Механическое оборудование: техническое обслуживание и ремонт / В.И. Бобровицкий, В.А. Сидоров. — Донецк: Юго-Восток, 2011. — 238 с.

Надёжность — свойство объекта сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания, ремонтов, хранения и транспортирования. В теории надёжности различают:

  • техническую надёжность, оценка которой проводится по результатам испытаний в заводских или стендовых условиях;
  • эксплуатационную надёжность, определяемую в реальных условиях использования изделия.

Понятие надёжности включает в себя:

  • безотказность;
  • долговечность;
  • ремонтопригодность;
  • сохраняемость.

Терминология теории надёжности регламентируется ГОСТ 27003-90 [7].

Безотказность — свойство объекта непрерывно сохранять работоспособное состояние в течение некоторого времени или некоторой наработки. Определяющей особенностью безотказности является непрерывное сохранение работоспособности в течение заданного времени.

Отказ — событие, заключающееся в нарушении работоспособного состояния объекта. Классификация отказов приведена на рисунке 1.8.

Классификация отказов

Рисунок 1.8 — Классификация отказов

Классификация отказов

В соответствии с ГОСТ 27.002-83 отказы подразделяются на восемь видов:

  1. Внезапный отказ характеризуется скачкообразным изменением одного или нескольких параметров объекта.
  2. Постепенный отказ характеризуется постепенным изменением значений одного или нескольких параметров объекта, то есть закономерным изменением параметра за время, предшествующее отказу (износовые отказы).
  3. Независимый отказ объекта не обусловлен отказом другого объекта.
  4. Зависимый отказ обусловлен отказом другого объекта.
  5. Перемежающийся отказ — многократно возникающий самоустраняющийся отказ объекта одного и того же характера.
  6. Конструкционный отказ возникает в результате несовершенства или нарушения правил и норм конструирования.
  7. Производственный отказ возникает в результате несовершенства или нарушения установленного процесса изготовления объекта, выполняющегося на машиностроительном предприятии.
  8. Эксплуатационный отказ возникает в результате нарушения установленных правил или условий эксплуатации объекта.

ГОСТ 24.010.05-78 дополнительно регламентирует наличие внешних проявлений:

  • очевидный (явный) отказ;
  • скрытый (неявный) отказ.

Степень возможности последующего использования изделия:

  • сбой;
  • частичный отказ;
  • систематический отказ;
  • полный отказ.

Время возникновения отказа:

  • при испытаниях;
  • в период приработки;
  • в период нормальной эксплуатации;
  • в последний период эксплуатации.

Работоспособное состояние определяется выполнением всех заданных функций процесса в границах заданных параметров.

Неработоспособное состояние наступает при невыполнении одной из заданных функций или при выходе параметров процесса за заданные границы.

Исправное состояние характеризуется соответствием объекта всем требованиям, установленным нормативно-технической документацией.

Если объект не соответствует хотя бы одному из требований нормативно-технической документации — состояние характеризуется как неисправное.

Дополнительно, для электро-механических систем, определяют понятие правильности функционирования — способность объекта выполнять в текущий момент времени предписанные алгоритмы функционирования со значениями параметров, соответствующими установленным требованиям.

Виды неисправностей:

  • повреждения — нарушения исправного состояния в процессе эксплуатации при сохранении работоспособного состояния;
  • нарушение функционирования — нарушение алгоритма изготовления или эксплуатации;
  • дефект — нарушение качества изготовления или монтажа элементов объекта.

Если объект переходит в неисправное, но работоспособное состояние, то это событие называют повреждением; если объект переходит в неработоспособное состояние — отказом.

Предельное состояние — состояние объекта, при котором его дальнейшее применение по назначению или восстановление недопустимо или нецелесообразно, либо восстановление исправного или работоспособного состояния невозможно или нецелесообразно.

Все объекты подразделяются на ремонтируемые и неремонтируемые:

  • ремонтируемый объект — объект, ремонт которого возможен и предусмотрен нормативно-технической и конструкторской документацией;
  • неремонтируемый объект — объект, ремонт которого невозможен и не предусмотрен.

Ремонтируемые объекты можно разделить на восстанавливаемые и невосстанавливаемые:

  • восстанавливаемый объект — объект, для которого в рассматриваемой ситуации проведение восстановления работоспособного состояния предусмотрено в нормативно-технической документации;
  • невосстанавливаемый объект — объект, для которого в рассматриваемой ситуации проведение восстановления работоспособного состояния не предусмотрено.

Безотказность исчисляется временем или наработкой. Наработка — продолжительность или объём работы объекта. Выражается во времени функционирования или в единицах объёма выполненной работы за промежуток времени (ч, сут., циклы нагружения, т).

Для количественной характеристики безотказности металлургических машин применяют следующие показатели:

  1. Средняя наработка на отказ, Т — математическое ожидание наработки объекта от начала его эксплуатации до возникновения отказа.
  2. Вероятность безотказной работы, P(t) — вероятность того, что за время t отказа объекта не произойдет, то есть наработка на отказ Т объекта примет значение, большее t (вероятность события T > t).
  3. Вероятность отказа, Q(t) — вероятность того, что за время t отказ объекта наступит, то есть время работы Т объекта до отказа примет значение, меньшее t (вероятность события T < t).
  4. Интенсивность отказов, λ(t) — вероятность возникновения отказа объекта для рассматриваемого момента времени при условии, что до этого момента отказ не возник.

Долговечность — это свойство объекта сохранять работоспособное состояние до наступления предельного состояния при установленной системе технического обслуживания и ремонта. Основной показатель долговечности — технический ресурс — наработка объекта от начала эксплуатации или капитального ремонта до наступления предельного состояния, выражающийся в показателях суммарной наработки или срока службы. Для количественной оценки долговечности используются следующие показатели:

  1. Средний ресурс, Tp — средняя наработка объекта от начала его эксплуатации или возобновления после ремонта до перехода в предельное состояние. Различают полный, использованный, остаточный ресурс.
  2. Средний срок службы, Tсл — это календарная продолжительность эксплуатации объекта в те же сроки.

Ремонтопригодность — свойство объекта, заключающееся в приспособленности к предупреждению и обнаружению причин возникновения отказов, повреждений и в приспособленности к восстановлению работоспособного состояния с помощью технического обслуживания и ремонтов. Ремонтопригодность количественно оценивается следующими показателями:

  1. Среднее время восстановления работоспособного состояния, τ — средняя продолжительность восстановления работоспособного состояния объекта.
  2. Вероятность восстановления работоспособного состояния, P(τ) — вероятность того, что время восстановления работоспособности объекта не превысит заданного τ.
  3. Интенсивность восстановления, μ(τ) — вероятность восстановления объекта для момента τ при условии, что к этому моменту объект не восстановлен.

К комплексным показателям относится коэффициент готовности, Кг — вероятность того, что объект окажется в работоспособном состоянии в произвольный момент времени, кроме планируемых периодов, в течение которых применение объекта по назначению не предусматривается. Для анализируемого промежутка времени коэффициент готовности можно рассчитать по формуле:

Коэффициент готовностигде ti — наработка на отказ; τi — время восстановления; n — число отказов.

Ремонтопригодность определяется:

  • контролепригодностью;
  • доступностью;
  • легкосъемностью;
  • восстанавливаемостью;
  • взаимозаменяемостью;
  • блочностью;
  • степенью унификации;
  • количеством точек смазывания.

Сохраняемость — свойства объекта сохранять значения показателей безотказности, долговечности и ремонтопригодности в течение или после хранения или транспортирования.

Классический характер изменения надёжности любого изделия можно представить в виде потока отказов, при этом используют законы:

  • экспоненциальный;
  • нормальный;
  • распределение Вейбулла.

Известны примеры применения теории вероятности и математической статистики для оценки надёжности металлургических машин [1]. При этом статистика отказов даёт представление об уровне надёжности с большим опозданием. Для накопления информации об отказах требуется большой промежуток времени. Отсутствие анализа и причин отказов, большая часть которых не связана со свойствами машины, вызывает сомнения в достоверности такой оценки и не даёт возможности прогнозирования надёжности.

А.И. Целиков писал [1], что индивидуальный характер производства металлургических машин, их исключительно высокая стоимость, металлоёмкость и специфические условия эксплуатации, относительно большой интервал времени между изготовлением машин-прототипов — всё это делает невозможным применение для расчётов количественных методов теории надёжности, основанной на законах больших чисел. Нельзя совершенствовать надёжность прокатного стана такими же методами, как это делается, например, в автотракторной промышленности. Не статистика отказов является ключом для обеспечения надёжности металлургических машин, а целенаправленное воздействие на эксплуатационные свойства элементов.

< 1.5. Управление эксплуатационными свойствами машин Содержание 2.1. Аксиомы работоспособного состояния >