Лекции - Основы надежности машин - файл n1.rtf

Лекции - Основы надежности машин
скачать (9531.5 kb.)
Доступные файлы (3):
n1.rtf3368kb.02.08.2010 01:42скачать
n2.rtf1221kb.29.05.2010 16:26скачать
n3.pdf13761kb.01.06.2010 00:06скачать

n1.rtf

Лекция №1

Важнейшие термины и определения

Рассматриваемые понятия относятся к комплексам машин, отдельным машинам, оборудованию, а также и их системам, агрегатам, узлам (сборочным единицам) и деталям.

В случае, когда рассматриваемые общие вопросы – машины, оборудование и их части принято называть объектами. Объект – предмет определенного целевого назначения, рассматриваемый в периоды проектирования, производства, эксплуатаций, исследований и испытаний на надежность.

Объекты делятся на 2 класса: восстановленный и не восстановленный.

Не восстановленный ? объекты, которые не могут быть восстановлены или не подлежат восстановлению по соображению экономического, временного или иного порядка.

работоспособный

Объект

неработоспособный

Работоспособность ? состояние объекта, при котором он способен восполнять заданные функции.

функциональная

Работоспособность

параметрическая

Параметрическая работоспособность – сохранение технико-экономических параметров в пределах установленных нормативно-технической документацией.

Рабочие машины происходит при изменяющих внешних воздействиях. Взаимодействуя с потенциальными свойствами машин , внешних воздействий форм качественного и другого показателя работы.

Входные перемещения образуют вектор-функцию



Выходной вектор-функция показывает как машина работает в реальных условия эксплуатации.

Внешние воздействия:

  1. Природные факторы

  2. Организационно-технические факторы

  3. Социально-экономические

Потенциальные свойства – объективно существующая особенность машины, проявляющая при ее создании и эксплуатации.

Свойства образующие иерархическую совокупность, определяет качество машин.

Уровень

  1. Качество машины

1 экономичность безопасность

2 полезность надежность

3 безотказность долговечность ремонтопригодность сохраняемость

4 сопротивление стабильность стабильность легко- взаимо- агрега

разрушению и рабочих . физ.-мех. съем. замен тность

коррозии процессов свойств

Качество машины – совокупность всех ее свойств, обуславливается пригодность удовлетворенность потребностей в соответствии с назначением.

Надежность машины – характеризует способность выполнять заданные функции, сохранять во времени значения эксплуатационных показателей в заданных пределах.

Безопасность – свойство машины сохранять работоспособность в течение некоторого времени или некоторой наработки.

Долговечность – свойство сохранять работоспособность до наступления предельного состояния при установленной системе технического обслуживания.

Предельное состояние – характеризуется невозможностью дальнейшей эксплуатации машины из-за неустранения нарушения требований безопасности или неустранения выхода параметров за заданные пределы, неустранение снижения эффективности, необходимого проведения ремонта, нарушения рабочих функций.

В составе машин различают 3 группы элементов относительных характеристик предельных состояний:

  1. Невосстанавливающие элементы;

  2. Восстанавливающие элементы и группы (узлы) и простые системы с конечным временем восстановления;

  3. Сложные системы с конечным временем восстановления.

Группа «Б» - как правило, узлы, работоспособность которых поддерживается очисткой, регулировкой, заменой отдельных элементов (прокладки, подшипники, фрикционные накладки и т.п.)

Группа «В» - машины в целом.

Технический ресурс – наработка машины от начала эксплуатации до предельного состояния или проведения определенного вида ремонта.

Срок службы – календарное время от начала эксплуатации до предельного состояния или проведения определенного вида ремонта.

Ремонтопригодность – свойство конструкции заключается в приспособленности и предупреждению к обнаружению причин отказов и устранению их последствий путем технического обслуживания и ремонта.

Количественно определяется затратами времени, денег и средств.

Ремонтопригодность зависит от:

  1. Доступности;

  2. Легкосъемности;

  3. Взаимозаменяемости;

  4. Агрегатности;

  5. Степени унификации.

Доступность – характеризуется возможностью производить работы руками или инструментом в рабочей зоне без снятия узлов или деталей не относящихся к ремонтирующему или тестируемому узлу (детали).

Контролепригодность:

  1. Возможность контроля технического состояния элементов при профилактических мероприятиях;

  2. Возможность поиска отказавшего элемента или причины неисправности с помощью специальных методов и средств.

Отказ - такое состояние объекта, при котором он полностью или частично теряет работоспособность и не может восполнять заданные функции.

Повреждение – нарушение исправности или целостности объекта, или его частей. Значительные и незначительные.

Лекция №2

Классификация отказов.

  1. По частоте.

Единичные и повторяющиеся n раз за определенный период.

  1. По связи с последствиями.

Легкие – не вызывают остановки объекта и могут быть устранены в процессе ЕО.

Средние – вызывают немедленную остановку для ремонта.

Тяжелые – не только остановка объекта, но и вторичные разрушения.

Катастрофические – отказы, приводящие к человеческим жертвам.

Каждая из указанных категорий отказов может быть разбита на 2 ступени:

Легкие: 1 – отказы, не влияющие на экологические и экономические отказы.

Мелкие отказы устраняются немедленно, или в ходе ежесменного обслуживания (ЕО) (регулировка, долив ГСМ).

2 – параметрические отказы, приводящие к снятию и замене агрегата в процессе после сменного обслуживания.

Эти отказы не влияют на ритмичность работы, но могут ухудшить такой показатель как время цикла и отрицательно влиять на производительность. Экономические потери сводятся к замене агрегата, стоимости производства работ.

Средние: 1 – отказы, приводящие к задержкам в рабочей машине, выявляются в ходе смены или предсменной проверки.

При наличии такого отказа смена может быть завершена, но затем производиться замена агрегата с перекладкой системы, и выхода в следующую смену.

2 – отказы приводят к нарушению или изменению технологических процессов, а также остановка производства меньше чем на одну смену.

Экономические потери могут быть велики из-за простоя всего количества машин.

Тяжелые: 1 – отказы, приводящие к выходу из строя ни только самого отказавшего узла или агрегата, но и узлов не связанных с отказавшим объектом.

2 – невозможное восстановление машины.

Катастрофические: 1 – единичные жертвы людей.

2 – массовые жертвы людей.

  1. По сложности делятся на 3 группы:

  1. Устраняемые в процессе операций ЕО и ТО.

  2. - // - // - // - текущего ремонта.

  3. - // - // - // - капитального - // - // - // -

Отказы 2-й и 3-й групп требуют ремонтного персонала, специальных средств (грузоподъемных) и сменных частей, сильно отказывающие на эффективности машины.

  1. По способности и восстановлению работоспособности объекта: открытые устраняемые в эксплуатационных условиях; устраняемые в стационарных условиях.

  2. По внешним проявлениям – явные и скрытые. Явные – на обнаружение которых требуется менее 10 мин.

  3. По взаимосвязям – первичные и вторичные (зависимые)

  4. По условиям возникновениям – при хранении, транспортировке

  5. По уровню внешних воздействий – разные отказы возникают при нормальных и ненормальных условиях эксплуатации.

  6. По возможности прогнозирования.

Прогнозируемый - возникновения которых зависит от возраста объекта или наработки влияющих на изменение параметра изделия, т.е. это то, что можно выявить до его отказа.

Непрогнозируемый – возникновение, которое невозможно было выявить до его отказа.

  1. По характеру изменения параметров.

Внезапные – возникают в случае внезапной полной потери работоспособности.

Постепенные – возникают в результате возрастающей потери работоспособности элементов объекта ( как правило, износ)

  1. По системам и агрегатам.

Отказы несущей системы ( рамы, фермы)

- // - // - // - трансмиссии мех.

ходовой части электро.

рабочего оборудования гидро.

системы управления пневмо.

Лекция №3

Основные показатели надежности и математические методы их оценки

Задачи, изучаемые теорией надежности, делятся на 4 группы:

  1. изучение природы возникновения отказов в элементах конструкций машин;

  2. обеспечение качественной техдокументации на стадии проектирования;

  3. обеспечение требуемого уровня надежности на стадии серийного производства;

  4. поддержание регламентируемого уровня надежности на стадии эксплуатации.

В связи со случайным характером показателем работы машин и их элементов в качестве основы расчетного аппарата теории надежности используются методы математической статистики и теории вероятностей.

Типичная задача теории вероятности – предсказание результатов частного эксперимента исходя из некоторых общих закономерностей, характеризующих генеральную совокупность.

Типичная задача математической статистики – построение выводов характеризующих генеральную совокупность.



Надежность элемента, работающего до первого отказа.

Модель события в момент элемент начинает работу, в момент происходит отказ. Значение заранее неизвестно.

Величина может быть полностью описана с точки зрения теории вероятности функцией распределения , где P – коэффициент, характеризующий вероятность события ; t – текущая переменная (координата времени или наработки).

В теории вероятности явление отказов при работе машины, получение определения размера детали при измерении, появление бракованного изделия при массовом изготовлении называется событием. Если событие может произойти, а может и не произойти, то оно называется случайным, а если оно обязательно должно произойти – то называется такое событие достоверным.

Два события называются несовместными, если при появлении одного, исключается появление другого.

Вероятностью события А называется отношение числа случаев, благоприятствующих наступлению данного события m ко всему числу несовместны, единственно возможных и равновозможных событий N.



Если , т.е. событие А достоверно.

Если - событие А невозможно.

Если появление одного из событий объективно не более возможно, чем другого, то такие события равновозможные.

Случайные величины, которые прине5мают лишь строго определенные значения называют дискретными, а случайные величины, принимающие любые значения величин в интервале – непрерывными.

Каждому значению случайной величины соответствует частота появлений этого значения в эксперименте .

Полное число испытаний .

Отношения есть частота и относительная частота появления i-го значения случайной величины.

Для непрерывных случайных величин определяет частота и частость попадания значений случайной величины в некоторые интервалы значений.

Функция есть вероятность отказа элемента до момента t, т.е. вероятность того, что величина принять меньшее значения, чем t. Предполагается, что функция непрерывна и дифференцируема, и следовательно существует непрерывная плотность распределения отказа .

Наряду с вероятностью отказа - используется также функция вида

- вероятность безотказной работы за время t. называют такой функцией надежности.
По возможности получения большого числа наблюдений по срокам службы однотипных изделий, можно определить значения статистической функции распределения по накопленным частостям и построить график статистической функции , представляющей полигон накопленных частостей , где N – число всех наблюдаемых случаев рассматриваемой выбором из общей генеральной совокупности; - частота повторения одинаковых результатов в принятом интервале времени.

Распределение частостей непрерывной случайной величины характеризуется гистограммой.
По оси абсцисс весь интервал значений разбивается на единичные интервалы. На них строятся прямоугольники, площадью равные частостям попадания случайных величин в эти единичные интервалы. Соединяя ординаты середин интервалов на гистограмме, получаем полигон распределения. Аппроксимируя полигон некоторой кривой, получаем кривую плотности распределения (плотность вероятности) . Вероятность попадания случайной величины в интервал .

Плотность вероятности есть предел отношения вероятности того, что случайная величина T примет значение лежащее между к величине интервала при , т.е.

По эмпирическим гистограммам, полигонам и плотностям и кривым распределения подбираются теоретические кривые распределения.

Статистическая оценка вероятности безотказной работы в пределах наработки от 0 до t имеет вид , где n – число изделий не отказавших по времени t.

Статистическая оценка плотности вероятности безотказной работы , где - число исправных элементов в конце интервала Dt.

В практических задачах нет необходимости характеризовать случайную величину полностью. Достаточно указать только отдельные числовые параметры, характеризующие существенные стороны распределения случайной величины.

Режимы эксплуатации

В первом приближении для оценки режима эксплуатации машин, их подразделяют на четыре степени (ступени) режима:

Для оценки этих оценок используют различные коэффициенты и показатели:















Лекция №4

Важнейшей из характеристик является средняя наработка до отказа, которая определяется как математическое ожидание величины t



Статистическая оценка может быть вычислена согласно зависимости , где tI – наработка изделия до первого отказа.

Основной характеристикой рассеивания случайной величины является дисперсия этой величины, которая определяется как . Статистическая оценка дисперсии величины t имеет следующий вид

За меру рассеивания принимают также среднее квадратичное отклонение (или стандарт) равное . Если нужно оценить степень рассеивания ряда tI при помощи безразмерной характеристики, то в этом случае используют коэффициент вариации .

Другой важнейшей характеристикой надежности неремонтируемых изделий является интенсивность отказов

Статистическая оценка интенсивности отказов может быть получена согласно зависимости , где Dn – число отказов за время Dt.

Из этого выражения следует, что интенсивность отказов представляет собой условную плотность вероятности возникновения отказа невосстанавливаемого объекта, определяемую для рассматриваемого момента времени, при условии, что до этого момента отказ не возник.

Интенсивность отказов и вероятность безотказной работы связаны между собой зависимостью .

При испытании однотипных элементов или машин обычно имеет место закономерность
I – период отказов элементов со скрытыми дефектами или приработочные отказы

II – период нормальной работы

III – период вследствие ускоренного старения элементов, износовые отказы

Для имеем . Такой закон изменения вероятности безотказной работы называется экспоненциальным. Для этого закона соответственно получаем

Характерными свойствами экспоненциального закона является независимость вероятности безотказной работы на интервале от времени предшествующей работы.

Экспоненциальный закон
Кроме экспоненциального закона используют также: нормальный, логарифмически нормальный, Вейбулла и другие.

Для нормального закона , где Ф – интеграл вероятности вида (табличное значение)
3-х парам. Распределение Вейбула с параметрами a и b. при значении параметра b=2 получается распределение Рэлея, а при b=1 – экспоненциальным

Это распределение наиболее точно характеризует срок службы узлов металлоконструкций, коробок передач, подшипников и т.п.



Дисперсия , где Г – гамма функция ()

Логарифмически-нормальное



Равномерное распределение




Рэлея




Гамма-распределения



При оценке надежности популярность имеют те законы распределения, которые за счет применения численных параметров могут принимать различный вид.

Р. Вейбулла при b=1 превращается в экспоненциальный закон, при b>1 – близкое к нормальному, а при b=2 – распределение Рэлея. То же и гамма-распределение.

Основанием для того или иного закона служит опытные данные полученные при испытаниях и наблюдениях, либо теоретической предпосылки, либо мнения экспертов.

Лекция №5

Надежность восстанавливаемых элементов.

Рассмотрим случай, когда элемент (узел, машина), проработав случайное время t, выходит из строя ремонтируется и работает до отказа времени t2 и т.д.

Время восстановления (ремонта) не учитывается. Случайные величины времени имеют один и тот же закон распределения ; кроме того они могут быть характеризованы плотности распределения , средним значением наработки на отказ – T0 и дисперсией D.

Моменты отказов или восстановлений образуется случайный поток, который называется потоком отказов. Важнейшим показателем потока отказов является ведущая функция или функция восстановления, равная среднему числу отказов прошедшее за время t. В свою очередь имеет место равенство

4

где - законы распределения t.

Величина может быть также предельно согласно зависимости

4

Статическая оценка

4

где - число отказов i-го из наблюдаемых элементов за время t.

Среднее число отказов за период наработки

4

Наработка на отказ за период t1; t2 определяется согласно зависимости

Для статической оценки T0 необходимо подставить вместо выражение Error: Reference source not found.

Другой важнейшей характеристикой надежности восстанавливаемых элементов является интенсивность потоков отказов соответственно , где

Статическая оценка :

Для экспоненциального распределения имеем

Для нормального

Дополнительной характеристикой является параметр потока отказов, под которыми понимают плотность вероятности возникновения отказа восстанавливаемого объекта, определяемую для рассматриваемого момента времени.

Для ординарных потоков (ординарный поток – последовательность событий, когда не происходит двух отказов одновременно) отказов (т.е. таких, когда появление двух и более событий за малый промежуток времени практически невозможно), не имеющих последствия (т.е. вероятность наступления k событий в течение промежутка времени t1; t2 не зависит от того, сколько раз и как появлялось событие раньше), интенсивность потока совпадает с параметром потока. В этом случае имеем

Некоторые свойства потока отказов:

  1. Для большого периода времени среднее число отказов, приходящихся на единицу времени, близко к величине, обратной наработке на отказ элемента

  2. Для большого периода времени может быть использована зависимость

  3. С течение времени процесс восстановления становится стационарным и его частные (локальные) характеристики перестают зависеть от времени



Если время восстановления элементов соизмеримо с временем его безотказной работы, то модель процесса несколько иная

Предполагается, что случайные величины (наработка ) и восстановления - независимы. Все периоды распределены одинаково по закону со средним T0 и дисперсией D0? Имеют плотность вероятности . Аналогично для обозначим распределение ; среднее время восстановления Tв, дисперсия – Dв; плотность вероятности

Статистическая оценка Tв



Особой, и очень важной характеристикой рассматриваемо процесса является коэффициент готовности Kг, который равен вероятности того, что элемент окажется работоспособным в произвольный момент времени кроме планируемых периодов, в течение которых использование элемента по назначению не предусматривается

Коэффициент готовности статистически определяется отношением суммарного времени пребывания наблюдаемых элементов в работоспособном состоянии к произведению числа этих элементов на продолжительность эксплуатации (за исключением простоев под плановый ремонт и Т.О.) , где xI – суммарное время пребывание i-го элемента в работоспособном состоянии.

Для машин находящихся в режиме непрерывной эксплуатации применяется понятие коэффициента технического использования.

KТ.И. – определяет, какую часть времени составляет работа изделия от общего времени израсходованного на работу, ремонты и Т.О.

Tр – суммарная наработка (полезная) в течение рассмотренного промежутка времени;

Tрем – суммарное время ремонтов (Tрем = Tрем.план + Tрем.венш.)

Tобсл. – суммарное время на техническое обслуживание.

Учебный материал
© nashaucheba.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации