ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К ИЗДЕЛИЯМ

НАДЕЖНОСТЬ ИЗДЕЛИЙ

Под надежностью изделия понимают его свойство выполнять заданные функции, сохраняя во времени значения установленных эксплуатационных показателей в заданных техническими условиями пределах. Надежность изделия определяется только в заданном промежутке времени, обусловленном техническими условиями и соответствующем установленной продолжительности эксплуатации.

Надежность изделия является комплексным показателем и характеризуется работоспособностью, безотказностью, долговечностью и другими показателями.

Работоспособность—это состояние изделия, при котором оно может выполнять заданные функции при установленных параметрах функционирования, например при заданных КПД, уровне шумов, точности выполнения рабочих операций и т. п.

Свойство изделия сохранять работоспособность до предельного состояния называется долговечностью; последняя измеряется календарной продолжительностью (ч) эксплуатации изделия, установленной техническими условиями. Фактическое время наработки изделия до предельного состояния определяется ресурсом.

Понятие, обратное работоспособности,— отказ. Он определяет неспособность изделия выполнять в заданных пределах свои функции из-за поломки, нарушения системы управления и т. д.

С точки зрения возможности устранения отказа изделия делятся на восстанавливаемые и невосстанавливаемые. По степени тяжести Отказы могут быть частичными, когда эксплуатационные характеристики выходят за пределы, установленные техническими условиями, но изделие еще может выполнять свои функции, и полными, когда дальнейшее функционирование изделия оказывается невозможным.

Основные причины отказов следующие:

1) несовершенство проектно-конструкторских решений (например, недостаточная прочность изделия, повышенный износ, несоответствие уровня шумов и вибраций установленным нормам, неудовлетворительная защита гидросистемы от внешней среды и т. и.);

2) производственные дефекты, вызванные плохим качеством изготовления изделия, ошибками в монтаже электрической схемы, некачественной сваркой, дефектами металлопокрытия и т. п.;

3) неправильная эксплуатация—нагружение изделия силами, превышающими допускаемые значения; работа изделия на режимах, не предусмотренных техническими условиями.

Основными комплексными показателями надежности являются коэффициент технического использования, равный отношению времени наработки изделия за некоторый период эксплуатации к суммарному времени наработки, включающему простои в ремонте и на техническом обслуживании за тот же период эксплуатации, и коэффициент готовности, определяющий вероятность того, что изделие будет работоспособным в произвольно выбранный момент времени в промежутках между выполнением плановых технических обслуживании. Последний показатель, как и многие ■ другие в теории надежности, выражается в терминах математической вероятности. Напомним, что этими терминами характеризуются случайные явления т. е. такие явления, которые при неоднократном воспроизведении одного и того же опыта протекают каждый раз несколько по-иному. В соответствии с этим вероятными событиями или вероятными величинами называют такие, которые нельзя точно определить, хотя часто можно предсказать их вероятные значения.

Нельзя в точности рассчитать и срок службы изделия или момент наступления отказов, так как события, их вызывающие, носят случайный характер. Однако на основании большого числа опытов можно определить вероятность безотказной работы изделия или вероятное число отказов в течение определенного отрезка времени. Допустим, что в результате испытаний N опытных образцов изделия установлено, что m из них не доработало до момента времени (. В этом случае вероятность безотказной работы изделия

P(t) = (N-m)/N.

Вероятность безотказной работы изделия в целом зависит от вероятностей безотказной работы отдельных его элементов. Если, например, для какой-либо машины установлено, что вероятность безотказной работы двигателя р1(t)=0,8, муфты сцепления p2 (t) = 0,7, главной передачи р3 (t) = - 0,9, понижающего редуктора р4(t)=0,75, то вероятность безотказной работы машины будет равна произведению указанных вероятностей:

p(t) = р1(t) p2 (t) р3 (t) р4(t)=0,428.

Случайные величины подчиняются определенным законам распределения, устанавливающим связь между их возможными значениями и соответствующими вероятностями, Такие законы распределения часто изображают в виде кривых, построенных в координатах частота появления того или иного значения случайной величины (ордината) — возможные значения случайной величины (абсцисса).

Знание законов распределения случайных величин (например, законов распределения числа отказов изделия) позволяет с помощью математического аппарата теории вероятностей найти основные их характеристики. Рассмотрим факторы, влияющие на надежность изделия и методы ее повышения.

Надежность изделия зависит от надежности составляющих его элементов, связанных между собой последовательно; в этом случае Отказ одного из элементов неизбежно приведет к отказу машины в целом. Этого, однако, может не случиться, если элементы машины связаны между собой параллельно или если при отказе одного из элементов его функции выполняет «резервный» элемент машины. Характер и степень загруженности каждого элемента, например муфты трансмиссии машины, определенным образом зависит от места его расположения в кинематической цепи механизма— чем ближе он к источнику движения — двигателю, тем меньше действующий на него момент и тем больше его скорость. Таким образом, общая компоновка машины или отдельных ее механизмов является одним факторов, определяющих ее надежность.

Переменный характер нагружения машины при определенных условиях приводит к возникновению больших нагрузок на отдельные ее элементы к разрушению последних даже при незначительных моментах и силах, передаваемых от двигателя или рабочего органа. Происходит это в результате накопления возмущений, частота которых равна частоте собственных колебаний конструкции, что вызывает резонанс. Для предупреждения резонанса конструктор на стадии технического проектирования и расчета изделия должен определить его частотно-амплитудную характеристику, устранив возможность совпадения частот вынужденных и собственных колебаний.

При неудачном выборе размеров отдельных элементов изделия нередко "возникают самовозбуждающиеся колебания (автоколебания). Такие колебания могут возникнуть при движении колесной машины по рельсам, при этом из-за нарушения устойчивости движения реборды колес начнут ударятся о боковые грани рельсов. В экскаваторах и кранах автоколебания элементов конструкции могут появляться из-за колебательного характера скорости скольжения фрикционных муфт механизмов вращения.

Наличие зазоров в различных сочленениях изделия является одной из причин действия на них больших динамических усилий. В механизмах вращения кранов, экскаваторов, погрузчиков зазоры в кинематических парах могут вызывать более чем четырехкратное увеличение нагрузки при разгоне и торможении, поэтому конструктор должен выбирать такие механизмы и такой характер соединения отдельных их элементов, при которых зазоры в кинематических парах имеют минимальное значение.

Следует указать и на некоторую специфику повышения надежно дорожно-строительных машин и их элементов.

При создании колесных дорожно-строительных машин особое внимание уделяется повышению срока службы шин. Достаточно, например, сказать, что стоимость эксплуатации шин составляет приблизительно 20% стоимости общей эксплуатации машины и вдвое превышает стоимость эксплуатации двигателя. При этом с увеличением грузоподъемности и размеров машины стоимость эксплуатации шин возрастает на 20—50%. Характерной особенностью работы шин большинства дорожно-строительных' машин в отличие от транспортных являются очень большие нагрузки и сравнительно невысокие скорости. Такие шины должны иметь высокое сопротивление абразивному изнашиванию.

Для землеройных и землеройно-транспортных машин большое значение имеет срок службы рабочих органов технологического оборудования. Для его увеличения рабочие органы изготовляют из металлов, имеющих высокую износостойкость и не подверженных коррозии.

В связи с широким внедрением в конструкции современных дорожно-строительных машин гидропривода и увеличением давления в гидросистеме в среднем до 2940*104 Па (300 кгс/см2) серьезной проблемой стало повышение надежности гидроаппаратуры. Полагают, что восьмидесятипроцентный ресурс гидронасосов, рассчитанных на такое давление, не должен быть меньше 5000 ч. Одной из наиболее острых проблем является также обеспечение надежной герметизации гидросистемы, предохранение ее от загрязнения, для чего необходимо применять надежные и высокопроизводительные фильтры, уплотнения из износостойких материалов.

В приводах дорожно-строительных машин широко используют зубчатые передачи. При этом характерными условиями их работы являются частое реверсирование хода машины и переключение передач под нагрузкой. Чтобы ресурс зубчатых передач составлял 5000—8000 ч помимо качественной термической обработки и цементации зубьев шестерен, надо применять очень надежные уплотнения.

Разумеется, что решение задачи повышения надежности изделий должно быть поставлено в прямую зависимость от экономической целесообразности мероприятий, направленных на достижение этой цели. Не всегда следует стремиться к обеспечению максимальной надежности или максимальной безотказности изделия и добиваться этого любыми средствами. Устанавливая уровень надежности и способы его обеспечения, следует исходить из назначения и стоимости изделия, условий его работы, масштабов выпуска, экономически оправданного срока службы.