Свойство безотказности и его показатели

Классификация факторов, влияющих на надежность изделий при их проектировании, производстве и эксплуатации

На надежность изделий при их проектировании, производстве и эксплуатации влияют следующие факторы: конструктив­ные, технологические, эксплуатационные и другие.

Конструктивные факторы определяются формами и разме­рами деталей (от них зависит давление на поверхность детали, концентрация напряжений, ударная и усталостная прочность металла); жесткостью конструкции, т. е. способностью деталей, особенно базовых и основных, незначительно деформироваться под воздействием воспринимаемых нагрузок; точностью взаимного расположения поверхностей и осей совместно работающих дета­лей; правильным выбором посадок, обеспечивающих надежною работу сопряжений, и др.

Технологические факторы зависят от качества материалов, используемых для изготовления деталей, применения соответст­вующей термической обработки их и сборочных работ (центров­ки, соосности, регулировки зазоров, качества крепления) и т. д.

Эксплуатационные факторы зависят от дорожных, транспор­тных и климатических условий. Они в наибольшей степени влияют на техническое состояние автомобилей. Дорожные условия ха­рактеризуются типом, состоянием и прочностью покрытий, про­дольным профилем дороги, режимом движения, видимостью и т. д. Климатические условия в различные периоды года опреде­ляются температурой и влажностью воздуха, атмосферным дав­лением, количеством осадков, силой и направлением ветра, про­должительностью снегового покрова и др. Транспортные условия включают объем и расстояние перевозок, условия погрузки и раз­грузки, особенности организации перевозок, условия хранения, обслуживания и ремонта автомобилей.

В зависимости от условий эксплуатации изменяются скорост­ные и нагрузочные режимы деталей, механизмов и агрегатов ав­томобилей и срок их безотказной работы.

При эксплуатации автомобилей в тяжелых дорожных усло­виях увеличиваются нагрузки на детали автомобиля, в резуль­тате чего происходят ускоренное изнашивание, усталость метал­ла, нарушение стабильности креплений и регулировок, а в неко­торых случаях поломка деталей трансмиссии, ходовой части и рулевого управления. Разные дорожные условия влияют на из­менение характера действия нагрузок. Понижение температуры окружающего воздуха, ухудшение состояния дороги вследствие снежных заносов или распутицы вы­зывают дополнительное преждевременное изнашивание или полом­ки деталей автомобиля.

Чтобы уменьшить влияние климатических условий на проте­кание рабочих процессов автомобиля, созданы специальные сма­зочные материалы. Работа автомобиля на влажных дорогах, а так­же в условиях влажного климата вызывает коррозию деталей под­вески, рамы, кузова, крыльев, кабины и т. п.

На срок службы силовых передач автомобиля существенно влияет их тепловой режим. Он определяется температурой окружающего воздуха, степенью загрузки автомобиля, его скоростью и зависит от длины маршрута, продолжительности простоя под погрузкой и выгрузкой, качества ТО и других показателей.

В процессе работы и хранения автомобиля некоторые его аг­регаты и детали находятся в постоянном взаимодействии с экс­плуатационными материалами. Свойства этих материалов и ус­ловия их применения сказываются на процессе изнашивания и коррозии деталей, расходе смазочных материалов, производитель­ности автомобиля. Применяемые эксплуатационные материалы должны соответствовать конструктивным и технологическим осо­бенностям агрегатов автомобиля, их техническому состоянию и условиям эксплуатации.

Значительно влияет на техническое состояние автомобиля ка­чество его вождения, от которого зависят динамические нагрузки в деталях трансмиссии автомобиля.

3. Основные состояния и события в надежности машин: работоспособность, исправность, неисправность, отказ

Надежность автомобиля не остается постоянной в течение все­го срока службы. По мере изнашивания деталей, накопления в них необратимых процессов (усталостных явлений, изнашивания, коррозии) увеличивается вероятность появления неисправнос­тей и отказов. Новые автомобили имеют более высокую надежность по сравнению с автомобилями, имеющими большой пробег или прошедшими капитальный ремонт.

Для того чтобы улучшить эксплуатационные свойства авто­мобиля и повысить технико-экономические показатели (безопас­ность движения, производительность, экономичность, рентабель­ность), необходимо знать причины и закономерность изменения его технического состояния, которые зависят от надежности аг­регатов, узлов, систем и автомобиля в целом.

Работоспособность — состояние подвижного состава, при ко­тором значения всех параметров, характеризующих способность его выполнять транспортную работу, соответствуют требо­ваниям нормативно-технической документации.Работоспособ­ность автомобиля связана не только со способностью его выпол­нять необходимые функции, но и с тем, чтобы при этом эксп­луатационные качества находились в допустимых пределах. Поскольку автомобиль является восстанавливаемой системой, определение тактики и стратегии восстановления его работо­способности имеет большое значение. Работоспособный подвижной состав, заправленный смазочными материалами и жидкостями, должен быть готовым к работе на линии без дополнительного проведения каких-либо подготовительных работ, за исключением заправки топливом и тепловой подготовки в зимнее время.

Событие, заключающееся в нарушении работоспособного со­стояния подвижного состава, называется отказом. Он может про­изойти вследствие разрушения, деформации или изнашивания де­талей, нарушения регулировки механизмов и систем, прекраще­ния подачи топлива и смазочных материалов, а также при изменении рабочих характеристик автомобиля (потери мощности, увеличении тормозного пути), когда они выходят за пределы норм, допустимых по техническим условиям.

Отказы и неисправности автомобиля можно классифицировать по различным признакам в зависимости от поставленной задачи.

Отказы делят на отказы функционирования, при которых выполнение своих функций рассматриваемым элементом или изделием прекращается и отказы параметрические, при которых некоторые параметры изделия изменяются в недопустимых пределах.

По источнику возникновения отказы автомо­биля можно разделить на конструктивные, технологические, экс­плуатационные и износовые.

Конструктивный отказ возникает в результате нарушения установленных правил и (или) норм конструирования. Может быть неудачно выбрана конструктивная схема автомобиля и его агрегатов, неизвестны условия эксплуатации, плохо защищены детали от попадания абразивов, влаги и т. д. Технологические отказы возникают вследствие неправильно назначенной техно­логии изготовления детали, некачественного материала, низкой культуры производства и т. д. Эксплуатационные отказы — следствие неправильной эксплуатации автомобиля или его эле­ментов, нарушения режимов ТО и других факторов.

Естествен­ное изнашивание и старение металлов или других материалов вы­зывают износовые отказы.

По характеру процесса отказы автомобиля делят на постепенные и внезапные. Отказ, которому предшествует по­степенное изменение какого-либо параметра или свойства, назы­вают постепенным (например, поломка коренного листа рес­соры в результате накопления усталостных повреждений), а от­каз, возникновение которого практически возможно в любой период эксплуатации (зависит только от случайных факторов),— внезапным (например, прокол шины).

Критерии отказов и предельных состояний устанавливают в нормативно-технических документах с целью достоверного оп­ределения технического состояния автомобиля разработчиком, изготовителем и потребителем. Критерии отказов автомобиля и его элементов определяют по одному отличительному признаку или по совокупности признаков неработоспособного состояния.

Критерии предельных состояний автомобиля и его элементов устанавливают по таким отличительным признакам, на основании которых следует считать невозможным дальнейшее использова­ние его по следующим причинам: неустранимых нарушений тре­бований безопасности и выхода заданных параметров за допус­каемые пределы; недопустимого снижения эффективности экс­плуатации; необходимости капитального ремонта.

Признаками отказов и предельных состояний автомобиля яв­ляются: прекращение (полное или частичное) выполнения авто­мобилем заданных функций; отклонения заданных показателей качества за пределы установленных норм; отказы и предельные состояния составных частей автомобиля, которые приводят к пре­кращению (полному или частичному) функционирования авто­мобиля или выходу его показателей качества за установленные нормы; возникновение процессов, препятствующих функционированию автомобиля; достижение автомобилем назначенного ре­сурса или срока службы; технико-экономические факторы.

Исправность – состояние изделия, при котором оно соответствует всем требованиям нормативно-технической и конструкторской документации. Технически исправный автомобиль должен обладать определенным уровнем эксплуатационных качеств. Однако автомобиль по различ­ным причинам (усталость, коррозия, изнашивание, неквалифи­цированное вождение) теряет некоторые эксплуатационные качества (скорость движения, безопасность, топливную экономич­ность и др.)- Это снижает его производительность, увеличивает затраты на перевозки, приводит к увеличению трудоемкости и энергоемкости перевозок и, в конечном счете, к снижению безо­пасности для окружающей среды, пассажиров и водителя. Авто­мобиль теряет работоспособность.

Неисправность — состояние подвижного состава, при котором он не соответствует хотя бы одному из требований нормативно-технической документации. Существуют неисправности, не при­водящие к отказам (разрушение окраски или деформация кузо­ва автомобиля) и вызывающие их (поломка одного из листов рес­соры).

Подвижной состав с неисправными составными частями, сос­тояние которых не соответствует установленным требованиям безопасности или вызывает повышенное изнашивание деталей, не должен продолжать транспортную работу или выпускаться на линию. Другие неисправности могут быть устранены после завершения транспортной работы в пределах сменного или суточ­ного задания.

Работоспособное состояние подвижного состава обеспечивает­ся производственно-технической службой, которая несет ответс­твенность за своевременное и хорошего качества выполнение ТО и ремонта с соблюдением установленных нормативов, эффектив­ную организацию труда ремонтно-обслуживающего персонала, соблюдение нормативно-технической документации по ТО и ре­монту.

Безотказность — свойство объекта непрерывно сохранять ра­ботоспособное состояние в течение некоторого времени или некото­рой наработки. Наработкой называется продолжительность или объем работы изделия. Наработку для автомобилей обычно изме­ряют в километрах пробега или в часах.

Статистическую оценку вероятности безотказной работы за время t определяется из соотношения:

Р(t)= ,

где N_Р – число работоспособных изделий к концу времени t испытаний или эксплуатации;

N - число изделий, поставленных на испытание или эксплуатацию;

n(t)- число изделий, отказавших к концу времени t испытаний или эксплуатации.

Так как безотказная работа и отказ – взаимно противоположные события, то оценку вероятности отказа определяют по формуле:

Q(t)=1-P(t)= ,

Иногда под безотказностью неправильно понимают надежность в целом. Безотказность — только составная часть более общего понятия «надежность». В ряде случаев безотказность является решающим свойством, например для тормозной системы и рулевого управления автомобиля. Отказ тормозов или рулевого управления автомобиля может иметь весьма тяжелые последствия. От работы этих систем зависит жизнь человека и выполнение особо важных заданий. Поэтому для таких объектов безотказность является на­иболее важной составной частью надежности.

Безотказность свойственна объекту в той или иной степени в любом из возможных режимов его существования. В основном без­отказность рассматривается применительно к режиму работы объекта, но во многих случаях необходима оценка безотказности при хранении и транспортировании объекта.

Показатели безотказности.

Они оцениваются теоретическими (точными) и статистическими (приближенными) уравнениями для регламентированных условий эксплуатации, ТО, ремонта, хране­ния и транспортирования. Неизбежные колебания качества мате­риалов производственных факторов и условий эксплуатации при­водят к различным проявлениям показателей, характеризующих надежность автомобиля. Вследствие этого показатели безотказно­сти рассматривают как вероятностные статистические величины, основанные на достаточной информации.

Безотказность объекта оценивают такими показателями: веро­ятностью безотказной работы, средней наработкой до отказа, гамма-процентной наработкой до отказа, средней наработкой на отказ, интенсивностью отказов, параметром потока отказов.

Вероятность безотказной работы заключается в том, что в пределах заданной наработки отказ объекта не возникнет. Для ре­жимов хранения и (или) транспортирования могут применяться аналогично определяемые показатели безотказности, например вероятность безотказного хранения (транспортирование) и т. п.

Конкретное численное значение вероятности безотказной работы имеет определенный смысл лишь тогда, когда оно поставлено в соответствие заданной наработке, в течение которой возможно воз­никновение отказа. Вероятность безотказной работы определяет­ся исходя из предположения, что в начальный момент времени исчисления заданной наработки объект был работоспособен.

В интервале от 0 до l₀ вероятность безотказной работы

Р(t_о) = f - F(l_о),

где F(l_о) — функция распределения наработки до отказа.

Кроме понятия «вероятность безотказной работы» можно ввес­ти понятие «вероятность отказа», определив его как вероятность того, что объект откажет хотя бы один раз в течение заданного вре­мени работы, будучи работоспособным в начальный момент времени. В интервале от 0 до l_о вероятность отказа

Q(l_о) = F(l_о)=1 - Р (l_о),

Средняя наработка до отказа — математическое ожидание на­работки объекта до первого отказа. Среднюю наработку до отказа определяют по формуле, где учитывается плотность распределения наработки до отказа; функция распределения наработки до отказа.

Гамма-процентная наработка до отказа — наработка, в тече­ние которой отказ объекта не возникает с вероятностью γ, выражен­ной в процентах. Показатель гамма-процентной наработки до отказа определяют из уравнения:

1 - = F(l _γ) = ,

где l _γ— гамма-процентная наработка до отказа.

При γ = 100 % 1у называется установленной безотказной наработкой, при γ= 50 % — медианной наработкой.

Средняя наработка на отказ — отношение наработки вос­станавливаемого объекта к математическому ожиданию числа его отказов в течение этой наработки.

Термин «средняя наработка на отказ» означает наработку восста­навливаемого объекта, приходящуюся в среднем на один отказ в рассматриваемом интервале суммарной наработки или определен­ной продолжительности эксплуатации.

Интенсивность отказа — условная плотность вероятности воз­никновения отказа невосстанавливаемого объекта, определяемая для рассматриваемого момента времени при условии, что до этого момента отказ не возник.

Интенсивность отказов не является плотностью распределения случайной величины, так как не обладает необходимыми свойства­ми плотности распределения:

Параметр потока отказов — отношение среднего количества отказов восстанавливаемого объекта за произвольную малую его наработку к значению этой наработки.

Параметр потока отказов используют в качестве показателя безотказности восстанавливаемых объектов, эксплуатация которых может быть описана следующим образом: в начальный момент време­ни объект начинает работу и работает до отказа, после отказа проис­ходит восстановление работоспособности и объект вновь работает до отказа и т.д. (при этом время восстановления не учитывается).

Для таких объектов моменты отказов на оси суммарной наработ­ки, или на оси непрерывного времени, образуют поток отказов. В качестве характеристики потока отказов используют функцию Q (/) данного потока — математическое ожидание отказов за пробег ι:

Ω(ı) = M[r(l)],

где М — математическое ожидание; r(l)— число отказов за про­бег l.

Параметр потока отказов ω (l)характеризует среднее число от­казов, ожидаемых в малом интервале пробега.

Дата добавления: 2015-05-10