Основные направления повышения надежности технических систем презентация

2
1. Методы повышения надежности сельскохозяйственной техники и мероприятия по обеспечению надежности машин в процессе производства.
2. Физическая основа процессов упрочняющей технологии.
3. Классификация технологических методов упрочнения деталей машин. Основные процессы упрочняющей технологии.
4. Повышение надежности сельскохозяйственной техники в процессе эксплуатации и при ремонте.
5. Цель и виды испытаний. Планы наблюдений
и планирование испытаний.

Задачи повышения надежности машин реализуются на всех этапах производства и эксплуатации машин посредством конструкторских, технологических и эксплуатационных методов.
В процессе производства техники эти задачи реализуются посредством конструкторских и технологических методов.
3

Конструкторские методы:
1. Упрощение конструктивной схемы машины, уменьшение числа составляющих ее элементов. Очевидно, что более надежными будут объекты, имеющие принципиально простые конструктивные схемы и решения.
2. Замена элементов, лимитирующих надежность машины, более надежными.
3. Выбор долговечных материалов деталей и рациональных их сочетаний в сопряжениях.
4. Обеспечение функциональной избыточности элементов машины путем повышения запасов прочности и эксплуатационных свойств деталей.
4

5
Внезапные отказы при эксплуатации с.-х. машин возникают, в основном, в результате превышения предельно допустимых нагрузок. Очевидно, что увеличение запаса прочности элементов машины является одним из путей повышения ее безотказности. Запас прочности может быть повышен увеличением размеров деталей или подбором материалов с более высокими пределами прочности и другими механическими характеристиками. Повышение запаса прочности деталей увеличением их размеров в современных условиях борьбы за понижение материалоемкости конструкций не перспективно. Более предпочтительно снижение загруженности деталей путем рационализации формы и параметров их рабочих поверхностей.

5. Защита элементов машины от разрушающих действий окружающей среды. Здесь характерны такие методы, как защита поверхностей от запыления и загрязнения и применение защитных покрытий.
6. Установка различных датчиков и автоматических контрольно-измерительных устройств, сигнализирующих об изменении технического состояния и о возникновении отказов основных элементов машины. Установка таких устройств позволяет предвидеть во многих случаях отказ того или иного элемента и своевременно принять меры для восстановления его работоспособности. Поэтому это требование к конструкции машин в перспективе превратится в мощное средство для решения проблем надежности.
6

7. Повышение уровня ремонтопригодности машин более рациональной компоновкой ее элементов, обеспечивающей свободный доступ к наиболее ненадежным сборочным единицам.
8. Обеспечение благоприятных условий работы деталей и смазки трущихся поверхностей.
7

8
Интенсивность изнашивания большинства сопряжений зависит от температуры трущихся поверхностей и условий смазки. Поэтому стремятся снижать температуру в узлах трения за счет специальных систем охлаждения, (например цилиндры двигателя и др.). Условия смазки улучшают применением современных и высококачественных смазочных материалов с присадками, улучшением формы трущихся поверхностей и применением, где это возможно, смазки под давлением. Подачу смазки под давлением начинают применять при смазке наиболее ответственных деталей, которые переводят с консистентных смазок на жидкостную смазку.

9
9. Организация при конструкторских бюро заводов-изготовителей служб надежности, контролирующих уровень надежности изделий и разрабатывающих рекомендации по повышению долговечности и безотказности машин.
Выбор материалов, обладающих достаточной износостойкостью, является весьма сложной задачей, так как она зависит не только от свойств сопряженных материалов, но и от условий работы сопряжения, так как в одних условиях данная пара материалов будет износостойкой, в других – нет.

10
Основные принципы подбора:
- необходимо сочетать твердый материал с мягким, имеющим температуру рекристаллизации ниже средней температуры поверхности трения. Пластичный материал, не наклепываясь при работе сопряжения, обладает положительным градиентом механических свойств по глубине. Такое сочетание металлов хорошо противостоит заеданию и обладает высокой надежностью;
- сочетать твердый материал с твердым. Такие трущиеся пары обладают высокой износостойкостью, вследствие малого взаимного внедрения их поверхностей. Эти пары требуют нанесения приработочных покрытий, для повышения их надежности в период приработки. Однако они требуют также высокой точности изготовления и сборки, жесткости конструкции и обеспечение хороших условий смазки;

- следует избегать пар трения из однородных металлов, особенно в условиях несовершенной смазки, так как подобные пары обладают легкой схватываемостью. В тех случаях, когда этого невозможно избежать, необходимо, чтобы их твердость отличалась не меньше чем на 10 единиц по Бринелю;
- применение антифрикционных подшипниковых сплавов, которые должны иметь структуру, состоящую из твердых включений в пластичной матрице (типичный представитель – баббиты). Это обеспечивает хорошую прирабатываемость и высокую несущую способность;
11

- применять в труднодоступных для смазывания конструкциях пористые металлокерамические материалы и антифрикционные сплавы, обеспечивающие самосмазывание за счет капилляров, образовавшихся между частицами;
- применять в качестве антифрикционных и фрикционных материалов пластические массы. В ряде случаев они повышают надежность и срок службы узлов, уменьшают массу, расход цветных металлов, снижают шум и вибрацию машин;
- использовать материалы, при работе которых на поверхностях трения образуются защитные окисные пленки (окислительное изнашивание) или пленки из структурных составляющих цветных металлов (избирательный перенос).
12

Особенности конструкторских требований с позиции обеспечения ремонтопригодности машин можно представить в виде следующих критериев:
1. Конструктивная законченность и достаточно легкая отделимость агрегата машины (коробки передач, двигателя, заднего и переднего моста и т. д.). Выполнение этого требования позволяет более успешно решать вопросы организации агрегатного метода ремонта.
2. Обеспечение конструкторской и технологической доработанности агрегатов в отношении ресурса их деталей и узлов.
13

3. Унификация агрегатов, узлов и деталей различных машин. Это требование позволит значительно облегчить снабжение запчастями и организацию ремонта и эксплуатации изделий в хозяйствах.
4. Обеспеченность быстро изнашивающиеся сопряжения машин легкосъемными деталями в виде втулок, колец, вкладышей и т.д. Эта особенность определяет возможность устранения отказов путем замены быстроизнашивающихся деталей.
5. Конструкция агрегатов и узлов машины должна обеспечивать достаточное удобство при производстве разборочно-сборочных работ.
6. Конструкция регулируемых сопряжений должна обеспечивать необходимые удобства для проведения регулировок и обеспечивать их стабильность.
14

Технологические методы повышения надежности при производстве
В технологическую систему производства входят: оборудование, оснастка, заготовки, детали, изделия, средства контроля и испытаний, и технологическая документация, операторы, контролеры и т. д.
Цель технологических методов – достижение в производстве показателей и параметров, заданных конструкторами при проектировании деталей, агрегатов и машин.
15

К основным технологическим методам относятся следующие.
1. Обеспечение необходимой точности изготовления деталей.
С повышением точности изготовления деталей появляется возможность уменьшить начальные зазоры в подвижных соединениях и более жестко регламентировать натяги в неподвижных соединениях, что значительно повышает долговечность таких соединений и машины в целом.
16

2. Обеспечение оптимального качества рабочих поверхностей. От качества поверхности зависят изнашивание, коррозия, статическая и динамическая прочность деталей машин. От исходной шероховатости рабочих поверхностей зависит качество посадки как с зазором, так и с натягом. При значительной шероховатости срезаются микровыступы в процессе запрессовки и ослабевает неподвижная посадка. Повышенная шероховатость также противопоказана для приработки подвижных соединений, так как уменьшается площадь фактического контакта, повышается давление, нарушается режим жидкостной смазки и возникает опасность задиров. Однако и чрезмерно гладкая поверхность не всегда нужна, так как на ней не удерживается масляная пленка.
3. Обеспечение необходимых прочностных характеристик деталей.
17

Физическая основа процессов упрочняющей технологии и классификация технологических методов упрочнения деталей машин.
Физической основой упрочняющих технологий является целенаправленное изменение свойств поверхностного слоя деталей посредством механического, термического, химического и электрического воздействия, в т.ч. и в их комбинации.
Упрочняющие технологии разделяются на:
Механические;
Термические;
Химико-термические;
Химические;
Нанесение гальванических и электрохимических покрытий.
18

Механические технологии:
Обработка резанием. При обработке резанием на 20-30 % увеличивается твердость обработанной поверхности за счет образования упрочненного слоя глубиной 0,05-0,5 мм, кроме того образующиеся в поверхностном слое остаточные напряжения сжатия 3-7 МПа положительно влияют на износ.
Упрочнение деталей поверхностным пластическим деформированием. При поверхностном пластическом деформировании в результате операций накатки, дробеструйной обработки, чеканки и т.п. повышается усталостная прочность деталей, работающих при циклических нагрузках, в 1,5…2,0 раза увеличивается твердость рабочих поверхностей и сопротивляемость их изнашиванию и коррозии.
19

Термические технологии:
Это поверхностная закалка, осуществляемая следующими способами:
- пламенная - газом и кислородом, керосин-кислород. Охлаждение - вода, эмульсия, воздух;
- поверхностная закалка с контактным нагревом током от понижающего трансформатора (сварочного). В контакте - тепло, охлаждение водой, эмульсией;
- ТВЧ-закалка - индуктор с охлаждением;
- закалка с нагревом в электролите (раствор кальцинированной соды подключают к «+», а деталь - к «-»);
- обработка рабочих поверхностей деталей лучом лазера. Обработанные таким образом рабочие поверхности отличаются повышенной прочностью и износостойкостью. При этом не наблюдается коробление деталей.
20

Химико-термические технологии.
Из возможных видов химико-термической обработки поверхности наиболее распространены следующие:
- Цементация - насыщение углеродом поверхностного слоя малоуглеродистых (до 0,3%С) сталей при нагревании в углеродистой среде до 900 С без доступа воздуха. Поверхность твердая, сердцевина мягкая. При этом всегда применяется закалка
- Азотирование стали - насыщение поверхностного слоя азотом при нагревании ее до 900 С в среде аммиака. Износостойкость увеличивается в 8 - 20 раз.
21

22
- Цианирование - одновременно используются азот и углерод (530-650 С - низкотемпературное, 800-930С - высокотемпературное).
- Оксидирование - образуется искусственная оксидная пленка, предупреждает заедание. Ведется в ваннах щелочных и кислых при t раствора 138...165 С.

23
- Фосфатирование - образование пленки нерастворимых фосфатных солей (в ванне до 90С) либо в струе. Пленка жаростойка до 600 С, хороша для приработки.
- Сульфидирование - обогащение слоев стальных изделий серой. Ведут в жидкой, твердой или газообразной среде при температуре от 150 С до 950 С. Ускоряется приработка, активизируется действие смазки.

Гальванические и электрохимические технологии.
- Электролитическое хромирование. Хром обладает высокой твердостью, прочностью, химической стойкостью. Хром мало изнашивается сам, почти не изнашивает сопряженную с ним стальную или чугунную поверхность. Покрытие гладкое или пористое.
- Электролитическое никелирование. Применяется для повышения износостойкости. При трении без смазки износостойкость никелевого покрытия в 2-3 раза выше, чем у закаленной стали, но на 10-20 % ниже, чем хромированной поверхности.
- Серебрение. Для электропроводности и антикоррозии. Слабо сцепляется с основой.
24

Эксплуатационные методы повышения надежности
Для обеспечения высоких показателей долговечности и безотказности машин при эксплуатации необходимы следующие мероприятия.
1. Качественная обкатка новых и отремонтированных машин в хозяйстве. Ее необходимо проводить в соответствии с рекомендацией заводов-изготовителей или ремонтных предприятий.
По завершении обкатки снимают ограничение мощности и проводят первое техническое обслуживание с заменой смазочных материалов в двигателе и агрегатах трансмиссии и ходовой части.
2. Организация технического обслуживания и создание для его проведения необходимой материальной базы.
3. Проведение периодических технических осмотров машин.
4. Соблюдение режимов работы машин.
25

5. Соблюдение рекомендаций заводов-изготовителей по применению топлива, масла и смазочных материалов.
6. Контроль и обеспечение достаточной герметизации агрегатов и механизмов машин. Например при подсосе 1% не фильтрованного воздуха интенсивность изнашивания верхних поршневых колец увеличивается в 4 раза.
7. Соблюдение установленных правил хранения машин.
8. Повышение уровня квалификации механизаторов.
26

27
Повышение надежности техники при ремонте
К основным методам повышения надежности отремонтированных машин относятся следующие.
1. Проведение предремонтного диагностирования в мастерских хозяйств для определения необходимых ремонтных воздействий и разборки соответствующих агрегатов машин.
2. Обеспечение сохраняемости ремонтного фонда, поступающего на ремонтные предприятия. Достигается организацией складов и площадок, использованием специальных подставок и прокладок, антикоррозионных смазочных материалов и других средств. При неудовлетворительном хранении ремонтный фонд может быть превращен в металлолом.

28
3. Выполнение разборочных работ без повреждения деталей и разукомплектовки соответствующих пар.
Для исключения повреждения деталей при разборке следует использовать съемники, прессы, стенды и другие средства механизации.
Для сохранения комплектов деталей применяют различные контейнеры. Нельзя разукомплектовывать блоки цилиндров и крышки подшипников коленчатого вала, шатуны и их крышки, пары зубчатых колес конечных и других передач.

4. Выполнение на ремонтных предприятиях качественной очистки машин, агрегатов и деталей от различных загрязнений.
Удаление накипи, нагара, асфальтосмолистых и других загрязнений отличается определенными трудностями и требует использования современного оборудования (например, ультразвукового), новых моющих средств, обеспечения соответствующих режимов очистки.
Только при высококачественной наружной очистке и промывке масляных каналов в блоке и коленчатом вале можно увеличить ресурс двигателя ЯМЗ на 30 %.
5. Контроль и дефектация деталей.
29

Испытание тракторов на МИС проводят по ГОСТ 7057–73 «Тракторы сельскохозяйственные. Методы испытаний». При этом хронометрируют работу машин, собирают полную информацию о всех отказах и оценивают ремонтопригодность машины. Недостатком испытания машин на МИС является их относительная кратковременность, а главное – малое количество одновременно испытуемых машин одной марки.
30

При разовом обследовании машин путем опроса механизаторов выявляют типичные, часто встречаемые отказы, причины их появления в условиях эксплуатации. Разовое обследование не позволяет получить достаточную информацию о надежности машин и служит вспомогательным методом сбора дополнительной информации. Преимущество этого метода – возможность в короткий срок собрать информацию об отказах одновременно большого количества машин.
31

32
Наиболее достоверный метод сбора информации о надежности – это систематическое наблюдение за большим количеством машин одной марки при эксплуатации их в хозяйствах.
В процессе наблюдения машины в специальный журнал записывают исходные данные, условия работы и наработку машины нарастающим итогом и регистрируют все случаи простоя машины по техническим причинам.

Объектом экспериментальной оценки надежности является обычно целая партия машин, которую называют генеральной совокупностью. Если число машин в партии велико, то испытаниям подвергаются не все образцы, а некоторая их часть, называемая выборкой.
33

В процессе сбора информации в хозяйственных условиях возможны различные варианты планов испытаний или наблюдений регламентированных ГОСТ 27.002–83. ГОСТ предусматривает 13 планов испытаний, из которых для испытания на надежность с.-х. техники чаще всего используются следующие четыре:
План испытаний NUN, согласно которому одновременно испытывают N объектов. Отказавшие во время испытаний объекты не восстанавливают (буква U) и не заменяют. Испытания прекращают при отказе последнего объекта.
34

35
План испытаний NUT, согласно которому одновременно испытывают N объектов. Отказавшие во время испытаний объекты не восстанавливают (буква U) и не заменяют. Испытания прекращают при истечении времени испытаний или наработки Т для каждого неотказавшего объекта.
План испытаний NUr, согласно которому одновременно испытывают N объектов. Отказавшиеся во время испытаний объекты не восстанавливают и не заменяют. Испытания прекращают, когда число отказавших объектов достигло r. При r = N имеем план NUN.