Обеспечение надежности изделий на этапе эксплуатации. Профилактика и техническое обслуживание изделий

1.

Л16-1
Раздел 4.
ОБЕСПЕЧЕНИЕ
НАДЕЖНОСТИ ИЗДЕЛИЙ
НА ЭТАПЕ ЭКСПЛУАТАЦИИ

2.

Л16-2
ЛЕКЦИЯ 16
Профилактика и
техническое
обслуживание изделий

3.

Л16-3
• Эксплуатационные свойства:
1. Связанные с движением:
2. Тягово-скоростные
3. Тормозные
4. Топливная экономичность
5. Управляемость
6. Поворачиваемость
7. Маневренность
8. Устойчивость
9. Проходимость
10. Плавность хода
11. Экологичность
12. Безопасность движения

4.

Л16-4
2. Не связанные с движением:
1. Вместимость
2. Прочность
3. Долговечность
4. Приспособленность к техническому обслуживанию и
ре- монту
5. Приспособленность к погрузочно-разгрузочным
работам
6. Приспособленность к посадке и высадке пассажиров

5.

Л16-5
Эксплуатационными свойствами автомобиля называются
свойства, характеризующие выполнение им транспортных и
специальных работ: перевозки пассажиров, грузов и
специального оборудования.
Автомобиль обладает целым рядом эксплуатационных свойств
которые составляют две группы, связанные и не связанные с
движением автомобиля.

6.

Л16-6
• Эксплуатационные свойства, связанные с движением.
Тягово-скоростными называются свойства автомобиля,
определяющие диапазоны изменения скоростей движения и
максимальные ускорения разгона в различных дорожных
условиях при работе в тяговом режиме.
Тяговым называется режим движения автомобиля, при
котором от двигателя к ведущим колесам через трансмиссию
подводятся мощность и крутящий момент, необходимые для
движения.
Тормозными называются свойства автомобиля,
определяющие максимальные замедления при торможении в
различных дорожных условиях и обеспечивающие
неподвижное удержание его относительно поверхности
дороги.

7.

Л16-7
Топливная экономичность — это свойство автомобиля, определяющее расходы топлива при выполнении транспортной
работы.
Управляемостью называется свойство автомобиля изменять
или сохранять параметры движения при воздействии водителя
на рулевое управление.
Поворачиваемость представляет собой свойство автомобиля
отклоняться вследствие увода колес от направления движения,
заданного рулевым управлением.
Маневренностью называется свойство автомобиля
поворачиваться на минимальной площади и вписываться в
дорожные габариты.
Устойчивость — это свойство автомобиля сохранять
направление движения и противостоять силам, стремящимся
вызвать занос или опрокидывание автомобиля.

8.

Л16-8
Проходимостью называется свойство автомобиля двигаться
по плохим дорогам и вне дорог. Проходимость характеризует
степень уменьшения средней скорости движения и
производительности автомобиля в указанных условиях по
сравнению с хорошими дорогами.
Плавность хода представляет собой свойство автомобиля
обеспечивать защиту перевозимых пассажиров и грузов, а
также систем и механизмов автомобиля от воздействия
неровностей дороги.
Экологичность — это свойство автомобиля минимально
загрязнять окружающую среду отработавшими газами и
шумом.

9.

Л16-9
Безопасностью движения называется свойство автомобиля
двигаться с наименьшей вероятностью возникновения
дорожно-транспортных происшествий (ДТП). Это комплексное
эксплуатационное свойство, связанное с управляемостью,
поворачиваемостью, маневренностью, устойчивостью и
тормозными свойствами. Безопасность движения —
важнейшее эксплуатационное свойство, от которого зависят
жизнь и здоровье людей, сохранность автомобиля, грузов и
других материальных ценностей.

10.

Л16-10
• Эксплуатационные свойства, не связанные с движением.
Вместимость представляет собой свойство автомобиля,
определяющее количество грузов или число пассажиров,
которые могут быть перевезены одновременно.
Прочностью называется свойство автомобиля работать без
поломок и неисправностей.
Долговечность — это свойство автомобиля работать без
интенсивного изнашивания отдельных деталей, механизмов и
систем, вызывающего прекращение эксплуатации автомобиля.
Приспособленностью к техническому обслуживанию и
ремонту называется свойство автомобиля, определяющее
простоту и трудоемкость этих работ, а также время простоя при
их выполнении.

11.

Л16-11
Приспособленность к погруючно-разгруючным работам
представляет собой свойство автомобиля обеспечивать
выполнение этих работ с наименьшими затратами времени и
труда.
Приспособленностью к посадке и высадке пассажиров
называется свойство автомобиля, характеризующее
продолжительность остановки и удобство пассажиров при
входе и выходе.

12.

Л16-12
В таблице 1.2 показана связь эксплуатационных свойств с теми
системами и механизмами автомобиля, конструкция и
техническое состояние которых оказывают наибольшее
влияние на эти свойства.
Двигатель Рулевое
Трансмиссия
управление
Тягово-скоростные
свойства
Топливная
экономичность
Экологичность
Проходимость
Плавность хода
Управляемость
Подвеска, Тормозколеса
ные
системы
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+

13.

Л16-13
Поворачиваемост
ь
Маневренность
Безопасность
движения
Устойчивость
+
+
+
+
+
+
+
+
+
Тормозные
свойства
+
“+” означает наличие связи

14.

Л16-14
Дестабилизирующие факторы:
• Климатические (температура, влажность, атмосферное
давление, пыль, солнечное излучение и др.).
• Механические (вибрации, удары, линейные ускорения,
акустические шумы).
• Биологические (микроорганизмы и плесневые грибы,
насекомые).
• Электромагнитные (электрические, магнитные,
электромагнитные).
• Температурные (высокие температуры, низкие
температуры, тепловой удар).
• Специальные (ионизирующее излучение взрывов ядерных
и водородных бомб, космические(глубокий вакуум,
невесомость, температура).

15.

Л16-15
Обеспечение надежности при эксплуатации систем
(методы):
①Учет объективных факторов при эксплуатации.
②Учет субъективных факторов.
① Учет объективных факторов при эксплуатации системы:
влияние на надежность внешней среды и условий
эксплуатации.
Климатические условия, снижающие надежность при
эксплуатации:
1 температура
2 влажность
3 плотность воздуха
4 уровень радиации

16.

Л16-16
① Влияние температуры на надежность элементов и
материалов систем.
Климатическая карта зон СНГ
На рис.8.1 : I – холодная зона (до -50◦)
(в январе)
II – умеренная (до -45 ◦)
III – теплая влажная (до -20 ◦)
IV – жаркая (до -17 ◦)
V – очень холодная (до - 65 ◦)

17.

Л16-17
Весь земной шар разделен на семь климатических зон:
1.Холодная зона (часть России и Канады, Аляска,
Гренландия) – до -50℃.
2.Умеренный регион (часть России, большая часть
Европы, США, прибрежные территории
Австралии, Южной Африки и Южной Америки) –
от -35℃ до +35℃.
3.Влажная тропическая зона (большая часть
Центральной и Южной Америки, средняя часть
Африки, юг Индии, Индонезия, часть юговосточной Азии) – среднегодовая температура
около +20…+25℃.

18.

Л16-18
4. Сухой тропический климат (северная часть Африки,
центральная Австралия, засушливые районы средней Азии,
Аравийский полуостров, часть Северной Америки) – до
+55℃.
5. Очень холодный регион – Антарктида (ниже -60℃, рекорд - 88,3℃).
6. Умеренно холодная морская зона – моря, океаны и
прибрежные территории, расположенные севернее 30⁰
северной широты или южнее 30⁰ южной широты.
7. Тропическая морская зона – остальная часть морей, океанов
и прибрежных территорий, не попадающая в зону 6. Здесь
небольшие суточные перепады температур, наличие
высокой влажности, значительная концентрация хлоридов
в атмосфере.

19.

Л16-19
Климатические условия : температура.
Норма для эксплуатации по ГОСТ : +20±5 °С.
На Севере – до -50° ÷ -70 ° С.
В Антарктиде – до -88 °С.
На Юге – до +55 °С - +55 °С.
Степи и пустыни: +50 °С ÷ +55 °С при
относительной влажности 50% (сухая жара).
В тропиках : +25 °С ÷ +35 °С при относительной
влажности 90 ÷ 98 %.
С увеличением высоты на 1км температура воздуха
уменьшается на 4°С ÷ 8 °С.

20.

Л16-20
При повышении температуры воздуха :
механические свойства узлов и деталей снижаются
сопротивление диэлектриков уменьшается
диэлектрическая проницаемость материалов повышается
При понижении температуры воздуха :
пластичность материалов падает (материалы становятся
хрупкими, механическая прочность снижается,
изоляционные материалы растрескиваются).
диэлектрическая проницаемость снижается (например, при
-40°С и ниже емкость электролитических конденсаторов
падает до нуля).
смазка загустевает.

21.

Л16-21
Колебания температуры от «+» к «-» и обратно
приводят к :
○ появлению трещин
○ ослаблению механических соединений
○ отпотеванию аппаратуры
○ деформации элементов и материалов (что ведет к
нарушению герметичности в паяных корпусах, в проходных
изоляторах и т.п.)

22.

Л16-22
Пример: низкие температуры влияют на
техническую готовность систем автомобильной техники:
● пуск двигателя затруднен или вовсе невозможен из-за
увеличения вязкости масла; износ двигателя увеличивается в
4 ÷5 раз, мощность снижается на 4-6%, расход топлива
увеличивается на 6 ÷12 %.
● мощность стартера при понижении температуры до 30°С снижается на 60 ÷70%; возникает опасность замерзания
электролита в аккумуляторной батарее (если он разряжен на
25-30%);

23.

Л16-23
●вязкость топлива с понижением температуры от +40°С
до -10°С увеличивается на 75% ;
●дизельное топливо в нормальных условиях (при +20°С
±5 °С) воспламеняется при температуре в конце такта сжатия
не менее +300 °С; с изменением от +20 °С до -30 °С эта
температура уменьшается до +100 °С, задержка
самовоспламенения в 2÷3 раза; для увеличения температуры
в конце такта сжатия осуществляют предпусковую тепловую
подготовку двигателя.

24.

Л16-24
Пример: влияние высоких температур на надежность
(техническую готовность ) систем автотехники:
● вязкость масла с увеличением температуры
понижается; температура масла увеличивается до +95 …
+105 °С, что приводит к отложению нагара в виде
смолистых веществ;
● в системе охлаждения образуется накипь, которая
нарушает температурный режим двигателя (норма :
температура охлаждающей жидкости +80-90 °С при
температуре окружающего воздуха +40-45 °С);
● уровень электролита аккумуляторных батарей при
более +30 °С снижается до 2 мм в сутки;

25.

Л16-25
Пример: влияние высоких температур на надежность
систем автотехники:
● при повышении температуры плотность воздуха
уменьшается, состав горючей смеси обогащается, что
приводит к нарушению теплового баланса (перегреву
двигателя);
●в гидросистемах рабочее давление снижается; тормозная
жидкость испаряется, что приводит к образованию паровых
пробок и , как результат, отказу работы тормозов.

26.

Л16-26
● сроки службы материалов, пластмасс (из-за
увеличения коэффициента термического расширения),
электроизоляционных материалов, резиновых изделий
снижаются; при сочетании высоких температур с
повышенной влажностью процессы старения,
окисления, разложения и др. значительно укоряются
(особенно в зонах жаркого и влажного климата – см.
рис.8.1 слайда III – л 8-2).

27.

Л16-27
Пример: влияние высоких температур на надежность
систем автотехники:
● высокая температура является причиной запыленности
воздуха ,что приводит к :
попаданию пыли к трущимся деталям (что приводит к
абразивному изнашиванию деталей); в систему смазки,
охлаждения, в топливо;
содержание пыли в воздухе на современных трассах –
0,003 …0,005г/м3 ; в городских условиях – от 0,15 … 0,2 г/м3
и выше ; в сельской местности, в степях и пустыне
запыленность воздуха, поступающая к воздушному фильтру,
достигает 1,3 … 1,7 г/м3 и выше (до 3 г/м3).
высокая температура повышает агрессивность
химических примесей , входящих в состав воздуха (например,
сернистый газ, хлор и другие).

28.

Л16-28
② Влияние влажности воздуха на надежность элементов
и материалов систем.
Относительной влажностью воздуха называют
отношение упругости пара, содержащегося в воздухе, к
упругости насыщенного пара при данной температуре.
Норма – 65 +15 %;
изменение – от 50% до 98% и выше.
Влияние влаги (водяная пыль, водяные пары, брызги,
туман) на элементы (материалы) и на надежность систем:
● механические повреждения и разрушения;
● ухудшение контактов;
● влага поглощает электромагнитную энергию
(радиоволны затухают) и приводит к коррозии металла

29.

Л16-29
Коррозия протекает более интенсивно у материалов с
отрицательными электрохимическими потенциалами.
Металл с отрицательным потенциалом разрушается
быстрее. Если по тем или иным причинам невозможно
заменить металлы с отрицательным электрохимическим
потенциалом, то на них наносятся защитные покрытия
(металлические, химические и лакокрасочные).

30.

Л16-30
Пресная вода
Металл
Серебро
Медь
Никель
Алюминий
Олово
Свинец
Сталь
Кадмий
Цинк
Потенциал
+194
+140
+118
-169
-175
-283
-350
-574
-823
Морская вода
Металл
Серебро
Никель
Медь
Свинец
Цинк
Сталь
Кадмий
Алюминий
Олово
Потенциал
+149
+46
+10
-259
-284
-335
-519
-667
-809

31.

Л16-31
② Влияние влаги на надежность:
● коррозия металла;
способы защиты :
создание микроклимата для изделий (в рабочем
состоянии и при хранении);
покрытие деталей консервантами; нанесение
лакокрасочного покрытия;
консервация летучими ингибиторами коррозии или
ингибитированной бумагой;
(ингибиторы – это вещества, которые при
введении в незначительном количестве в коррозийную
среду заметно снижают скорость коррозии металла).

32.

Л16-32
обработка деревянных, текстильных и резиново-
технических изделий специальными
профилактическими водоотталкивающими средствами;
применение смазочных материалов с
антикоррозийными присадками;
герметизация узлов влагозащитными присадками;
заполнение волноводов сухим воздухом.

33.

Л16-33
② Влияние влаги на надежность:
● образование грибковой плесени ( при отсутствие
проветривания и наличия тепла) ниже 7 °С и выше +40 °С и
влажности воздуха менее 75% плесень гибнет, но споры
остаются и с ростом влажности выше 85% споры
возрождаются и вновь образуется плесень;
● появление емкостного эффекта у элементов и
материалов;
● влага уменьшает пробивное напряжение изоляторов;
● добротность катушек индуктивностей при повышении
влажностей снижается до 40%.
До 0,5% отказов систем вызывает биологическая среда:
насекомые и грызуны (термиты, красные муравьи, черви,
тараканы, крысы, мыши, белки) .

34.

Л16-34
③ Влияние атмосферного давления (плотности воздуха)
на надежность элементов и систем
Нормальное давление : 630-800 ±30 мм.рт.ст.
При подъеме на высоту давление убывает на 1 мм.рт.ст.
каждые 100 м на первом километре, дальше убывает – по
геометрической прогрессии.
На Н=5000 м давление – 430 мм.рт.ст., что составляет
57% от нормального, а плотность воздуха - 0,75 кг·c/м3 (т.е.
59,5% от нормального.)

35.

Л16-35
При понижении атмосферного давления:
● снижается воздушное охлаждение (из-за недостаточной
плотности воздуха);
● разрушаются заливочные составы;
● уменьшается величина пробивного напряжения в
изоляторах, волноводах, между проводниками монтажа;
● изменяется емкость воздушного конденсатора.

36.

Л16-36
④ Влияние проникающей радиации на надежность
элементов и систем.
Виды ионизирующей (проникающей) радиации:
► естественная (солнце, космические излучения, распад
радиоактивных элементов);
► искусственная (атомные и термоядерные взрывы,
атомные реакторы, ускорители высоких энергий).
Поражающие факторы ядерного взрыва :
► корпускулярная радиация (поток нейтронов и αчастиц);
► электромагнитная радиация ( γ - лучи) ;
► ударная волна;
► тепловое излучение.

37.

Л16-37
Допустимые (пороговые) значения последствий ядерных
взрывов :
избыточное давление – 0,35 кг/см2;
тепловое излучение – 100 кал/см2;
доза γ – излучения – 10-6 рентген;
поток нейтронов – 1013 нейтрон/см2.

38.

Л16-38
Характеристика γ-излучения.
При взаимодействии γ- излучения с веществом
существует 3 механизма его поглощения и рассеяния:
► фотоэффект
► коптон-эффект
► образование электронно-позитронных пар
а) При фотоэффекте квант γ-излучения полностью
передает энергию одному из электронов оболочки атома
вещества и выбивает электрон за пределы атома. На
вакантное место может перейти электрон с более высокой
энергией, что сопровождается испусканием излучения;
б) При коптоновском рассеянии γ-квантов (коптонэффект) кванты γ-излучения, ударяя электрон, теряют часть
энергии и изменяют направление движения (цепная реакция).
Энергия, переданная электрону, расходуется на отрыв его от
атома и придания ему скорости (кинетическая энергия);

39.

Л16-39
Характеристика γ-излучения.
в) При взаимодействии γ-кванта с кулоновским полем
ядра проявляется эффект образования электроннопозитронных пар. В результате такого взаимодействия γквант полностью теряет энергию, при этом образуется
пара отталкивающихся друг от друга частиц : позитрона и
электрона (цепная ядерная реакция).
Наиболее сильное влияние ядерная реакция оказывает
на материалы кристаллических структур, на изоляцию,
стекло, электролиты.
При облучении быстрыми нейтронами смещаются
атомы в кристаллической решетке, нарушая нормальную
работу германиевых, кремниевых диодов,
фотосопротивлений, термисторов и т.д.
Под действием ядерной реакции происходит ионизация
воздуха, что ведет к сильному возрастанию проводимости,
пробоям.

40.

Л16-40
Влияние механических нагрузок
на надежность элементов (механизмов)
Виды механических нагрузок:
► вибрации
► ветровые и ударные нагрузки
► контактные (рабочие) усилия в разъемах и реле
При вибрации происходит :
изменение расстояний между отдельными деталями
виброшумы в электронных приборах
изменения контактного сопротивления в реле

41.

Л16-41
При ударах происходит :
сжатие (остаточная деформация)
колебания с затухающей амплитудой ( может быть на
собственной частоте конструкции), что приводит к трещинам,
изломам, разрушению
ускорение при ударе ведет к изменению силы тяжести

42.

Л16-42
Меры по обеспечению надежности
при механических воздействиях:
● при проектировании – расчет конструкций на прочность;
● собственная частота колебаний элементов (устройств)
должна лежать за пределами допустимого диапазона частот
эксплуатации;
● демпфирование (в виде вязких наполнителей).

43.

Л16-43
Влияние электрических нагрузок
на надежность элементов (изделий).
Электрические нагрузки возникают при:
► передаче сигналов
► подаче питающих напряжений
► перенапряжении
Изменение электрических нагрузок ведет к изменению
температурного режима, которткому замыканию, разрывам в
цепи, потере нормальной работоспособности системы в
целом.

44.

Л16-44
②Учет субъективных факторов при эксплуатации
систем:
① Улучшение организации эксплуатации (путем
грамотного планирования профилактических работ;
обеспечение эксплуатации необходимой диагностической и
контрольно-измерительной аппаратурой; автоматизации
контроля состояния систем; правильного планирования
необходимого ЗИПа и т.д.).

45.

Л16-45
② Организация и проведение повышения
квалификации обслуживающего персонала, которое должно
предусматривать углубленное изучение: конкретной
системы, особенностей ее эксплуатации; диагностической и
контрольно-измерительной аппаратуры; технологии поиска
неисправностей, ремонта и восстановления
работоспособного состояния системы.

46.

Л16-46
Влияние человека на эффективность
функциональных систем.
① Человек как элемент системы, обеспечивающий ее
функционирование с заданной производительностью.
С появлением полностью автоматических систем функции
человека (как элемента системы) передаются устройствам, в
которых заранее запрограммированы операции по управлению
всей системы.

47.

Л16-47
② Человек как источник предпосылок к отказам.
Вмешательство человека в аппаратуру – предпосылки
к отказу. Статистика утверждает, что обслуживающий
персонал является причиной от 20% до 53% отказов. Чем
сложнее система, тем больше процент отказов.

48.

Л16-48
③Человек как элемент системы, поддерживающий ее
надежность на заданном уровне.
Сфера обслуживания систем, в основном, сфера
деятельности персонала. А всякое обслуживание приводит
не только к тому, что восстанавливаются исходные
характеристики системы, но и к возникновению
дополнительных отказов.

49.

Л16-49
④ Человек как элемент системы, обеспечивающий ее
восстановление.
Персонал влияет не только на ухудшение надежности
систем.
Роль персонала также и положительна, поскольку он
устраняет предпосылки к отказам, проводит
восстановление систем, создает условия для нормального
их функционирования.

50.

Л16-50
Техническое обслуживание при эксплуатации систем.
Под ТО понимают совокупность мероприятий,
выполняемых на системе в определенной
последовательности с целью обеспечения ее
работоспособности с заданной эффективностью.
Виды технического обслуживания :
► регламентные работы
► контроль функционирования (ручной, автоматический,
полуавтоматический)
► прогнозирование отказов

51.

Л16-51
① Для проведения регламентных работ аппаратура
должна иметь такие качества, как обслуживаемость и
доступность.
Допуска на параметры надежности, которые
контролируются по ТО, вырабатываются на этапе
испытаний изделия.
Показатели ТО:
периодичность
продолжительность
трудоемкость
стоимость

52.

Л16-52
Методы определения периодичности ТО:
o по изменению внешнего вида машин, механизмов и
применяемых материалов;
o по требованиям обеспечения безопасности работы
(вероятность безотказной работы должна быть в пределах
0,958 … 0,99);
o по технико-экономическим показателям;
o по статическим данным.

53.

Л16-53
Периодичность технического обслуживания :
для систем повседневного пользования:
►ежедневное ТО
►ТО №1 (до определенного ресурса, например, до
1000
часов работы , или до 1000км пробега
автотехники)
► ТО №2 (например, 5 тыс. часов работы, или 6 …
8 тыс. км пробега)
►сезонные (4 раза в год)
для систем, находящихся на хранении:
► ежемесячное ТО
►полугодовое ТО
►годовое ТО
►регламентные работы

54.

Л16-54
②Техническое диагностирование систем (контроль
функционирования и прогнозирование отказов)
Под технической диагностикой понимают процесс
объективного определения технического состояния и
ресурса безотказной работы системы без разборки с
использованием специального оборудования.
Области применения технической диагностики:
o при производстве систем (в процессе наладки и
приемки)
o при эксплуатации (в процессе ТО, при испытаниях,
хранении и транспортировки изделий)
o при ремонте (перед ремонтом и после ремонта)

55.

Л16-55
Виды технической диагностики :
по степени охвата изделия (общее и локальное)
по характеру взаимодействия изделия и средств
диагностики ( функциональное и тестовое)
по степени автоматизации (ручное, автоматизированное и
автоматическое)
Техническое диагностирование требует наличия на
системах встроенных средств контроля (например,
стандартные или программные датчики).

56.

Л16-56
К настоящему времени сложились основные направления, по
которым идет внедрение лазерной техники. Этими
направлениями являются:
• Лазерная локация (наземная, бортовая,
подводная).
• Лазерная связь.
• Лазерные навигационные системы.
• Лазерное оружие.
• Лазерные системы ПРО и ПКО,
создаваемые в рамках стратегической
оборонной инициативы – СОИ.

57.

Л16-57
В основе лазерной локации, так же, как и радиолокации,
лежат три основных свойства электромагнитных волн:
• Способность отражаться от объектов.
• Способность распространяться прямолинейно.
Использование узконаправленного лазерного луча,
которым производится просмотр пространства, позволяет
определить направление на объект (пеленг объекта).
• Способность лазерного излучения распространяться с
постоянной скоростью дает возможность определять
дальность до объекта.
На лазерные системы сейчас возложен ряд других задач. К
ним относятся наведение и целеуказание. Лазерные системы
наведения и целеуказания используются в вертолетах,
самолетах и беспилотных летательных аппаратах.