Глава 33. ЭЛЕМЕНТЫ ТЕОРИИ НАДЕЖНОСТИ

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ

Надежностью называют свойство объекта сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания, хранения и транспортирования.

Отказом называется событие, заключающееся в нарушении работоспособного состояния объекта.

Отказы следует отличать от неисправных состояний, при которых изделие не соответствует хотя бы одному из требоьаний технических условий, но сохраняет свою работоспособность.

Катастрофические отказы — разрушение конструкции, взрывы и т. п., создающие опасность для жизни людей или влекущие большой материальный ущерб, должны быть исключены с помощью специальных испытаний.

Они не входят в систему количественных оценок теории надежности.

Долговечностью называют свойство объекта сохранять работоспособность до наступления предельного состояния при установленной системе технического обслуживания и ремонта.

Ресурсом называется суммарная наработка объекта от начала его эксплуатации или ее возобновления после ремонта до перехода в предельное состояние. Назначенным ресурсом называется суммарная наработка, при достижении которой эксплуатация объекта должна быть прекращена независимо от его технического состояния.

Прекращение эксплуатации связано с требованиями безопасности или экономической целесообразности.

В пределах назначенного (общетехнического) ресурса обычно предусматривается один или несколько ремонтов.

Ремонтопригодностью называется свойство объекта, заключающееся в приспособленности к поддержанию и восстановлению работоспособного

состояния путем технического обслуживания и ремонта.

Контролеспособностью называется свойство изделия допускать контроль его состояния в процессе эксплуатации. Контроль осуществляется при помощи датчиков оборотов, температур, вибраций и т. д., а также путем визуальных осмотров с применением оптических и других приборов.

ПРАВИЛА НАДЕЖНОСТИ

Инженерный опыт создания сложных технических систем позволяет сформулировать основные правила надежности, которых надо придерживаться на различных этапах создания изделия.

Проектирование. 1. Система должна содержать максимально возможное число элементов, проверенных на практике. Число «новых событий» в системе должно быть ограниченным.

2. Рекомендуется применение «модульного принципа» конструирования (система создается из отдельных автономных узлов), широкое использование стандартных и унифицированных деталей и узлов.

3. Система должна содержать защитные устройства, предусматривающие устранение возможности возникновения катастрофических отказов (ограничение возрастания оборотов, температуры, давления, крутящего момента и т. п.); сигнальные устройства, предупреждающие о нарушении нормальной работы (световые сигналы и т. п.).

4. Система должна обладать высокой контролеспособностью (оснащена контрольной аппаратурой для оценки вибраций, температур; должна быть обеспечена возможность визуальных осмотров, контроля фильтров, зазоров и т. п.).

5. Система должна быть удобной для ремонта, допускать простую замену быстро изнашивающихся деталей, отдельных элементов и узлов без разработки и переналадки всего изделия.

6. Нагруженные элементы системы должны подвергаться тщательному расчету на статическую и динамическую прочность. При таком расчете должны быть учтены максимальные нагрузки, наиболее неблагоприятные рабочие условия (температура, воздействие среды и т. п.), минимальная прочность материала и др.

7. Для данного тина систем (изделий) должны быть установлены нормы прочности, регламентирующие допустимые запасы прочности и необходимый объем экспериментальных исследований. Запасы прочности должны учитывать рассеяние механических свойств материала, вероятности рабочих нагрузок различной величины и продолжительности, число циклов нагружений и т. п.

Опытное производство и испытания.

1. Опытные экземпляры изделий должны быть предназначены для всесторонних исследований и испытаний в лабораторных, стендовых и эксплуатационных условиях. При исследовании измеряют параметры рабочего процесса (давление, температуру), тен-зометрированием определяют действующие переменные напряжения и т. д.

Целесообразно проводить опережающие исследования и испытания отдельных элементов (узлов) системы для скорейшего выявления и устранения дефектов.

2. Должны проводиться определения конструкционной прочности, износостойкости, коррозионной и эрозионной прочности отдельных элементов системы.

Исследования осуществляют на образцах-имитаторах и натурных деталях. Во многих случаях оказывается необходимым создание специальных испытательных стендов для исследования надежности элементов и узлов.

3. Опытные экземпляры испытывают на надежность в условиях, имитирующих эксплуатационные. Для более быстрого выявления «слабых мест» и потенциальных возможностей изделия проводят ускоренные эквивалентные и форсированные испытания.

4 Следует проводить специальные испытания, выясняющие работоспособность системы при особых условиях эксплуатации, транспортирования,

хранения и т. п. (климатические испытания, испытания на перегрузки, на непробиваемость корпуса и т. п.).

При использовании материала нового типа, ранее не применявшегося в подобных изделиях, при использовании принципиально новых конструктивных решеннй, схем, условий работы необходимо увеличивать объем испытаний.

5. Для более полного выявления или подтверждения достаточной надежности систем проводят испьпання опытной партии в условиях эксплуатации (для изделий, рассчитанных на сернйное изготовление).

6. В процессе опытного производства в конструкцию и технологию должны вноситься нзменения, направленные на устранение выявленных отказов и неисправностей. Стадия опытного производства завершается официальными испытаниями и утверждением эталона для серийною производства.

Серийное производство. 1. Технологические процессы серийного производства должны обеспечивать качество изделий (конструкционную прочность и др ) не ниже качества изделий опытного производства.

2. При изготовлении деталей, особенно ответственных, нельзя допускать концентрацию напряжений (недостаточные раднусы закруглений, отсутствие фасок и т. д.).

3 Технологическне процессы не должны создавать значительные остаточные напряжения, понижающие прочность изделнй. Следует устранять причнны, порождающие возможность технологических повреждений (при-жогов, перегревов, трещин и др.).

4. Для ответственных деталей необходимо применять упрочняющую технологию (виброгалтовку, обдувку дробью, поверхностный наклеп), должны использоваться защнтные покрытия, предохраняющие деталь от коррозия и другнх вредных воздействнй,

5. Следует установить систему входного контроля (для матерналов, поступающих в сернйное производство, комплектующих деталей, узлов, агрегатов). Для контроля в процессе производства деталн и узлы разбивают на различные группы контроля в зависимости от назначения и ответственности. Условия контроля указывают в чертеже детали. Для ответственных деталей следует применять контроль геометрии, механических свойств, твердости, структуры материала, химического состава и др. Для выявления дефектов (трещин, рыхлот, засорений и т. п.), особенно в лнтых деталях, сварных швах, поковках, необходимо применять дефектоскопию (цветную, люминесцентную и др.). рентгеноскопический анализ, ультразвуковой контроль. Рекомендуется применять разрезку одной детали из партии для проведения более полного исследования; нспользовать микрообразцы, вырезаемые из деталей для проверки механических свойств. В отдельных случаях целесообразно применять образцы-свидетели, проходящие вместе с основной деталью определенную технологическую операцию (на-прнмер термообработку, литье, сварку и т. п.).

Для новых материалов или при изменении поставщиков входной контроль должен быть усилен дополнительными исследованиями (для подтверждения уровня рассеяния свойств, для выявления чувствительности материала к трещинам, перегрузкам и т. п.).

6. Условия контроля долины быть более жесткими в начальной стадии производства. При достижении необходимого уровня качества производства и его стабильности обычно имеется возможность упростить контроль (после соответствующего согласования). Должны быть предусмотрены испытания, подтверждающие стабильность технологического процесса, допустимый уровень рассеяния количественных показателей, фнзнческих и других свойств, влняющнх на надежность (периодическое определение остаточных напряжений, пределов выносливости и т. п.).

7. Изменения, вносимые в технологию изготовления и сборки ответственных деталей, в том числе в размеры заготовок, поковок, изменения прнпусков посадок и допусков и т. п., должны быть согласованы с конструктором и в большинстве случаев про верены при лабораторных, стендовых или другнх испытаниях.

Особо тщательная экспериментальная проверка должна быть при внесении изменений в конструкцию деталей и узлов. Часто подобные изменения, «усовершенствования», «очевидные улучшения», введенные без надлежащей проверки, являются причиной появления отказов и разрушений.

Эксплуатация и ремонт. I. Эксплуатация сложных технических систем должна соответствовать техническим условиям и специальным руководствам. При необходимости должны быть указаны допустимые условия по температуре, влажности, загрязненности окружающей среды, продолжительности тяжелых режимов, регламентации переходных процессов и др.

2. Для сложных ответственных изделий должна быть разработана система технической диагностики, осуществляющая сбор, хранение и анализ информации о состоянии изделия. Информация должна непрерывно поступать от датчиков, регистрирующих частоту вращения, температуру, давление, вибрации и т. п. Система технической диагностики должна включать сигнализаторы состояния узлов, наличия стружки в масле, опасного уровня температур и вибраций и т. п. Система должна включать тесты для поиска и локализации неисправностей.

3. Система обслуживания должна содержать регламентные работы, профилактические осмотры и ремонты.

Техническое обслуживание может включать принудительную замену отдельных деталей и узлов после определенной наработки или календарного времени.

4. В пределах общего срока службы изделия могут быть предусмотрены промежуточные ремонты, сроки которых определяются соображениями надежности и экономической целесообразности.

Надежность отремонтированных изделий должна подтверждаться специальными испытаниями.

5. Должны проводиться исследования конструкционной прочности деталей и узлов с эксплуатационными повреждениями (коррозия, эрозия, забоины, изнашивание и др.).

На основании таких исследований и опыта эксплуатации устанавливаются нормы и эталоны на допустимые повреждения.