Глава 3. Оценка предельного состояния изделия

3.1. Предельное состояние по степени повреждения

и по выходному параметру

Предельное состояние характеризует выход изделия из области работоспособного состояния. Это относится как к машине в целом, так и к ее узлам, деталям и элементам.

Требования к изделию с точки зрения точности функционирования, обеспечения технических характеристик, безопасности эксплуатации, влияния на окружающую среду, эффективности работы и другие оговариваются, как правило, в технических условиях через предельно допустимые значения параметра Х_мах.

При достижении предельного состояния дальнейшая эксплуатация изделия должна быть прекращена, так как возникает потребность в ремонте или техническом обслуживании.

Установление нормативов и расчет предельно допустимого значения параметра Х_махявляется сложной инженерной задачей, требующей специального методического подхода.

Для обеспечения требуемых нормативно-технических показателей необходимо установить предельно допустимые значения всех тех параметров элементов и деталей, от которых зависит работоспособность изделия в целом.

Предельно допустимое состояние может быть установлено как для степени повреждения изделия (U_мах), так и для выходного параметра (Х_мах), хотя они и связаны функциональной зависимостью. Оценка предельного значения для каждого из этих показателей имеет свой смысл.

Установление Х_мах является основным, так как именно изменение выходного параметра определяет область работоспособности изделия.

Поскольку изменение выходных параметров изделия является следствием повреждения отдельных элементов, для восстановления работоспособности изделия надо решать вопрос, допустима ли степень повреждения отдельных элементов и какие из них требуют ремонта или замены.

Поэтому наряду с назначением Х_махнеобходимо установить U_махдля повреждений, которые участвуют в формировании выходного параметра.

Существует нормативно-техническая документация по ГОСТ 2.604-95 "Технические требования на дефектацию и ремонт", в которой должна быть указана предельная степень повреждения U_мах.

Могут быть три основных случая взаимосвязи Х_мах и U_мах:

- выходной параметр определяет (в основном) один из видов повреждения

Х_мах = К U_мах;

- выходной параметр определяется суммарным повреждением элементов с учетом их влияния через некоторое передаточное отношение " К "

n

Х_мах = SКi Ui_мах;

i

- выходной параметр связан сложной функциональной зависимостью с предельным повреждением элементов

Х_мах = P (U₁;U₂;...U_n).

Таким образом, предельные состояния по степени повреждения (U_мах) должны назначаться, исходя из допустимых отклонений выходного параметра Х_мах, и учитывать зависимость между Х и показателями степени повреждения элементов изделия.

3.2. Критерии оценки предельного состояния

по выходному параметру

Основным критерием предельного состояния изделия является либо экстремальное значение параметров, допускаемое техническими условиями, либо зона, вхождение в которую ведет к резкому его возрастанию. Возможны три основных группы критериев.

1. В результате износа или других повреждений происходит скачкообразное изменение состояния изделия, и оно перестает функционировать. Например, потеря герметичности резервуаров при коррозии, заклинивание механизма при его износе, поломка детали из-за хрупкого разрушения и т. п.

Здесь, как правило, трудно судить по выходному параметру о близости к предельному состоянию и более целесообразно регламентировать максимально допустимую степень повреждения U_мах.

2. В результате процесса повреждения имеется зона интенсивного возрастания выходных параметров изделия - рост вибраций, температуры, шума. Здесь, даже если эти параметры еще находятся в допустимых пределах, необходимо установить значение Х_мах, соответствующее началу интенсификации процесса потери работоспособности.

3. Основной случай Х_мах - когда процесс повреждения не имеет экстремальных зон и выходные параметры определяются установленными на изделии техническими условиями.

3.3. Критерии предельного износа

При оценке работоспособности механизма необходимо установить предельно допустимые значения износа [ U ] его звеньев. Это является весьма сложной задачей, поскольку к механизму в целом и к его деталям предъявляются самые разнообразные требования.

При занижении значений [ U ] срок службы деталей используется не полностью, при их завышении возрастает доля аварийных ремонтов из-за отказа деталей в межремонтный период.

Критерии предельного износа следует устанавливать исходя из общих принципов оценки предельного состояния. На рис 3.1 приведены примеры критериев предельного износа для трёх основных случаев.

При износе направляющих толкателя кулачкового механизма (рис.3.1,а) возможно заклинивание механизма из-за перекоса толкателя, изменения угла давления и возрастания давления в опорах. В результате износа механизм прекращает функционировать (критерий 1-й группы). Предельно допустимый износ должен определяться в данном случае из условия надёжности функционирования механизма.

Рис.3.1. Примеры критериев предельного износа изделия

Пример попадания механизмов в зону интенсивного возрастания его выходных параметров (критерий 2-й группы) показан на рис. 3.1,б. При износе зубьев реверсивной пары шестерня-рейка при каждом изменении направления движения возникает удар, сила которого прогрессивно возрастает по мере износа пары. Зона интенсивного возрастания динамических нагрузок и определяет значения предельно допустимых износов.

Пример выхода параметров за допустимые пределы (критерий 3-й группы) приведен на рис.3.1,в, где показан износ плунжерной пары в гидравлической системе.

Утечка жидкости при износе корпуса и плунжера оказывает большое влияние на стабильную работу гидравлической системы.