Файл: Конспект лекций по надежности (2).doc

3.3. Влияние скорости процессов на надежность технических систем

По скорости процессы, протекающие при эксплуатации машин, делятся на быстропротекающие, процессы средней скорости и медленно протекающие. Они в разной мере оказывают влияние на надежность технических систем.

Быстропротекающие процессы проявляются сразу же после включения машин в форме вибраций, изменения сил трения в сопряжениях, колебаний рабочих нагрузок, неуравновешенности движущихся деталей и др. Длительность и периодичность их возникновения измеряется секундами. Действие процессов приводит к изменению и рассеянию выходных параметров машин, например, при механической обработке неточность размеров, формы деталей.

Процессы средней скорости происходят при непрерывной работе машин. Длительность их измеряется минутами, часами. Под их действием происходит монотонное изменение начальных параметров на величину , как это показано на рисунке 4. Это могут быть как обратимые, так и необратимые процессы, например, износ металлорежущего инструмента, его стойкость измеряется в минутах.

Медленно протекающие процессы происходят за время между ремонтами машин. Это только необратимые процессы: износ, перераспределение напряжений, ползучесть, загрязнение, коррозия, сезонные изменения температур и др. Эти процессы влияют на производительность, точность, коэффициент полезного действия и др. Они ведут к монотонному изменению выходного параметра, достигающему величины . Методы борьбы с ними это техническое обслуживание и ремонты.

Рисунок 4. Изменение выходных параметров машин под действием процессов разной скорости

Все рассмотренные процессы носят случайный характер, что приводит к разбросу выходных параметров машин, законы рассеяния которых отражаются функциями ина рисунке 4. Суммарное изменение выходного параметра под действием процессов разных скоростей или суммарная погрешность.

Вопросы для самоконтроля

1. На какой стадии жизненного цикла технической системы проявляется влияние на ее надежность технологических факторов?

2. Чем обусловлено большинство отказом в машинах?

3. Чем отличается трение скольжения от трения качения и трения верчения?

4. Какие роды трения реализуются в зубчатых передачах?

5. В чем разница понятий «изнашивание» и «износ»?

6. Возможно ли изнашивание без трения?

7. В чем суть явления избирательного переноса?

8. В чем принципиальная разница окислительного и коррозионного изнашивания?

9. Назовите основные этапы изменения линейного износа во времени.

10. В чем состоит главное влияние скорости процессов на надежность технических систем?

«Усложнять – просто, упрощать ‑ сложно».

Закон Мейера

Лекция 4. Анализ отказов технических систем

4.1. Классификация отказов

Выбор принципов классификации определяется ее целью. В связи с этим существуют различные подходы к классификации отказов.

Наиболее простая и понятная классификация отказов механических систем предложена Прониковым А.С., согласно которой отказы делятся на функциональные и параметрические. Появление первых приводит к нарушению функционирования механизмов, а, следовательно, и машин в целом. Наличие параметрических отказов приводит к выходу параметров машин за установленные пределы (границы). Например, снижение точности обработки на металлорежущем станке, снижение производительности, пропуск стежков на швейной машине и др.

С позиций изучения характера и природы отказов, влияния различных факторов на их возникновение, интерес представляет классификация, предложенную Рахутиным при исследовании надежности шахтного оборудования. Классификация построена на рассмотрении значительного количества классификационных признаков.

1. По условиям возникновения разделяют отказы в нормальных и ненормальных производственных условиях. Ненормальные условия имеют место вследствие ошибок персонала или стихийных бедствий (наводнение, оледенение на ЛЭП и др.), или при других чрезвычайных ситуациях.

2. По причинам возникновения выделяют отказы не связанные с разрушением (разладки, засорения) и обусловленные разрушением (поломки, изнашивание).

3. По характеру возникновения: внезапные, связанные с резким изменением основных параметров, и постепенные под действием случайных факторов, обусловленные медленно протекающими необратимыми процессами (старение, ползучесть, изнашивание и другие).

4. По степени влияния на работоспособность: полные и частичные. Последние связаны с «частичной» потерей работоспособности системы, т.е. с пониженным уровнем функционирования. Такие отказы возникают в системах, имеющих большое количество автономных компонентов (рабочих органов). При отказе некоторых большинство остается работоспособными. Например, городская телефонная сеть, прядильная машина. При отказе телефона одного (или нескольких) абонентов, одного (или нескольких) веретен системы продолжают функционировать.

5. По признакам проявления: явные и неявные. Возникновение явного отказа обнаруживается органолептическими методами. При неявных отказах для их обнаружения требуется применение специальных приборов или устройств или значительный опыт и умение персонала.

6. По взаимосвязи между собой: независимые и зависимые, когда появление одного отказа влечет за собой возникновение других. Возможность возникновения зависимых отказов свидетельствует о серьезных ошибках в конструкциях систем, о недоработках конструкторов. Взаимосвязь отказов может привести к их лавинообразному нарастанию.

7. По последствиям различают отказы опасные и безопасные для здоровья и жизни персонала и для окружающей природной среды; тяжелые, ведущие к значительным материальным и финансовым и другим затратам и потерям, и легкие.

8. По способу устранения выделяют отказы, устраняемые заменой элементов, регулировкой, чисткой и самоустраняющиеся отказы или сбои.

9. По сложности устранения: простые и сложные, требующие специалистов высокой квалификации и значительных трудозатрат.

10. По частоте возникновения: единичные и систематические. Наличие последних обусловлено, главным образом, конструктивными недоработками, технологическими ошибками или нарушениями условий эксплуатации.

11. По возможности устранения: устранимые и неустранимые, при возникновении которых восстановление работоспособности системы технически невозможно или экономически неоправданно.

12. По происхождению: конструктивные, обусловленные недостатками конструкции; технологические – недостатками технологического процесса изготовления и сборки деталей и узлов и эксплуатационные, связанные только с условиями эксплуатации.

4.2. Характеристика потока отказов

В технических системах отказы возникают и устраняются в случайные моменты времени. Следовательно, на длительном промежутке времени можно рассматривать реальный поток отказов. Тогда под потоком отказов будем понимать последовательность их возникновения в случайные моменты времени. Именно вид потока отказов определяет свойства сложного технического изделия как системы, а также аналитические зависимости между количественными и качественными характеристиками надежности. Наиболее характерными видами потоков отказов являются простейший или стационарный и нестационарный пуассоновский поток.

Простейший поток такой, при котором время возникновения отказов удовлетворяет одновременно трем условиям: стационарности, отсутствия последействия, ординарности.

Условие стационарности означает, что вероятность возникновения отказа за фиксированный промежуток времени t зависит только от величины этого промежутка и не зависит от его расположения на временной оси. Из условия стационарности вытекает свойство эргодичности, которое означает, что результаты длительных наблюдений за одной системой в произвольно выбранные моменты времени имеют те же статистические свойства, что и одновременные наблюдения за большим числом систем.

Отсутствие последействия означает, что отказ одного элемента не изменяет надежность других, т.е. отсутствует корреляционная связь между временем возникновения отказов элементов. Следовательно, отказы элементов события случайные и независимые.

Ординарность означает, что вероятность попадания на отрезок времени tдвух и более отказов неизмеримо мала по сравнению с вероятностью возникновения только одного отказа.

Эти три условия очень часто нарушаются. Стационарность нарушается в начальный момент эксплуатации вследствие приработки, с течением времени вследствие старения, изменения условий эксплуатации, под действием изменения температуры и влажности среды, наличия вибраций и т.п. Очевидно, что для больших промежутков времени условие стационарности невыполнимо. Гипотеза о стационарности потока отказов технической системы справедлива лишь для сравнительно малых промежутков времени.