Основы теории старения машин

Из рассмотренных ранее положений видно, что машины в процессе исполь­зования утрачивают свои первоначальные характеристики, заложенные при изго­товлении.

Процесс утраты начальных характеристик был назван процессом ста­рения. Старение - это процесс постепенной утраты работоспособ­ности во времени. Знание процесса старения полезно специалистам, занимаю­щимся конструированием, эксплуатацией и ремонтом машин.

Зная закономерно­сти старения, конструктор может совершенствовать конструкцию машин, работ­ники сфер ремонта и эксплуатации могут определять объем, содержание и перио­дичность проведения ТО и Р, величину остаточного ресурса, стоимости того или иного элемента или машины в целом.

Академиком Селивановым А. И. предложено характеризовать процесс старения – утратой «годности».

Годность - это обобщенная характеристика служебных свойств машины, определяющая ее относительную или потенциальную возможность выполнять свои функции в пределах допустимых отклонений по производительности, каче­ству и экономичности в течение установленного срока службы в производстве.

Годность машины - безразмерная величина Ем. Единица - это годность но­вой машины, а последующие уровни характеризуются в долях единицы.

Годность машины, находящейся в сфере потребления, есть функция времени ее использо­вания

По абсолютному значению в большинстве случаев годность машины и от­дельных ее элементов можно выразить через соответствующую стоимость. Год­ность машины в целом складывается из годности ее структурных элементов. Се­ливанов А. И. предложил все структурные элементы машины разделить на 2-е группы: конструктивные и неконструктивные.

К конструктивным элементам относят все отдельно изготовленные детали, входящие в состав машины, независимо от их материала, размеров и формы. Эти Детали машины изготовлены по чертежам.

К неконструктивным элементам относят те, которые обеспечивают необхо­димую активную связь или нормальное функционирование всех конструктивных элементов при работе машины. К ним относят процессы сборки, регулировки, окраски, смазки и т. п., делающие машину годной к выполнению служебных функ­ций в производстве.

Таким образом, годность машины равна сумме годности ее конструктивных и неконструктивных элементов:

Годность каждого конструктивного Еi_х и неконструктивного Сj_х элемента машины, находящейся в сфере потребления, есть функция времени в пределах ре­сурса или срока службы этого элемента, соответственно Еi_х и Gj_х =fj(t). Каждый новый конструктивный или неконструктивный элемент в начале срока службы в машине обладает максимальной годностью, а изношенные по окончании срока службы имеют годность, равную нулю.

Если известна закономерность изнашивания конструктивных и изменения -неконструктивных элементов во времени, то можно сделать и заключение или оп­ределить закономерность изменения годности за срок службы.

Зависимость изменения износа деталей машин во времени была рассмотре­на ранее.

Есть некоторые отличия в протекании процесса износа различных дета­лей, а именно: наличие и отсутствие процесса приработки, форсированного изно­са. Так, например, уплотнения, плунжерные пары топливных насосов и другие конструктивные элементы машины становятся негодными к дальнейшей работе не вследствие форсированного износа, а из-за неудовлетворительного выполнения элементом своих функций.

Другие элементы машины - электропроводка, аккумуляторные батареи, то­пливные и масляные трубки, баки и т. п., не имеют начального периода приработ­ки. Поэтому для упрощения было принято, что износ конструктивного и неконст­руктивного элементов в пределах срока службы протекает по закону прямой, т. е.

U(t)=Ui+Kt.

Таким образом, износ машины, если его определять последовательно по состоянию износа ее элементов, есть функция времени.

(21)

Если выразить суммарный износ через конструктивные и неконструктивные элементы, то можно записать

Если износ машины и ее элементов с тече­нием времени возрастает, то годность ее конструк­тивных и неконструктивных элементов и машины в целом снижается по закону прямой линии.

Все конструктивные и неконструктивные элементы делятся на четыре группы по их ресурсу.

Группы конструктивных элементов:

Первая группа - несменяемые и неремонтопригодные конструктивные эле­менты, которые выбывают из процесса потребления машины только вместе с ней.

Вторая группа - полностью возобновляемые конструктивные элементы (монтаж таких конструктивных элементов, поршни, вкладыши и т.п.).

Третья группа - частично возобновляемые конструктивные элементы. Ха­рактерный признак этой группы тот, что они действуют в машине весь период эксплуатации, но при частичном периодическом возобновлении (например, рама, блок и т.п.).

Четвертая группа - постоянно или частично возобновляемые конструктивные элементы (например, коленчатый вал, гильзы и д.р.).

Изменение годности их показывается графически на рисунке «а».

Вторая группа - сменяемые и неремонтируемые конструктивные элементы, а также полностью возобнавляемые неконструктивные элементы (монтаж таких конструктивных элементов, как колёсная резина, полностью возобновляемая смазка машин и т. п.)

Эти элементы стано­вятся негодными раньше, чем наступает установленный срок износа машины и заменяются новыми. Сроки замены могут быть кратными и некратными срокам ремонта (рис. б, в).

Рис.

где ti - средний срок службы конструктивного элемента; τ - межремонтный ресурс ма­шины; Е_i° - начальная годность конструк­тивного элемента

Третья группа - несменяемые ремонтопригодные конструктив­ные элементы, а также частично возобновляемые неконструктивные элементы. Характерный признак элементов этой группы тот, что они действуют в машине весь период эксплуатации, но при частичном периодическом возобновлении (на­пример, подтяжка резьбовых соединений, подкраска отдельных участков поверх­ности машин).

Эти элементы мо­гут за срок службы ремонтиро­ваться несколько раз. Исходная годность их Ej делится на две части: Eiп - пассивную и EjA - активную, которая при ре­монте возобновляется (рис. г).

Рис. где t_i°, t_i' - ресурсы или сроки службы конст­руктивных элементов; е'_iА> е²_iА - возоб­новленная конструктивная годность эле­мента

Четвертая группа - сменяемые ремонтопригодные конструктив­ные элементы. Эти элементы не выдерживают среднего срока службы машины (коленчатые ва­лы, гильзы и др.). Они также имеют пассивную и активную годность. На графике «д» пока­зан один из вариантов изменения годности этой группы. Все неконструктивные элементы также разделяются на четыре группы:

Рис.

где - сроки службы ремонта при­годных конструктивных элементов после их ремонт

– Первая группа - невозобновляемые неконструктивные элементы машин (сборка при помощи бол­тов или заклепок корпусов и дру­гих базисных элементов, выдер­живающая средний ресурс или средний срок службы машины).

–Вторая группа - полностью возобновляемые неконструктивные элементы (монтаж таких конструктивных элементов, как ножи барабанов, полностью возобновляемая смазка машин и т.п.).

–Третья группа - частично возобновляемые неконструктивные элементы. Характерный признак элементов этой группы тот, что они действуют в машине весь период эксплуатации, но при частичном периодическом возобновлении (на­пример, подтяжка резьбовых соединений, подкраска отдельных участков поверх­ности машин).

–Четвёртая группа - полностью или частично возобновляемые неконструктив­ные элементы (регулировка механизмов, смена смазки, добавление смазки и др.).

Изменения годности неконструктивных элементов каждой из этих групп сходны с изменениями годности рассматриваемых ранее конструктивных элемен­тов машины соответствующих групп.

Характерным отличием изменения годности долговременно действующих конструктивных элементов, требующих частичного их возобновления (например, окраска, смазка) является плавное, а не ступенчатое, как у неконструктивных элементов снижение каждой части их годности, как дол­говременно действующей, так и возобновляемой.

Имея в виду изложенное, можно построить диаграмму изменения годности

машины.

Диаграмма строится следующим образом: по оси ординат в положительном направлении откладываются годности конструктивных элементов. Вначале от- кладываются годности деталей 1-й группы, затем 2-й, 3-й и четвертой. По оси ор­динат в отрицательном направлении аналогично откладываются неконструктив­ные элементы, (рис.4)

Рисунок 4 - Изменение годности машин

Анализируя эту диаграмму, можно сделать следующие выводы. При време­ни t=ti, теряют свою годность конструктивный и неконструктивный элементы.

Следовательно, требуется проведение ТО и ТР. При t=tд два конструктив­ных элемента теряют свою годность и третий конструктивный элемент имеет по­ниженную годность, а также теряют свою годность три неконструктивных эле­мента, следовательно, машина требует проведения ремонта.