ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Методы анализа и расчета резервов повышения производительности действующего оборудования из "Комплексная автоматизация производственных процессов " Все потенциальные возможности повышения производительности труда и производительности машин, заложенные в автоматических системах машин, можно реализовать только в том случае, если все механизмы и устройства будут иметь высокую долговечность и надежность в работе. [c.64] Надежность — свойство системы, характеризуемое безотказностью, долговечностью и ремонтопригодностью и обеспечивающее нормальное выполнение заданных функций системы (ГОСТ 13377—67). Для рабочих машин заданными функциями будут обработка, контроль, сборка, т. е. выпуск изделий необходимого количества и заданного качества. Следовательно, для станков, автоматов и автоматических линий надежность будет означать способность к бесперебойному выпуску годной продукции. При абсолютной долговечности и надежности все механизмы и устройства машины, инструменты, аппаратура управления работали бы безотказно, а машина выдавала бы бесперебойно годную продукцию с интервалами, равными длительности рабочего цикла. Однако практика показывает, что механизмов и устройств с абсолютной надежностью не бывает, время от времени в работе машины возникают неполадки, для устранения которых требуется вмешательство рабочего. Многие операции по обслуживанию обычных машин, которые для человека являются простейшими и не требуют высокой квалификации (например, взять заготовку из штабеля, установить ее в шпинделе и закрепить), для механизмов машин-автоматов оказываются очень сложными и требуют для своего выполнения совершенных механизмов, обладающих высокой надежностью. [c.64] Надежность срабатывания механизмов характеризуется возникновением простоев машины или автоматической линии из-за невыполнения того или иного элемента рабочего цикла (деталь не зафиксировалась в рабочей позиции, агрегатная головка не переключилась с рабочей подачи на быстрый отвод, автооператор не загрузил заготовку в шпиндель и т. д.). Эти отказы называются отказами элементов. [c.65] Технологическая надежность связана с потерей качества обработки, что также приводит к остановкам машины, хотя все суппорты, приспособления и т. д. выполняют заданные элементы рабочего цикла, но не обеспечивают стабильности изделий. Это происходит вследствие износа режущих инструментов и трущихся поверхностей механизмов, колебаний температуры, коэффициентов трения, вязкости жидкости, припусков на обработку, твердости материала обрабатываемой детали, жесткости деталей и механизмов и т. д. Такое состояние машины называют отказом параметра. [c.65] Причины, вызывающие нестабильность работы механизмов, носят случайный характер. Отсутствие необходимого качества происходит в случае неблагоприятного сочетания тех или иных случайных величин. Поэтому, если надежность срабатывания связана обычно с окончательными отказами и для устранения неполадок требуется вмешательство человека, то отказы по причине недостаточной технологической надежности, как правило, не окончательные, т. е. следующая деталь после бракованной может оказаться годной и без вмешательства человека. В обоих случаях результатом недостаточной надежности являются простои и потери видов П и П1, а следовательно, и снижение ожидаемой производительности. Отказы, возникающие в процессе эксплуатации машин, можно классифицировать по различным признакам. По характеру изменения параметра вплоть до критического значения, означающего отказ, различают внезапные и постепенные отказы. [c.65] Внезапные отказы означают резкое изменение свойств элементов или системы, например, поломки, заклинивание механизмов, перегорание элементов аппаратуры, до этого остававшихся работоспособными. Следует отметить, что причиной внезапных отказов часто являются постепенные качественные изменения в элементах и системах, которые, постепенно накопляясь, приводят к качественному скачку в состоянии — переходу ее из работоспособного состояния в неработоспособное (например, поломки, возникающие вследствие накопления остаточных деформаций, трещин и т. д.). В других случаях отказы вызываются внешними случайными факторами, например, попаданием стружки в зажимной патрон, в результате чего автооператор не может загрузить заготовку. [c.65] Постепенные отказы являются следствием монотонно действующих факторов, например, при процессах изнашивания, когда зазоры в сопряжениях, постепенно увеличиваясь, приводят к тому, что механизмы и устройства уже не могут выполнять свое целевое назначение из-за заклинивания, перекоса или нестабильности перемещений. Постепенные отказы характерны для работы таких механизмов, как шпиндели, суппорты, силовые головки, механизмы фиксации и др., а также инструменты при их размерном износе. [c.65] По характеру устранения различают устойчивые и самоустраняющиеся отказы. Неработоспособное состояние машины, возникшее в результате устойчивого отказа, может быть устранено, как правило, только посредством остановки машины и восстановления ее работоспособности путем ремонта и регулирования механизмов, замены инструмента и т. д. Так, переключение силовой головки с рабочей подачи на быстрый отвод хотя бы на одной из рабочих позиций приводит к задержке рабочего цикла всей линии до тех пор, пока такое переключение не будет выполнено вручную. К устойчивым отказам относятся все поломки, заклинивание механизмов, затупление инструментов. [c.66] Самоустраняющиеся отказы характерны для технологической, точностной надежности, когда появление бракованной детали не означает, что и следующая деталь также будет бракованной. В этом случае состояние отказа параметра (выход размеров обрабатываемых изделий за допустимые пределы) сменяется состоянием работоспособности без остановки машины и вмешательства человека. Если потери точности вызывают необходимость остановки машины и замены инструмента или размерной подналадки механизма, то такой отказ следует рассматривать как устойчивый. [c.66] Существуют и иные признаки деления отказов по причинам возникновения (конструкционные, технологические и эксплуатационные отказы), по времени возникновения (отказы при испытаниях машин, отказы при их нормальной эксплуатации и т. д.). Во всех случаях возникновение отказов приводит к перебоям в выпуске продукции, к внецикловым потерям производительности (виды П—V). [c.66] С понятием надежности тесно связано понятие долговечности. Долговечность рабочих машин и их элементов — это свойство сохранять работоспособность до предельного состояния с необходимыми перерывами для технического обслуживания и ремонта. Предельное состояние станка, автомата, автоматической линии, а также их отдельных деталей, сопряжений, узлов обусловливается прежде всего процессами изнашивания. Износ — результат процесса постепенного изменения размеров и формы деталей по их поверхностям трения. [c.66] На рис. П1-8 показано взаимодействие направляющей возвратнопоступательного движения станка с кареткой (суппортом) в начальный момент эксплуатации и при возникновении износа [23 ]. Неравномерность перемещений каретки 1 вдоль направляющей 2 и характер сил обработки приводят к тому, что износ обеих сопряженных поверхностей является неравномерным 01 — износ каретки, — износ направляющей). Это приводит не только к опусканию каретки, но и к изменению ее геометрического положения (показано штриховыми линиями), что вызывает снижение точности обработки. С увеличением общей величины износа и его неравномерности по длине усложняется и делается невозможной взаимная регулировка направляющей и каретки, обеспечение оптимальных зазоров (на концах направляющих каретка заклинивается, в середине дробит из-за больших зазоров), наступает состояние отказа, когда станок не выполняет заданные функции обработки деталей требуемого качества и количества. [c.66] Наличие прогрессирующего износа сопряжений приводит к тому, что частота возникновения отказов механизмов и устройств машин не остается стабильной в процессе их эксплуатации. В период пуска и освоения частота отказов обычно высока ввиду недостаточной освоенности оборудования обслуживающим персоналом, а также недостаточного выявления и устранения конструктивных и технологических дефектов и т. д. Затем наступает период стабильной эксплуатации, когда частота отказов сохраняется при близительно на одинаковом уровне, который соответствует конструктивным характеристикам машины, режимам ее работы и уровню эксплуатации. Постепенно частота отказов повышается ввиду прогрессирующего износа сопряжений механизмов и базовых узлов. Когда степень изношенности достигает критической величины, связанной с резким ухудшением и надежности срабатывания, и технологической надежности, машины выводятся в ремонт, после чего продолжается стабильная эксплуатация до следующего ремонта. Чем длительнее общий срок службы машины, реже ремонты и меньше их длительность, тем машина долговечнее. Таким образом, долговечность есть свойство сохранения работоспособности машины в определенных режимах и условиях эксплуатации до некоторого предельного состояния, которое может характеризоваться не только физическим, но и моральным износом. Таким образом, в понятие долговечности вкладываются не только технические, но и технико-экономические критерии. [c.67] Так как все отказы являются случайггыми событиями, то все характеристики надежности имеют вероятностны смысл, а их численные значения определяются и анализируются статистическими и вероятностными методами. [c.67] Эти методы основываются, как правило, на анализе и обобщении статистических результатов испытаний на надежность элементов, подсистем и систем по параметру времени возникновения и устранения отказов. Так как для различных видов механизмов и устройств причины отказов в работе различны, то и характер вероятности возникновения отказов по параметру времени испытания на надежность будет различен. Сходные причины отказов, как правило, определяют и подобный характер распределения возникающих отказов во времени. Для удобства расчета и анализа полученные опытным путем статистические распределения отказов принято аппроксимировать с помощью теоретических кривых. Математические выражения, аппроксимирующие с достаточной степенью сходимости типовые распределения отказов во времени, называют математическими моделями отказов. Рассмотрим некоторые из них. [c.68] Как было сказано выше, по характеру возникновения различают внезапные и постепенные отказы. На рис. 1П-9 показана точечная диаграмма размеров деталей, последовательно обработанных на автомате. Здесь же нанесены границы поля допуска на размер. Как известно, даже при неизменной настройке станка и высокой размерной стойкости инструмента размеры последовательно обработанных деталей отличаются друг от друга ввиду нестабильности припусков на обработку, твердости заготовок, конечной величины жесткости системы СПИД и т. д. [c.68] Такое распределение времени безотказной работы называется экспоненциальным. Графики изменения плотности вероятности безотказной работы при экспоненциальном распределении и различных значениях параметров со приведены на рис. П1-10. Вероятность того, что при экспоненциальном законе распределения время безотказной работы будет больше фиксированного значения t. [c.69] В этих случаях плотность вероятности безотказной работы f (О имеет более сложное распределение и описывается более сложными математическими выражениями. [c.69] Экспоненциальное распределение справедливо для условий, если за время испытаний на надежность элементов или систем основные факторы, определяющие уровень надежности, являются стабильными во времени и имеют лишь циклически нестабильный характер. Это справедливо, как правило, лишь в тех случаях, когда либо длительность испытаний какого-либо элемента слишком мала, либо исследуется сложная многофакторная система, где изменения свойств любого из составляющих элементов мало сказываются на показателях надежности системы в целом. [c.70] Как правило, в процессе испытаний на надежность деталей, сопряжений, механизмов и устройств их свойства подвергаются необратимым изменениям, вызванным износом, потерей усталостной прочности, коррозией и т. д. В этих случаях распределение износовых отказов во времени имеет более сложный характер и для его аппроксимации используются значительно более сложные математические модели. Рассмотрим наиболее простую, идеализированную схему возникновения износовых отказов. Пусть производятся испытания на надежность трущихся пар механизмов или устройств в лабораторных или производственных условиях (например, подшипники скольжения и их опоры, суппорт и направляющие). Все исследуемые однородные объекты перед началом испытаний имеют одинаковый начальный зазор между сопрягаемыми поверхностями о. определяемый из условий работоспособности. В процессе работы узла вследствие износа происходит увеличение зазора вплоть до критической величины о) р, которая определяет состояние отказа —выход из строя данного сопряжения вследствие утраты работоспособности (рис. П1-П) [12]. [c.70] Вернуться к основной статье