Комплексные показатели надежности

Коэффициент готовности – вероятность того, что объект окажется работоспособным в произвольный момент времени, кроме планируемых периодов, в течение которых использование объекта по назначению не допускается.

Коэффициент технического использования – отношение математического ожидания времени пребывания объекта в работоспособном состоянии за некоторый период эксплуатации к сумме математического ожидания времени пребывания объекта в работоспособном состоянии, времени простоев, обусловленных ТО, и временем ремонта за тот же период эксплуатации.

Коэффициент готовности

, (2.38)

где x₁ – суммарное время пребывания i-го объекта в работоспособном состоянии, i = 1, 2, ..., N;

Т_раб – продолжительность эксплуатации, состоящей из последовательно чередующихся периодов работы и восстановления.

При порядке обслуживания, предусматривающем немедленное начало восстановления отказавшего оборудования,

, (2.39)

где Т₀ – наработка на отказ;

Т_в – среднее время восстановления.

Из последнего выражения следует, что K_г характеризует безотказность и ремонтопригодность объекта.

Коэффициент технического использования статистически определяется отношением суммарного времени пребывания наблюдаемых объектов в работоспособном состоянии к произведению числа наблюдаемых объектов на заданное время эксплуатации:

. (2.40)

Если заданное время эксплуатации Т_экс различно для каждого изделия, то эта формула видоизменится:

, (2.41)

где t_сум – суммарная наработка всех объектов;

t_рем – суммарное время простоев из-за плановых и внеплановых ремонтов всех объектов;

t_обс – суммарное время простоев из-за планового и внепланового технического обслуживания всех объектов; время простоя по организационным причинам здесь не учитывается.

В отличие от K_г, K_т.и.с учитывает затраты времени на плановое техническое обслуживание и поэтому всегда K_т.и.с < K_г.

Чем больше значения K_т.и.с и K_г, тем лучше приспособлен объект для технического обслуживания.

Виды отказов

Повреждение – событие, заключающееся в нарушении исправного состояния объекта при сохранении работоспособного состояния.

Отказ – событие, заключающееся в нарушении работоспособного состояния объекта. Если работоспособность объекта характеризуют совокупностью значений некоторых технических параметров, то признаком возникновения отказа является выход значении любого из этих параметров за пределы допусков. Кроме того в критерии отказов могут входить также качественные признаки, указывающие на нарушение нормальной работы объекта.

Критерий отказа– признак или совокупность признаков нарушения работоспособного состояния объекта, установленные в нормативно-технической и (или) конструкторской (проектной) документации.

Причина отказа– явления, процессы, события и состояния, вызвавшие возникновение отказа объекта. Причины отказов делят на случайные и систематические.

Случайные причины – это непредусмотренные перегрузки, дефекты материала и погрешности изготовления, не обнаруженные контролем, ошибки обслуживающего персонала, сбои системы управления. Например, закалочные трещины, отклонение в размерах деталей, неровности дороги, наезды на препятствия и т.д. Случайные факторы преимущественно вызывают отказы при действиях в неблагоприятных сочетаниях.

Систематические причины – это закономерные явления, вызывающие постепенное накапливание повреждений: влияние внешней среды, времени, температуры, облучения, коррозии, старения, нагрузки и работы трения – усталость, ползучесть, износ, функциональные воздействия – засорения, залипания, утечки.

В соответствии с этими причинами и характером развития и проявления отказы делят на внезапный отказ– отказ, характеризующийся скачкообразным изменением значений одного или нескольких параметров объекта (поломки от перегрузок, заедания); постепенные по развитию и внезапные по проявлению (усталостные разрушения, перегорания ламп, короткие замыкания из-за старения изоляции); постепенный отказ– отказ, возникающий в результате постепенного изменения значений одного или нескольких параметров объекта (износ, старение, коррозия, замыкание).

В отличие от внезапного отказа, наступлению постепенного отказа предшествует непрерывное и монотонное изменение одного или нескольких параметров, характеризующих способность объекта выполнять заданные функции. Ввиду этого удается предупредить наступление отказа и (или) принять меры по устранению (локализации) его нежелательных последствий.

Четкой границы между внезапными и постепенными отказами провести не удается. Механические, физические и химические процессы, которые составляют причины отказов, как правило, протекают во времени достаточно медленно. Так, усталостная трещина в стенке трубопровода или сосуда давления, зародившаяся из трещинообразного дефекта, медленно растет в процессе эксплуатации; этот рост в принципе может быть прослежен средствами неразрушающего контроля. Однако собственно отказ (наступление течи) происходит внезапно. Если по каким-либо причинам своевременное обнаружение несквозной трещины оказалось невозможным, то отказ придется признать внезапным.

По мере совершенствования расчетных методов и средств контрольно измерительной техники, позволяющих своевременно обнаруживать источники возможных отказов и прогнозировать их развитие во времени, все большее число отказов будет относиться к категории постепенных.

По причинам возникновения отказы можно разделить на конструктивные, возникшие по причине, связанной с несовершенством или нарушением установленных правил и (или) норм проектирования и конструирования горного оборудования, производственные (технологические), вызванные несовершенством или нарушением технологии изготовления отдельных элементов, и эксплуатационные,вызванные неправильной эксплуатацией (несоответствующими горнотехнологическими, климатическими условиями, неправильными действиями обслуживающего персонала).

При проектировании ошибки связаны с неправильным установлением горно-технических условий работы объекта, выбором величины и характера действующих на элементы нагрузок, сочетания материалов взаимодействующих узлов, погрешностью расчетов. В современных условиях значительному сокращению проектных ошибок способствует применение систем автоматизированного проектирования на основе ЭВМ.

Допускается выделить отказы комплектующих изделий, изготовляемых не на том предприятии, где производится объект в целом. Отказы комплектующих элементов также могут быть конструктивными, производственными и эксплуатационными. Классификация не является исчерпывающей, поскольку возможно возникновение отказов, вызванных двумя или тремя причинами.

Источником отказов из-за некачественного изготовления являются погрешности механической и термической обработки, остаточные напряжения и скрытые дефекты в материале. Количество технологических отказов составляет от 15 до 25 %, продолжительность простоев из-за этих отказов – от 19 до 25 %, а трудоемкость устранения – от 17 до 30 %.

Эксплуатационные отказы имеют наибольший удельный вес, как по количеству, так и по продолжительности и трудоемкости устранения. До 50 % от их общего количества составляют отказы, вызванные горно-техническими причинами. В основном это неожиданные перегрузки машин. Ошибочные отказы связаны с нарушением технических инструкций, правил и норм эксплуатации, низкой профессиональной подготовкой операторов, несвоевременным обслуживанием и ремонтом оборудования. Соотношения между различными видами отказов приведены в табл. 2.3.

Таблица 2.3

Соотношение отказов, %

Режим работы существенно влияет на надежность деталей, узлов машин и комплексов. Режим работы оценивается коэффициентом нагруженности:

K_н = Р_р/Р_д, (2.42)

где Р_р – рабочая нагрузка;

Р_д – предельно допустимая нагрузка.

Отказы в соответствии со своей физической природой бывают связанными с разрушением деталей или их поверхностей (поломки, выкрашивание, износ, коррозия, старение) или не связанными с разрушением (засорение смазки, каналов подачи жидкости в гидроприводах, ослабление соединений, загрязнение или ослабление электрических контактов). В соответствии с этим отказы устраняют заменой деталей, регулированием или очисткой.

По влиянию на безопасность работ отказы бывают безопасные, когда возникновение отказа не может привести к травме обслуживающего персонала, например излом зубьев ковша, и опасные, когда возникновение отказа может привести к травме персонала: уменьшение изоляции кабеля может привести к его пробою и утечке тока, а также электротравме персонала.

По взаимосвязи между собой отказы делятся на зависимые (обусловлен другими отказами, тяжелые), например сход комбайна с конвейера в результате поломки соединений рештачного става конвейера, и независимые (не обусловленный другими отказами, средние и легкие), которые в отличие от зависимых не связаны с предшествующими отказами других элементов, и легкоустранимы.

По возможности дальнейшего использования изделия отказы делятся на полные, исключающие возможность работы изделия до их полного устранения, и частичные, при которых изделие может частично использоваться, например, с неполной мощностью или на пониженной скорости.

По сложности устранения различают отказы, устранимые в порядке технического обслуживания, в порядке среднего или капитального ремонта, и по месту устранения – отказы, устранимые в эксплуатационных и стационарных условиях, что особенно существенно для мощного, высокопроизводительного горного оборудования. Встречаются также самоустраняющиеся отказы, например, в системах электроснабжения при предельном провесе проводов ЛЭП.

По времени возникновения отказы делят на приработочные, возникающие в первый период эксплуатации, связанные с отсутствием приработки и с попаданием на сборку дефектных элементов, не отбракованных контролем; при нормальной эксплуатации (за период до появления износных отказов), износовые.

Последствия отказа– явления, процессы, события и состояния, обусловленные возникновением отказа объекта.

На режущую часть, механизм подачи и электрооборудование комбайна приходится от 9 до 25 % всех отказов (табл. 2.4).

Таблица 2.4