Надежность подъемно-транспортных машин

Подъемно-транспортные машины являются одним из звеньев технологиче­ской цепи транспортно-грузового комплекса. Для обеспечения его бесперебойной работы все звенья должны обладать достаточным уровнем надеж­ности.
В соответст­вии с ГОСТ 27.002-89 надежность определяется как свойство объекта сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, ха­рактеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях при­менения, технического обслуживания, ремонта, хранения и транс­портирования. Надежность является комплексным свойством, которое в зависимости от назначения объекта и условий его пребыва­ния может включать безотказность, долговечность, ремонтопригодность и сохра­няемость или опреде­ленное сочетание этих свойств.

Безотказность - свойство объекта непрерывно сохранять работоспособное со­стояние в течение некоторого времени или наработки.
Долговечность - свойство объекта сохранять работоспособное состояние при ус­тановленной системе технического обслуживания и ремонта. Ремонтопригод­ность - свойство объекта, заключающееся в приспособленности к поддержанию и восстановлению работоспособного состояния путем технического обслуживания и ремонта.

Сохраняемость - свойство объекта сохранять в заданных пределах значения па­раметров, характеризующих способность объекта выполнять требуемые функции, в течение и после хранения и (или) транспортирования.
Перечисленные важнейшие свойства надежности характеризуют определенные технические состояния объекта. Различают пять основных видов технического со­стояния объектов.

Исправное состояние - состояние объекта, при котором он соответствует всем требованиям нормативно-технической и конструкторской до­кументации.
Неисправное состояние - состояние объекта, при котором он не соответствует хотя бы одному из требований нормативно-технической или конструкторской до­кументации.
Работоспособное состояние - состояние объекта, при котором значения всех па­раметров, характеризующих способность выполнять заданные функции, соответ­ствуют требованиям нормативно-технической и конструкторской документации.
Неработоспособное состояние - состояние объекта, при котором значения хотя бы одного параметра, характеризующего способность выполнять заданные функ­ции, не соответствует требованиям нормативно-технической или конструктор­ской документации. Предельное состояние - состояние объекта, при котором его дальнейшая экс­плуа­тация недопустима или нецелесообразна, либо восстановление его работо­способ­ного состояния невозможно или нецелесообразно.
Переход объекта из одного вышестоящего технического состояния в нижестоящее обычно происходит вследствие событий: повреждений или отка­зов. Совокуп­ность фактических состояний объекта, к примеру, мостового крана, и возникаю­щих событий, способствующих переходу в новое состояние, охваты­вает так назы­ваемый жизненный цикл объекта, который протекает во времени и имеет опреде­ленные закономерности, изучаемые в теории надежности.
Согласно ГОСТ 27.002-89 отказ - это событие, заключающееся в нарушении ра­ботоспособного состояния объекта.

Повреждение - событие, заключающееся в нарушении исправного состояния объ­екта при сохранении работоспособного состояния.
Переход объекта из исправного состояния в неисправное не связан с отказом.
В ГОСТ 15467-79 введено еще одно понятие, отражающее состояние объекта - дефект. Дефектом называется каждое отдельное несоответствие объекта установ­ленным нормам или требованиям. Дефект отражает состояние отличное от отказа.
В соответствии с определением отказа, как события, заключающегося в наруше­нии работоспособности, предполагается, что до появления отказа объект был ра­ботоспособен. Отказ может быть следствием развития неустраненных по­врежде­ний или наличия дефектов: потертости изоляции; обрыва отдельных про­волок каната; небольших деформа­ций.

В теории надежности, как правило, предполагается внезапный отказ, который ха­рактеризуется скачкообразным изменением значений одного или нескольких па­раметров объекта. На практике приходится анализировать и другие отказы, к примеру, ресурсный отказ, в результате которого объект приобретает предельное состояние, или эксплуатационный отказ, возникающий по причине, связанной с нарушением установленных правил или условий эксплуатации.
В соответствии с ГОСТ 27.002-89 для количественной оценки надежности приме­няются количественные показатели оценки отдельных ее свойств: безотказности, долговечности, ремонтопригодности и сохраняемости, а также комплексные пока­затели, характеризующие готовность и эффективность использования техниче­ских объектов (в частности, подъемно-транспортных машин). Так, показателями безотказности являются:

· вероятность безотказной работы;

· средняя наработка до отказа;

· интенсивность отказов;

· средняя наработка на отказ;

· параметр потока отказов.

Вероятность безотказной ра­боты — вероятность того, что в пределах за­данной наработки или заданного интервала времени t отказ объекта не возникнет. На практике этот показатель определяется статистической оцен­кой

где N_o - число однотипных объектов, находящихся под контролем;
n(t) - число отказавших объектов за время t.

Иногда практически целесообразно пользоваться не вероятностью безотказной работы, а ве­роятностью отказа Q(t). Поскольку работоспособность и отказ явля­ются состояниями несо­вместимыми и противоположными, то их вероятности свя­заны зависимостью:

Следовательно,

Q(t) = 1 - Р(t).

В случаях, когда отказ связан с дорогостоящей или аварийно опасной задержкой производства, а также для ответственных элементов ПТМ (крюки, валы, зубчатые колеса и т. п.) рекомендуется принимать , а когда от­каз может привести к несчаст­ному случаю, Р(t)= 0,9999. Если отказ не связан с тяжелыми последствиями и вызывает незначительные экономические потерн, что соответствует практике использования многих ПТМ, то допу­стимое значе­ние Р(t)в интервале tпринимают намного ниже ука­занного или вообще этот показатель не нормируют.

Средней наработкой до отказа называется математическое ожидание нара­ботки объекта до первого отказа T₁. Статистическая оценка для средней нара­ботки до отказа определяется по формуле

,

где - сумма наработки наблюдаемых объектов;

N_o - число работоспособных однотипных невосстанавливаемых объектов при t = 0 (в начале наблюдений).

Интенсивность отказов - это условная плотность вероятности возникновения отказа объекта, определяемая при условии, что до рассматриваемого момента времени отказ не наступил. Статистическая оценка интенсивности отказов имеет вид :

где - число отказов однотипных объектов на интервале , для кото­рого определяется ;

- число работоспособных объектов в середине интервала :

,

где N_i - число работоспособных объектов в начале интервала ;
- число работоспособных объектов в конце интервала .

Показатель средней наработки на отказ объекта (наработки на отказ) отно­сится к восстанавливаемым объектам, при эксплуатации которых допус­каются многократно повторяющиеся отказы. Эксплуатация таких объектов может быть опи­сана следующим образом: в начальный момент времени объект начинает ра­боту и продол­жает работу до первого отказа; после отказа происходит восстанов­ление работоспособности, и объект вновь работает до от­каза и т.д. Средняя нара­ботка на отказ объекта (наработка на отказ) определяется как от­ношение сум­марной наработки восстанавливаемого объекта к числу отказов, про­исшедших за суммарную наработку:

Параметр потока отказов согласно ОСТ 24.190.03-83 используют в качестве обязательного для ПТМ, внезапный отказ которых может привести к авариям, большим экономическим потерям, а также для машин, перевозящим людей в мес­тах их массового скопления (лифтов, эскалаторов). Параметр потока отказов также характеризует восстанавливаемый объект и по стати­стическим данным оп­ределяется по формуле:

где n(t₁) и n(t₂) - количество отказов объекта, зафиксированных соответст­венно, по истечении времени t₁ и t₂.

Если используются данные об отказах по определенному количеству восста­навливаемых объ­ектов, то

где - количество отказов по всем объектам за интервал времени ;
N_о - количество одно­типных объектов, участвующих в наблюдениях
(отказавший объект восстанавливается, N_о = соnst).

Для оценки долговечности объектов используются следующие показатели:

· гамма-процентный ресус;

· средний ресурс.

Под гамма-процентным ресурсом понимают наработку, в течение которой объ­ект не достигнет предельного состояния с заданной вероятностью процентов. Если, например, = 90%, то соответствующий ресурс называют «девяностопро­центным ресурсом».

Для массовых и крупносерийных изделий ПТМ ОСТ 24.190.03-83 устанавливает 90-процентный ресурс до капитального ремонта. Для его определения рекоменду­ется: установить наблюдение за определенным количеством объектов — N = 10i (где i - целое число не менее 5); зарегистрировать наименьшие ресурсы в коли­че­стве i; принять в качестве 90-процентного ресурса наибольший из этих ресурсов. Например, если из 50 зарегистрированных ре­сурсов канатов (по 5 на каждом из 10 кранов) наименьшими ока­жутся ресурсы 110, 121, 130, 138 и 142 дня, то 90-про­центный ре­сурс канатов в этих условиях можно принять равным 142 дням.

Средний ресурс — математическое ожидание ресурса. При на­личии данных о ресурсе (сроке службы, сроке сохраняемости) N объектов статистическая оценка среднего ресурса определяется по формуле:

где х_i – ресурсы объектов.

Для невосстанавливаемых изделий особо ответственного на­значения исполь­зуют показатель долговечности, названный назначенным ресурсом. Под ним под­разумевают суммарную нара­ботку объекта, при достижении которой эксплуата­ция должна быть прекращена независимо от его состояния. В ПТМ этот показа­тель можно использовать при разработке систем технического обслу­живания и ремонта машин.

Показателями ремонтопригодности являютсявероятность восстановления в за­данное время и среднее время восстановления. Первый из них — вероятность того, что время восстановления объекта после отказа не превысит заданного, вто­рой — математическое ожидание времени восстановления. Под временем восста­новления подразу­мевается суммарное время, затрачиваемое на обнаружение, по­иск причины и устранение последствий отказа. При наличии стати­стических дан­ных о длительности восстановления т объектов оценка среднего вре­мени восстановления

Показатели сохраняемости: гамма-процентный и средний сроки сохраняе­мости. Первый показатель — срок сохраняемости, который будет достигнут объектом с заданной вероятностью процентов, второй — математическое ожи­дание срока сохраняемости. Сроком сохраняемости называют календар­ную продолжительность хранения и (или) транспортирования объекта в за­данных усло­виях, в течение и после которой сохраняются значения задан­ных показателей в установленных пределах. Для многих ПТМ период между отправкой их с завода-изготовителя до подачи в монтаж может исчисляться годами. При соблюдении правил транспорти­рования и хранения элементы ПТМ, как правило, не изменяют заданных показателей. Но имеются и та­кие машины, у которых при длительном хранении они существенно ухуд­шаются. Для них целесообразно нормирование показателей сохраняемости. Методы их определения аналогичны методам определения гамма-процент­ного и среднего ресурсов.

Кроме перечисленных единичных установлен ряд комплексных по­казателей надежности. Из них для ПТМ обычно применяют три:

· коэффициент готовности;

· коэффициент простоев;

· удельная суммарная стоимость ремонтов.

Коэффициент готовности определяется отношением суммар­ного вре­мени пребывания наблюдаемых объектов в работоспособ­ном состоянии к произведению числа этих объектов N на про­должительность эксплуатации T_р (за исключением простоев на проведение плановых ремонтов и техниче­ского обслуживания):

где - суммарное время пребывания i-го объекта в работоспо­собном состоя­нии (i = 1, 2, ..., N).

Поскольку время T_р у различных объектов наблюдаемой группы может не совпадать, то:

где Т_i — продолжительность эксплуата­ции i-ro объекта.

По ОСТ 24.090.23—83 для ПТМ коэффициент готовности к_гпринят в каче­стве допустимого показателя взамен обязательного, называемого коэффици­ентом простоев к_п,который связан с коэф­фициентом готовности зависимо­стью

Из этой зависимости следует, что

Удельная суммарная стоимость ремонтов С_ур определяется как отноше­ние средней суммарной стоимости ремонтов к мате­матическому ожиданию суммарной наработки объекта за один и тот же период эксплуатации. Под средней суммарной стоимостью ремонтов понимается математическое ожи­дание суммарных затрат на все виды ремонтов за определенный период экс­плуатации. Ме­тодика определения комплексных показателей для ПТМ приве­дена в ОСТ 24.190.03-83.

Показатели надеж­ности, имеющие существенное значение для данного объекта, включаются в техническую документацию на него как нормативные требования. Нормативные значения показателей надежности устанавливаются с учетом стоимости объекта, включая монтаж, затраты на его обслуживание и ремонт, убытков от простоев, связанных с отказами, идругих технико-эконо­мических характеристик. При проектировании новой машины такие данные от­сутствуют. Поэтому нормативные значения показателей надежности чаще всего устанавливают на основе статистической информации о на­дежности луч­ших объектов-аналогов.

Проверка соответствия конкретных ПТМ требованиям надежности устанав­ливается по результатам анализа результатов наблюдений за ними в условиях эксплуатации.