Надежность и долговечность технологического оборудования

На экономические показатели работы машин основное влияние оказывает выбор электродвигателя, передаточного механизма и вспомогательных элементов, от которых зависят работоспособность, масса, энергоемкость и другие показатели.

Работоспособность — это состояние оборудования, при котором оно способно выполнять заданные функции в пределах параметров, установленных требованиями технологического процесса или какойлибо другой нормативно-технической документацией. Любое нарушение работоспособности принято называть отказом машины.

Отказ — это частичное или полное нарушение работоспособности машины, например поломка подшипников или поломка ножей в овощерезке. Признаки (критерии) отказов необходимо оговаривать в технической документации на данную машину или механизм.

Одним из показателей работоспособности является надежность. Под надежностью понимают способность изделия (оборудования) выполнять заданные функции, сохраняя свои эксплуатационные показатели (производительность, качество выполнения операций, экономичность и др.) в заданных пределах в течение требуемого периода времени или требуемой наработки. Иными словами, надежность — это вероятность безотказной работы машины в пределах заданного периода.

Надежность машины — сложное свойство, заключающее в себя следующие частные характеристики изделия: безотказность, долговечность, сохраняемость и ремонтопригодность. Эти характеристики, в свою очередь, основываются на понятиях работоспособности и отказа.

Безотказность — способность изделия работать в заданных условиях (режимах) в течение некоторой наработки без вынужденных перерывов.

Долговечность — свойство изделия сохранять работоспособность до предельного состояния с необходимыми перерывами для его технического обслуживания и ремонтов.

Предельное состояние — невозможность дальнейшего использования изделия, что может быть обусловлено нецелесообразностью дальнейшего его применения вследствие физического или морального износа, снижения экономической эффективности или несоответствия требованиям охраны труда и техники безопасности. Для неремонтируемых элементов оборудования (корпусные детали, некоторые приборы, тэны, конфорки) предельным состоянием является отказ.

Долговечность характеризует способность машин и механизмов выполнять свои рабочие функции с минимальными затратами на замену износившихся деталей, наладку, ремонт и обслуживание. Чем меньше суммарные затраты времени и средств, идущих на восстановление работоспособности изделия в течение всего периода эксплуатации, тем выше ее долговечность.

Надежность и долговечность — не идентичные понятия. Машина может быть надежной, но не долговечной, т. е. может какое-то время работать безотказно, а затем выйти из строя. Вместе с тем машина может быть долговечной, но не надежной, т. е. часто нуждаться в ремонте, при котором на восстановление работоспособности затрачивается много времени и средств. Так, в дисковых картофелеочистительных машинах износ терочного диска наступает через каждые 300—400 ч работы машины, т. е. за гарантированное время машина ремонтируется пять раз.

Сохраняемость — свойство изделия сохранять обусловленные эксплуатационные показатели в течение срока хранения и транспортирования, установленного в технической документации, и после него.

Под ремонтопригодностью понимают свойство изделия, заключающееся в ее приспособленности к предупреждению, обнаружению и устранению отказов путем проведения технического обслуживания (ТО) и ремонтов, т. е. ремонтопригодность машин выражает их свойство, заключающееся в ремонтной технологичности. Ремонтопригодность закладывается в изделие на стадии его конструирования.

Надежность определяется конструктивными, технологическими и эксплуатационными факторами, причем на долю конструктивных факторов приходится около 50%.

Машины могут выйти из строя по многим причинам, зависящим от их конструкции, качества изготовления и монтажа и условий эксплуатации. При работе оборудования необратимые процессы — изнашивание, усталость, коррозия, ползучесть — являются причиной выхода деталей из строя.

Для оценки частных свойств надежности применяют соответствующие показатели, которые дают количественные выражения надежности (ее составляющих) объекта, например показатели безотказности:

• • невосстанавливаемый объект:
  • — вероятность безотказной работы;
  • — интенсивность отказов;
  • — средняя наработка до отказа;
• • восстанавливаемый объект:
• — вероятность безотказной работы;
• — параметр потока отказов;
• — средняя наработка на отказ.

Основной количественной характеристикой для отказа являются следующие величины:

• интенсивность (поток) отказов.

где z (t) — число изделий, находящихся под наблюдением; z_cp — среднее число изделий, нормально работающих в интервале времени Ат;

зо.

• наработка на отказ.

где YjT_m — суммарное время работы машины; п — число отказов; Tj — продолжительность времени между соседними отказами.

Связь интенсивности отказов Л.(т) с вероятностью безотказной работы выражается в виде экспоненциального закона.

характеризующегося тем, что в условиях нормальной эксплуатации интенсивность отказов всех элементов постоянна, т. е. = const.

Типичная кривая зависимости вероятности (интенсивности) отказов от времени эксплуатации, характеризующая динамику эксплуатационной надежности изделия, приведена на рис. 1.1.

Рис. 1.1. Типичная кривая зависимости вероятности отказов от времени эксплуатации оборудования

Интервал времени от нуля до т_п называется периодом приработки. Он характеризуется повышенными значениями Х (т). Отказы в это период возникают главным образом в виде скрытых дефектов изделий из-за ошибок конструкторов, несовершенства производства, а также из-за ошибок обслуживающего персонала при освоении машины.

Второй период (от х_г до т₂) соответствует нормальной эксплуатации, отказы в этот период эксплуатации изделия носят случайный внезапный характер.

Для этого периода А,(т) = X и Р (т) = e~^lz, а среднее время безотказной работы (наработка на отказ).

Вероятность безотказной работы.

т. е. описывается экспоненциальным законом.

Прогнозируемая вероятность безотказной работы для экспоненциального закона может быть определена по формуле.

где т₀ — известное время работы без отказа; т — задаваемое время безотказной работы.

В третий период (с момента времени т₂) интенсивность отказов изделия увеличивается вследствие износа, накопления усталостных повреждений, старения материалов.

Долговечность машины зависит от ряда факторов, основными из которых являются физические, моральные и технико-экономические.

Физическая долговечность машины регламентируется долговечностью базовых и других деталей, а также сборочных единиц, восстановление которых вследствие износа и старения вызывает значительные затраты труда и времени, например, корпус, основание машины.

Главным последствием морального старения оборудования является снижение роста производительности труда на единицу рабочей силы, являющегося основным показателем экономического процесса.

Технико-экономическая долговечность оборудования определяется длительностью его работы до такого предельного состояния, когда дальнейшая эксплуатация оборудования становится неэффективной из-за его износа.

Численным параметром, определяющим долговечность всей машины, служит коэффициент долговечности К_{Д М}, который представляет отношение суммарного времени нормальной работы машины? Г_н._р к суммарному времени работы (ресурсу) машины и времени простоев по причине ремонта ^ Т_р:

Коэффициент долговечности является безразмерной величиной К_ДМ < 1, и чем выше его значение, тем долговечнее машина. Коэффициент долговечности численно равен вероятности того, что в данный произвольно взятый момент времени машина работает, а не ремонтируется. Например, если К_{д м} =0,95, то это означает, что 95% времени машина работает, а 5% — простаивает за весь период эксплуатации. Простой машины снижает ее долговечность.