Судовых механизмов

Как внезапные, так и постепенные отказы изделий представляют собой случайные события, которые могут произойти или не произойти и которые реализуются с некоторой вероятностью. Это связано с тем, что причины, вызывающие отказ, носят случайный характер, случайными являются и их сочетания. Если бы все причины отказа можно было точно предсказать, можно было бы говорить и о стопроцентной надежности. В действительности всегда приходится считаться с возможностью отказа и направлять усилия лишь на снижение вероятности этого события.

Современная теория надежности основана на методах теории вероят­ностей, а в качестве показателей надежности принимаются различные характеристики случайной величины — времени наработки изделий до отказа (между отказами), до предельного состояния, продолжительности восстановления и т. Д. Наиболее полными характеристиками любых случайных величин являются различные законы их распределения, выра­женные (в случае непрерывных случайных величин), через плотности f(t) или функции F(t). С помощью законов распределений случайных величин (наработок до отказов, предельных состояний, времени восста­новлений) можно однозначно определить все показатели надежности изделий.

Рассмотрим связь между законами распределения наработки до отказа (между отказами) и физикой отказов судовых механизмов.

Наиболее распространенной моделью внезапных отказов явля­ется модель „случайного выброса» параметра за установленный уро­вень.

На рис. 1. представлена часть осциллограммы изменения нагрузок в крестовой муфте, соединяющей насосный агрегат с приводом. Материал, из которого изготовлена муфта, имел скрытые дефекты в виде раковин и волосовин. Отказ муфты наступил в момент времени г, когда эксплуата­ционная нагрузка G(t) внезапно превысила допустимую G_Д. Такая же картина могла наблюдаться, если бы материал муфты не имел дефектов, а в процессе ее проектирования была бы допущена неточность при выборе запаса прочности.

Допустим, что и коэффициент запаса прочности и материал муфты выбраны правильно, однако в результате несоблюдения технологии сбор­ки был допущен перекос стыковочных поверхностей. В этом случае нагрузка на элементы муфты растет, и характер возникновения отказов вновь будет аналогичен изображенному на рис. 1.

Схема случайного выброса (см. рис. 1) подходит для любых судовых механизмов, всегда имеющих ограниченную прочность. Поэтому у любого судового механизма имеется некоторая конечная предельная нагрузка G_Д, которую он способен выдержать без отказа. Если же нагрузка G(t) превысит G_Д, то произойдет мгновенный отказ. На рисунке изображен условный уровень G, который отвечает средней величине нагрузки, под­считанной как среднее арифметическое нагрузок, действующих в течение длительного времени. Если предельная нагрузка G_Д намного больше средней нагрузки G, то случаи, когда кривая G (t) пересекает уровень G_Д, будут наблюдаться очень редко. Первое пересечение уровня G_H, как правило, произойдет через большой промежуток времени τ. При этом произойдет отказ механизма или его элемента. Следует обратить внимание на следующие два момента этой модели а) уровень предельно допустимой нагрузки G_Д остается постоянным в течение всего времени эксплуатации механизма; б) отказ возникает не как следствие постепен­ного изменения внутреннего состояния элементов механизма, а лишь в результате внешнего случайного воздействия по величине больше G_Д.

Рис. 1. Характер за­висимости нагрузки от времени.

Можно пока­зать, что при такой модели по­ток отказов бу­дет обладать свой­ствами стационар­ности, ординар­ности и отсутст­вия последствия,

то есть будет простейшим потоком. В то же время известно, что простейший поток определяет возникновение внезапных отказов судо­вых механизмов. В этом случае наработка до отказа подчиняется экспо­ненциальному закону распределения. Плотность вероятности экспонен­циального (показательного) закона выражается формулой

,

где λ = const — параметр распределения, равный интенсивности отказов или плотности числа пиков, превышающих допустимую нагрузку G_Д.

Для устано­вившегося периода работы судовых механизмов характерно распреде­ление наработок до отказов по экспоненциальному закону, присущему внезапным отказам.

Следует отметить, что в практике эксплуатации судовых механизмов условие стационарности, ординарности и отсутст­вия последействия потока отказов, как правило, выполняется, тогда как условие стационарности уровня допустимой нагрузки G_Д часто наруша­ется. Поэтому профилактика и текущий ремонт механизмов в установив­шийся период их работы проводится с целью поддержания уровня до­пустимой нагрузки G_Д.

Если поток отказов является простейшим, дальнейшее ужесто­чение сроков технического обслуживания бесполезно с точки зрения НАДЕЖНОСТИ, так как отказы, возникающие из-за ошибок при проектировании и изготовлении, как правило, не могут быть преду­преждены. Замена деталей механизма новыми после некоторого времени эксплуатации на стадии установившегося периода работы в случае спра­ведливости экспоненциального закона не способствует повышению надеж­ности, так как они имеют те же недостатки, которые были присущи и старым. Установившийся период работы судо­вых механизмов занимает большую долю времени эксплуатации, поэтому экспоненциальный закон имеет большое значение в практике оценки надежности судовых механизмов, что подтверждается рядом исследова­ний судовых электрогидравлических кранов, рулевых машин и др.

Однако, необходимо отметить, что при расчетах надежности изделий судового машиностроения экспоненциальное распределение используют гораздо чаще, чем оно фактически имеет место. Это связано с его сравни­тельной математической простотой, а также с тем, что в большинстве случаев неизбежная при этом неточность расчета всегда идет в запас рас­пределений.

Экспоненциальное распределение целесообразно использовать при сравнительной оценке надежности нескольких вариантов схем проектиру­емых судовых механизмов и устройств, а также при предварительной расчетной оценке их безотказности.

Вид распределения постепенных отказов зависит от процесса накоп­ления повреждений, важное место среди которых занимает старение механизмов. Действительно, со временем материалы претерпевают изме­нения, вызванные коррозией, износом, накоплением деформаций, уста­лости и др. Примером может служить изменение зазора в трущейся паре вал-подшипник, часто встречающейся в судовых механизмах. По мере вращения вала в сопряжении идут сложные процессы окисления поверх­ностных слоев, упрочнения и накопления усталости в них, абразивного резания и схватывания за счет адгезии. Наложение этих процессов приво­дит к постепенному увеличению зазора и потере работоспособности под­шипника при достижении предельной величины износа.

Пусть в случайные моменты времени возникают единичные поврежде­ния равной величины, и при накоплении повреждений механизм выходит из строя (возникает постепенный отказ). Повреждение состоит в том, что износ в течение наработки t скачкообразно увеличивается на некото­рую постоянную величину у. Такая картина износа отвечает модели накоп­ления повреждений. Реализация процесса накопления повреждений пред­ставлена на рис. 9. Такая модель старения механизмов пригодна в том случае, когда массовое производство обеспечивает высокую однород­ность начального качества механизмов (высокую однородность исходных материалов, стабильный технологический процесс, жесткий контроль качества) нагрузки, воздействующие на механизмы в их процессе их эксплуатации, варьируются в до­вольно широких пределах; при­работка частично обеспечивается в заводских условиях и в процессе эксплуатации занимает незначительное время.

- Специфические признаки внезапных и постепенных отказов судовых механизмов
Изделия	Признаки отказов
Конденсаторы паровых вспомо­гательных механизмов	Соленость конденсата выше нормы. Давле­ние не в норме. Износ протекторов выше нормы
Минерализаторы для обработки опресненной морской воды	Концентрация ионов в минерализованном дистилляте не в норме. Производительность ниже нормы. Солесодержание в минерализо­ванном дистилляте не в норме
Оборудование водоподготовки для специальных энергетических и обычных паросиловых установок (деаэраторы, фильтры ионообмен­ные и электрообменные)	Перепад давления на фильтре выше нормы. Содержание в фильтрате ионов хлора выше нормы. Содержание в фильтрате кислорода выше нормы
Парогенераторы низкого давле­ния (испарители грязных конден­сатов)	Давление вторичного пара не в норме. Уровень питатель-ной воды не в норме. Про­изводительность не в норме
Охладители масла всех видов	Повышение температуры пресной воды не в норме. Наличие следов морской воды в пресной воде (дистилляте). Износ протек­торов выше нормы.
Охладители масла всех видов	Повышение температуры масла не в норме. Наличие следов масла в пробе охлаждающей воды
Подогреватели питательной воды	Температура питательной воды не в норме. Прорыв пара через поврежденное стекло водоуказательной колонки
Подогреватели топлива и масла	Температура топлива (масла) не в норме. Наличие следов топлива (масла) в конден­сате греющего пара. Увеличение обводнения масла (топлива) сверх допустимой нормы
Водоопреснительные установки для питательной и питьевой воды	Снижение производительности ниже допу­стимых пределов. Повышение солесодержания сверх нормы (кроме переходных режимов)
Эжекторы пароструйные для комплектации судовых паровых вспомогательных установок	Перепад давления между полостями нагне­тания и всасывания ниже допустимого
Вьюшки	Тяговое усилие не в норме. Скорость выби­рания (травления) не в норме
Краны судовые грузовые	Грузоподъемность не в норме. Вылет стрелы не в норме. Высота подъема гака не в норме. Скорости (подъема, опускания, посадки груза, поворота, изменения вылета) не в норме. Угол поворота стрелы не в норме. Тормозной выбег груза не в норме. Держащая сила тор­мозов ниже нормы
Кран-балки	Грузоподъемность не в норме. Скорости поворота, подъема груза не в норме. Угол поворота стрелы не в норме. Высота подъ­ема гака над палубой не в норме. Держащая сила тормозов ниже нормы. Тормозной выбег груза не в норме
Краны судовые мостовые	Грузоподъемность не в норме. Скорости (передвижения моста, подъема, опускания груза, передвижения тележки) не в норме. Высота подъема гака не в норме. Держащая сила тормозов ниже нормы. Тормозной выбег груза не в норме
Лебедки судовые грузовые	Грузоподъемность не в норме. Тяговое усилие на грузовом барабане, турачке не в норме. Скорости (выбирания, посадки груза) не в норме. Тормозной выбег груза не в норме. Усилия на рукоятках не в норме
Лебедки специального назначе­ния, в том числе приводы люко­вых закрытий	Тяговое усилие не в норме. Скорость выби­рания не в норме. Держащая сила тормозов ниже нормы. Усилия на рукоятках не в норме
Лебедки траповые судовые ручные, шпили швартовные руч­ные	Тяговое усилие не в норме при нормальном усилии на рукоятке. Усилие на рукоятке не в норме. Держащая сила тормозов ниже нормы
Лебедки, вьюшки топенантные, лебедки буксирные	Тяговое усилие на грузовом барабане не в норме. Скорость выбирания (травления) не в норме. Держащая сила тормозов ниже нормы. Усилия на рукоятках не в норме
Лебедки тральные, промысло­вые	Тяговые усилия на грузовом барабане и турачке не в норме. Скорость выбирания (травления) не в норме. Нарушение последо­вательности укладки троса
Лебедки шлюпочные	Тяговое усилие не в норме. Держащая сила тормозов ниже нормы
Механизмы якорно-швартовные (шпили, брашпили, лебедки)	Тяговое усилие на звездочке, швартовном барабане не в норме. Скорости выбирания цепи, швартовного каната не в норме. Работа пары цепь-звездочка не в норме. Держащая сила тормозов ниже нормы. Усилия на рукоят­ках не в норме
Подъемно-опускные устройст­ва для гидроакустических станций	Величина хода обтекателя ниже требуемой нормы
Приводы рулевые ручные штуртросовые и валиковые	Усилие на рукоятке не в норме
Приводы следящие силовые ус­покоителей качки	Время перекладки руля не в норме. Вели­чина хода руля ниже требуемой нормы
Рулевые машины всех классов, типов и назначений	Перекладка руля: не в норме; самопроиз­вольная
Устройства для передачи жид­ких и сухих грузов траверзным способом	Грузоподъемность ниже нормы, цикличность передачи грузов ниже нормы
Устройства для передачи жид­ких и сухих грузов кильватерным способом	Скорость выбирания шланговой линии не в норме. Тяговое усилие в шланговой линии при выбирании не в норме. Максимальная пропускная способность шланговых линий ниже нормы
Шпили якорно-швартовные ручные	Тяговые усилия на звездочке, швартовном барабане не в норме. Усилие на рукоятке не в норме. Держащая сила тормозов ниже нормы
Автоматика теплообменных аппаратов и водоопреснительных установок	Неравномерность регулирования больше до­пустимой нормы. Зона нечувствительности больше допустимой нормы
Аккумуляторы невмогидравлические специальные (с газовым баллоном)	Отклонение рабочего давления ниже нормы
Аппаратура гидравлическая: клапаны, гидрозаменители, дели­тели потока	Величина утечки через притертые пары выше допустимой нормы. Быстродействие не в норме
Гидромашинки специального назначения	Тяговое усилие не в норме при минималь­ном давлении
Гидромоторы приводов палуб­ных механизмов	Крутящий момент на выходном валу не в норме. Скорость вращения вала ниже нормы при номинальном давлении
Манипуляторные устройства, регуляторы расхода, распредели­тели различных типов	Зона нечувствительности выше нормы. Вели­чина перерегулирования выше нормы. Быстро­действие не в норме
Насосы гидравлические приво­дов палубных и других механиз­мов	Производительность (давление) не в норме

Рис. 2. Плотность различных за­конов распределения: а - экспо­ненциального; б – гамма - рас­пределения; в - нормального; г - логарифмически-нормально­го; д - Вейбулла.

Контрольные вопросы

1.Что есть отказ

2.Что есть повреждение

3.В чём отличие отказа от повреждения

4.Опишите виды отказов по последствиям

5.Опишите виды отказов по причинам

6.Опишите виды отказов по характеру протекающих процессов

7.Опишите виды отказов по связи с другими отказами

8.Приведите примеры специфических признаков появления внезапных и постепенных отказов судовой техники.

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

. Пальчик К.Б. Безразборные методы диагностики судовых машин и механизмов: Учебное пособие. – Новороссийск: МГА им. адм. Ф.Ф. Ушакова, 2010. – 96 с.

2. Худяков С.А. Основы теории надежности и диагностики: Учеб. Пособие. – 2-е изд. доп. – Владивосток: Мор. Гос. Ун-т, 2003. – 152 с.

3. Халилов Н.А. Технология ремонта судовых технических средств. В 2-х частях. – Новороссийск: МГА им. адм. Ф.Ф. Ушакова, 2007.

Дата добавления: 2015-07-11