Основные направления повышения надежности технических систем

1. ЛЕКЦИЯ 6. ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ПОВЫШЕНИЯ НАДЕЖНОСТИ ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ

2.

1. Методы повышения надежности
сельскохозяйственной техники и мероприятия
по обеспечению надежности машин в процессе
производства.
2. Физическая основа процессов упрочняющей
технологии.
3. Классификация технологических методов
упрочнения деталей машин. Основные
процессы упрочняющей технологии.
4. Повышение надежности сельскохозяйственной
техники в процессе эксплуатации и при
ремонте.
5. Цель и виды испытаний. Планы наблюдений
и планирование испытаний.
2

3.

Задачи повышения надежности
машин реализуются на всех этапах
производства и эксплуатации машин
посредством конструкторских,
технологических и
эксплуатационных методов.
В процессе производства техники
эти задачи реализуются
посредством конструкторских и
технологических методов.
3

4.

Конструкторские методы:
1. Упрощение конструктивной схемы
машины, уменьшение числа составляющих ее
элементов. Очевидно, что более надежными
будут объекты, имеющие принципиально
простые конструктивные схемы и решения.
2. Замена элементов, лимитирующих
надежность машины, более надежными.
3. Выбор долговечных материалов деталей и
рациональных их сочетаний в сопряжениях.
4. Обеспечение функциональной
избыточности элементов машины путем
повышения запасов прочности и
эксплуатационных свойств деталей.
4

5.

Внезапные отказы при эксплуатации с.-х.
машин возникают, в основном, в результате
превышения предельно допустимых нагрузок.
Очевидно, что увеличение запаса прочности
элементов машины является одним из путей
повышения ее безотказности. Запас прочности
может быть повышен увеличением размеров
деталей или подбором материалов с более высокими
пределами прочности и другими механическими
характеристиками. Повышение запаса прочности
деталей увеличением их размеров в современных
условиях борьбы за понижение материалоемкости
конструкций не перспективно. Более
предпочтительно снижение загруженности деталей
путем рационализации формы и параметров их
рабочих поверхностей.
5

6. 5. Защита элементов машины от разрушающих действий окружающей среды. Здесь характерны такие методы, как защита поверхностей от

запыления и
загрязнения и применение защитных покрытий.
6. Установка различных датчиков и
автоматических контрольно-измерительных устройств,
сигнализирующих об изменении технического
состояния и о возникновении отказов основных
элементов машины. Установка таких устройств
позволяет предвидеть во многих случаях отказ того
или иного элемента и своевременно принять меры для
восстановления его работоспособности. Поэтому это
требование к конструкции машин в перспективе
превратится в мощное средство для решения проблем
надежности.
6

7. 7. Повышение уровня ремонтопригодности машин более рациональной компоновкой ее элементов, обеспечивающей свободный доступ к

наиболее ненадежным сборочным
единицам.
8. Обеспечение благоприятных условий
работы деталей и смазки трущихся
поверхностей.
7

8.

Интенсивность изнашивания большинства
сопряжений зависит от температуры трущихся
поверхностей и условий смазки. Поэтому
стремятся снижать температуру в узлах
трения за счет специальных систем охлаждения,
(например цилиндры двигателя и др.). Условия
смазки улучшают применением современных и
высококачественных смазочных материалов с
присадками, улучшением формы трущихся
поверхностей и применением, где это возможно,
смазки под давлением. Подачу смазки под
давлением начинают применять при смазке
наиболее ответственных деталей, которые
переводят с консистентных смазок на
жидкостную смазку.
8

9.

9. Организация при конструкторских
бюро заводов-изготовителей служб
надежности, контролирующих уровень
надежности изделий и разрабатывающих
рекомендации по повышению долговечности и
безотказности машин.
Выбор материалов, обладающих
достаточной износостойкостью, является
весьма сложной задачей, так как она зависит не
только от свойств сопряженных материалов,
но и от условий работы сопряжения, так как в
одних условиях данная пара материалов будет
износостойкой, в других – нет.
9

10.

Основные принципы подбора:
- необходимо сочетать твердый материал с
мягким, имеющим температуру рекристаллизации ниже
средней температуры поверхности трения. Пластичный
материал, не наклепываясь при работе сопряжения,
обладает положительным градиентом механических свойств
по глубине. Такое сочетание металлов хорошо противостоит
заеданию и обладает высокой надежностью;
- сочетать твердый материал с твердым. Такие
трущиеся пары обладают высокой износостойкостью,
вследствие малого взаимного внедрения их поверхностей.
Эти пары требуют нанесения приработочных покрытий, для
повышения их надежности в период приработки. Однако они
требуют также высокой точности изготовления и сборки,
жесткости конструкции и обеспечение хороших условий
смазки;
10

11.

- следует избегать пар трения из однородных
металлов, особенно в условиях несовершенной
смазки, так как подобные пары обладают легкой
схватываемостью. В тех случаях, когда этого
невозможно избежать, необходимо, чтобы их
твердость отличалась не меньше чем на 10 единиц
по Бринелю;
- применение антифрикционных
подшипниковых сплавов, которые должны иметь
структуру, состоящую из твердых включений в
пластичной матрице (типичный представитель –
баббиты). Это обеспечивает хорошую
прирабатываемость и высокую несущую
способность;
11

12.

- применять в труднодоступных для смазывания
конструкциях пористые металлокерамические
материалы и антифрикционные сплавы,
обеспечивающие самосмазывание за счет капилляров,
образовавшихся между частицами;
- применять в качестве антифрикционных и
фрикционных материалов пластические массы. В ряде
случаев они повышают надежность и срок службы
узлов, уменьшают массу, расход цветных металлов,
снижают шум и вибрацию машин;
- использовать материалы, при работе которых
на поверхностях трения образуются защитные окисные
пленки (окислительное изнашивание) или пленки из
структурных составляющих цветных металлов
(избирательный перенос).
12

13.

Особенности конструкторских
требований с позиции обеспечения
ремонтопригодности машин можно
представить в виде следующих критериев:
1. Конструктивная законченность и
достаточно легкая отделимость агрегата
машины (коробки передач, двигателя,
заднего и переднего моста и т. д.).
Выполнение этого требования позволяет
более успешно решать вопросы организации
агрегатного метода ремонта.
2. Обеспечение конструкторской и
технологической доработанности
агрегатов в отношении ресурса их деталей
и узлов.
13

14.

3. Унификация агрегатов, узлов и деталей
различных машин. Это требование позволит
значительно облегчить снабжение запчастями и
организацию ремонта и эксплуатации изделий в
хозяйствах.
4. Обеспеченность быстро
изнашивающиеся сопряжения машин
легкосъемными деталями в виде втулок, колец,
вкладышей и т.д. Эта особенность определяет
возможность устранения отказов путем замены
быстроизнашивающихся деталей.
5. Конструкция агрегатов и узлов машины
должна обеспечивать достаточное удобство
при производстве разборочно-сборочных работ.
6. Конструкция регулируемых сопряжений
должна обеспечивать необходимые удобства
для проведения регулировок и обеспечивать их
стабильность.
14

15.

Технологические методы повышения
надежности при производстве
В технологическую систему производства
входят: оборудование, оснастка, заготовки,
детали, изделия, средства контроля и
испытаний, и технологическая документация,
операторы, контролеры и т. д.
Цель технологических методов –
достижение в производстве показателей и
параметров, заданных конструкторами при
проектировании деталей, агрегатов и машин.
15

16.

К основным технологическим методам
относятся следующие.
1. Обеспечение необходимой
точности изготовления деталей.
С повышением точности изготовления
деталей появляется возможность
уменьшить начальные зазоры в
подвижных соединениях и более жестко
регламентировать натяги в неподвижных
соединениях, что значительно повышает
долговечность таких соединений и машины
в целом.
16

17.

2. Обеспечение оптимального качества рабочих
поверхностей. От качества поверхности зависят
изнашивание, коррозия, статическая и динамическая
прочность деталей машин. От исходной
шероховатости рабочих поверхностей зависит
качество посадки как с зазором, так и с натягом. При
значительной шероховатости срезаются
микровыступы в процессе запрессовки и ослабевает
неподвижная посадка. Повышенная шероховатость
также противопоказана для приработки подвижных
соединений, так как уменьшается площадь
фактического контакта, повышается давление,
нарушается режим жидкостной смазки и возникает
опасность задиров. Однако и чрезмерно гладкая
поверхность не всегда нужна, так как на ней не
удерживается масляная пленка.
3. Обеспечение необходимых прочностных
характеристик деталей.
17

18.

18
Физическая основа процессов упрочняющей
технологии и классификация технологических
методов упрочнения деталей машин.
Физической основой упрочняющих технологий
является целенаправленное изменение свойств
поверхностного слоя деталей посредством
механического, термического, химического и
электрического воздействия, в т.ч. и в их комбинации.
Упрочняющие технологии разделяются на:
Механические;
Термические;
Химико-термические;
Химические;
Нанесение гальванических и
электрохимических покрытий.

19.

19
Механические технологии:
Обработка резанием. При обработке резанием на
20-30 % увеличивается твердость обработанной
поверхности за счет образования упрочненного
слоя глубиной 0,05-0,5 мм, кроме того
образующиеся в поверхностном слое остаточные
напряжения сжатия 3-7 МПа положительно влияют
на износ.
Упрочнение деталей поверхностным пластическим
деформированием. При поверхностном
пластическом деформировании в результате
операций накатки, дробеструйной обработки,
чеканки и т.п. повышается усталостная
прочность деталей, работающих при циклических
нагрузках, в 1,5…2,0 раза увеличивается твердость
рабочих поверхностей и сопротивляемость их
изнашиванию и коррозии.

20.

Термические технологии:
20
Это поверхностная закалка, осуществляемая
следующими способами:
- пламенная - газом и кислородом, керосин-кислород.
Охлаждение - вода, эмульсия, воздух;
- поверхностная закалка с контактным нагревом током
от понижающего трансформатора (сварочного). В
контакте - тепло, охлаждение водой, эмульсией;
- ТВЧ-закалка - индуктор с охлаждением;
- закалка с нагревом в электролите (раствор
кальцинированной соды подключают к «+», а деталь - к
«-»);
- обработка рабочих поверхностей деталей лучом
лазера. Обработанные таким образом рабочие
поверхности отличаются повышенной прочностью и
износостойкостью. При этом не наблюдается
коробление деталей.

21.

21
Химико-термические технологии.
Из возможных видов химико-термической
обработки поверхности наиболее
распространены следующие:
- Цементация - насыщение углеродом
поверхностного слоя малоуглеродистых (до
0,3%С) сталей при нагревании в углеродистой
среде до 900 С без доступа воздуха. Поверхность
твердая, сердцевина мягкая. При этом всегда
применяется закалка
- Азотирование стали - насыщение
поверхностного слоя азотом при нагревании ее
до 900 С в среде аммиака. Износостойкость
увеличивается в 8 - 20 раз.

22.

22
- Цианирование - одновременно
используются азот и углерод (530-650 С
- низкотемпературное, 800-930С высокотемпературное).
- Оксидирование - образуется
искусственная оксидная пленка,
предупреждает заедание. Ведется в
ваннах щелочных и кислых при t
раствора 138...165 С.

23.

23
- Фосфатирование - образование пленки
нерастворимых фосфатных солей (в
ванне до 90С) либо в струе. Пленка
жаростойка до 600 С, хороша для
приработки.
- Сульфидирование - обогащение слоев
стальных изделий серой. Ведут в жидкой,
твердой или газообразной среде при
температуре от 150 С до 950 С. Ускоряется
приработка, активизируется действие
смазки.

24.

24
Гальванические и электрохимические
технологии.
- Электролитическое хромирование. Хром
обладает высокой твердостью, прочностью,
химической стойкостью. Хром мало
изнашивается сам, почти не изнашивает
сопряженную с ним стальную или чугунную
поверхность. Покрытие гладкое или пористое.
- Электролитическое никелирование.
Применяется для повышения износостойкости.
При трении без смазки износостойкость
никелевого покрытия в 2-3 раза выше, чем у
закаленной стали, но на 10-20 % ниже, чем
хромированной поверхности.
- Серебрение. Для электропроводности и
антикоррозии. Слабо сцепляется с основой.

25. Эксплуатационные методы повышения надежности Для обеспечения высоких показателей долговечности и безотказности машин при

эксплуатации необходимы следующие мероприятия.
1. Качественная обкатка новых и отремонтированных
машин в хозяйстве. Ее необходимо проводить в
соответствии с рекомендацией заводов-изготовителей
или ремонтных предприятий.
По завершении обкатки снимают ограничение
мощности и проводят первое техническое
обслуживание с заменой смазочных материалов в
двигателе и агрегатах трансмиссии и ходовой части.
2. Организация технического обслуживания и создание
для его проведения необходимой материальной базы.
3. Проведение периодических технических осмотров
машин.
4. Соблюдение режимов работы машин.
25

26. 5. Соблюдение рекомендаций заводов-изготовителей по применению топлива, масла и смазочных материалов. 6. Контроль и обеспечение

5. Соблюдение рекомендаций заводовизготовителей по применению топлива, масла
и смазочных материалов.
6. Контроль и обеспечение достаточной
герметизации агрегатов и механизмов машин.
Например при подсосе 1% не
фильтрованного воздуха интенсивность
изнашивания верхних поршневых колец
увеличивается в 4 раза.
7. Соблюдение установленных правил
хранения машин.
8. Повышение уровня квалификации
механизаторов.
26

27.

Повышение надежности техники при ремонте
К основным методам повышения надежности
отремонтированных машин относятся следующие.
1. Проведение предремонтного диагностирования
в мастерских хозяйств для определения
необходимых ремонтных воздействий и разборки
соответствующих агрегатов машин.
2. Обеспечение сохраняемости ремонтного фонда,
поступающего на ремонтные предприятия.
Достигается организацией складов и площадок,
использованием специальных подставок и
прокладок, антикоррозионных смазочных
материалов и других средств. При
неудовлетворительном хранении ремонтный фонд
может быть превращен в металлолом.
27

28.

3. Выполнение разборочных работ без
повреждения деталей и разукомплектовки
соответствующих пар.
Для исключения повреждения деталей при
разборке следует использовать съемники,
прессы, стенды и другие средства
механизации.
Для сохранения комплектов деталей
применяют различные контейнеры. Нельзя
разукомплектовывать блоки цилиндров и
крышки подшипников коленчатого вала,
шатуны и их крышки, пары зубчатых колес
конечных и других передач.
28

29.

4. Выполнение на ремонтных предприятиях
качественной очистки машин, агрегатов и
деталей от различных загрязнений.
Удаление накипи, нагара,
асфальтосмолистых и других загрязнений
отличается определенными трудностями
и требует использования современного
оборудования (например, ультразвукового),
новых моющих средств, обеспечения
соответствующих режимов очистки.
Только при высококачественной
наружной очистке и промывке масляных
каналов в блоке и коленчатом вале можно
увеличить ресурс двигателя ЯМЗ на 30 %.
5. Контроль и дефектация деталей.
29

30.

Испытание тракторов на МИС
проводят по ГОСТ 7057–73 «Тракторы
сельскохозяйственные. Методы
испытаний». При этом хронометрируют
работу машин, собирают полную
информацию о всех отказах и оценивают
ремонтопригодность машины.
Недостатком испытания машин на МИС
является их относительная
кратковременность, а главное – малое
количество одновременно испытуемых
машин одной марки.
30

31.

При разовом обследовании машин
путем опроса механизаторов
выявляют типичные, часто
встречаемые отказы, причины их
появления в условиях эксплуатации.
Разовое обследование не позволяет
получить достаточную информацию
о надежности машин и служит
вспомогательным методом сбора
дополнительной информации.
Преимущество этого метода –
возможность в короткий срок
собрать информацию об отказах
одновременно большого количества
машин.
31

32.

Наиболее достоверный метод сбора
информации о надежности – это
систематическое наблюдение за большим
количеством машин одной марки при
эксплуатации их в хозяйствах.
В процессе наблюдения машины в
специальный журнал записывают
исходные данные, условия работы и
наработку машины нарастающим итогом
и регистрируют все случаи простоя
машины по техническим причинам.
32

33.

Объектом экспериментальной
оценки надежности является обычно
целая партия машин, которую
называют генеральной совокупностью.
Если число машин в партии велико, то
испытаниям подвергаются не все
образцы, а некоторая их часть,
называемая выборкой.
33

34.

34
В процессе сбора информации в
хозяйственных условиях возможны
различные варианты планов испытаний
или наблюдений регламентированных ГОСТ
27.002–83. ГОСТ предусматривает 13 планов
испытаний, из которых для испытания на
надежность с.-х. техники чаще всего
используются следующие четыре:
План испытаний NUN, согласно которому
одновременно испытывают N объектов.
Отказавшие во время испытаний объекты
не восстанавливают (буква U) и не
заменяют. Испытания прекращают при
отказе последнего объекта.

35.

35
План испытаний NUT, согласно которому
одновременно испытывают N объектов.
Отказавшие во время испытаний объекты
не восстанавливают (буква U) и не
заменяют. Испытания прекращают при
истечении времени испытаний или
наработки Т для каждого неотказавшего
объекта.
План испытаний NUr, согласно которому
одновременно испытывают N объектов.
Отказавшиеся во время испытаний объекты
не восстанавливают и не заменяют.
Испытания прекращают, когда число
отказавших объектов достигло r. При r = N
имеем план NUN.

36.

36
План испытаний NRT, согласно которому
одновременно начинают испытания N объектов.
Отказавшие во время испытаний объекты
заменяют новыми (буква R). Испытания
прекращают при истечении времени испытаний
или наработки T для каждой из N позиций (каждый
из N объектов занимает определенную позицию
(стенд, испытательную площадку и т. д.),
применительно к которой в дальнейшем
исчисляется продолжительность испытаний Т
независимо от замен объектов, отказавших на
данной позиции).
При выборе плана испытаний необходимо
ориентироваться на минимум средней
продолжительности или стоимости испытаний.
В отдельных случаях выбирают план
испытаний, обеспечивающий достаточную
точность.