Значение надежности и долговечности станков в эксплуатации

 

9 Значение  надежности и долговечности станков  в эксплуатации

 

Высокие темпы развития создания высокопроизводительных машин оставила перед наукой и производством ряд новых проблем, к числу которых относится повышение надежности и долговечности технологического оборудования, в том числе и металлорежущих станков. Чем выше производительность и степень автоматизации станка, тем важнее обеспечить его безотказную работу в течение длительного промежутка времени.

Создание машин, приборов и оборудования, отвечающих современным требованиям производительности, точности, надежности и долговечности сопровождается их непрерывным конструктивным усложнением, что часто приводит к обратному результату – снижению надежности этих устройств. Противоречие имеется и в экономических вопросах, где, как показывает практика, повышение надежности и долговечности машин приводит к увеличению их стоимости, в то время как одна из существенных экономических задач заключается в снижении себестоимости выпускаемой продукции.

Тенденция к снижению себестоимости машин и оборудования характерна для всех отраслей народного хозяйства. Однако практика показывает, что необоснованное снижение себестоимости отрицательно влияет на качество изделий и вместо экономии наносит ущерб народному хозяйству.

Снижение надежности и долговечности технологического оборудования сопряжено с увеличением количества станков, так как чем ниже надежность и долговечности оборудования, тем больше требуется станков для удовлетворения потребности народного хозяйства, т.е. промышленность вынуждена наращивать дополнительные производственные мощности. Возрастают эксплуатационные издержки в первую очередь на ремонт, увеличивается количество обслуживающего персонала и оборудования, расход энергии, повышается время непроизводительных простоев, уменьшается выпуск продукции.

Таким образом, повышение надежности и долговечности оборудования должно идти по пути решения ряда технических и экономических проблем, где последние охватывают следующий комплекс вопросов:

• планирование показателей качеств продукции как на стадии проектирования новой техники, так и для оценки деятельности предприятия;
• определение оптимальных, целесообразных экономических сроков службы станков;
• снижение себестоимости выпускаемых станков.

Надежность станков целесообразно рассматривать в комплексе с приспособлениями, инструментом и заготовкой. К различным станкам предъявляют и различные требования надежности, в частности по сроку их службы. Например, для универсальных легких и средних станков наиболее важна средняя долговечность, а для тяжелых станков и станков, обрабатывающих точные детали, - надежность одной операции.

Общим требованием, предъявляемым ко всем станкам, является длительность сохранения настройки, работоспособность, точность, безотказность и производительность.

Надежность и долговечность, как важнейшие элементы качества, закладываются при проектировании, обеспечиваются в промышленном производстве и поддерживаются в эксплуатации. Каким бы надежным и долговечным не был станок в процессе проектирования и серийного производства, неправильная эксплуатация может сделать его ненадежным и недолговечным. Поэтому большое значение придает профилактическому ремонту, обеспечивающему поддержание высокой надежности станка в течение времени, во много раз превосходящем гарантийные сроки его работы. Не меньшее значение придается также контролю работоспособности станка, текущему и профилактическому ремонту. В то же время при эксплуатации выявляются даже малейшие ошибки, допущенные в процессе конструирования и изготовления, для устранения которых требуются большие дополнительные затраты.

 

9.1 Сущность отказов и их классификация

 

Многие отказы, возникающие в процессе эксплуатации металлорежущих станков, требуют для устранения дополнительных затрат денежных и материальных ресурсов.

Отказ может наступить не только при механических или электрических повреждениях деталей или узлов станка, но и при нарушении регулировки, вследствие выхода параметров станка за допустимые пределы.

Моменты возникновения отказов в станках сложной конструкции обычно являются случайными событиями, однако место их возникновения удается иногда предсказать заранее. Это возможно в тех случаях, когда систематически наступает механический или электрический износ одного и того же узла или детали во многих однотипных станках. Подобные отказы называются закономерными, в противоположность случайным отказам, место и момент возникновения которых заранее предсказать затруднительно.

Процесс постепенного изменения любого параметра изделия происходит постепенно и неуклонно. До тех пор пока эти изменения не выходят за допустимые пределы, считают, что станок продолжает сохранять свою работоспособность. Когда физико-химические процессы, происходящие в деталях и узлах станков в результате их износа и старения, приведут к выходу параметров станка за пределы, обеспечивающие нормальное выполнение им заданных функций, произойдет отказ. Отказы могут быть классифицированы по ряду признаков.

По значимости отказа бывают критическими, существенными и несущественными.

Критический отказ – это отказ изделия, при котором появляется угроза человеку или окружающей среде. Существенный отказ характеризуется тем, что значительное снижение эксплуатационных характеристик или полная непригодность изделия не связаны с опасностью для человека. Несущественный отказ вызывает только неудовольствие, последствия его незначительны.

По характеру возникновения различают внезапные, постепенные и систематические отказа.

Внезапный отказ – это отказ, характеризующийся скачкообразным изменением одного или нескольких заданных параметров объекта. Внезапные отказы возникают в результате сочетания неблагоприятных факторов и случайных внешних воздействий, превышающих возможности изделия. Основным признаком внезапного отказа является независимость вероятности его возникновения в течение заданного периода времени от длительности предыдущей работы изделия.

  Постепенный отказ – отказ, связанный  с постепенным изменением значения  одного или нескольких заданных  параметров объекта. Постепенные  отказы возникают в результате протекания процесса старения, ухудшающего начальные параметры изделия. При этом вероятность возникновения отказа тем выше, чем дольше эксплуатируется изделие. К этому виду относят большинство отказов машины. Они связанны с процессами изнашивания. коррозии. усталости и ползучести материалов.

Систематический отказ – многократно повторяющийся и однородный по определенным признакам отказ, обусловленный дефектами конструкции объекта, нарушением процесса его изготовления, низким качеством используемых материалов и т.д. Причина возникновения систематического отказа может быть установлена и устранена.

По характеру обнаруживаемости отказы делят на явные и скрытые.

Явный отказ – это отказ, появление которого сопровождается признаками, непосредственно воспринимаемыми органами чувств наблюдателя или средствами контроля, без проведения дополнительных операций по контролю работоспособности объекта.

Скрытый отказ – отказ, обнаружение которого невозможно без проведения специальных операций по контролю работоспособности объекта.

По причине возникновения различают отказы конструкционные, технологические и эксплуатационные.

Конструкционный отказ – отказ, возникающий в результате несовершенства или нарушения установленных конструирования изделия.

Технологический отказ – вызывается несовершенством или нарушением технологии.

Эксплуатационный отказ – происходит из-за неправильной эксплуатации изделия.

По характеру работы после возникновения отказа различают отказы функционирования и параметрические отказы.

Отказ функционирования – это отказ, при наступлении которого изделие перестает выполнять свои функции. Дальнейшая эксплуатация возможна только после ремонта.

Параметрический отказ – это отказ, характеризующийся отклонением значения хотя бы одного рабочего параметра машины за пределы допуска.

По возможности устранения причин отказа различают неустранимые отказы и устранимые.

Неустранимый отказ – отказ, причины которого неизвестны или не могут быть устранены для изделия данного вида.

Устранимый отказ – отказ, причины возникновения которого известны и могут быть полностью устранены, что исключит их возникновение при дальнейшем существовании объектов данного вида.

По времени возникновения отказы делятся на приработочные, возникающие в первый период эксплуатации и связанные с выявлением дефектных элементов, не отбракованных контролем; при нормальной эксплуатации и износовые.

 

9.2 Анализ безотказности системы  станка методом дерева отказов

 

При анализе сложной технической системы ее математическую модель представляют в виде так называемого дерева событий, которое при анализе отказов системы чаще всего принято называть деревом отказов.

При построении деревьев событий используется определенная символика. Состояния элементов или, в более общем смысле, основные события будут представляться окружностями и прямоугольниками. Событие наибольшей важности будет представлено в виде прямоугольника, называемого вершинным событием и располагающегося на вершине дерева событий.

Пример. Определить вероятность отказа системы, дерево событий для станка изображено на рис.13.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 13  Дерево событий системы станка

Вероятности отказов событий с 1 по 44.

Р(1) = 0,8; Р(2) = 0,92; Р(3) = 0,74; Р(4) = 0,68; Р(5) = 0,62; Р(6) = 0,86; Р(7) = 0,93; Р(8) = 0,87; Р(9) = 0,75; Р(10) = 0,96; Р(11) = 0,81; Р(12) = 0,79; Р(13) = 0,6; Р(14) = 0,72; Р(15) = 0,83; Р(16) = 0,68; Р(17) = 0,7; Р(18) = 0,9; Р(19) = 0,86; Р(20) = 0,63; Р(21) = 0,72; Р(22) = 0,91; Р(23) = 0,88; Р(24) = 0,63; Р(25) = 0,65; Р(26) = 0,76; Р(27) = 0,82; Р(28) = 0,94; Р(29) = 0,61; Р(30) = 0,73; Р(30) = 0,73; Р(31) = 0,66; Р(32) = 0,93; Р(33) = 0,74; Р(34) = 0,93; Р(35) = 0,78; Р(36) = 0,84; Р(37) = 0,78; Р(38) = 0,84; Р(39) = 0,67; Р(40) = 0,95; Р(41) = 0,73; Р(42) = 0,88; Р(43) = 0,63; Р(44) = 0,96.

Решение

1. Определяем вероятность появления события Г (выход из строя механической части элемента Г или подсистемы)

Q(Г) = (1-Р(1))*(1-Р(2))*(1-Р(3))*(1-Р(4))*(1-Р(5))*(1-Р(6))*(1-Р(7))*(1-Р(8))*(1-Р(9))*(1-Р(10)) =(1-0,8)*(1-0,92)*(1-0,74)*(1-0,68)*(1-0,62)*(1-0,86)*(1-0,93)*(1-0,87)*(1-0,75)*(1-0,96) = 0,000000038

2. Определяем вероятность появления  события Д (выход из строя гидравлической  части элемента Д или подсистемы)  

Q(Д) = (1-Р(11))*(1-Р(12))*(1-Р(13))*(1-Р(14))*(1-Р(15))*(1-Р(16))*(1-Р(17))*(1-Р(18))*(1-Р(19))*(1-Р(20)) = (1-0,81)*(1-0,79)*(1-0,6)*(1-0,72)*(1-0,83)*(1-0,68)*(1-0,7)*(1-0,9)*(1-0,86)*(1-0,63) = 0,000000377

3. Определяем вероятность появления  события Е (выход из строя электрической  части элемента Е или подсистемы)  

Q(Е) = (1-Р(21))*(1-Р(22))*(1-Р(23))*(1-Р(24))*(1-Р(25))*(1-Р(26))*(1-Р(27))*(1-Р(28))*(1-Р(29))*(1-Р(30)) = (1-0,72)*(1-0,91)*(1-0,88)*(1-0,63)*(1-0,65)*(1-0,76)*(1-0,82)*(1-0,94)*(1-0,61)*(1-0,73) = 0,000000106

4. Определяем вероятность появления  события Ж (выход из строя пневматической  части элемента Ж или подсистемы)

Q(Ж) = (1-Р(31))*(1-Р(32))*(1-Р(33))*(1-Р(34))*(1-Р(35))*(1-Р(36))*(1-Р(37)) = (1-0,66)*(1-0,93)*(1-0,74)*(1-0,93)*(1-0,78)*(1-0,84)*(1-0,78) = 0,000003354

5. Определяем вероятность появления  события З (выход из строя приспособления элемента З или подсистемы)  

Q(З) = (1-Р(38))*(1-Р(39))*(1-Р(40))*(1-Р(41))*(1-Р(42))*(1-Р(43))*(1-Р(44)) = (1-0,84)*(1-0,67)*(1-0,95)*(1-0,73)*(1-0,88)*(1-0,63)*(1-0,96) = 0,000001265

6. Определяем вероятность  появления события В (функциональный  отказ элемента В или подсистемы)

Q(В) = Q(Г)*Q(Д)*Q(Е)*Q(Ж)*Q(З) = 0,000000038*0,000000377*0,000000106*0,000003354*0,000001265 =

= 6,44*10-33

7. Определяем вероятность  появления вершинного события  А (отказ станка). Событие может  произойти только тогда, когда произойдут два события Б или В (параметрический или функциональный отказ).

Q(А) = Q(Б)*Q(В) = 1*6,44*10-33 = 6,44*10-33

Таким образом, вероятность отказа станка равна 6,44*10-33.

В общем случае дерево событий служит для трех основных целей:

При анализе безопасности дерево событий служит для определения возможных причин различных инцидентов. При соответствующем использовании дерево событий часто помогает вскрыть комбинации состояний, приводящих к отказам, которые другим образом найти не удается.

Дерево событий служит для удобного представления результатов. Если спроектированная система содержит ошибки, дерево событий может помочь найти слабые места и показать, как они приводят к нежелательным событиям. Все причины неблагоприятных состояний должны быть отражены на дереве событий.

Дерево событий обеспечивает удобный и эффективный метод вычисления вероятности успешной работы системы (или ее отказ).