Критерии оценки надежности передач

Надежность изделия — одна из важнейших составных частей его качества. ГОСТ 13377—67 определяет надежность как свойство изделия выполнять заданные функции, сохраняя свои эксплуатационные показатели в заданных пределах в течение требуемого периода времени или требуемой наработки. Другими словами, надежность — это качество, развернутое во времени.

Надежность не ремонтируемых изделий, к которым относятся элементы клиноременных передач, характеризуется численными показателями их долговечности, безотказности и сохраняемости.

Долговечность — свойство изделия сохранять работоспособность до предельного состояния с необходимыми перерывами для технического обслуживания. Показателями долговечности служат ресурс и срок службы, отличающиеся тем, что под сроком службы понимают календарную продолжительность эксплуатации, а под ресурсом — продолжительность или объем работы, имеющие размерность наработки, т. е. измеряемые в часах, километрах пробега, гектарах, циклах и т. д.

Безотказность — свойство изделия сохранять работоспособность в течение некоторой наработки без вынужденных перерывов. Показателями безотказности не ремонтируемых изделий служат вероятность безотказной работы, т. е. вероятность того, что в заданном интервале времени или в пределах заданной наработки не возникает отказ изделия, а также гамма-процентный ресурс, т. е. ресурс, который имеет и превышает в среднем обусловленное число у процентов изделий данного типа. Вероятность безотказной работы измеряется числом от нуля до единицы (или в процентах). Зависимость между безотказностью и долговечностью не прямая. Нередки случаи, когда среди ремней одной партии, имеющей высокий средний ресурс (характеризующий долговечность), отказы отдельных ремней начинаются сразу после начала эксплуатации и различие между минимальной и максимальной наработкой очень велико. В другой партии средний ресурс несколько меньше, но показатели долговечности отдельных изделий отличаются большой стабильностью и рассеяние результатов незначительно. Предпочтение одного показателя надежности перед другим определяется конкретными условиями эксплуатации передачи.

Важнейшее значение в теории и практике определения надежности имеет понятие отказа, под которым понимается событие, заключающееся в нарушении работоспособности. Выбор критерия отказа изделия составляет один из важнейших и наиболее трудных этапов оценки его надежности.

Общий порядок выбора критерия отказа следующий:

• устанавливают перечень параметров и допустимые пределы их изменения, исходя из требований потребителя, условий эксплуатации и достигнутого уровня науки и техники;
• с учетом требований потребителя и их технической выполнимости устанавливают перечень технических параметров, которые определяют работоспособность изделия;
• для параметров, определяющих работоспособность, устанавливают допуски, выход за пределы которых означает отказ.

В основе принятых методов оценки и расчета надежности изделий, включая передачу в целом и отдельные ее элементы, лежит положение, по которому отказ каждого отдельно взятого изделия есть событие случайное, и продолжительность работы до отказа каждого конкретного изделия не может быть точно определена, но совокупности таких событий подчиняются статистическим законам, параметры которых могут быть определены. Определение показателей надежности должно производиться методами теории вероятностей, математической статистики и теории надежности. Объективную оценку надежности с требуемым уровнем точности и достоверности результата можно получить, если известен закон распределения случайной величины — наработки изделия до отказа (математическая модель надежности).

Установлено, что распределение ресурса резиновых деталей, в том числе клиновых ремней, описывается двухпараметрическими законами.

Последнее распределение применимо, когда основная часть изделий работает безотказно до конца эксплуатации узла или машины и лишь очень незначительное их количество отказывает по разным случайным причинам (скрытые дефекты, механические повреждения и т. д.). Экспоненциальное распределение может быть использовано для клиновых ремней и в том случае, когда ремни из-за нарушения технологии их изготовления или норм эксплуатации характеризуются очень высокой интенсивностью отказов в начальный период эксплуатации и почти полностью выходят из строя еще до начала усталостного разрушения.

Наиболее универсальным из этих распределений является распределение Вейбулла, которое в зависимости от значений параметра b с достаточной точностью аппроксимирует остальные. При значении b = 1 оно совпадает с экспоненциальным, при b больше или равном 3 — почти не отличается от нормального. Если известны основные закономерности, влияющие на параметр b, распределение Вейбулла можно использовать в качестве основной математической модели при исследовании надежности клиновых ремней.

Параметр распределения Веибулла b однозначно связан с коэффициентом вариации ресурса v уравнением графически изображенном на рис. 2.

Рис. 2. Связь параметра р распределения b и коэффициента вариации

            Численная величина параметра коррелирует с характер проявления превалирующих отказов изделий и для клиновых ремней может составлять b = 3,5 (распределение, близкое к нормальному) до b=1 (экспоненциальное распределение). Значения параметра b и соотвествующая ему величина коэффициента вариации v в доверительных границах с уровнем B = 0,9 для характерных видов разрушения клиновых ремней, приведены в табл.

Параметр b имеет свойство аддитивности

Таблица 4
Связь параметра распределения и характера отказа клиновых ремней

где b — общий параметр распределения вероятности отказов изделий; ni — относительное количество отказов одного вида, %; bi — параметр, соответствующий данному виду отказов; k — количество видов отказов.

Точность расчета величины b вполне удовлетворительна для оценки надежности ремней (см. табл. 13).

Опытом эксплуатации установлены следующие критерии отказов клиновых ремней:

1. обрыв ремня;
2. расслоение ремня на длине свыше 1/з длины ремня;
3. невозможность компенсации остаточного удлинения;
4. механические повреждения, исключающие возможность дальнейшей эксплуатации.

В практике эксплуатации часть ремней снимается с передачи по соображениям техники безопасности или организации работ, когда состояние ремня еще не достигло уровня, характеризующего отказ, но близко к нему, например при появлении глубоких трещин резины слоя сжатия, остаточном удлинении, близком к предельному и т. д.

Отказ передачи в целом наступает в момент, когда откажут все (полный отказ) или часть ремней (частичный отказ), а также в случае отказа, одного или нескольких шкивов. При частичном отказе передачи, когда отказала часть работающих ремней, или когда износ шкивов превысил предельно допустимую величину, общая работоспособность передачи сохраняется, но снижается запас ее тяговой способности, возрастают потери скорости, падает к.п.д. передачи, и при незначительном увеличении нагрузки возможен полный ее отказ, выражающийся либо в разрушении ремней, либо в полном буксовании передачи.

Отказ передачи может произойти и тогда, когда ни один из элементов ее не отказал, например при попадании смазки на рабочие поверхности или при большом остаточном удлинении ремня, приведшем к буксованию передачи. Работоспособность передачи может быть восстановлена подтягиванием ремня.

Объективная оценка показателей надежности передач может быть выполнена, если четко определена номенклатура показателей надежности передачи и ее элементов. При выборе номенклатуры нормируемых показателей надежности учитываются факторы конструктивного решения (ремонтируемое или неремонтируемое изделие); факторы ограничения продолжительности эксплуатации; факторы режима использования по назначению (непрерывный и прерывистый); факторы последствий отказов.

Клиноременная передача в целом относится к ремонтируемым изделиям, эксплуатируемым до предельного состояния в циклически регулярном или циклически нерегулярном режиме, и доминирующим фактором при определении последствий отказа служит сам факт отказа. В качестве нормируемых показателей надежности передачи служат параметр потока отказов Q, т. е. среднее количество отказов изделия в единицу времени и средний ресурс Tcp. Для особо ответственных передач, например передач, связанных с безопасностью движения, дополнительным показателем надежности служит вероятность безотказной работы при заданной наработке P(t).

Клиновые ремни и шкивы относятся к неремонтируемым изделиям, эксплуатируемым до первого отказа или предельного состояния (в особо ответственных передачах) в циклически регулярном или циклически нерегулярном режиме. Доминирующим фактором при оценке последствий отказа служит сам факт отказа. Показателями надежности ремней служат средний ресурс Tср или (для особо ответственных передач) средний ресурс Tср и вероятность безотказной работы при заданной наработке P(t).

Нормируемые показатели надежности выбирают исходя из требований потребителя, условий эксплуатации и современного уровня развития техники, определяющего реальные возможности предприятий-изготовителей.