Меню

Методы повышения надежности машин при различных воздей ствиях

Лекции №2. Пути и средства повышения долговечности оборудования.

Оборудование может быть ремонтируемым (восстанавливаемым) и перемонтируемым (невосстанавливаемым). Ремонтируемым считают оборудование, работоспособность которого в случае отказа можно восстановить в данных условиях эксплуатации подручными средствами; перемонтируемым — оборудование, работоспособность которого в случае возникновения отказа не подлежит или не поддается восстановлению в данных условиях эксплуатации. Такое оборудование может иметь только один отказ, так как после первого же отказа оно подлежит замене. В случае неремонтируемого оборудования при наступлении первого его отказа нарушается безотказность и исчерпывается долговечность.

Для определения технически и экономически целесообразных сроков долговечности оборудования его исследуют во время эксплуатации, т. е. определяют степень использования оборудования; выявляют детали, лимитирующие долговечность; изучают влияние долговечности деталей на долговечность оборудования в целом; определяют влияние режимов эксплуатации на долговечность; устанавливают причины разрушения деталей и узлов.

Применяя статистическую обработку данной информации, можно установить функциональную зависимость вероятности разрушения от продолжительности и режимов эксплуатации. Так, можно теоретически определить, что вероятная продолжительность работы оборудования при заданном режиме будет равна, допустим, 7,2; 10,5 и 15 тыс. ч при вероятности разрушения соответственно 90, 80 и 60% или установить вероятное число остающегося в эксплуатации оборудования (процент «выживания») после определенных периодов работы. При этом должны быть еще учтены вид и объем разрушений, т. е. должно быть установлено с известной степенью достоверности, подвергаются ли разрушению наиболее важные или второстепенные детали и узлы; сохраняется ли ремонтоспособность оборудования; каковы вероятный объем и стоимость ремонтов.

Долговечность можно также определить как вероятную продолжительность работы оборудования на заданном режиме, при котором возможный выход оборудования из строя не превышает условного предела.

Долговечность машин закладывается при их проектировании и конструировании, обеспечивается в процессе производства и поддерживается в процессе эксплуатации. Таким образом, на долговечность влияют конструкционные, технологические и эксплуатационные факторы, которые по степени своего воздействия позволяют классифицировать долговечность на три вида: требуемую, достигнутую и действительную .

Требуемая долговечность задается техническим заданием на проектирование и определяется достигнутым уровнем развития техники в данной отрасли.

Достигнутая долговечность обуславливается совершенством конструкторских расчетов и технологических процессов изготовления.

Действительная долговечность характеризует фактическую сторону использования машины потребителем.

В большинстве случаев требуемая долговечность больше достигнутой, а последняя больше действительной. В то же время не редки случаи, когда действительная долговечность машин превышает достигнутую. Например, при норме пробега до капитального ремонта (КР), равной 120 тыс. км, некоторые водители при умелой эксплуатации автомобиля достигли пробега без капитального ремонта 400 тыс. км и более.

Действительная долговечность подразделяется на физическую, моральную и технико-экономическую.

Физическая долговечность определяется физическим износом детали, узла, машины до их предельного состояния. Для агрегатов определяющим является физический износ базовых деталей (у двигателя — блок цилиндров, у коробки передач — картер и др.).

Моральная долговечность характеризует срок службы, за пределами которого использование данной машины становится экономически нецелесообразным ввиду появления более производительных новых машин.

Технико-экономическая долговечность определяет срок службы, за пределами которого проведение ремонтов данной машины становится экономически нецелесообразным.

Большое значение имеет повышение долговечности оборудования в результате восстановительных ремонтов. Однако экономически это не всегда целесообразно, так как иногда расходы на восстановительные ремонты превышают первоначальную стоимость оборудования. В начальный период эксплуатации ремонтные расходы обычно невелики. Затем они значительно возрастают в связи с ремонтами и достигают стоимости, соизмеримой со стоимостью оборудования, когда оно подлежит капитальному ремонту. Поэтому перед сдачей оборудования в капитальный ремонт следует установить целесообразность его дальнейшей эксплуатации.

Экономически нецелесообразным пределом эксплуатации оборудования считают такой, когда предстоящие расходы на капитальный ремонт приближаются к стоимости нового оборудования.

Низкая надежность оборудования, как правило, при­водит к увеличению эксплуатационных расходов и времени про­стоя. Кроме того, при недостаточной надежности внезапные от­казы сборочных единиц и деталей из-за нарушений установлен­ной технологии могут привести к тяжелым авариям, затраты на ликвидацию которых весьма велики. Однако повышение надежности связано с усложнением оборудования и повышением его стоимости, поэтому необходимо установить некоторую опти­мальную надежность, исходя из критерия минимальной стоимо­сти проектирования, изготовления и эксплуатации оборудования. Проектирование и изготовление высоконадежного оборудования требует дополнительных средств. Однако с увеличением надеж­ности уменьшается число отказов, время вынужденного простоя, необходимое количество запасных частей, что позволяет снизить эксплуатационные расходы. Таким образом, с увеличением на­дежности оборудования растет стоимость проектирования и из­готовления, но уменьшается стоимость эксплуатации. При этом существует некоторая (оптимальная) надежность, при которой суммарная стоимость проектирования, изготовления и эксплуа­тации минимальна. Такой оптимальный уровень надежности на­зывается нормой надежности.

В табл. 4.9 приведены классы надежности для бурового обо­рудования и оптимальные значения уровня безотказности, разра­ботанные на основании обобщения статистического материала об отказах оборудования буровых установок для бурения глубоких скважин на нефть и газ.

Требования повышения безотказной работы оборудования, связанные с обеспечением установленной оптимальной надежно­сти, настолько высоки, что удовлетворить этим требованиям, не прибегая к специальным мерам по повышению его надежности, часто не представляется возможным.

Надежность оборудования закладывается при проектирова­нии, реализуется при изготовлении, монтаже и наладке и расхо­дуется при эксплуатации.

Все методы обеспечения надежности оборудования принципи­ально могут быть сведены к следующим основным:

— уменьшению интенсивности отказов элементов системы;

— сокращению времени непрерывной работы;

— уменьшению времени восстановления;

— выбору рациональной периодичности и объема контроля сис­темы.

Реализация указанных методов осуществляется при проекти­ровании, изготовлении и в процессе эксплуатации оборудования. От работы проектировщика в первую очередь зависит как будет работать оборудование

Классы надежности бурового оборудования

в тех или иных условиях эксплуатации. Из этого вовсе не следует, что процесс эксплуатации не влияет на надежность объекта. При эксплуатации обслуживающий персонал может существенным образом изменить надежность систем.

В процессе проектирования используются схемные и конст­рукционные методы обеспечения надежности систем. Схемные методы включают:

— создание схем с минимально необходимым числом элементов; применение — резервирования;

— разработку схем, не допускающих опасных последствий отка­зов их элементов;

— оптимизацию последовательности работы элементов схемы; предварительный расчет надежности проектируемой схемы. Уменьшение числа элементов при прочих равных условиях приводит к увеличению вероятности безотказной работы систе­мы, а также благоприятно сказывается на ее массе, габаритах и стоимости.

Однако при этом необходимо помнить, что сокращение числа элементов не должно увеличивать коэффициент нагрузки у ос­тавшихся элементов, в противном случае эффект может быть прямо противоположным.

Под оптимизацией последовательности работы элементов схемы понимается согласование тактов автоматической работы схем не только по времени, но и по достижении тем или иным параметром заданного значения.

При создании схем с ограниченным последействием отказов применяется включение в схемы специальных защитных и пре­дохранительных устройств, которые предотвращают аварийные последствия отказов.

Резервирование — один из наиболее эффективных методов по­вышения надежности объектов. При резервировании в конструк­ции заранее предусматривается замена неисправного элемента исправным.

Резервирование, как средство повышения надежности, наибо­лее целесообразно применять для повышения надежности обору­дования, предназначенного для непрерывной работы в течение короткого времени. Использование резервирования для повыше­ния надежности оборудования, предназначенного для длительной работы, часто связано с высоким резервированием или с приме­нением специальных способов резервирования. Повышение на­дежности оборудования путем его резервирования приводит к ухудшению таких характеристик как масса, габаритные размеры, стоимость, условия обслуживания (увеличение частоты проверок, числа запасных деталей и частей) и поэтому ограничивает ис­пользование этого метода при конструировании оборудования для бурения скважин и нефтегазодобычи.

Читайте также:  Бюджетные откатные ворота своими руками

В число конструкционных методов повышения надежности входят:

— упрощение кинематической схемы;

— обеспечение равнопрочности основных деталей и сборочных единиц;

— правильный выбор материалов;

— использование элементов с малыми значениями интенсивно­сти отказов при заданных условиях эксплуатации (выбор эле­ментной базы);

Источник



Методы повышения надежности машин при различных воздей-ствиях

К основным направлениям повышения надежности машин относятся кон-структивные, технологические, эксплуатационные и ремонтные.

Основными конструктивными направлениями повышения надежности машин являются: оптимизация конструктивных схем машин (снижение числа составных частей и повышение вероятности их безотказной работы); выбор долговечных материалов деталей и их рациональное сочетание в парах трения; обеспечение надлежащей конфигурации деталей (особенно в местах располо-жения галтелей, канавок и надрезов с целью снижения концентрации напряже-ний при воздействии динамических и циклических нагрузок) и достаточной жесткости и устойчивости к вибрациям базовых деталей машин; обеспечение надлежащей герметизации подвижных и неподвижных соединений деталей машин; создание оптимальных условий работы пар трения (нагрузка, скорость) для наименьших потерь на трение; обеспечение оптимальных температурных режимов работы соединений и агрегатов, а также надежной смазки трущихся поверхностей; создание эффективных устройств очистки воздуха, топлива и масел; резервирование отдельных составных частей машин и др.

Основными технологическими направлениями повышения надежности являются: обеспечение необходимой точности изготовления деталей; обеспече-ние оптимального качества рабочих поверхностей (шероховатость, волнистость и др.); повышение износостойкости, статической и циклической прочности де-талей термической обработкой; упрочнение деталей химико-термической обра-боткой (цементация, азотирование и др.): упрочнение деталей поверхностным пластическим деформированием (обкатка или раскатка шариками и роликами, алмазное выглаживание, чеканка, дробеструйная обработка); нанесение на ра-бочие поверхности деталей машин износостойких покрытий (наплавка твердых сплавов, нанесение хромовых покрытий гальваническим методом и др.); уста-новка втулок, колец и вставок из износостойких материалов; проведение искус-ственного старения чугунных деталей (блоки цилиндров, головки цилиндров,

корпуса задних мостов и коробок передач); статическая и динамическая балан-сировка деталей и сборочных единиц; повышение точности сборки и качества окраски агрегатов и машин в целом.

Основные эксплуатационные направления повышения надежности. Качественная обкатка новых и отремонтированных машин в хозяйстве. В

процессе правильной эксплуатационной обкатки в течение 30. 60 ч постепенно уменьшается шероховатость поверхности, снижается высота микронеровно-стей, волнистость, увеличивается фактическая площадь контакта сопрягаемых деталей. В результате резко уменьшаются удельные нагрузки, коэффициент трения, интенсивность изнашивания, повышается долговечность деталей и со-единений.

Организация качественного технического обслуживания и создание для его проведения необходимой материальной базы. Высокие показатели надеж-ности машин характерны для хозяйств с высокой степенью организации учета наработок машин, соблюдающих периодичность технических обслуживании, качественно выполняющих все операции технического обслуживания, распола-гающих стационарными пунктами технического обслуживания и звеньями ма-стеров-наладчиков, применяющих моечное, смазочное, диагностическое и ре-гулировочное оборудование, средства механизации.

Внедрение в техническую эксплуатацию машин диагностирования, что позволит уменьшить простои тракторов на устранении отказов и неисправно-стей в 1,5. 2 раза, сократить затраты на ремонт в 1,3. 1,5 раза, повысить ре-сурс машин.

Соблюдение оптимальных режимов работы машин. Износы, безотказ-ность и долговечность машин зависят от режимов их работы. Особенное влия-ние на надежность оказывает тепловой режим работы агрегатов. Пуск не про-гретого двигателя и работа при пониженной температуре увеличивают износ его основных деталей в несколько раз.

На работу двигателя отрицательно влияет и перегрев, при котором наблюдается форсированный износ деталей. При повышении температуры

охлаждающей жидкости до 115°С суммарный износ увеличивается в 1,5 раза по сравнению с износом при нормальном тепловом режиме.

На износ деталей машин оказывает влияние величина и характер нагруз-ки, скоростной режим. При неустановившихся нагрузках и скоростных режи-мах работы интенсивность изнашивания верхних поршневых колец повышается

в 2,5. 3,5 раза, поршней — в 1,2. 2,5 раза.

Соблюдение рекомендаций заводов-изготовителей по применению топ-лива и смазочных материалов. Так, износ деталей дизелей зависит от цетаново-го числа дизельного топлива. При его снижении с 68 до 31 увеличивается износ гильз цилиндров почти в 2 раза.

Еще большее влияние на износ деталей и долговечность машин оказыва-ют смазочные материалы.

Соблюдение установленных правил хранения машин.

Повышение уровня квалификации механизаторов, мастеров по техниче-скому обслуживанию и ремонту машинно-тракторного парка и других специа-листов.

Совершенствование организации инженерной службы хозяйства.

Источник

Повышение надежности оборудования при эксплуатации

date image2017-12-14
views image10248

facebook icon vkontakte icon twitter icon odnoklasniki icon

Для повышения надежности сложных технических систем в условиях эксплуатации проводят ряд мероприятий, которые можно подразделить на следующие четыре группы:

1) разработку научных методов эксплуатации;

2) сбор, анализ и обобщение опыта эксплуатации;

3) связь проектирования с производством изделий машиностроения;

4) повышение квалификации обслуживающего персонала.

Научные методы эксплуатации включают в себя научно обоснованные методы подготовки изделия к работе, проведения технического обслуживания, ремонта и других мероприятий по повышению надежности сложных технических систем в процессе их эксплуатации. Порядок и технологию проведения этих мероприятий описывают в соответствующих руководствах и инструкциях по эксплуатации конкретных изделий.

Более качественное выполнение эксплуатационных мероприятий по обеспечению надежности изделий машиностроения обеспечивается результатами статистического исследования надежности этих изделий. При эксплуатации изделий большую роль играет накопленный опыт. Значительную часть опыта эксплуатации используют для решения частных организационно-технических мероприятий. Однако накопленные данные необходимо использовать не только для решения задач сегодняшнего дня, но и для создания будущих изделий с высокой надежностью.

Большое значение имеет правильная организация сбора сведений об отказах. Содержание мероприятий по сбору таких сведений определяется типом изделий и особенностями эксплуатации этих изделий. Возможными источниками статистической информации могут быть сведения, полученные по результатам различных видов испытаний и эксплуатации, которые оформляются периодически в виде отчетов о техническом состоянии и надежности изделий. Изучение особенностей их поведения дает возможность использовать накопленные данные для проектирования будущих изделий. Таким образом, сбор и обобщение данных об отказах изделий — одна из важнейших задач, на которую должно быть обращено особое внимание.

Эффективность эксплуатационных мероприятий во многом зависит от квалификации обслуживающего персонала. Однако влияние этого фактора неодинаково. Так, например, при выполнении в процессе обслуживания довольно простых операций влияние высокой квалификации работника сказывается мало, и наоборот, квалификация обслуживающего персонала играет большую роль при выполнении сложных операций, связанных с принятием субъективных решений (например, при регулировании элементов гидроприводов, настройке нажимных устройств, монтаже подшипников жидкостного трения и т.д.).

Для сложных технических систем в нормативно-технической документации устанавливают виды технических обслуживании (TO-1, TO-2. ) и ремонтов (текущий, средний, капитальный). На стадии эксплуатации изделий проявляются технико-экономические последствия низкой надежности, связанные с простоями техники и затратами на устранение отказов и приобретение запасных частей. С целью поддержания надежности изделий на заданном уровне в процессе эксплуатации необходимо проводить комплекс мероприятий, который может быть представлен в виде двух групп: мероприятия по соблюдению правил и режимов эксплуатации; мероприятия по восстановлению работоспособного состояния.

Читайте также:  Парки убийцы Какие опасности таят популярные карусели и аттракционы

К первой группе мероприятий относятся обучение обслуживающего персонала, соблюдение требований эксплуатационной документации, последовательности и точности проводимых работ при техническом обслуживании, диагностический контроль параметров и наличие запасных частей, осуществление авторского надзора и т.п.

К основным мероприятиям второй группы относятся корректирование системы технического обслуживания, периодический контроль за состоянием изделия и определение средствами технического диагностирования остаточного ресурса и предельного состояния, внедрение современной технологии ремонта, анализ причин отказов и организация обратной связи с разработчиками и изготовителями изделий.

Некоторые изделия значительную часть времени эксплуатации находятся в состоянии хранения, т.е. не связаны с выполнением основных задач. Для таких изделий преобладающая часть отказов связана с коррозией, а также воздействием пыли, грязи, температуры и влаги. Для изделий, которые большую часть времени используются для выполнения соответствующей работы, преобладающая часть отказов связана с износом, усталостью или механическим повреждением деталей и узлов. В состоянии простоя интенсивность отказов элементов существенно меньше, чем в рабочем состоянии. Так, например, для электромеханического оборудования это соотношение соответствует 1:10, для механических элементов это соотношение составляет 1:30.

Необходимо отметить, что с усложнением техники и расширением областей ее использования возрастает роль этапа эксплуатации в суммарных затратах на создание и использование технических систем. Затраты на поддержание в работоспособном состоянии оборудования за счет технических обслуживании и ремонтов в несколько раз превышают стоимость новых изделий. Например, затраты на ТОиР металлургического оборудования за время его эксплуатации в 5 и более раз больше средств, потраченных на его приобретение.

Техническая политика предприятий должна быть направлена на снижение объемов и сроков проведения работ по техническому обслуживанию и ремонту техники за счет повышения надежности и долговечности основных узлов. Для поддержания надежности машины в процессе эксплуатации на заданном уровне объем производства запасных частей должен составлять 25-30 % стоимости машин.

Классификация основных способов повышения работоспособности и долговечности деталей и узлов технологического оборудования приведена на рис. 5.2; к ним следует добавить мероприятия по повышению надежности при конструировании, изготовлении, сборке и монтаже.

Конструкторские мероприятия по повышению надежности можно условно разделить на следующие группы:

1) изменение конструкции, которое включает разъединение трущихся поверхностей, установление оптимальных зазоров, увеличение площади поверхности трения, улучшение контактов, равномерное распределение нагрузки и др.;

2) применение дополнительных устройств, таких как компенсаторы износа, фильтры, протекторы для защиты от пыли, съемники быстро изнашивающихся деталей, предохранители и др.;

3) улучшение характеристик материалов за счет применения высокопрочных материалов, антифрикционных материалов, упрочненных накладок, проката переменного сечения и др.;

4) улучшение смазки, в том числе обеспечение жидкостного трения, герметизация узлов трения, применение гидродинамической и аэрозольной смазки, автоматизация смазки и др.

Рисунок 5.2 – Классификация мероприятий по повышению эксплуатационной надежности технологического оборудования

Технологические мероприятия по повышению надежности можно условно разделить на следующие группы:

1) поверхностная пластическая деформация (наклеп), основными видами которой являются дробеструйная обработка, обкатка шариками и роликами, термомеханическая обработка, электромеханическое сглаживание и др.;

2) термическая обработка, в том числе поверхностная газовая закалка, закалка в электролите, закалка токами высокой частоты, упрочнение взрывом, цементация и др.;

3) химико-термическая обработка – азотирование, хромирование, цианирование, алитирование, никелирование и др.;

4) наплавка и напыление, к которым относятся газовая, электродуговая и электрошлаковая наплавка, газовая металлизация, плазменное напыление и др.;

5) гальваническое нанесение покрытий – цинкование, хромирование, никелирование, борирование, эмалирование, фосфатирование и др.

Организационные мероприятия по повышению надежности включают работы по уходу, профилактике, обслуживанию и ремонту: контроль состояния и режимов работы оборудования, планово-предупредительный ремонт, уход за поверхностями трения, обслуживание смазочных систем, повышение квалификации и ответственности рабочих и др.

Источник

Основные пути повышения надежности машин

Требования к уровню надежности машин постоянно растут, и оты­скание наиболее рациональных путей решения этой проблемы всегда актуально.

Методы и возможности по повышению надежности машин весьма разнообразны и связаны со всеми этапами проектирования, изготовле­ния и эксплуатации машин. Проводимые в этой области мероприятия можно разбить на несколько генеральных направлений.

Одно из основных направлений — это повышение стойкости изделий к внешним воздействиям. Сюда относятся методы создания прочных, жестких, износостойких узлов за счет их рациональной конструкции и применения материалов с соответствующими свойствами.

Данное направление объединяет все те новейшие достижения в об­ласти конструирования и технологии, которые позволяют увеличивать стойкость узлов и механизмов по отношению к тем воздействиям, кото­рые характерны для данного типа машин.

Повышение сопротивляемости изделия внешним воздействиям тесно связано с задачами, встающими перед конструкторами, технологами и эксплуатационниками не только в связи с надежностью, но и с необхо­димостью обеспечивать заданные технические характеристики изделия, повышать производительность и быстроходность машин, уменьшать их габариты и металлоемкость.

К методам повышения сопротивляемости машины внешним воздей­ствиям относятся, например, рассмотренные выше выбор износостой­ких материалов, уменьшение нагрузок, действующих на механизмы, применение рациональных методов смазки, исключение влияния техно­логической наследственности и другие.

Однако возможности сопротивления внешним воздействиям не без­граничны. Практически невозможно обеспечить во всех механизмах только жидкостное трение и иметь неизнашивающиеся сопряжения, сложно создать материалы, которые не деформировались бы и не изме­няли своих размеров при колебании температуры и т.д.

Если к этому прибавить, что всегда имеются источники внешних и внутренних воздействий на машину и что требования к ее выходным параметрам все время повышаются, можно сказать, что указанные ме­тоды повышения надежности необходимы, но недостаточны. Они огра­ничены уровнем развития той или иной области техники.

Другой путь повышения надежности работы машин и изделий, их защита и изоляция от вредных воздействий. Здесь характерны такие методы, как установка машины на фундамент, защита поверхностей от запыления и загрязнения, создание для машин специальных условий по температуре и влажности и другие.

Во всех этих случаях создаются более благоприятные условия для работы машины. Например, создание термоконстантных производст­венных цехов с постоянными температурой и влажностью и со строгой регламентацией степени запыленности атмосферы не только обеспечи­вает выпуск точной и надежной продукции, но и повышает надежность работы прецизионного технологического оборудования. Различного рода виброизолирующие и амортизационные устройства предотвраща­ют воздействие пиковых нагрузок, не пропускают вредные для изделия частоты. К защитным устройствам относятся также экраны, охраняю­щие изделие от тепловых излучений и радиации, покрытия и специальные устройства для защиты от влаги и агрессивных сред, механизмы, удаляющие отходы производства, фильтры, очищающие масло, воздух и топливо, и многие другие. Однако возможности по изоляции машины от внешних воздействий также ограничены, они требуют, как правило, существенных затрат, не всегда исключают основные причины, сни­жающие надежность машины. Следует иметь в виду, что в машине имеются внутренние источники возмущений (вибрации самой машины, тепловыделение в узлах и механизмах и т.п.), влияние которых трудно изолировать.

Читайте также:  Происхождение единицы измерения киловатт час

Во многих случаях добиться повышения надежности можно не за счет дополнительных затрат на создание специальных устройств и ис­пользование новых материалов, а путем применения рациональных кон­структивных решений.

С позиции надежности, оптимальной будет такая конструкция ма­шины и ее элементов, когда с наименьшими затратами средств достига­ется наибольшая продолжительность работы отдельных узлов, меха­низмов и машины в целом при заданной безотказности и регламентиро­ванных затратах на ремонт и техническое обслуживание.

Например, выбор оптимальных размеров узла трения обеспечит бо­лее длительное сохранение им точности, выбор схемы меха­низма и допусков на сопряженные поверхности сократит период макро­приработки, рациональный выбор типа механизма и расчет его на износ позволит при прочих равных условиях добиться более рав­номерного износа и меньшего его влияния на выходные параметры из­делия и т.п.

В основу выбора рациональной конструкции должны быть положе­ны расчеты, связывающие изменение выходных параметров изделия с процессами повреждения, и методы прогнозирования параметрической надежности, рассмотренные выше. Это позволяет находить такие реше­ния, когда износ, усталость, деформация, коррозия и т.п. будут оказы­вать минимальное влияние на выходные параметры изделия. Конструк­ция должна быть также рациональной с точки зрения ее ремонтопри­годности и приспособленности к диагностированию.

Перспективным направлением для создания работоспособных высокоэффективных машин является применение автоматики для повыше­ния их надежности.

Проблема надежности машин возникла, в первую очередь, в связи с их широкой автоматизацией, с необходимостью обеспечить беспере­бойную работу и взаимодействие механических, электронных, электри­ческих, гидравлических и других устройств.

Автоматизация усложняет решение проблемы надежности, так как появляются сложные, высокопроизводительные и энергонапряженные системы. Однако эти трудности возникают лишь до тех пор, пока для решения задач, связанных с повышением надежности, привлекается только тот арсенал средств, который применим и для обычных неавто­матизированных машин.

Конечно, для машин-автоматов еще более важно, чем для обычных машин, совершенствовать качество применяемых материалов, методы смазки, конструктивные формы деталей и узлов. Однако имеется еще одно мощное средство для решения проблемы надежности. Это средст­во — применение самой автоматики для обеспечения длительного вы­полнения машиной своего служебного назначения в разнообразных ус­ловиях эксплуатации.

Применение в машинах-автоматах управляющих цепей с различны­ми датчиками, расширение и качественное изменение функций, выпол­няемых автоматом, проникновение идей технической кибернетики в принцип действия машин, все более широкое применение мехатронных устройств, в которых органически взаимодействуют механика и элек­троника, — все это позволяет осуществлять широкое использование средств автоматики в новом аспекте.

Применение самонастраивающихся и саморегулируемых машин, ко­торые подобно живым организмам обладают функциями приспособле­ния к изменившимся условиям работы и восстановления утраченной работоспособности, позволяет машине не только обладать способно­стью выполнять заданную работу (например, обеспечивать ход техноло­гического процесса), но и осуществлять свои функции длительное вре­мя, не опасаясь как внешних воздействий, так и процессов, происходя­щих в самой машине. В настоящее время эти тенденции характерны для многих машин, например транспортных, технологических, энергетических и др.

У этих машин в системы управления включаются, как правило, дат­чики с обратной связью, в результате чего машина может автоматиче­ски регулировать свои действия, учитывать реальную обстановку, изме­нять характер и режимы функционирования.

Такие «разумные машины» (Machine Intelligence) одновременно с за­дачей рационального управления функционированием машины решают частично и задачу обеспечения параметрической надежности, посколь­ку система управления контролирует ряд выходных параметров.

Дальнейшее развитие этих идей и использование автоматических систем для управления специальными механизмами подналадки, регу­лировки и защиты, расширение функций самой системы управления и контроль за изменением выходных параметров открывают широкие возможности для достижения высокого уровня параметрической на­дежности машины.

Поскольку изменение технического состояния машины при ее экс­плуатации связано с динамическими процессами, и маши­на взаимодействует с ними как система автоматического регулирования, управление этим состоянием и воздействие и на процессы, и на пара­метры машины, и на внешние возмущения — перспективный путь реше­ния многих задач надежности там, где тривиальные методы уже исчер­паны. В качестве примеров можно привести такие автоматические сис­темы, как системы стабилизации или создания заданных тепловых и деформационных полей машины, изменяющихся в процессе эксплуата­ции; системы управления зазорами, толщиной масляной пленки или положением элементов для ответственных механизмов при их износе или деформации; системы коррекции движения рабочих органов маши­ны при изменении геометрических и силовых параметров; системы управления профилактическими операциями и для осуществления диаг­ностических процедур. Во всех этих случаях вырабатываются решения по регулированию параметров и режимов работы машины.

В настоящее время, особенно в связи с успехами вычислительной техники и средств управления, появляется большое число оригинальных и эффективных устройств, автоматизирующих различные функции ма­шин и систем.

Это направление имеет практически неограниченные возможности по повышению надежности, так как, основываясь на принципах кибер­нетики, можно для машины любой сложности обеспечить необходимую работоспособность.

В качестве резюме на рисунке 1 указаны основные методы повыше­ния надежности машин и приведены примеры соответствующих реше­ний. Так, кузов автомобиля, его подвески, эластичные шины и другие элементы должны быть стойкими к динамическим и ударным воздейст­виям при движении машины; установка прецизионного станка на спе­циальный фундамент позволяет изолировать его от внешних динамиче­ских воздействий. Конструкция трубоукладчика позволяет восприни­мать нагрузки, создающие большие опрокидывающие моменты, робот с «искусственным зрением» обеспечивает за счет системы управления с обратной связью точные перемещения рабочего органа (захватов) в за­данную позицию по оптимальной траектории.

Обеспечение необходимого уровня надежности сложной машины осуществляется, как правило, с использованием всех указанных мето­дов. Выбор наиболее рациональных решений зависит, в первую оче­редь, от полноты и достоверности информации о надежности машины. Основную ценность представляет информация, полученная на ранних стадиях создания новой машины, в результате чего становится возможным установить основные факторы, определяющие требуемый уровень надежности.

Рисунок 1 – Основные методы повышения надежности машин

В большинстве случаев реальная ситуация при проектировании но­вой машины такова, что характеристики ее надежности определены лишь приблизительно, нет гарантии соблюдения их значений при ис­пользовании машины, и только статистика, задним числом, после дли­тельной эксплуатации большого числа машин данного типа позволит выявить действительные показатели надежности.

Поэтому расчет и прогнозирование надежности машины, регламен­тация и обеспечение показателей надежности, нормирование скоростей протекания процессов старения, определение еще на стадии проектиро­вания области состояния машины — все это необходимо для решения коренных задач надежности.

Наиболее совершенной, с позиции надежности, будет та машина, па­раметры которой в течение всего периода эксплуатации будут нахо­диться в установленных пределах. Для этого желательно иметь машину, которая способна автоматически восстанавливать свою работоспособ­ность и осуществлять профилактические мероприятия, машину, которая при возникновении аварийных ситуаций приспособлена для их предот­вращения или локализации тяжелых последствий, машину, информаци­онные системы которой дают сведения о ее состоянии, а она, обладая «искусственным интеллектом», выбирает наиболее рациональные усло­вия функционирования.

Источник