Влияние надежности машин на производительность

2 ВЛИЯНИЕ НАДЕЖНОСТИ МАШИН НА ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ

     Производительность  машин прямо пропорциональна  использованию их рабочего времени.  Время фактической работы зависит  от надежности машин, поддерживание  которой связано с простоями  в ремонтах и техническом обслуживании, что приводит к потерям рабочего времени.

    По мере увеличения  наработки простои в ремонтах  увеличиваются, а следовательно,  уменьшается производительность.  

    Простои зависят от  частоты отказов, то есть безотказности,  и времени их устранения, что относится к ремонтопригодности.

1. Комплексные показатели, оценивающие  свойства надежности машин 

 

коэффициент готовности Кг ;

 

коэффициент технического использования  Кт. и.;

 

коэффициент технической готовности αт .

Коэффициент готовности Кг

     Коэффициент  готовности – это вероятность  того, что объект окажется работоспособным  в произвольный момент времени,  кроме планируемых периодов, в  течение которых использование  объекта по назначению не предусматривается.  Статистически коэффициент готовности определяется отношением суммарного времени пребывания наблюдаемых N объектов в работоспособном состоянии к произведению числа этих объектов N на продолжительность эксплуатации (за исключением простоев на проведение плановых ремонтов и технического обслуживания)

Определение коэффициенты готовности Кг

где ξ – суммарное  время пребывания i-го объекта в          работоспособном состоянии ( i = 1, 2, .... N);

N – число наблюдаемых  объектов

Траб – продолжительность  эксплуатации, состоящая из последовательно чередующихся интервалов времени работы и восстановления.

Определении Кг для одного объекта 

где ρ = Тв/То;

То – наработка  на отказ, ч;

Тв – среднее время  восстановления (среднее время вынужденного нерегламентированного простоя, вызванного отысканием и устранением отказа), ч.

При порядке обслуживания, предусматривающем немедленное  начало восстановления отказавшего  объекта, коэффициент готовности определяется по этой же формуле

Коэффициент технического использования Кт.и. учитывает простои, как из-за ремонта объектов, так и из-за их технического обслуживания.

где Тэкс – продолжительность  эксплуатации, состоящей из интервалов времени работы, технического обслуживания и ремонта.

Статистически коэффициент  Кт.и. определяется отношением суммарного времени пребывания N объектов в работоспособном состоянии к произведению числа N объектов на заданное время эксплуатации.

Если заданное время  эксплуатации Тэкс различно для каждого  изделия, то предыдущая формула видоизменяется

где tсум – суммарная  наработка всех объектов;

tрем – суммарное  время простоев из-за плановых  и внеплановых ремонтов всех  объектов;

tобсл – суммарное  время простоев из-за планового  и внепланового технического  обслуживания всеx объектов.

Если в суммарное время простоев tрем включают также время капитального ремонта, то в этом случае часто величину, рассчитанную по данной формуле называют коэффициентом технической готовности ат.

В практике эксплуатационных предприятий  принято за единицу времени принимать  машино-день. В связи с этим коэффициент  Кт.и. за отчетный период по статистическим данным определяют по соотношению

где               –  суммарное число машино-дней пребывания в 

                  работоспособном состоянии (i = 1, 2, ..., i, ..., N);

                        – суммарное число машино-дней пребывания в простое из-за ТО и ремонтов.

Для определения Кт. и. по нормативным  данным преобразуем формулу 

Второе слагаемое знаменателя  определяет долю дня простоя в  ТО и ремонте, приходящуюся на один день работоспособного состояния.

Для нахождения коэффициента следует по нормативным данным определить удельный простой В, приходящийся на 1 ч или на 100 ч работы машины, и умножить на среднюю наработку tcc, выраженную в тех же единицах, за день работоспособного состояния

Уравнение для определения коэффициента Кт.и. по нормативным данным имеет следующий окончательный вид:

где В – удельный простой в  ТО и ремонте, рассчитываемый    по нормативам, дни простоя /ч или  дни простоя /100 ч;

      tсс – среднесуточная  наработка, ч или 100 ч, 

      tcc = 0,01 tсмnсмКисп    сто часов, 

где tсм – продолжительность смены, ч;

      nсм – число  смен за сутки; 

      Кисп – коэффициент  использования внутрисменного   времени. 

Зависимость коэффициента Кт.и., оценивающего простои от суточной наработки машин

Зависимость коэффициента Кт.и., оценивающего простои от общей, наработка машин

2.1. ФАКТОРЫ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ ДОЛГОВЕЧНОСТЬ МАШИН

    Долговечность машин  определяют ресурсы конструктивных  элементов, прежде всего базовых  и основных, а затем и всех  остальных деталей. 

  При эксплуатации изменяются их размеры и геометрические характеристики, структура, свойства и напряженное состояние. Эти изменения могут иметь или монотонный, или скачкообразный характер, что в значительной мере зависит от рода трения, условий нагружения, наличия и состава среды, вида смазки и свойств материала.

   Основной причиной, вызывающих отказы и неисправности,  является изнашивание. 

        Характер изнашивания элементов  машин зависит от многочисленных  факторов. Эта зависимость в аналитической  форме может быть представлена в виде условного функционального выражения

И = φ (Э, К, Г, О),

где Э - объединяет группу эксплуатационных факторов (характер производимых работ, режимы использования механизма, виды и периодичность ТО и Р, климатические условия работы механизма, соответствие применяемых смазочных материалов конструкции сборочных единиц и топлив  для двигателей);

     К - объединяет конструктивные факторы (вид трения  макрогеометрия поверхностей трения, кинематические факторы, динамические характеристики работы механизма, физико-механические свойства деталей сопряженных пар.

    Т - обозначает  технологические факторы (вид  материалов деталей сопряжения, способы обработки, показатели  микро-геометрии поверхности трения, твердость и износостойкость); 
О - субъективные факторы, учитывающие особенности оператора (уровень профессиональной подготовки (квалификацию), антропометрические и физические данные, утомляемость, быстроту реакции и прочие).    
 Эти факторы сказываются на характере изнашивания через режим работы механизма, в частности, от индивидуальных особенностей и. квалификации оператора зависят усилия в механизмах управления механических передач, частота и продолжительность включения механизмов.

Кроме изнашивания, существенное влияние на долговечность машин оказывают коррозия и старение материалов. Скорость образования коррозии снижается применением антикоррозионных покрытий и поддерживанием их в требуемом состоянии. 
 Существенно увеличивает долговечность машин эксплуатация их при оптимальных режимах нагружения, высоком качестве управления, технического обслуживания и ремонта.

2.3. 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. 

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

    Важнейшими  количественными характеристиками процесса изнашивания являются скорость vи и интенсивность Iи изнашивания.

Под скоростью изнашивания  понимают отношение износа ко времени, в течение которого возник этот износ:

где И – величина износа;

t – время за которое  произошел износ.

Интенсивность изнашивания  определяется как отношение износа к обусловленному пути, на котором  происходило изнашивание, или к  объему выполненной работы:

 где  L – путь на котором происходило изнашивание;

V – объем выполненной  работы.

Классификация видов изнашивания

Разновидности механического  изнашивания 

абразивное, как результат  режущего или царапающего действия твердых тел или частиц;

гидроабразивное, как  результат воздействия твердых  тел или частиц, увлекаемых потоком  жидкости;

газо-абразивное, как результат воздействия твердых тел или частиц, увлекаемых потоком газа;

эрозионное, как результат  воздействия на поверхность потока жидкости или газа;

усталостное, как результат  повторного деформирования микрообъемов материала, приводящего к возникновению трещин, и отделению частиц на поверхности трения или на ее отдельных участках;

кавитационное, как результат  воздействия на поверхность твердого тела при движении его в жидкости в условиях кавитации, т. е. в условиях нарушения сплошности течения;- жидкости и образования кавитационных пузырей.

Разновидностью молекулярно-механического  изнашивания является изнашивание  при заедании, как результат схватывания, глубинного вырывания материала, переноса его с одной поверхности на другую и воздействия возникших  неровностей на сопряженную поверхность.

Коррозионно-механическое изнашивание 

    К этому  виду относят окислительное изнашивание  и при фретинг-коррозии.

Окислительное изнашивание  возникает при наличии на поверхности  трения защитных пленок, образовавшихся в результате взаимодействия материала с кислородом.

Изнашивание при фретинг-коррозии, возникает при малых колебательных  перемещениях (контактная коррозия), может  быть при сухом трении и в условиях смазки, возникает в самых различных  узлах и деталях.

Конечный результат изнашивания, проявляющийся в виде отделения или остаточной деформации материала, называют износом, а частицы материала, отделившиеся в процессе изнашивания - продуктами износа. 
Свойство материала оказывать сопротивление изнашиванию в определенных условиях трения, оцениваемое величиной, обратной скорости изнашивания, называют износостойкостью.

Классификация позволяет  ставить вопрос об эффективном управлении процесса изнашивания и устранения повреждаемости в машинах. 
       Как показывает опыт, введение конструктивных и эксплуатационных мероприятий для большого числа типов узлов и деталей практически можно исключить все виды износа за исключением окислительного и абразивного рабочих органов.  
       Причем скорость изнашивания может быть сведена до определенного минимума.

 

3.2. Закономерности процесса  изнашивания

Большинство деталей  строительных машин подвергаются воздействию  различных видов изнашивания. Преобладающим  является механическое изнашивание, которое  подчиняется определенной закономерности. Закономерности процесса изнашивания деталей зависят от большого числа факторов. Для описания этого процесса можно использовать прямую зависимость величины износа деталей от времени работы машины.

Кривая механического  износа

На кривой износа И=f(t) можно выделить три характерных участка:

 первый ОА соответствует  периоду приработки;

 второй АВ – периоду нормальной  работы;

 третий ВС – периоду форсированного (аварийного) износа.

     Приработка – процесс  изменения формы и размеров  поверхностей трения и физико-механических свойств поверхностных слоев материала в начальный период трения, обычно проявляющийся при постоянных внешних условиях в уменьшении работы трения, температуры и интенсивности изнашивания. 
      Повышенная изнашиваемость Ио в период t1 является результатом взаимной приработки деталей. После изготовления машины, площади фактического контакта трущихся поверхностей ее деталей, из-за шероховатостей, следов обработки бывают во много раз меньше, чем после некоторого периода приработки.  
      Поэтому в начале эксплуатации новой машины или после ремонта недопустима ее перегрузка.  
      Приработка деталей должна проходить при легких режимах с постепенным доведением их до нормальных.

Скорость изнашивания

      Скорость изнашивания  vизн определяется отношением приращения абсолютного износа ΔИ к соответствующему приращению времени Δt: 

Скорость изнашивания в период нормальной работы

где Ипр и Ио – предельный износ  и износ в конце приработки детали.

    Указанная скорость характеризуется  величиной угла «α» наклона прямой АВ к оси абсцисс, tgα показывает нарастание износа в линейных единицах за единицу времени.

    В течение времени  t2 происходит так называемый естественный  износ деталей. 

Участок кривой износа ВС

      Граничная точка  перехода в кривую форсированного изнашивания называется критической (точка В), а ее ордината равна величине предельного износа Ипр при котором дальнейшая эксплуатация машины недопустима

 

     Длительность периода  приработки t1  относительно малая  величина, то полагают, что Т=t2.

      Скорость изнашивания  может быть определена экспериментально  или при эксплуатации для отрезка  времени Δt с замерами фактического  приращения износа ΔИ.

На основании изучения закономерностей  изнашивания, характера работы двигателей, причин выхода их из строя и средних сроков службы все детали СДМ и ПТМ иногда разделяют на пять групп.

 

Пять групп деталей

Детали первой группы имеют минимальный  срок службы, подвергаются интенсивному абразивному изнашиванию, быстро теряют служебные свойства и работоспособность. К деталям этой группы относятся рабочие органы машин (отвалы бульдозеров и грейдеров, ножи дозаторов и скреперов, зубья ковшей экскаваторов), имеющие средний срок службы в пределах 150 – 200 ч.