Обеспечение надежности

Надежность станка - это его свойство выполнять заданные функции в течение определенного срока службы и в заданных условиях эксплуатации. Надежность проявляется в безотказности, ремонтопригодности и долговечнос­ти. Безотказность — это свойство станка непрерывно сохранять работоспособ­ность в течение некоторого времени. В качестве показателей безотказности приняты: параметр потока отказов (среднее число, отказов в единицу вре­мени); наработка на отказ (среднее значение наработки между двумя сосед­ними отказами); вероятность безотказной работы в интервале времени от пуска станка до некоторого случайного момента; установленная безотказная наработка в сутки (минимальная безотказная наработка в течение суток, про­веряемая при приемосдаточных испытаниях); установленная безотказная на­работка в неделю (минимальная безотказная наработка за неделю, исчисляе­мая как сумма безотказных наработок за сутки и проверяемая при инспек­ционных испытаниях); установленная безотказная наработка (наработка, в течение которой переход станка в неработоспособное состояние не допустим, проверяемая при периодических испытаниях или подконтрольной эксплуата­ции). За показатели ремонтопригодности принимают среднее время восстановления и вероятность восстановления станка в течение заданного времени.

Показателями долговечности станка служат: ус­тановленный ресурс до выхода его ответственно­го параметра за допустимый предел; установлен­ный ресурс до первого среднего или капитально­го ремонта; установленный срок службы до пер­вого среднего или капитального ремонта- Надеж­ность станков и станочных систем характеризуют также комплексными показателями: коэффи­циентом готовности и коэффициентом технического использования.

Нормы показателей надежности станков выпуска до 1996 г., установленные отраслевым стандартом [65] и приведенные в табл. 2 2, относятся к двух­сменному режиму эксплуатации, а для гибких производственных модулей и многоцелевых станков — к трехсменному режиму. Норма коэффициента тех­нического использования относится к недельному периоду эксплуатации. При определении установленного срока службы до первого капитального ремонта и ресурса по точности до первого среднего ремонта для станков с абразивным инструментом значения, приведенные в табл. 2.2, следует умножить на 0,9.

Из множества способов обеспечения надежности станочного оборудования на стадии проектирования необходимо отметить следующие.

1. Применение в проектируемом изделии унифицированных и стандартных элементов. Унификация представляет рациональное сокращение числа видов и типоразмеров изделий одинакового функционального назначения. Унифицируют станочные узлы, а также элементы и размеры деталей. Наибольшая доля унифицированных стандартных узлов может быть включена в оборудование агрегатного типа: специальные станки, автоматические линии, промышленные роботы. Применение принципа агрегатирования позволяет создавать оборудование высокой надежности, так как унифицированные агрегатные узлы изготовляются по передовой технологии и в результате тщательных испытаний доводятся до требуемого уровня качества.

2, Обеспечение структурной надежности. Автоматическая линия, станок, любой входящий в них узел состоят из элементов. Под элементом понимают часть системы, которая может характеризоваться самостоятельными входными и выходными параметрами. Если система выходит из строя при отказе любого элемента, она называется последовательной и может быть представлена в виде структуры, изображенной на рис. 26, а. Если вероятности безотказной работы элементов 1, 2,..., п до момента t равны соответственно Р₁ (t), Р₂ (t),… Р_n (t), то вероятность безотказной работы системы до этого момента

Из этой зависимости следует, что для обеспечения требуемой надежности по­следовательной системы при увеличении числа входящих в нее элементов не­обходимо повышать их надежность.

Если система выходит из строя только в случае отказа всех ее элементов, она называется параллельной и может быть представлена в виде структуры, изображенной на рис. 25, 6. Вероятность безотказной работы параллельной системы независимых элементов

С увеличением числа элементов надежность параллельной системы повы­шается, Способ повышения надежности путем введения в систему элементов, избыточных по отношению к необходимым для выполнения заданных функ­ций, называется резервированием, Например, при проектировании автомати­ческих линий предусматривают резервные станки или потоки (постоянное ре­зервирование), автоматическую замену изношенных инструментов (резерви­рование замещением). Гибкие производственные модули иногда оснащают резервным инструментальным магазином.

3. Применение систем технического диагностирования. Техническое диагностирование осуществляется автоматической системой, встроенной в технический объект или подключаемой к нему периодически, и позволяет определить состояние автоматических линий, станков и их узлов в процессе эксплуатации. Техническое диагностирование может выполняться в виде: а) непосредственного контроля мощности, подачи и других выходных параметров объекта или их функциональных зависимостей и сравнения полученных данных с эталонными; б) контроля работоспособности объекта по косвенным признакам (например, об износе деталей электромеханического привода можно судить по его акустическим характеристикам, о динамическом состоянии объекта - по его амплитудно-фазовой частотной характеристике, о правильности функционирования автоматической линии - по факту соответствия ее циклограммы проектной циклограмме и т.д.).

4. Применение конструкций с износостойкими элементами. Такими являются узлы с трением качения, гидростатическим, гидродинамическим, аэростатическим трением. Высокой износостойкостью обладают обратные пары трения, узлы с избирательным переносом металла, С целью снижения скорости изнашивания деталей выбирают износостойкие материалы (в том числе порошковые и пластмассы), подвергают поверхности деталей термической и химико-термической обработке, а также поверхностному пластическому деформированию. На ответственные поверхности наносятся износостойкие покрытия.

С целью снижения изнашивания деталей применяют конструкции с равно­мерным распределением давления на поверхностях трения: с малой кон­центрацией давления (зубчатые колеса малой ширины или расположенные на жестких валах и симметрично относительно опор, узкие подшипники); пла­вающие или самоустанавливающиеся (гайки передач винт-гайка качения); с элементами, имеющими корректированную форму (зубчатые колеса с боч­кообразными зубьями).

5. Улучшение условий трения. С этой целью с помощью уплотнений и защитных устройств поверхности деталей предохраняют от загрязнений. При эффективном их смазывании снижаются сила трения, износ деталей, температура контактирующих поверхностей,

6. Применение конструкций, допускающих тонкое регулирование зазоров и компенсацию износа в условиях эксплуатации снятием металла с одной из контактирующих деталей (рис. 2.6, я), с помощью винтов (рис, 2.6, б), перемещением клиньев или конусных деталей (рис. 2.6, в), упругим деформированием деталей (рис. 2.6, г).

7. Обеспечение ремонтопригодности, С этой целью за счет использования унифицированных узлов уменьшают номенклатуру сборочных единиц; приме­няют системы технического диагностирования; обеспечивают удобное обслу­живание рабочих позиций проектируемого оборудования (достаточное рас­стояние между станками автоматической линии, наладочные пульты вблизи ра­бочих позиций и т.д.); рационально разделяют конструкцию на элементы (сборные зубчатые колеса, быстросменные элементы, если они часто выходят из строя); обеспечивают удобное выполнение сборочно-раэборочных работ при замене элементов благодаря их форме, допускающей удобный захват, достаточному пространству около элемента, хорошей видимости, небольшим усилиям при извлечении элемента и т.д