Основные пути повышения надежности машин

Требования к уровню надежности машин постоянно растут, и отыскание наиболее рациональных путей решения этой проблемы всегда актуально.

Методы и возможности по повышению надежности машин весьма разнообразны и связаны со всеми этапами проектирования, изготовления и эксплуатации машин. Проводимые в этой области мероприятия можно разбить на несколько генеральных направлений.

Одно из основных направлений – это повышение стойкости изделий к внешним воздействиям. Сюда относятся методы создания прочных, жестких, износостойких узлов за счет их рациональной конструкции и применения материалов с соответствующими свойствами.

Данное направление объединяет все те новейшие достижения в области конструирования и технологии, которые позволяют увеличивать стойкость узлов и механизмов по отношению к тем воздействиям, которые характерны для данного типа машин.

Однако возможности сопротивления внешним воздействиям не безграничны. Практически невозможно обеспечить во всех механизмах только жидкостное трение и иметь неизнашивающиеся сопряжения, сложно создать материалы, которые не деформировались бы и не изменяли своих размеров при колебании температуры и т.д.

Другой путь повышения надежности работы машин и изделий, их защита и изоляция от вредных воздействий. Здесь характерны такие методы, как установка машины на фундамент, защита поверхностей от запыления и загрязнения, создание для машин специальных условий по температуре и влажности и другие.

Во всех этих случаях создаются более благоприятные условия для работы машины. Однако возможности по изоляции машины от внешних воздействий также ограничены, они требуют, как правило, существенных затрат, не всегда исключают основные причины, снижающие надежность машины. Следует иметь в виду, что в машине имеются внутренние источники возмущений, влияние которых трудно изолировать.

Во многих случаях добиться повышения надежности можно не за счет дополнительных затрат на создание специальных устройств и использование новых материалов, а путем применения рациональных конструктивных решений.

С позиций надежности, оптимальной будет такая конструкция машины и ее элементов, когда с наименьшими затратами средств достигается наибольшая продолжительность работы отдельных узлов, механизмов и машины в целом при заданной безотказности и регламентированных затратах на ремонт и техническое обслуживание.

В основу выбора рациональной конструкции должны быть положены расчеты, связывающие изменение выходных параметров изделия с процессами повреждения, и методы прогнозирования надежности. Это позволяет находить такие решения, когда износ, усталость, деформация, коррозия и т.п. будут оказывать минимальное влияние на выходные параметры изделия. Конструкция должна быть также рациональной с точки зрения ее ремонтопригодности и приспособленности к диагностированию.

Перспективным направлением для создания работоспособных высокоэффективных машин является применение автоматики для повышения из надежности.

Проблема надежности машин возникла, в первую очередь, в связи с их широкой автоматизацией, с необходимостью обеспечить бесперебойную работу и взаимодействие механических, электронных, электрических, гидравлических и других устройств.

Автоматизация усложняет решение проблемы надежности, так как появляются сложные, высокопроизводительные и энергонапряженные системы. Однако эти трудности возникают лишь до тех пор, пока для решения задач, связанных с повышением надежности, привлекается только тот арсенал средств, который применим и для обычных неавтоматизированных машин.

Конечно, для машин-автоматов еще более важно, чем для обычных машин, совершенствовать качество применяемых материалов, методы смазки, конструктивные формы деталей и узлов. Однако имеется еще одно мощное средство для решения проблемы надежности. Это средство – применение самой автоматики для обеспечения длительного выполнения машиной своего служебного назначения в разнообразных условиях эксплуатации.

Применение в машинах-автоматах управляющих цепей с различными датчиками, расширение и качественное изменение функций, выполняемых автоматом, проникновение идей технической кибернетики в принцип действия машин – все это позволяет осуществлять широкое использование средств автоматики в новом аспекте.

Применение самонастраивающихся и саморегулируемых машин, которые подобно живым организмам обладают функциями приспособления к изменившимся условиям работы и восстановления утраченной работоспособности, позволяет машине не только обладать способностью выполнять заданную работу (например, обеспечивать ход технологического процесса), но и осуществлять свои функции длительное время, не опасаясь как внешних воздействий, так и процессов, происходящих в самой машине.

У этих машин в системы управления включаются, как правило, датчики с обратной связью, в результате чего машина может автоматически регулировать свои действия, учитывать реальную обстановку, изменять характер и режимы функционирования.

В настоящее время, особенно в связи с успехами вычислительной техники и средств управления, появляется большое число оригинальных и эффективных устройств, автоматизирующих различные функции машин и систем.

Это направление имеет практически неограниченные возможности по повышению надежности, так как, основываясь на принципах кибернетики, можно для машины любой сложности обеспечить необходимую работоспособность.

Обеспечение необходимого уровня надежности сложной машины осуществляется, как правило, с использованием всех указанных методов. Выбор наиболее рациональных решений зависит, в первую очередь, от полноты и достоверности информации о надежности машины. Основную ценность представляет информация, полученная на ранних стадиях создания новой машины, в результате чего становится возможным установить основные факторы, определяющие требуемый уровень надежности.

В большинстве случаев реальная ситуация при проектировании новой машины такова, что характеристики ее надежности определены лишь приблизительно, нет гарантии соблюдения их значений при использовании машины, и только статистика, задним числом, после длительной эксплуатации большого числа машин данного типа позволит выявить действительные показатели надежности.

Поэтому расчет и прогнозирование надежности машины, регламентация и обеспечение показателей надежности, нормирование скоростей протекания процессов старения, определение еще на стадии проектирования области состояния машины – все это необходимо для решения коренных задач надежности.

Наиболее совершенной, с позиции надежности, будет та машина, параметры которой в течение всего периода эксплуатации будут находиться в установленных пределах. Для этого желательно иметь машину, которая способна автоматически восстанавливать свою работоспособность и осуществлять профилактические мероприятия, машину, которая при возникновении аварийных ситуаций приспособлена для их предотвращения или локализации тяжелых последствий, машину, информационные системы которой дают сведения о ее состоянии, а она, обладая «искусственным интеллектом», выбирает наиболее рациональные условия функционирования.

Создание машин, сохраняющих свое качество в течение всего периода использования, - одно из основных направлений машиностроения.