Лекция 5

2.3. Надежность.

Вопросы по теме: 2.3.

2.3.1. Что такое надежность станка?

2.3.2. Что такое отказ?

2.3.3. Что такое безотказность станка?

2.3.4. Чему равна вероятность безотказной работы?

2.3.5. Как оценить отказы, связанные с изнашиванием элементов станка?

2.3.6. Что является комплексным показателем надежности станков?

2.3.7. Как оценить фактическую производительность по сравнению с номи­нальным значением производительности?

2.3.8. Что такое долговечность станка?

2.3.9. Что такое ремонтопригодность?

2.3.10. Что такое технический ресурс?

2.3.11. Как оценить надежности сложной системы?

2.3.12. Как понимать технологическую надежность станков?

2.3.13. Как связаны диагностирование и надежности станков и станочных систем?

2.3.14. Модели диагностирования?

2.3.15. Что целесообразно предпринять для повышения надежности станков и автоматических станочных систем?

Надежность станка — свойство станка обеспечивать бес­перебойный выпуск годной продукции в заданном количестве в те­чении определенного срока службы и в условиях применения, тех­нического обслуживания, ремонтов, хранения и транспортирования.

Нарушение работоспособности станка называют отказом. При отказе продукция либо не выдается, либо является бракованной. В автоматизированных станках и автоматических линиях отказы могут быть связаны с нестабильностью условий работы под влиянием отдельных случайных факторов и сочетания этих случайных факто­ров — разброса параметров заготовок, переменности сил резания и трения, отказов элементов систем управления и т. д.

Кроме того, причинами отказов может быть потеря первоначальной точности станка из-за изнашивания его частей и ограниченной долговечности важнейших его деталей и механизмов (направляющих, опор, шпин­делей, передач винт—гайка, фиксирующих устройств и т. п.).

Безотказность станка — свойство станка непрерывно сохранять работоспособность в течение некоторого времени. Безотказность может быть оценена следующими показателями.

Вероятность отказана по результатам испытаний N_o элементов, из которых отказали УУ_0Т = N_o — N_a, a N_a оказались исправными, определяют по формуле

Вероятность отказана по результатам испытаний N_o элементов, из которых отказали N_oт = N_o — N_и, a N_и оказались исправными, определяют по формуле

(2.11)

Вероятность безотказной работы

(2.12)

Интенсивность отказов - условная плотность вероятности воз­никновения отказа в единицу времени

(2.12)

Вероятность безотказной работы может быть представлена в за­висимости от интенсивности отказов. Производную по времени вы­ражения (2.11) приводят к виду

Откуда следует: (2.13)

Вероятность безотказной работы станка как сложной системы, состоящей из п элементов, соединенных последовательно, при усло­вии их независимости по критерию надежности представляют в виде

(2.14).

где Pi (0 — вероятность безотказной работы £-го элемента. Отказы, имеющие постоянную интенсивность,

(2.15)

где t_ср — средняя наработка между отказами дает вероятность безотказной работы в виде

(2.16)

Отказы, связанные с изнашиванием элементов станка, обычно подчиняются законам нормального распределения или логарифми­чески-нормального распределения. В первом случае известны две характеристики распределения — средняя наработка на отказ и среднеквадратичное отклонение

^(2.17)

Комплексным показателем надежности станков является коэффи­циент технического использования

(2.18)

Где: п - число независимых элементов, подверженных отказам;

- интенсивность отказов i-ro элемента;

t_{ср i} - среднее время на устранение отказа (на восстановление).

Коэффициент технического использования дает возможность оценить фактическую производительность Q_ф по сравнению с номи­нальным значением производительности Q (при абсолютной надеж­ности): Q_ф = Q .

Долговечность станка — свойство станка сохранять работоспо­собность в течение некоторого времени с необходимыми перерывами для технического обслуживания и ремонта до наступления предель­ного состояния. Долговечность отдельных механизмов и деталей станка связана главным образом с изнашиванием подвижных соеди­нений, усталостью при действии переменных напряжений и старе­нием.

Изнашивание подвижных соединений в станке (направляющих, опор шпинделя, передач винт—гайка и др.) является важнейшей причиной ограничений долговечности по критерию сохранения пер­воначальной точности.

Ремонтопригодность — свойство, заключающееся в приспособ­ленности к предупреждению и обнаружению причин возникновения

отказов, повреждений и поддержанию и восстановлению работо­способного состояния путем проведения технического обслуживания и ремонтов. Этот критерий является особенно важным для станков с высокой степенью автоматизации и автоматических станочных систем, так как определяет стоимость затрат на устранение отказов и связанные с этим простои дорогостоящего оборудования.

Технический ресурс - наработка от начала эксплуатации или ее возобновления после среднего и капитального ремонта до пере­хода в предельное состояние. Для определения долговечности отдель­ных элементов (деталей и механизмов станка) используют средний ресурс (математическое ожидание).

Современные станки и станочные системы (автоматические линии, участки и производства) являются сложной системой из большого числа разнородных элементов (механических, электрических и радио­электронных). Оценка надежности сложной системы должна осуще­ствляться на основе учета и анализа всех действующих факторов. В соответствии с общей формулой (2.14) вероятность безотказной работы станка

(2.19)

где: Р₁(t) — надежность по внезапным отказам механических узлов; Р₂(t) — надежность радиоэлектронной аппаратуры; P₃(t) — надеж­ность, обусловленная отказами по изнашиванию.

Технологическая надежность станков и станочных систем, как свойство сохранять во времени первоначальную точность оборудова­ния и соответствующее качество обработки, имеет важное значение в условиях длительной и интенсивной эксплуатации. В основе ана­литических методов оценки технологической надежности станков лежит разработка математической модели, отражающей характер Изменения точности обработки или точности систем станка во вре­мени.

Диагностирование является эффективным средством повышения надежности станков и станочных систем. При этом осуществляют направленный сбор текущей информации о состоянии станка и его важнейших узлов и элементов. Для сбора информации используют преобразователи, дающие сигнал по естественным для станка воз­мущениям или на основе специально возбуждаемых периодических воздействий. Поиск и диагностику ошибок, неисправностей, опасных отклонений от нормальной работы осуществляют различными мето­дами. При использовании функциональной модели станок и его отдельные узлы (привод подачи, несущая система) разбивают на конечное число функциональных блоков с одним выходным контроли­руемым параметром. Совокупность выходных параметров, связанных в единую систему, служит основой модели всего узла или всего станка.

Диагностирование ведут на основе алгебры логики; дефектное состояние функционального блока соответствует нулевому значению параметра, а нормальное состояние соответствует булевому значе­нию «1». Конкретный набор булевых значений оценочных параметров характеризует определенный вид отказа и соответствующим образом кодируется. Для быстрого анализа ситуации и нахождения дефект­ного блока составляется диагностическая матрица и соответству­ющая программа для ЭВМ. При этом методе диагностика носит ди­скретный характер.

При непрерывном действии станка или его узла используют па­раметрический метод диагностики. В этом случае математическую модель станка составляют в виде системы дифференциальных урав­нений, а параметры в уравнениях уточняют по экспериментальным данным. В соответствии с принятой целевой функцией для станка или его узла выбирают критерии оптимизации, по которым на основе текущей информации осуществляется непрерывное регулирование (адаптивное управление) и диагностика.

Иногда используют энергетическую модель, основу которой со­ставляет диаграмма распределения энергетического потока при опти­мальных условиях работы станка. Значения параметров уточняют экспериментально. Изменение распределения потоков энергии, фик­сируемое встроенными в станок датчиками, анализируется; оно является основой диагностического контроля.

Для повышения надежности станков и автоматических станочных систем целесообразно:

- оптимизировать сроки службы наиболее дорогостоящих механизмов и деталей станков на основе статистиче­ских данных и тщательного анализа с использованием средств вычис­лительной техники;

- обеспечивать гарантированную точностную на­дежность станка и соответствующую долговечность ответственных подвижных соединений (опор и направляющих); применять материалы и различные виды термической обработки, обеспечивающие высокую стабильность базовых деталей несущей системы на весь срок службы станка; устранять в ответственных соединениях трение скольжения, применяя опоры и направляющие с жидкостной и газовой смазкой;

- применять в наиболее ответственных случаях при использовании сложных систем автоматического станочного оборудования принцип резервирования, резко повышающий безотказность системы; распро­странять в станках профилактические устройства обнаружения и предупреждения возможных отказов по наиболее вероятным при­чинам.