правил зберігання і транспортування.

Стік служби -- календарна тривалість експлуатації об'єкту від її початку або відновлення після ремонту певного вигляду до переходу в граничне полягання.

Гамма-процентний стік служби -- календарна тривалість від початку експлуатації об'єкту, протягом якої він не досягає граничного полягання із заданою вірогідністю біля, вираженої у відсотках.

Середній рядків служби -- математичне очікування терміну служби.

Надійність виробу визначається його безвідмовністю і довговічністю. Перше з них розглядають як самостійну безперервну роботу виробу без яких-небудь втручань для підтримки працездатності. Під довговічністю виробу, навпаки, слід розуміти роботу виробу за весь період його експлуатації, враховуючи, що тривала робота виробу неможлива без ремонтних і профілактичних заходів, поновлюючи працездатність втрачається в процесі експлуатації.

Знання понять, визначень і основних показників надійності дозволяє вибрати об'єктивні критерії для її оцінки.

Поняття "відмова" є центральним в теорії надійності і безпосередньо пов'язано з поняттям "працездатність". Ознаки (критерії) відмов встановлюються нормативно-технйческой документацією на даний об'єкт.

Відмова машини (агрегату) може наступити унаслідок поломки, деформації, зносу деталей, порушення регулювань механізмів або систем, ослаблення кріплень, припинення подачі палива, мастила, зв'язаних, як правило, з неякісним і невчасним проведенням технічного обслуговування, З погляду теорії надійності термін "відмову" (дефект) дозволяє вичерпно класифікувати всі види несправностей. По характеру процесу відмови ділять на поступові і раптові.

Поступова відмова характеризується поступовою зміною значень одного або декількох заданих параметрів об'єкту.

Раптова відмова характеризується стрибкоподібною зміною значень одного або декількох заданих параметрів об'єкту.

Незалежна відмова - це відмова, не обумовлена відмовою іншого об'єкту; залежна відмова об'єкту обумовлена відмовою іншого об'єкту.

Конструкційні відмови виникають унаслідок помилок конструктора або недосконалості методів конструювання (недостатня міцність елементів конструкції, незахищеність найвідповідальніших частин механізмів від дії абразивів, волога, температури і т. д.). В цьому випадку при аналізі і розрахунку надійності слід враховувати, що недосконалість конструкції буде властива всім екземплярам даної моделі (серії) машини (агрегату, вузла, деталі).

Виробничі відмови виникають в результаті недосконалості або порушення встановленого процесу виготовлення або ремонту об'єкту, що виконувався на ремонтному підприємстві. Якість деталей, вузлів, агрегатів в цілому не буває однаковим. Незначні зміни якості не позначаються скільки-небудь помітно на надійності об'єкту" При значних відхиленнях якості надійність одних об'єктів виявляється набагато нижче за надійність інших, що приводить до виробничих відмов, пов'язаних із зниженням надійності тільки біля частини об'єктів

Експлуатаційні відмови виникають в результаті порушення правил експлуатації або впливу непередбачених правилами зовнішніх дій, що приводить до передчасних відмов, тобто прискорює передчасне старіння машини. Звичайно такі порушення торкаються лише частини експлуатованих машин.

У сільськогосподарському виробництві залежно від вибору місця і методу усунення відмови машини або її елементу відмови ділять на експлуатаційні і ресурсні.

Усунення ресурсних відмов пов'язано з трудомісткими розбірно-складальними, регулювальними, обкатувальними і іншими роботами, для виконання яких потрібне спеціальне устаткування і високої кваліфікації персонал (тобто виробничі умови ремонту об'єкту) і при цьому відновлюється міжремонтний ресурс і підвищуються інші показники надійності.

Прикладом ресурсних відмов автомобілів і тракторів можна рахувати граничний знос ліжок блоку циліндрів, корінних і шатунних шийок колінчастого валу, граничний (знос кубел для підшипників коробки передач, заднього моста і ін.

3.Фізичні основи надійності

3.1 Зовнішні і внутрішні чинники, що впливають на надійність техніки

Будь-яка машина при експлуатації, зберіганні і транспортуванні піддається різним внутрішнім в зовнішнім діям, внаслідок чого порушуються її основні параметри і характеристики. Зміна початкових характеристик машини в процесі експлуатації залежить від багатьох чинників, що знижують її техніко-економічні показники. Причому ці чинники, знаходячись в тісній і складній залежності один від одного, впливають на об'єкт не ізольований, а комплексно. От чому всяка їх класифікація носить умовний характер.

Основними причинами зниження початкових характеристик машин є порушення умов їх Експлуатації, невчасне технічне обслуговування, низька якість ремонту і ін. Порушення правил технічної експлуатації машин спричиняє за собою такі дефекти, як вигини і скручування деталей, задираки на робочих поверхнях, тріщини, відколи і поломки. Крім того, кричи роботі вузли і механізми піддаються дії різних видів енергії. Механічна енергія, наприклад, виявляється у вигляді статичних і динамічних навантажень кричи взаємодії із зовнішнім середовищем, а також деформації при розподілі внутрішніх напруг, зміні об'єму деталі після термічної обробки і т.д. Теплова енергія впливає на агрегати" вузли і деталі машини, коли під час її роботи коливається температура навколишнього середовища. Якщо ж середовище агресивне" той значний вплив роблять на окремі елементи машини хімічні процеси, що ведуть до їх руйнування.

Всяке відхилення робочих характеристик від норми свідчить про ту або іншу несправність, яка виникла через те, що машина не підготовлена для виконання певного виду робіт. Це часто відбувається унаслідок змін у вузлах і деталях, що сполучаються, що у свою чергу, обумовлюється порушенням посадок, Так, наприклад, падіння потужності двигуна може бути слідством збільшення зазорів в деталях поршневої групи. Порушення посадки може бути пов'язано із зміною форми і розмірів деталей, якості їх поверхні" а також невідповідністю хімічного складу, структури і механічних властивостей матеріалу, з якого вони виготовлені.

3.2 Фізична природа виникнення відмов

Причини, що обумовлюють появу відмов, пов'язані з певними фізичними і фізико-хімічними процесами, що відбуваються в матеріалах і конструкціях на різних етапах їх "життя". Відмови, що впливають на надійність сільськогосподарської техніки, можуть бути поступові і раптові.

Перші відображають закономірні зміни характеристик надійності, зв'язаних, як правило, з процесом нормального зношування деталей, а також конструктивними прорахунками, порушенням правил експлуатації, обслуговування, ремонту і т.д.

Другі представляють випадкові зміни характеристик надійності, що виникають при несподіваних перевантаженнях, засмічень робочих органів і т.п. Прикладом раптових відмов може бути аварійна поломка деталей.

Релаксація -- стрибкоподібна зміна полягання, що виникає як наслідок накопичення пошкоджень, Виникають відмови елементів об'єктів, пов'язані з релаксацією, частіше, ніж раптові.

Істотним для процесу пошкодження з релаксацією є те, що параметр об'єкту або його елементів, що впливає на вірогідність відмови, змінюється недетерміновано випадково. Буває, що відмова об'єкту наступає унаслідок дії декількох незалежних причин, як правило, не менше два. При цьому знос і відмова через "пікові" навантаження не пов'язані один з одним, тобто "пікові" навантаження у вигляді перевантажень і знос, що впливає на поведінку робочої характеристики, діють паралельно, але ізольований один від одного.

Зношування -- процес руйнування і видалення матеріалі поверхні твердого тіла.

Швидкість зношування - відношення значення зносу до інтервалу часу, протягом якого він виник. Розрізняють миттєву (в певний момент часу) і середню швидкість зношування (за певний інтервал часу).

Інтенсивність зношування - відношення значення зносу до обумовленого шляху, на якому відбувалося зношування, або до об'єму виконаної роботи.

Зносостійкість -- властивість матеріалів чинити опір зношуванню в певних умовах тертя, оцінюване величиною, зворотній швидкості зношування або його інтенсивності.

Відносна зносостійкість -- властивість матеріалів, що характеризується відношенням інтенсивності зношування одного матеріалу до інтенсивності зношування іншого при зношуванні в однакових умовах (звичайно один з матеріалів приймається за еталон).

Схоплювання першого роду -- процес неприпустимого пошкодження поверхонь тертя, що розвивається в результаті виникнення локальних металевих зв'язків, деформацій і руйнування деталей з відділенням частинок метала або налипанням їх на поверхні контакту, що є одним з самих небезпечних і різко виражених видів пошкодження.

Схоплювання другого роду виникає при терті ковзання з великими швидкостями щодо переміщення і значним питомим тиском, що обумовлює високий градієнт, термічну пластичність і інтенсивне зростання температури в поверхневих шарах металів. Схоплювання другого роду частіше за все виникає в тих сполученнях, робота яких пов'язана із стійким граничним мастилом.

Професор М. М. Хрущев ділить зношування деталей на три вигляд: механічне, молекулярно-механічне і корозійно-механічне.

При механічному зношуванні поверхні деталей, що труть, піддаються чисто механічній дії (різання, виламування частинок, пластична деформація і ін.).

Молекулярно-механічне зношування є слідством молекулярного зчеплення (схоплювання) матеріалів на окремих ділянках з подальшим руйнуванням поверхонь деталей.

Корозійно-механічне зношування спостерігається при терті матеріалу, що вступив в хімічну взаємодію з середовищем.

А. К. Зайцев ділить зношування деталей на чотири вигляд: механічне (змінюється форма і об'єм частин, що труть, без істотних фізичних і хімічних змін); физико-механічне (механічне зношування супроводжується істотними фізичними змінами); хіміко-механічне (механічне зношування супроводжується істотними хімічними змінами); комплексне (механічне зношування супроводжується істотними фізичними і хімічними змінами).

3.3 Відмови вібраційного походження і інші чинники, що впливають на надійність машин

Надійність машин (агрегатів, вузлів, деталей), що використовуються в сільськогосподарському виробництві, значною мірою залежить від величини вібрації, якої вони піддаються при роботі швидкообертових деталей -- карданних і колінчастих валів, маховиків, шківів, дисків зчеплення, коліс. Таких вузлів і деталей, що обертаються з високими кутовими швидкостями, в сільськогосподарських машинах багато. Крім того, під час ремонту і при заміні окремих деталей порушується їх балансування, що приводить до вібрацій рам машин, Вібрація, що виникає в процесі роботи швидкообертових деталей, створює додаткові навантаження на різні деталі, у тому числі і на підшипники, внаслідок чого виникають відмови.

Незбалансованість деталей може залежати від ряду причин: неточності їх розмірів, особливо тих, поверхня яких необроблювана; нерівномірної густини матеріалу; погрішностей, допущених при збірці і що виражаються в порушеннях посадки на вал деталей, що обертаються, перекосах, зсувах і т.п.

Встановлено, наприклад, що збільшення дисбалансу карданних валів викликає різке підвищення зносу торців шпильок хрестовин і денець голчатих підшипників, а також деталей шліцьового рухомого з'єднання. В результаті швидшає зношування деталей коробки передач і заднього моста, скорочується довговічність рами автомобіля. Тому при виконанні складальних робіт особлива увага слідує уділити перевірці і забезпеченню співвісної взаємно сполучених деталей, що обертаються. Від порушення співвісної різко зростає навантаження на підшипники валів, спостерігається той, що пробуксував дисків муфт зчеплення і муфт повороту, що приводить до зниження коефіцієнта корисної дії і підвищення зносу деталей. На надійність машин впливає і ряд інших чинників. В першу чергу до них слід віднести утомленість матеріалів, пластичні деформації, втрату пружності, намагніченості, утворення накипу і нагару, хімічні, електромеханічні і електроерозійні пошкодження, кавітацію. Багато деталей, з яких складається вузол (агрегат), вчасно роботи машини піддаються високим знакозмінним навантаженням. Це приводить їх до пошкодження унаслідок утомленості. Як правило, пошкодження, викликані утомленістю матеріалу, відбуваються при напругах нижче меж його міцності. Утомленість матеріалу, з якого виготовлені деталі, збільшується через недотримання радіусів переходу від одного перетину деталі до іншого, трубою обробки поверхні, надрізи, подряпини, раковини, різкі температурні зміни і т.д. Частина деталей в процесі роботи піддається достатньо великим температурним і силовим діям, внаслідок чого на окремих їх ділянках виникає напруга, що значно перевищує межу пружності матеріалу, відбувається пластична деформація, що, безумовно, приводить до інтенсивного зношування. Деякі деталі, не змінюючи своїх геометричних розмірів і форм, втрачають властивості пружності (пружини, ресори і т. п.). В результаті нагріву, ударів, дії електричних магнітних полів деталі електроустаткуванні (ротори генераторів, магнето і ін.), зберігаючи геометричні розміри, втрачають працездатність через втрати магнітні властивості. Іноді на поверхнях деталей, агрегатів, вузлів відкладається накип, що приводить до втрати їх працездатності. Шар накипу є відкладеннями слаборозчинних у воді солей і різних механічних домішок, Подібне спостерігається в системі охолоджування автотракторних двигунів, коли з'являється накип після використовування води, що містить солі. Утворюється в результаті дії на поверхню деталей сильно нагрітих газів і продуктів згоряє палива і мастила. Нагар порушує нормальний процес теплопередачі, що в більшості випадків приводить до перегріву деталей, а іноді до утворення тріщин на їх поверхні. При експлуатації різних технічних пристроїв спостерігаються різноманітні типи корозійних пошкоджень металевих виробів. До хімічної корозії відносять пошкодження, викликані дією на метали сухих газів. Електрохімічна корозія (ржавить, розчинення металу в кислоті) відбувається під дією електролізу, до Цього виду пошкодження найбільш схильні крила, облицьовування, капоти і кабіни автомобілів, тракторів, комбайнів і інших сільськогосподарських машин. Найбільш небезпечні для деталей, що випробовують силове навантаження, локальні (місцеві) пошкодження поверхні. Оскільки універсального засобу боротьби з корозією поки немає, пошук захисних матеріалів і методів йде безперервно.

Рис. 1. Зовнішній вигляд гільзи циліндра двигуна СМД, схильної до навігаційного руйнування.

Ряд деталей автотракторної електроустаткуванні працює в умовах, при яких періодично проскакують іскрові розряди. Електроерозійному зношуванню піддаються електроди свічок, контакти електричних приладів (переривники, магнето, розподільники, реле-регулятори і ін.), а також щітки і колектори генераторів і стартерів.

Кавітація -- ця утворення в потоці рідини пухирців, наповнених парою, газом або повітрям, тиск усередині яких відповідає тиску пари. Переміщення пухирців в зону підвищеного тиску супроводжується нанесенням мікроударів частинками рідини по поверхні деталі" омиваної потоком. При певних типах кавітації на площі в один квадратний сантиметр протягом секунди може утворитися і зникнути більше 30 млн. кавітаційних пухирців. В результаті своєрідних гідроударів відбувається руйнування металу в мікрооб'ємах. Зокрема, кавітаційне пошкодження спостерігається на зовнішній поверхні гільз циліндрів тракторних двигунів у вигляді точкового фарбування в зонах, що знаходяться в площині руху шатуна (мал. 1). Найбільшою мірою до пошкодження схильна та сторона гільзи, на яку діють максимальні зусилля поршня. Кавітація зростає при коливанні стінок гільзи.

Особливість кавітаційного зношування полягає в тому, що разом з механічним, активно виявляються і деякі фізико-хімічні процеси, які приводять до руйнування матеріалів, Тому кавітаційну дію не можна ототожнювати тільки із звичними мікроударами рідини. Всілякі поглиблення і опуклості, різні дефекти матеріалів, корозія є причиною виникнення на поверхні металу великої кількості концентратів напруг, що безперервно зароджуються в зонах, схильних до кавітації. Вона починається тим раніше, ніж більше повітря міститься в рідині.

Схематично процес кавітації можна представити в наступному вигляді. Повітряні пухирці потрапляють в зону підвищеного тиску і, рухаючись з великою швидкістю, стуляються (закриваються), при цьому дрібні розчиняються в рідині, а більш крупні різко зменшуються в об'ємі. Під час стулення пухирця частинки навколишньої рідини переміщаються до його центру, і кінетична енергія цих частинок створює місцеві гідравлічні удари з великими, миттєво (ударно) наростаючими кидками тиску. Унаслідок стиснення повітряного пухирця при швидкості, яка може досягати сотень метрів в секунду, в ньому розвивається висока температура. Розрахунки показують, що при адіабатичному процесі стиснення температура може досягати 1000--1500 °С. Під дією високих температур і кисню відбувається активне окислення поверхні, оскільки розчинене в рідині повітря містить більше кисню, ніж атмосферний.

Чим сильніше рідина забруднена твердими частинками, тим швидше наступає кавітація, оскільки на їх поверхні адсорбується тонкий шар повітря, частинки якого при попаданні в зону зниженого тиску служать зародковими вогнищами, сприяючими виникненню кавітації. Вона може посилюватися при низькому гідродинамічному тиску води в місцях звуження проточної частини. Її руйнуюче дію виявляється більшою мірою при температурі води 50-60 °С, в меншій - при 75 °С. Для усунення дії кавітації в автотракторних двигунах необхідно зменшити вібрацію гільз, створити підвищений тиск в системі охолоджування, підтримувати, постійну (75 °С) температуру води в сорочці блок-картера. В тих випадках, коли перераховані заходи невиконувані, вдаються до пасивного захисту: підбирають більш стійкі матеріали для виготовлення гільз і застосовують різні види покриття поверхонь, що піддаються дії кавітації. Дуже ефективне додавання у воду спеціальних присадок поверхнево-активних речовин -- розчинних масел або емульсії КС, дія яких зводиться не до звичного захисту від корозії, а до зменшення гідравлічних ударів. З викладеного вище витікає, що під впливом таких чинників, як вібрація, утомленість матеріалів, пластична деформація, кавітація, відбувається не тільки старіння, і зношування деталей, але і пошкодження вузлів, агрегатів і т.д. Залежно від призначення машини, принципу її дії і конструкційних особливостей на її надійність більшою чи меншою мірою впливатимуть ті або інші чинники.

Використана література

1. ДСТУ 2860-94. Надійність техніки. - К.: Держстандарт України, 1994. - 36 с.

2. Ермолов Н.С.Кряжков В.М., Черкун В.Е. Основы надежности сельскохозяйственной техники. - М.: Колос, 1982. - 271 с.

3. Крыжков В.М. Надежность и качество сельскохозяйственной техники. -- М: Агропромиздат, 1989. - 335с.

4. Надійність сільськогосподарської техніки С.Г.Гранкін, В.С.Малахов, М.І. Черновол, В.Ю. Черкун; За ред. В.Ю.Черкуна. - К.: Урожай, 1998. - 208с.

5. Прейсман В.И. Основы надежности сельскохозяйственной техники. - К.: Вища шк., 1988.-247с.

6. Селиванов А.И., Артемьев Ю.Н. Теоретические основы ремонта и надежности сельскохозяйственной техники. - М: Колос, 1978. - 248с.