Безотказность ремонтируемых и неремонтируемых объектов

 

Безотказность это свойство машины непрерывно сохранять работоспособность в течение некоторого времени или некоторой наработки.

Под работоспособностью понимают состояние машины, при котором она способна выполнять заданные функции, сохраняя заданные параметры в пределах, установленных нормативно-технической документации.

Нарушает работоспособное состояние – отказ или существенное повреждение.

В отличие от работоспособного может быть исправное состояние машины, при котором она соответствует всем требованиям, установленным нормативно-технической документацией.

Нарушают исправность несущественные повреждения, при которых работоспособность сохраняется.

Все машины делят на ремонтируемые и неремонтируемые в зависимости от возможности восстановления исправного и работоспособного состояния.

К ремонтируемым относят машины, исправность и работоспособность которых при возникновении отказа или повреждения подлежит восстановлению (это те объекты, для которых проведение ремонтов предусмотрено в нормативно-технической документации).

К неремонтируемым относят, те которые не восстанавливаются, для которых проведение ремонтов не предусмотрено. Они могут иметь только один отказ. После наступления предельного состояния они подлежат замене.

Машины имеют большое число конструктивных элементов: деталей, сборочных единиц, агрегатов.

Их работоспособность определяется предельным состоянием.

Показателем предельного состояния может быть поломка, коррозия, износ, повышенный расход эксплуатационных материалов (масла для двигателя) и др.

При достижении придельного состояния элемента конструкции машины его изымают из эксплуатации для ремонта или списания и устанавливаются новые или отремонтированные.

Для элемента это означает прекращение эксплуатации, а для машины в целом – процесс восстановления.

В связи с этим при оценке надёжности конструкции машины рассматривают отдельно безотказность её элементов и процесс восстановления конструкции.

Для детали определяют показатели надёжности по предельному состоянию. Такие показатели выявляют одновременно безотказность и долговечность. Для агрегатов и сборочных единиц необходимо определять показатели, обусловленные, во-первых, предельным состоянием, во-вторых, отражающие их восстановление. Первые характеризуют долговечность, а вторые – безотказность и ремонтопригодность.

 

Лекция 4

Основы долговечности дорожных машин

 

Факторы определяющие долговечность машин

 

Долговечность машины определяется ресурсом конструктивных элементов, прежде всего базовых и основных, а затем и всех остальных деталей.

При эксплуатации изменяются их размеры и геометрические характеристики, структура, свойства и напряжённое состояние.

Эти изменения могут иметь монотонный или скачкообразный характер, что в значительной степени зависит от рода трения, условий нагружения, наличия и состава среды, вида смазки и свойств материала.

Основной причиной изменения геометрических размеров деталей и физико-механических свойств их материалов, вызывающей отказы и неисправности, является изнашивание.

Существенное влияние на долговечность машин оказывает коррозия и старение материалов.

Скорость образования коррозии снижается применением антикоррозионных покрытий и поддерживанием их в требуемом состоянии.

Увеличивает долговечность машин эксплуатация их при оптимальных режимах нагружения, высоком качестве управления, ТО и Р.

 

Изнашивание деталей машин

 

Изнашивание – это процесс постепенного изменения размеров элементов конструкции машин при трении, проявляющийся в отделении с поверхности трения материала и его остаточной деформации.

Характер изнашивания (U) элементов машин зависит от многочисленных факторов:

Э – экстремальные факторы:

- характер производимых работ, режимы использования механизма, виды и периодичность технических воздействий;

- климатические условия работы механизма;

- соответствие применяемых смазочных материалов конструкции сборочных единиц;

- соответствие используемых топлив для двигателей.

К – конструктивные факторы:

- вид трения (скольжение, качение, качение с проскальзыванием);

- макрогеометрия поверхностей трения;

- кинематические факторы;

- динамические характеристики работы механизма;

- физико-механические свойства деталей сопряжённых пар.

Т – технологические факторы:

- вид материалов деталей сопряжения;

- способ обработки;

- показатели микрогеометрии поверхности трения;

- твёрдость и износостойкость.

О – субъективные особенности:

- уровень профессиональной подготовки (квалификация);

- антропометрические и физические данные;

- утомляемость;

- быстрота реакции.

Износ – это результат изнашивания, оцениваемый непосредственно по изменению геометрических размеров (линейный износ) или массы детали (весовой износ) или по косвенным признакам.

Количественными характеристиками процесса изнашивания является скорость V_и и интенсивность J_и изнашивания.

Скорость изнашивания:

где U – износ;

t – время, в течение которого возник этот износ.

Интенсивность изнашивания: ,

где Z – путь, на котором происходил износ;

V – объём выполненной работы.

Виды разрушений при трении делят на две группы:

1. Допустимые износы;

2. Недопустимые (повреждаемость).

К допустимым относят: связанные с процессами пластической деформации, активизации тончайших поверхностных слоёв металла, немедленное их взаимодействие с агрессивными компонентами окружающей среды и образование равномерно распределённых по поверхности вторичных структур, облегчающих процесс внешнего трения и препятствующих развитию явления схватывания.

Например, окислительное изнашивание.

К недопустимым разрушениям относят: схватывание I и II рода, изнашивание при фреттинг-коррозии, образование износа, а также выкрашивание материала рабочей поверхности детали в результате усталостных изменений.

Недопустимые разрушения приводят к эксплуатационным отказам, возникающим в результате нарушения установленных правил и условий эксплуатации машин, поэтому их следует рассмотреть более подробно.

Схватывание I рода – это процесс, развивающийся в результате возникновения локальных (местных) металлических связей, деформации и разрушения с отделением частиц металла с рабочей поверхности и налипанием их на противоположную поверхность.

Этот процесс происходит при малых скоростях относительного скольжения поверхностей трения и больших удельных нагрузках, превышающих предел текучести металла на участках фактического контакта.

Схватывание II рода развивается при больших скоростях скольжения и высоких давлениях. Этот процесс сопровождается значительным повышением температуры рабочих поверхностей деталей, образованием трещин, вырывов частиц металла с одной поверхности и переносом их на другую.

Процессы схватывания характерны для подшипников качения и зубчатых колёс механических передач.

Износ при фреттинг-коррозии происходит в результате коррозионно-механического разрушения при малых колебательных перемещениях.

Наблюдается на посадочных поверхностях осей и ступиц колёс, на опорных поверхностях пружин, на затянутых стыках, пригнанных поверхностей шпонок и пазов.

Абразивное изнашивание – это механическое изнашивание материала в результате режущего или царапающего действия твёрдых тел или частиц. Возникает в результате проникновения твёрдых абразивных частиц (кварцевых песчинок) с воздухом, смазкой, топливом в сопряжения трения, а также обусловлено образованием в парах трения продуктов износа.

Подвержены ему элементы ходовой части, трансмиссии, а также РО ДМ.

Усталостное изнашивание – происходит в результате многократного деформирования материала, приводящего к возникновению трещин и отделению частиц.

Возникает при трении качения с проскальзыванием.

Под действием нагрузок, не превышающих предела текучести материала детали, на рабочей поверхности возникают усталостные микротрещины, которые постепенно смыкаясь, приводят к образованию частиц износа.

Этот процесс приводит к интенсивному выкрашиванию материала на поверхности детали (питтинг).

Усталостное изнашивание характерно для деталей зубчатых передач, подшипников качения.

При нагрузках выше предела текучести возникает смятие, которое сопряжено с изменением формы детали и объясняется микроскопической и объёмной пластической деформацией металла.

Износ деталей определяют непосредственным измерением с соблюдением правил, предусмотренных действующими ГОСТами и методами. Предпочтителен косвенный метод измерения износа, что относится к технической диагностике.