Согласно ГОСТ 13377-75 ресурсом называют наработку объекта от начала или возобновления эксплуатации до наступления предельного состояния.
В зависимости от того, как выбирают начальный момент времени, в каких единицах измеряют продолжительность эксплуатации и что понимают под предельным состоянием — понятие ресурса получает различное истолкование.
В качестве меры продолжительности может быть выбран любой неубывающий параметр, характеризующий продолжительность эксплуатации объекта. Единицы для измерения ресурса выбирают применительно к каждой отрасли и к каждому классу машин, агрегатов и конструкций отдельно. С точки зрения общей методологии наилучшей и универсальной единицей остается единица времени.
Во-первых, время эксплуатации технического объекта в общем случае включает не только время его полезного функционирования, но и перерывы, в течение которых суммарная наработка не возрастает, НО! в эти перерывы объект подвергается воздействию окружающей среды, нагрузкам и т.д. Процесс старения материалов вызывает уменьшение общего ресурса.
Во-вторых, назначенный ресурс тесно связан с назначенным сроком службы, определяемым как календарная продолжительность эксплуатации объекта до его списания и измеряемым в единицах календарного времени. Назначенный срок службы в значительной степени связан с темпами научно-технического прогресса в данной отрасли. Применение экономико-математических моделей для обоснования назначенного ресурса требует измерения ресурса не только в единицах наработки, но и в единицах календарного времени.
В-третьих, в задачах прогнозирования остаточного ресурса функционирование объекта на отрезке прогнозирования представляет собой случайный процесс аргументом которого является время.
Исчисление ресурса в единицах времени позволяет поставить задачи прогнозирования в наиболее общей форме. Здесь возможно применение единиц времени как непрерывных независимых переменных, так и дискретных, например, число циклов.
Начальный момент времени при исчислении ресурса и срока службы на стадии проектирования и на стадии эксплуатации определяется по-разному.
На стадии проектирования за начальный момент времени обычно принимают момент ввода объекта в эксплуатацию или, точнее, начало его полезного функционирования.
Для объектов находящихся в эксплуатации, в качестве начального можно выбрать момент последней инспекции или профилактического мероприятия, либо момент возобновления эксплуатации после капитального ремонта. Это может быть также произвольный момент, в который поставлен вопрос о его дальнейшей эксплуатации.
Понятие предельного состояния, соответствующего исчерпанию ресурса, также допускает различное толкование. В одних случаях причиной прекращения эксплуатации служит моральный износ, в других – чрезмерное снижение эффективности, которое делает дальнейшую эксплуатацию экономически нецелесообразной, в-третьих — снижение показателей безопасности ниже предельно допустимого уровня.
Не всегда удается установить точные признаки и значения параметров, при которых состояние объекта следует квалифицировать как предельное. Применительно к котельному оборудованию основанием для его списания служит резкое увеличение интенсивности отказов, продолжительности простоев и расходов на ремонт, что делает дальнейшую эксплуатацию оборудования экономически нецелесообразной.
Выбор назначенного ресурса и назначенного (планового) срока службы – технико-экономическая задача, решаемая на этапе разработки проектного задания. При этом учитывается современное техническое состояние и темпы научно-технического прогресса в данной отрасли, принятые в данное время нормативные значения коэффициентов эффективности капитальных вложений и др.
На стадии проектирования назначенные ресурс и срок службы являются заданными величинами. Задача конструктора и разработчиков подобрать материалы, конструктивные формы, размеры и технологические процессы так, чтобы обеспечить плановые значения показателей для проектируемого объекта. На стадии проектирования, когда объект еще не создан, его расчет, в том числе оценку ресурса, производят на основании нормативных документов, которые в свою очередь основаны (явно или неявно) на статистических данных о материалах, воздействиях и условиях эксплуатации аналогичных объектов. Таким образом, прогнозирование ресурса на стадии проектирования должно быть основано на вероятностных моделях.
Применительно к эксплуатируемым объектам понятие ресурса также можно толковать по-разному. Основным понятием здесь является индивидуальный остаточный ресурс – продолжительность эксплуатации от данного момента времени до достижения предельного состояния. В условиях эксплуатации по техническому состоянию межремонтные периоды также назначаются индивидуально. Поэтому вводят понятие индивидуального ресурса до ближайшего среднего или капитального ремонта. Аналогично вводят индивидуальные сроки для других профилактических мероприятий.
В то же время индивидуальное прогнозирование требует дополнительных расходов на средства технической диагностики, на встроенные и внешние приборы, регистрирующие уровень нагрузок и состояние объекта, на создание микропроцессоров для первичной переработки информации, на разработку математических методов и программного обеспечения, позволяющих получать обоснованные выводы на основании собранной информации.
В настоящее время эта проблема является первоочередной для двух групп объектов.
К первой относятся самолеты гражданской авиации. Именно здесь впервые применены датчики для регистрации нагрузок, действующих на самолет в процессе эксплуатации, а также датчики ресурса, позволяющие судить о накопленных в конструкции повреждениях, а, следовательно, об остаточном ресурсе.
Вторую группу объектов, для которых проблема прогнозирования индивидуального остаточного ресурса стала актуальной, составляют крупные энергетические установки. Это тепловые, гидравлические и атомные электростанции, большие системы для передачи и распределения энергии и топлива. Будучи сложными и ответственными техническими объектами они содержат напряженные узлы и агрегаты, которые при аварии могут стать источником повышенной опасности для людей и окружающей среды.
Ряд тепловых электростанций, рассчитанных на срок службы 25-30 лет, к настоящему моменту выработали свой ресурс. Поскольку оборудование этих электростанций находится в удовлетворительном техническом состоянии, и они продолжают вносить существенный вклад в энергетику страны, возникает вопрос о возможности дальнейшей эксплуатации без перерывов на реконструкцию основных блоков и агрегатов. Для вынесения обоснованных решений необходимо иметь достаточную информацию о нагруженности основных и наиболее напряженных элементов в течение всего предыдущего периода эксплуатации, а также об эволюции технического состояния этих элементов.
При создании новых энергетических установок, среди которых особое значение имеют атомные электростанции, необходимо предусматривать их оснащение не только системами раннего предупреждения отказов, но и более основательными средствами для диагностики и идентификации состояния их основных компонентов, регистрации нагрузок, переработки информации и установления прогноза относительно изменения технического состояния.
Прогнозирование ресурса – составная часть теории надежности. Понятие надежности носит комплексный характер, в него входит ряд свойств объекта.
Качество продукции - совокупность свойств продукции, обусловливающих ее пригодность удовлетворять определенные потребности в соответствии с назначением (ГОСТ 15467-79). Согласно международному стандарту ISO 8402.1994, качество определяется как совокупность характеристик объекта (деятельности или процесса, продукции, услуги и др.), относящихся к его способности.
Качество продукции (работ, услуг) определяется такими понятиями, как «характеристика», «свойство» и «качество». Характеристика – это взаимосвязь зависимых и независимых переменных, выраженная в виде текста, таблицы, математической формулы, графика. Описывается, как правило, функционально. Свойство продукции представляет собой объективную особенность продукции, которая может проявляться при ее создании, эксплуатации или потреблении. Качество продукции формируется на всех этапах ее жизненного цикла. Свойство продукции выражается показателями качества, т.е. количественными характеристиками одного или нескольких свойств продукции, входящих в качество и рассматриваемых применительно к определенным условиям ее создания и эксплуатации или потребления.
В зависимости от роли, выполняемой при оценке, различают классификационные и оценочные показатели. Классификационные показатели характеризуют принадлежность продукции к определенной группе в системе классификации и определяют назначение типоразмер, область применения и условия использования продукции. Вся промышленная и сельскохозяйственная продукция систематизирована, имеет кодовое обозначение и в виде различных классификационных группировок включена в Общероссийский классификатор продукции (ОКП). Классификационные показатели используются на исходных этапах оценки качества продукции для формирования групп аналогов оцениваемой продукции. В оценке качества продукции эти показатели, как правило, не участвуют.
Оценочные показатели количественно характеризуют те свойства, которые образуют качество продукции как объекта производства и потребления или эксплуатации. Они используются для нормирования требований к качеству, оценки технического уровня при разработке стандартов, проверки качества при контроле, испытаниях и сертификации. Оценочные показатели разделяют на функциональные, ресурсосберегающие и природоохранные.
1. Функциональные показатели характеризуют свойства, определяющие функциональную пригодность продукции удовлетворять заданные потребности. Они объединяют показатели функциональной пригодности, надежности, эргономичности и эстетичности:
1.1. показатели функциональной пригодности характеризуют техническую сущность продукции, свойства, определяющие способность продукции выполнять свои функции в заданных условиях использования по назначению (например, единичные показатели – грузоподъемность, вместимость и водонепроницаемость, комплексные – калорийность, производительность);
1.2. показатели надежности продукции характеризуют ее способность сохранять во времени (в установленных пределах) значения всех заданных показателей качества при соблюдении заданных режимов и условий применения, технического обслуживания, ремонта, хранения и транспортировки. Единичными показателями надежности являются показатели безотказности, ремонтопригодности, долговечности и сохраняемости, комплексными (обеспечивающими несколько свойств) – безотказность и восстанавливаемость:
Долговечность — свойство изделия сохранять работоспособность до предельного состояния с необходимыми перерывами для технического обслуживания и ремонтов. Предельное состояние изделия определяется в зависимости от его схемно-конструктивных особенностей, режима эксплуатации и сферы использования. Для многих неремонтируемых изделий (например, осветительные лампы, шестерни, узлы бытовых электро- и радиоприборов) предельное состояние совпадает с отказом. В ряде случаев предельное состояние определяется достижением периода повышенной интенсивности отказов. Таким методом определяется предельное состояние для компонент автоматических устройств, выполняющих ответственные функции. Применение этого метода обусловлено снижением эффективности эксплуатации изделий, компоненты которых имеют повышенную интенсивность отказов, а также нарушением требований безопасности. Период эксплуатации неремонтируемых изделий до предельного состояния устанавливается по результатам специальных испытаний и вносится в техническую документацию на изделия. Если нельзя заранее получить сведения об изменении интенсивности отказов, предельное состояние изделия определяется непосредственным обследованием его состояния в процессе эксплуатации.
Предельное состояние ремонтируемых изделий определяется неэффективностью их дальнейшей эксплуатации из-за старения и частых отказов или увеличения затрат на ремонт. В некоторых случаях критерием предельного состояния ремонтируемых изделий может быть нарушение требований безопасности, например на транспорте. Предельное состояние может также определяться моральным устареванием.
Долговечность сокращается при неправильной эксплуатации зданий и сооружений, перегрузках конструкций, а также при резко выраженных разрушающих влияниях окружающей среды (действие влаги, ветра, мороза и т.д.). Большое значение для обеспечения Долговечность имеет правильный выбор конструктивных решений с учётом особенностей климата и условий эксплуатации. Повышение Долговечность достигается применением строительных и изоляционных материалов, обладающих высокой стойкостью при замораживании и оттаивании, влагостойкостью, биостойкостью, и защитой конструкций от проникновения в них разрушающих агентов и прежде всего жидкой влаги. В строительных нормах и правилах, действующих в СССР, установлены следующие степени долговечности ограждающих конструкций: I степень со сроком службы не менее 100 лет, II - 50 лет и III - 20 лет.
Показатели долговечности характеризуют свойство изделия сохранять работоспособность до предельного состояния с необходимыми перерывами для технического обслуживания и ремонтов. К ним относятся ресурс, гамма-процентный ресурс, назначенный ресурс, средний ресурс, ресурс до первого капитального ремонта, межремонтный ресурс, суммарный ресурс, средний срок службы, медианный срок службы, срок службы до первого капитального ремонта, межремонтный срок службы, срок службы до списания.
Долговечность определяется двумя условиями: физическим либо моральным износом
— Физический износ наступает в том случае, когда дальнейший ремонт и эксплуатация элемента или системы становятся уже невыгодными, так как затраты превышают доход в эксплуатации;
— Моральный износ означает несоответствие параметров элемента или системы современным условиям их эксплуатации.
Различают показатели долговечности, характеризующие долговечность по наработке и по календарному времени службы. Показатель, характеризующий долговечность изделия по наработке, называется ресурсом; показатель, характеризующий долговечность по календарному времени, - сроком службы. Различают ресурс и срок службы до первого капитального ремонта, между капитальными ремонтами, до выбраковки изделия.
– Наработка - это продолжительность (или объем) работы изделия, измеряемая в часах (мото-ч), километрах пробега, циклах, кубометрах или других единицах, специфичных для данной машины. Наработку нельзя смешивать с календарной продолжительностью (сроком службы), так как два изделия за один и тот же срок службы могут иметь неодинаковую (различную наработку);
Т = 1/m * Σti
где ti - наработка i-го объекта между отказами; m - число отказов.
Различают: суточная наработка, месячная наработка, наработка до первого отказа, наработка между отказами, наработка между двумя капитальными ремонтами. Наработка - один из показателей надёжности. Измеряется в часах (минутах), кубометрах, гектарах, километрах, тоннах, циклах и т.п. Наработка зависит от технических характеристик изделия и условий его эксплуатации. Так, суточная наработка экскаватора, выраженная в кубометрах вынутого грунта, зависит от продолжительности его работы, от физических свойств почвы, от объёма ковша и т.п. Поскольку на наработку влияют такие факторы, как температура и влажность окружающей среды, различие в структуре и прочности деталей и механизмов, из которых состоит устройство, и т.д., можно считать наработку случайной величиной. Её характеристиками являются средняя наработка до первого отказа для неремонтируемых устройств и средняя наработка между отказами (наработка на отказ) для ремонтируемых устройств.
Наработка на отказ - технический параметр, характеризующий надёжность ремонтируемого прибора, устройства или технической системы.
Средняя продолжительность работы устройства между ремонтами, то есть показывает какая наработка в среднем приходится на один отказ. Выражается обычно в часах.
Для программных продуктов обычно подразумевается срок до полного перезапуска программы или полной перезагрузки операционной системы.
Наработка между отказами — от окончания восстановления работоспособного состояния объекта после отказа до возникновения следующего отказа.
Наработка до отказа - эквивалентный параметр для неремонтопригодного устройства. Поскольку устройство неремонтируемое, то это просто среднее время, которое проработает устройство до того момента, как сломается.
На стадии проектирования изделия его средняя наработка до первого отказа или наработка на отказ рассчитывается по характеристикам безотказности комплектующих элементов; при эксплуатации изделия эти показатели определяются методами математической статистики по данным о наработке однотипных устройств.
– Ресурс - суммарная наработка изделия до определенного состояния, оговоренного в технической документации, Различают ресурс до первого ремонта, межремонтный, назначенный, полный, остаточный, суммарный и др.
Ресурс технический — наработка технического устройства (машины, системы) до достижения им предельного состояния, при котором его дальнейшая эксплуатация невозможна или нежелательна из-за снижения эффективности либо возросшей опасности для человека. Ресурс технический представляет собой случайную величину, так как продолжительность работы устройства до достижения им предельного состояния зависит от большого числа не поддающихся учёту факторов, таких, например, как условия окружающей среды, структура самого устройства и т.п. Различают средний, гамма-процентный и назначенный ресурс.
Назначенный ресурс - наработка изделия, при достижении которой эксплуатация его должна быть прекращена независимо от технического состояния изделия. Этот ресурс назначается в технической документации с учетом безопасности и экономичности.
Технический Средний Ресурс — это математическое ожидание ресурса технического;
Гамма-процентный ресурс технический — наработка, в течение которой устройство не достигнет предельного состояния с заданной вероятностью (g процентов);
Длительность назначенного ресурса технического определяется условиями безопасной эксплуатации устройства.
Полный технический ресурс - наработка от начала до конца эксплуатации для невосстанавливаемого изделия или до ремонта для восстанавливаемого.
Остаточный технический ресурс -расчетная наработка от рассматриваемого момента до конца эксплуатации или до ремонта.
Суммарный технический ресурс - наработка восстанавливаемого изделия на протяжении его срока службы до списания.
Моторесурс — наработка какой-либо машины с двигателем внутреннего сгорания (автомобиля, трактора и др.) или самого двигателя внутреннего сгорания до предельного состояния, при котором их дальнейшая эксплуатация вообще невозможна или связана с недопустимым снижением эффективности и нарушениями требований техники безопасности. Моторесурс для транспортных машин определяется пробегом в километрах, пройденным от начала эксплуатации до момента достижения предельного состояния. Для тракторов и др. нетранспортных машин, а также для двигателей внутреннего сгорания моторесурс определяется количеством часов работы, для сельско-хозяйственных комбайнов - количеством га убранной площади.
Используются также такие показатели как предельный и допустимый износ.
Предельный износ — это износ, соответствующий предельному состоянию изнашивающегося изделия. Основными признаками приближения предельного износа являются увеличение расхода топлива, снижение мощности, снижение прочности деталей, т. е. дальнейшая работа изделия становится технически ненадежной и экономически нецелесообразной. При достижении предельных износов деталей и соединений их полный ресурс (Тп) исчерпывается, и необходимо принимать меры для его восстановления.
Допустимый износ — износ, при котором изделие сохраняет работоспособность, т. е. при достижении этого износа детали или соединения могут работать без их восстановления еще целый межремонтный срок. Допустимый износ меньше предельного, и остаточный ресурс деталей не исчерпан.
Срок службы — период времени от начала эксплуатации технического устройства до достижения им предельного состояния. Срок службы включает наработку устройства и время простоев всех видов, обусловленных как техническим обслуживанием и ремонтом, так и организационными или иными причинами. Срок службы устройств одного типа может быть различен, т.к. на него влияют многие случайные факторы, не поддающиеся учёту, например проявление особенностей структуры устройства, условия его эксплуатации. Поэтому для количественной оценки срока службы используют вероятностные показатели, например средний срок службы (математическое ожидание срока службы) и гамма-процентный срок службы (календарный период эксплуатации, в течение которого устройство не достигнет предельного состояния с заданной вероятностью гамма %).
Назначенный срок службы - период эксплуатации, по истечении которого изделие снимается с эксплуатации окончательно (и подлежит списанию) или направляется на обследование его технического состояния с целью определения пригодности к дальнейшей работе. Если устройство эксплуатируется непрерывно, то его срок службы совпадает с ресурсом техническим. Во всех остальных случаях соотношение между сроком службы и ресурсом устройства определяется интенсивностью эксплуатации.
Интенсивность эксплуатации, показатель, характеризующий режим использования изделия; выражается отношением продолжительности эксплуатации изделия к календарному периоду (в часах), в течение которого осуществляется наработка.
То есть показатели ресурс и срок службы имеют много общего, так как они определяются одним и тем же предельным состоянием, однако существенно отличаются один от другого. При одном и том же ресурсе может быть различный срок службы в зависимости от интенсивности эксплуатации изделия. Например, два двигателя каждый с ресурсом 12 тыс. мото-ч в год с интенсивностью эксплуатации 3 тыс. и 6 тыс. мото-ч будут иметь соответственно срок службы первый 4 года, второй 2 года.
Таким образом, для повышения долговечности ремонтируемых машин, отдельных узлов, соединений, а также деталей путем их восстановления, выбора рационального способа восстановления и материала покрытия, определения расхода запасных частей весьма важно знать и уметь оценивать величины предельных износов и других показателей долговечности.
Основными техническими оценочными показателями долговечности являются ресурс и срок службы. При характеристике показателей следует указывать вид действия после наступления предельного состояния объекта (например, средний ресурс до капитального ремонта; гамма-процентный ресурс до среднего ремонта и т. д.).
Список использованной литературы
1. Басовский Л. Е., Протасьев В. Б. Управление качеством: Учебник. — М.: ИНФРА — М, 2001. -212 с.
2. Белейчева А.С., Гаффорова Е.Б. Экспертная оценка продукции-инструмент определения удовлетворенности потребителей//Методы менеджмента качества.-2002-№6
3. Гиссин В.И. Управление качеством продукции: Учебн. пособие. — Ростов н/Д: Феникс, 2000.
Не менее важной из числа ЭТХ является долговечность – свойство конструкции объекта сохранять работоспособность до наступления предельного состояния при заданной системе ТОиР. При этом предельным считается такое состояние объекта, при котором его дальнейшее применение по назначению недопустимо или нецелесообразно.
Признаки предельного состояния устанавливаются нармативно-технической документацией на данный объект эксплуатации.
Долговечность зависит от многочисленных факторов, которые можно подразделить на прочностные, эксплуатационные и организационные.
Прочностные включают конструктивные, производственные, технологические, нагрузочные и температурные факторы. Они происходят из-за концентрации напряжений в элементах конструкции и остаточных напряжений, возникающих при несовершенной технологии и за счет пластических деформаций при сборке узлов или ремонте, и зависят от свойств материалов и их изменения во время эксплуатации. Решающее воздействие на конструкцию ЛА оказывает также и внешняя среда.
Эксплуатационные факторы включают: режимы полета, различающиеся по скорости, высоте, применяемым маневрам, полетной массе ЛА: состояние ВПП; продолжительность руления и буксировки по ВПП; индивидуальные особенности членов экипажа и их профессиональную подготовку; метеорологические и климатические условия полетов, в том числе турбулентность атмосферы, градиенты температуры по высоте, снег, град и др.; квалификацию инженерно-технического персонала (ИТП), определяемую, в частности, знанием конструкции ЛА, полнотой обнаружения неисправностей и повреждений, мест начального развития трещин, своевременностью и эффективностью мер по их локализации и устранению; качеством и полнотой профилактических мероприятий, а также качеством использования применяемых средств контроля технического состояния ЛА и др.
Организационные факторы включают: техническую общеинженерную и специальную подготовку ИТП; выбор соответствующей стратегии и методов; ритмичность в проведении форм ТО по принятой программе и проведение текущих ремонтов; своевременность в обеспечении производства запасными частями при появлении отказов и выполнении текущих ремонтов; применяемые методы и средства механизации и автоматизации процессов подготовки ЛА к полетам; поиск неисправностей, отказов и их устранение; выполнение других работ, связанных с подготовкой ЛА к полетам, в особенности использования автоматизированных средств контроля технического состояния всех функциональных систем ЛА и др.
Долговечность, как и безотказность, оценивается определенной совокупностью показателей. Для количественной оценки долговечности используется понятие ресурса и срока службы. При этом ресурс измеряется в часах наработки, посадках, циклах, а срок службы – календарной продолжительностью эксплуатации объекта.
Применительно к ЛА, двигателям, агрегатам и изделиям приняты следующие виды ресурсов и сроков службы .
Гарантийный ресурс (срок службы) – наработка (календарное время), в течение которой предприятие-изготовитель несет ответственность за техническое состояние объекта при условии выполнения инструкции по эксплуатации. В течение гарантийного ресурса возникающие на объекте отказы и повреждения изготовитель устраняет своими силами за свой счет.
Ресурс (срок службы) до первого ремонта – наработка (календарное время) от начала эксплуатации до поступления объекта в первый ремонт.
В процессе разработки объекта конструкторы стремятся обеспечить максимальное значение ресурса до первого ремонта, так как это связано с эффективностью использования объекта по назначению. При этом стараются также выполнить требования, чтобы ресурсы до ремонта комплектующих изделий и агрегатов были соответственно не меньше ресурса до первого ремонта основного объекта (летательного аппарата, двигателя).
Межремонтный ресурс (срок службы) – наработка (календарное время) между двумя смежными ремонтами объекта. Межремонтные ресурсы устанавливаются на основе обобщения опыта эксплуатации и первого ремонта объекта. Их значения, как правило, меньше значений до первого ремонта объекта. В лучшем случае они могут быть равными.
Средний ресурс (срок службы) – математическое ожидание ресурса (срока службы) объекта эксплуатации. Этот показатель обычно используют при обработке данных испытаний элементов конструкции и узлов до предельного состояния, обусловленного, например, усталостным разрушением, износом и т.д. Его также используют при обработке статистических данных по отказам, возникающим в эксплуатации.
Гамма-процентный ресурс (срок службы) – наработка (календарное время), в течение которой объект не достигнет предельного состояния с заданной вероятностью , выраженной в процентах. При заданном значении мы имеем вполне определенное значение гамма-процентного ресурса Т р, (рис.3.3).
Рис.3.3. Схема определения гамма-процентного ресурса: T p ( =2000ч; T p ( =3000ч.
– суммарная наработка (календарное время), при достижении которой применение объекта по назначению должно быть прекращено.
Назначенные ресурсы по характеру обоснования различаются на расчетные – обоснованные соответствующими расчетами и подтвержденные – обоснованные различными испытаниями. При эксплуатации объекта руководствуются подтвержденными назначенными ресурсами.
Процесс подтверждения ресурса является ступенчатым, поэтапным. Поэтому действующий в тот или иной промежуток времени эксплуатации объекта назначенный ресурс носит название временного назначенного ресурса (срока службы).
Значения показателей долговечности для некоторых типов самолетов, вертолетов, двигателей приведены в табл.3.2 и 3.3
Таблица 3.2
Показатели долговечности ЛА (по состоянию на 1.01.2001г.)
Таблица 3.3
Показатели долговечности двигателей (по состоянию на 1.01.2001г.)
Долговечность конструкции объекта обеспечивается при проектировании и производстве. На этих этапах выполняются большие объемы расчетов и испытаний.
В расчетных методах исходят из предположения, что долговечность ограничивается усталостными свойствами конструкции, следовательно, речь идет о прочностном ресурсе конструкции. Можно выделить два расчетных метода: суммирования повреждений и касания. Остановимся на первом из методов.
Метод суммирования повреждений широко используется при расчете прочностного ресурса ЛА. При использовании этого и других расчетных методов в условиях эксплуатации ЛА выделяют время активного и пассивного нагружения. В расчете используются лишь время активного нагружения. Активное время нагружения включает цикл: взлет – полет – посадка, руление по аэродрому и буксировку. Время стоянки на ВПП относят к пассивному нагружению, и долей, которую оно вносит в активное нагружение, обычно пренебрегают. Таким образом, прочностной ресурс представляет собой суммарное время активного нагружения. Метод суммирования повреждений основывается на гипотезе, в основе которой лежит предположение, что усталостное повреждение является линейной функцией числа циклов нагружения.
За один цикл нагружения принимается типовой полет. Нагрузки типового полета многократно повторяются.
Схема суммирования повреждений представлена на рис.3.4
Рис.3.4. Схема суммирования повреждений:
1 – линейный закон накопления усталостных повреждений; 2- фактическое накопление усталостных повреждений
Вероятность разрушения Q(t) в общем случае составляет
где n i – число действующих циклов нагружения определенной амплитуды;
Ni – число циклов нагружения той же амплитуды, необходимое для разрушения; k- число уровней циклов, различных по амплитуде.
В соответствии с гипотезой о независимости усталостных повреждений и линейном их суммировании разрушение конструкции произойдет тогда, когда сумма повреждений от всех видов нагрузок будет равна единице Q(t)=1. Это есть условие разрушения.
Ломанная линия ОК на рис.3.4 означает задаваемый при расчетах закон накопления повреждений. Фактический процесс накопления усталостных повреждений в конструкции изображен на рисунке линией 0 абс.
Из приведенных зависимостей следует, что вероятность неразрушения Р(t) = 0.5, задаваемая по закону накопления повреждений ОК, может соответствовать истинной вероятности неразрушения по закону 0 абс значительно более высокой, например, порядка 0.9999. Однако, учитывая сложность авиационных конструкций, а также условия их нагружения в процессе эксплуатации, полученная таким образом вероятность неразрушения (0.999) является еще не вполне достаточной для исключения случаев появления трещин в элементах конструкции. Возникает необходимость проведения периодических осмотров конструкции планера с целью выявления появляющихся в эксплуатации повреждений.
Для подтверждения показателей долговечности конструкция ЛА и его компонентов проверяется при проведении испытаний : а)статических и б) испытаний на ресурс.
Задачи статических испытаний:
· проверка методов расчета,
· выявление истинной прочности,
· определение поля напряжений конструкции,
· проверка равномерности распределения напряжений,
· определение запасов прочности.
Испытания на ресурс включают:
· испытания на усталость при высокочастотных нагрузках (от нескольких десятков герц и выше);
· испытания на повторно-статическое нагружение при низкочастотных нагрузках (от нескольких циклов до нескольких десятков циклов в минуту).
Испытания проводятся для выяснения характеристик выносливости испытуемых компонентов при различных уровнях нагружений. С целью получения достоверных данных испытаниям подвергаются несколько компонентов новых и с разной наработкой в эксплуатации (рис.3.5). Программа испытаний воспроизводит спектр нагружения во времени. Нагружение осуществляется с помощью гидродомкратов, управляемых ЭВМ.
По результатам испытаний определяется ресурс Т рес = ,
где n э - коэффициент надежности.
Рис.3.5. Схема определения наработки до разрушения t разр:
х – экспериментальные точки для компонентов ЛА с разной наработкой в эксплуатации t 1 ,t 2 ,t 3 ..t n ;
N 1 ,N 2 ,..N n – число циклов до разрушения.
Трудности экспериментального метода заключаются в том, что испытание целого ЛА или крупногабаритных его компонентов весьма трудоемки и дороги. Это вынуждает ограничиваться малым числом испытуемых объектов. К тому же условия нагружения элементов конструкции ЛА в полете характеризуются большим разнообразием и случайной повторяемостью нагрузок, которые практически невозможно производить в лабораторных условиях. Это на практике приводит к тому, что некоторые элементы и узлы, показавшие вполне удовлетворительную выносливость при испытаниях, оказываются недостаточно выносливыми в реальных условиях работы в полете. На основе экспериментальных методов можно определить прочностной ресурс, выявить слабые места конструкции и характер возможного разрушения, а также оценить скорость развития трещин в элементах.
С появлением аналитических методов расчета времени развития трещины от заметной величины до предельной длины стала возможной реальная оценка периода налета между осмотрами. Также становится возможным при заданном интервале между осмотрами установить максимальную длину трещины при каждом осмотре.
Введение
Отдельные детали машины изнашиваются неодинаково. В том случае, если машина эксплуатируется в соответствии с ее назначением при соблюдении установленных технических обслуживаний и ремонтов, изнашивание проявляется как нормальный относительно медленный естественный процесс. Однако нарушение правил технической эксплуатации машины приводит к тому, что ее детали начинают подвергаться повышенному изнашиванию.
Процесс постепенного изменения размеров тела при трении, связанный с отделением с поверхности трения материала и (или) его остаточной деформации, называется изнашиванием.
Износ -- результат изнашивания, проявляющегося в виде отделения или остаточной деформации материала детали.
Понятие долговечность
Долговечность -- свойство объекта сохранять работоспособное состояние до наступления предельного значения при установленной системе технического обслуживания и ремонта.
К основным показателям долговечности относятся:
1) средний ресурс (например, средняя наработка до капитального ремонта, средняя наработка от капитального ремонта до списания);
2) гамма-процентный ресурс (наработка, в течение которой объект не достигнет предельного). Под параметром понимается некоторая выходная характеристика детали, сопряжения, сборочной единицы или автомобиля в целом, в качестве которой принимается один или несколько технологических показателей качества. Выход значения параметра за границы предельного значения классифицируется как отказ, если при этом происходит нарушение работоспособного состояния объекта, т.е. такого состояния, при котором значения всех параметров, характеризующих его способность выполнять заданные функции, соответствуют требованиям нормативно-технической и (или) конструкторской документации.
Отказы обычно разделяют на внезапные и постепенные. Внезапные отказы характеризуются скачкообразным изменением значений одного или нескольких параметров объекта. Они происходят в случайные моменты времени, которые точно прогнозировать невозможно, а можно лишь характеризовать наступление или ненаступление данного события с определенной вероятностью. Постепенный отказ характеризуется плавным изменением одного или нескольких параметров объекта. Например, монотонное возрастание износа деталей цилиндропоршневой группы двигателя, снижение топливной экономичности и мощности. Разделение отказов на постепенные и внезапные носит условный характер. Например, постепенное изнашивание рабочих поверхностей деталей коробки передач увеличивает зазоры и приводит к внезапному самовыключению передачи.
Составные части автомобилей подразделяются на ремонтируемые и не ремонтируемые. Для первых в нормативно-технической и (или) конструкторской документации предусмотрено проведение ремонтов, а для вторых не предусмотрено. Надежность изделий обусловливается их безотказностью, долговечностью, ремонтопригодностью и сохраняемостью.
Безотказность -- свойство объекта непрерывно сохранять работоспособное состояние в течение некоторого времени или наработки.
Основными показателями безотказности являются:
1) вероятность безотказной работы (вероятность того, что в пределах заданной наработки отказ объекта не возникает);
2) средняя наработка на отказ (отношение наработки восстанавливаемого объекта к среднему значению числа его отказов в течение этой наработки);
3) параметр потока отказов (отношение среднего числа отказов восстанавливаемого объекта за произвольно малую его наработку к значению этой наработки).
Текущий ремонт обеспечивает безотказную работу отремонтированных агрегатов, узлов и деталей на пробеге, не меньшем, чем до ближайшего ТО-2. Сокращение времени простоя автомобиля достигается применением агрегатного метода ремонта, при котором производится замена неисправных или требующих капитального ремонта агрегатов и узлов на исправные, взятые из оборотного фонда. Оборотный фонд составных частей автомобиля может создаваться как непосредственно на АТП, так и в обменных пунктах, при региональных центральных мастерских и ремонтных заводах.
Средний ремонт (CP) автомобилей предусматривается для случаев их эксплуатации в тяжелых дорожных условиях; проводится с периодичностью более одного года. При нем могут выполняться следующие ремонтные работы: замена двигателя, достигшего предельного состояния и требующего капитального ремонта, устранение неисправностей других агрегатов с заменой или ремонтом деталей, окраска кузова и другие работы, которые бы обеспечили восстановление исправного состояния автомобиля.
Капитальный ремонт (КР) автомобилей, агрегатов и узлов предназначен для обеспечения назначенного ресурса автомобиля и его составных частей путем восстановления их исправности и близкого к полному (не менее 80% доремонтного) восстановлению ресурса и обеспечения других нормируемых свойств. При КР заменяют или восстанавливают любые узлы и детали, включая базовые. Автомобили и агрегаты подвергают, как правило, не более чем одному капитальному ремонту. Базовой частью легкового автомобиля и автобуса является кузов, грузового автомобиля -- рама. К базовым деталям агрегатов относятся: в двигателе -- блок цилиндров; в коробке передач, заднем мосту, рулевом механизме -- картер; в переднем мосту -- балка переднего моста или поперечина независимой подвески; в кузове или кабине -- корпус; в раме -- продольные балки.
Централизованный КР полнокомплектных грузовых автомобилей недостаточно эффективен в связи с тем, что из-за малых производственных программ и универсального характера производства увеличиваются транспортные затраты на доставку ремонтного фонда и отремонтированной продукции, автомобили на длительное время отвлекаются из сферы эксплуатации. В связи с этим КР полнокомплектных автомобилей должен осуществляться главным образом для тех из них, которые работают в особо тяжелых дорожных условиях при интенсивной эксплуатации. В этом случае КР и CP автомобилей должен быть максимально приближен к АТП и производиться с использованием готовых агрегатах, узлов и деталей, поступающих в специализированная автомобилей и их составных частей в ремонте. Экономия времени достигается за счет того, что объекты ремонта не ожидают, пока будут отремонтированы снятые с них агрегаты и узлы.
Агрегатный метод -- обезличенный метод текущего ремонта, при котором неисправные агрегаты заменяются новыми или заранее отремонтированными. Замена агрегатов может выполняться после отказа изделия или по плану.
Для оценки долговечности используются две группы единичных (частных) показателей: сроки службы и ресурсы. Срок службы это календарная продолжительность эксплуатации в определенных условиях до разрушения или предельного состояния.
Различают сроки службы:
До капитального ремонта,
Между капитальными ремонтами,
Суммарный (полный).
Срок службы до капитального ремонта – продолжительность эксплуатации до первой полной разборки с заменой или восстановлением ряда элементов, в том числе части основных деталей.
Срок службы между капитальными ремонтами (между первым и вторым и т.д.) зависит от качества ремонта, от того, в какой степени восстанавливается ресурс оборудования.
Суммарный срок службы это календарная продолжительность от начала эксплуатации до выбраковки (до списания).
Эта группа показателей имеет следующие достоинства:
Простота учета;
Удобство использования для планирования сроков замены оборудования, поставки запасных частей, сроков проведения ремонтов.
Основным недостатком таких показателей является то, что они не учитывают интенсивность эксплуатации оборудования, объем выполненной им работы.
От этого недостатка свободна вторая группа показателей – технические ресурсы. Технический ресурс это наработка изделия в заданных условиях эксплуатации до капитального ремонта либо до замены. Измеряется объемом выполненной работы. Может измеряться и в часах непрерывной работы. Например, для автомобильных двигателей в моточасах. Для других видов средств технологического оснащения в часах работы при зафиксированном объеме простоев как организационных и технологических, так и в техническом обслуживании и ремонте.
Ресурс – величина, расходуемая в процессе эксплуатации.
Различают:
Полный технический ресурс,
Использованный технический ресурс,
Остаточный технический ресурс.
Полный – от начала эксплуатации до капитального ремонта или замены. Использованный – от начала эксплуатации или от начала работы после капитального ремонта до рассматриваемого момента. Остаточный – от рассматриваемого момента до капитального ремонта или конца эксплуатации.
Ресурс – величина статистическая, подвержена рассеянию. В связи с этим широко используется такой показатель как гарантированный ресурс. Гамма процентный ресурс – технический ресурс, которым обладают не менее изделий данной модели, где - гарантированная вероятность. выбирается в зависимости от назначения, масштабов и технологии производства, последствий отказов. Например, если =0,9 это означает, что 90% всех изделий обладают ресурсом не менее указанного и лишь 10% могут иметь меньший ресурс. Отсюда очевидно, что средний ресурс ( =0,5) превышает гарантированный. Для подшипников общего назначения принимается равным 0,9.
Следует обратить внимание на то, что нельзя путать понятия гарантированный ресурс и гарантийный срок эксплуатации. Под последним понимается продолжительность эксплуатации, в течение которой завод изготовитель и ремонтные предприятия несут материальную ответственность за неисправности, выявившиеся у потребителя при условии соблюдения им правил эксплуатации. Гарантийный срок эксплуатации измеряется небольшой долей технического ресурса изделия. Это понятие не только техническое, но и юридическое и не может применяться в качестве показателя долговечности. Однако это понятие в какой-то мере характеризует качество изготовления и контроля, поскольку в этот период выявляются, как правило, дефекты, пропущенные контролем. Из группы показателей долговечности – ресурсов наибольшее распространение получили гарантированный ресурс, средний ресурс, среднеквадратическое отклонение ресурса от его среднего значения ().
6.5. Выбор показателей долговечности средств технологического оснащения и их элементов
Выбор показателей долговечности необходимо осуществлять от общего к частному, т.е. от оборудования в целом (О) к его элементам: агрегатам (А), механизмам (М), узлам (У), деталям (Д) по схеме О-А-М-У-Д. Для обеспечения заданной нормы долговечности оборудования долговечность основных деталей должна быть существенно выше. При этом не должна идти речь о равной долговечности деталей. Массовые детали могут заменяться многократно за срок службы оборудования. Для снижения неопределенности надежности, обеспечения возможности групповых замен деталей необходимо стремиться к кратной долговечности. Тогда, например, при двенадцатой замене деталей 1-ой группы, 6-ой раз заменяются детали 2-ой, 4-ый раз третьей, 3-ий раз четвертой и второй пятой группы.
Задача повышения долговечности средств технологического оснащения сложная, поскольку речь идет, по сути, о распределении затрат между производителем и потребителем. Затраты первого повышаются, второго снижаются за счет:
Уменьшения стоимости эксплуатации (сокращение расхода запасных частей, уменьшение частоты ремонтных воздействий),
Сокращения простоев оборудования.
Наиболее приемлемыми показателями долговечности являются:
а) для деталей:
1. ресурс до первого восстановительного ремонта;
2. средний ресурс до первого восстановительного ремонта.
б) для узлов, механизмов:
2. ресурс до первого капитального ремонта;
3. средний ресурс до первого капитального ремонта.
в) для агрегатов и оборудования в целом:
1. ресурс до первого ремонта с трудоемкой разборкой;