3. Надёжность оборудования

Содержание

Надежность машин. Работоспособное и неработоспособное состояние машины. Понятие отказа. Факторы возникновения отказов. Систематические факторы возникновения отказов. Отказы от циклически действующих факторов. Виды отказов: функционирования и параметрический отказы. Примеры отказов функционирования. Примеры параметрических отказов.

Основные показатели надёжности. Функция надёжности. Показатели безотказности. Оценки безотказности машины. Показатели ремонтопригодности и их взаимосвязь. Комплексные показатели надёжности, их взаимосвязь. Показатели долговечности. Предельное состояние машины. Физический и моральный износ: критерии оценки

Надёжность – важнейшая характеристика оборудования и его способность выполнять заданные функции, заключающиеся в выпуске годной продукции, отвечающей техническим условиям (ТУ), в объёмах, обусловленных производственной программой или заданием.

1. Определения

Надёжность - свойство сохранять способность объекта выполнять требуемые функции в данных условиях и при обеспечении внешними ресурсами, а также свойства безотказности и ремонтопригодности при поддержке технического обслуживания (по мотивам ГОСТ 27.002-2009).

Два состояния оборудования: работоспособное и неработоспособное:

- работоспособное состояние (работоспособность) объекта, при котором значения всех параметров, характеризующих способность выполнять заданные функции, соответствуют требованиям нормативно-технической и (или) конструкторской (проектной) документации;

- неработоспособное состояние (неработоспособность) объекта, при котором значение хотя бы одного параметра, характеризующего способность выполнять заданные функции, не соответствует требованиям нормативно-технической и (или) конструкторской (проектной) документации.

- отказ - потеря способности изделия выполнить требуемую функцию (или событие, которое приводит к состоянию неисправности);

• ресурсный отказ – отказ, в результате которого объект достигает предельного состояния в результате предельного значения изнашивания или ухудшений из-за старения («ресурс исчерпан»);

• полный отказ - характеризуется потерей способности изделия выполнять все требуемые функции;

• частичный отказ - характеризуется потерей способности изделия выполнять некоторые, не все требуемые функции;

• постепенный отказ - возникает в результате постепенного изменения значений одного или нескольких параметров объекта;

• скрытый отказ – отказ, не обнаруживаемый визуально или штатными методами и средствами контроля и диагностирования, но выявляемый при проведении технического обслуживания или специальными методами диагностики;

- повреждение - событие, заключающееся в нарушении исправного состояния объекта при сохранении работоспособного состояния

Надежность является комплексным свойством, которое в зависимости от назначения объекта и условий его применения может включать безотказность, долговечность, ремонтопригодность и сохраняемость или определенные сочетания этих свойств

- Безотказность: способность изделия выполнить требуемую функцию в заданном интервале времени (наработки) при данных условиях:

- наработка: интервал времени, в течение которого изделие находится в состоянии функционирования;

- наработка до отказа: наработка, накопленная от первого использования изделия или от его восстановления до отказа;

- срок службы: продолжительность эксплуатации изделия или ее возобновления после капитального ремонта до наступления предельного состояния.

- Ремонтопригодность: способность изделия при данных условиях использования и технического обслуживания к поддержанию или восстановлению состояния, в котором оно может выполнить требуемую функцию;

- Долговечность: способность изделия выполнять требуемую функцию до достижения предельного состояния при данных условиях использования и технического обслуживания.

- Сохраняемость: свойство объекта (машины) сохранять в заданных пределах параметров, характеризущих способности объекта выполнять требуемые функции, в течение и после хранения и (или) транспортирования

1. Отказы

Возможны отказы:

- функционирования связаны с прекращением выпуска продукции из-за неисправности одного или нескольких функциональных элементов машины: шлюзового устройства, подложкодержателя, клапанов и прочее;

- параметрические отказы вызваны тем, что установка в процессе работы выпускает продукцию с отклонениями отдельных параметров за пределы установленного допуска.

Общность двух этих видов отказов состоит в том, что они приводят к:

- простоям установки,

- вмешательству человека для ремонта или наладки механизмов, удалению загрязнений и т.п.

К отказам могут приводить не только вредные воздействия на машины и установки, но и нестабильность рабочих параметров.

Классификация факторов возникновения отказов при работе установки показаны на рисунке 3-1

Систематическими факторами нарушения заданных условий взаи­модействия между механизмами, заготовками и инструментом являются такие факторы, числовые значения которых стабильны при различных последовательных реализациях работы машин, например погрешности сборки узлов (непараллельность, неперпендикулярность и т.п.). Боль­шинство из них формируется в процессе сборки и наладки машины и служит характеристикой качества конструкции, ее сборки, наладки и экс­плуатации.

Рис.3-1. Факторы возникновения отказов

К числу циклически действующих (обратимых факторов) относятся те, у которых числовые значения при каждой реализации есть случайные величины, распределенные в определенном диапазоне. Их характерная особенность - изменение по величине (увеличение или уменьшение) без вмешательства человека. Эти факторы обусловлены нестабильностью внешних условий, технологических и конструктивных параметров: раз­меров и формы заготовок; физико-химических свойств обрабатываемых материалов; температуры и влажности окружающей среды; режимов и сил обработки; температуры и свойств рабочих жидкостей и газов; ско­ростей рабочих и холостых перемещений; конечных положений меха­низмов (их позиционирования); коэффициентов трения, взаимного рас­положения конструктивных элементов; воспроизведения управляющих программ и т.д.

Отличительная особенность монотонно действующих (необрати­мых факторов) заключается в том, что характеризующие их числовые значения могут изменяться в процессе эксплуатации машин (только уве­личиваться или уменьшаться). Этот процесс может быть остановлен че­ловеком или использованием специальных компенсирующих механиз­мов. Необратимые факторы различают по интенсивности изменения ха­рактеризующих числовых значений: высокой, средней и малой интен­сивности (деление является условным).

К числу необратимых факторов относят: износ инструмента; разре­гулирование механизмов и устройств; засорение и загрязнение рабочей зоны; ухудшение свойств рабочих жидкостей и газов; утечку жидкостей и газов; приработку поверхностей; износ деталей и сопряжении; сниже­ние сопротивления усталости; коррозию; изменение формы (коробление) и физико-химических свойств (старение) конструкционных материалов; изменение квалификации обслуживающего персонала; ухудшение орга­низации обслуживания и др. Большинство из этих факторов, способст­вующих возникновению отказов в работе машин, обусловлено внешними воздействиями на машину в процессе ее эксплуатации, влиянием различ­ных видов энергии (механической, тепловой, химической, электромаг­нитной).

Систематические и циклически действующие факторы определяют вероятность возникновения параметрических отказов и отказов функционирования, начиная с момента ввода автомата или линии в эксплуатацию. При каждом очередном срабатывании машины числовые значения цикличе­ски действующих факторов получаются как реализации случайных вели­чин. Благоприятное сочетание числовых значений последних обеспечивает заданные условия взаимодействия и нормальное срабатывание ма­шины; неблагоприятное означает отказ, когда либо не выполняется ка­кой-нибудь элемент рабочего цикла машины, либо выдается некачест­венная продукция.

Действие необратимых, монотонных факторов любой интенсивно­сти приводит к увеличению циклической нестабильности определяющих параметров технологического процесса и конструкции: ухудшению точ­ности позиционирования и взаимного расположения конструктивных элементов: увеличению мгновенного поля рассеяния размеров, диапазона рассеяния рабочих сил, опорных реакций, коэффициентов трения; сни­жению жесткости узлов и т.д.

Пример. Рассмотрим причины отказов при выполнении операции штабикования электронно-оптических систем (ЭОС) кинескопов. ЭОС - это система конструктивно независимых соосных электродов с весь­ма точным и стабильным взаимным положением, что достигается следующим образом. К наружным поверхностям всех электродов привариваются специаль­ные иголки с радиально направленными остриями. Затем ЭОС собирают на специальной оправке, которая обеспечивает как соосность, так и осевые зазоры. Далее выполняют операцию штабикования, а именно: нагревая стеклянные штабики, последовательно накалывают каждый из них на ряд линейно расположенных иголок всех электродов, тем самым обеспечивается закрепление взаимного положения, достигнутого с помощью оправки. Впоследствии оправку разбирают и уда­ряют, а электроды ЭОС остаются в положении, необходимом для общей сборки.

К онструктивная схема позиции по­луавтомата штабикования показана на рисунке. На ползуне 1 с вертикальным ходом закреплена оправка 3 собранной ЭОС, на которой уже зафиксированы два штабика 2; необходимо закрепить третий. Штабик подается на призму 4, на которой нагревается в стороне от зоны сборки до размягчения стекла. Далее следует быстрый ход призмы (перпендикулярно к плоскости рисунка) и сразу же - вертикальный ход ползуна 1, в конце хода острия иголок внедряются в штабик, который и уносится при возврате ползуна.

Казалось бы, налицо простейшая сборочная процедура. Однако для высокачественного выполнения процесса необходимо соблюсти ряд условий: выдержать определенную температуру штабика в момент внедрения иголок (не выше и не ниже некоторого предела), задан­ную глубину δ внедрения иголок в разогретое стекло; соосность между траекто­рией перемещения концов иголок и осью штабика (е = 0) и др.

Но эти условия даже в начальные периоды эксплуатации оборудования не могут быть гарантированы, поскольку определяющие их факторы меняются по величине как циклически (от срабатывания к срабатыванию), так и монотонно с течением времени.

Температура штабика в момент накалывания есть случайная величина, ко­торая при каждом очередном рабочем цикле определяется давлением газа в сети и его теплотворной способностью, а следовательно, температурой пламени горе­лок; теплоемкостью самого штабика, которая зависит от его массы и химического состава стекла; теплоотвода при нагреве, определяемого и температурой окру­жающей среды (воздуха в цехе), и теплопотоком от штабика через призму, и т.д. Неблагоприятное сочетание факторов может привести к тому, что при очередном срабатывании штабик будет нагрет ниже критической температуры и внедрения иголок не произойдет (либо треснет штабик, либо иголки согнутся).

Глубина внедрения иголок 5 также является случайной величиной, она оп­ределяется наладкой величины хода механизма накалывания / и меняется во вре­мени вследствие разрегулирования, износа, снижения жесткости и т.д. От цикла к циклу машины величина б меняется случайно вследствие колебаний диаметра штабика и длины иголок, а также диаметров элементов ЭОС, к которым по пери­ферии приварены иголки. При неблагоприятном сочетании этих параметров вне­дрения иголок может не произойти.

Эксцентриситет е между осью штабика и траекторией перемещения иголок (по их остриям) практически неизбежен уже вследствие погрешностей сборки направляющих призмы и направляющих механизма накалывания, погрешности расположения гнезд шпинделя под оправку в конусе механизма накалывания. пространственной погрешности расположения оправки с элементами ЭОС в шпинделе и т. п.