Конспект(1)

Дополнительными показателями безотказности являются

коэффициенты технических простоев (ηпр) и исправности (ηиспр). Коэффициент технических простоев (или коэффициент неисправности), представляющий собой отношение продолжительности простоев tпр по причине неисправности техники за определенный промежуток времени к сумме продолжительности фактической работы tф и tпр за тот же период времени, равен:

tпр

Длительность исправной работы машины, характеризуемая коэффициентом исправности, рассчитывают по формуле

Необходимо отметить, что в рассмотренных способах численных оценок показателей, связанных с отказами, не учитываются тяжести последствий от различных отказов. В большинстве случаев при определении показателей безотказности следовало бы установить критерий или коэффициент весомости отказов изделия, например, по экономическим последствиям восстановления работоспособности, исчерпанию ресурса и другим характеристикам работоспособности во времени.

Показатели безотказности в зависимости от целей управления качеством определяют на различных стадиях работы технического изделия. Например, наработку на отказ в период приработки изделия определяют для выявления ранних с целью принятия необходимых мер по совершенствованию конструкции и технологии изготовления, исключающих причины появления ранних отказов серийно изготавливаемых изделий.

Во время производства техники показатели ее безотказности определяют через определенные промежутки времени, для контроля их нормируемых изделий.

На стадии эксплуатации оценивают безотказность с целью прогнозирования ее на интересующее время эксплуатации.

121

4.3. ПОКАЗАТЕЛИ ЭКОНОМНОГО РАСХОДОВАНИЯ РЕСУРСОВ ПРИ РАБОТЕ ИЗДЕЛИЯ

Показатели экономного использования (расходования) ресурсов, т. е.

сырья, материалов, топлива, энергии и т. д., характеризуют те свойства изделия, которые отражают его техническое совершенство, но только по количеству потребляемых в процессе работы всевозможных ресурсов. В

группе показателей экономного использования (ПЭИ) есть две подгруппы:

1)показатели экономичности энергопотребления;

2)показатели экономичности потребления изделием материальных и трудовых ресурсов.

К первой группе показателей относят, например, коэффициент полезного действия (КПД), удельный расход энергии (энергоносителя – топлива), расход топлива при заданном (регламентированном) режиме эксплуатации изделия. В качестве показателей экономичности по энергии, как правило, выбирают Удельные показатели, т. е. отношение затрачиваемой энергии и (или) топлива к объему произведенной полезной работы или к полезному эффекту, выраженному в единицах произведенного продукта.

К показателям второй группы относятся, например, удельный расход сырья, удельный расход материалов, потери сырья при регламентированных условиях эксплуатации изделия, потери материалов при регламентированных условиях эксплуатации и т. п.

4.3.1. КОЭФФИЦИЕНТ ПОЛЕЗНОГО ДЕЙСТВИЯ

Известно, что коэффициент полезного действия характеризует совершенство машинной техники в части экономного расходования энергии при выполнении полезной работы – АП. При работе любых технических изделий есть непроизводительные потери энергии. Абсолютная величина потерь равна суммарной работе сил вредных сопротивлений: трения внутри сложного изделия, сопротивления окружающей среды, потерь энергии в гидравлических и пневматических системах и т. д.

Коэффициент потерь φ характеризует относительную величину бесполезных потерь энергии (работы) в изделии. Для установившегося движения в определенный промежуток времени работы изделия имеем:

122

где AВ и NВ – теряемые работа или мощность от действия вредных сил сопротивления; AД и NД – подводимая энергия, работа или мощность движущих сил.

Коэффициент полезного действия η есть относительная величина (доля) подводимой энергии, которая используется в изделии по его прямому назначению, т. е.

Иначе говоря, КПД есть относительная характеристика эффективности использования энергии или удельной работы (мощности) движущих изделие сил (AД) для непосредственного функционального действия – полезной работы (АП), т. е.

Итак, коэффициентом полезного действия, например, машины, принято называть отношение работы сил полезного сопротивления к работе движущих сил.

Из равенства непосредственно видно, что:

1)для идеальной машины, т. е. при AВ = 0, имеем η = 1;

2)для реальной машины, когда AВ > 0, имеем η < 1.

Очевидно, что коэффициент полезного действия или коэффициент полезной работы η, оставаясь всегда правильной дробью, тем ближе к единице, чем совершеннее данная машина.

Коэффициент полезного действия сложного машинного агрегата, состоящего из последовательно соединенных машин, отдельных механизмов и устройств, равен произведению коэффициентов полезного действия его частей.

Коэффициент полезного действия простых машин, как правило, больше КПД сложных. Это обусловлено тем, что в более простой конструкции силы вредных сопротивлений как правило меньше.

123

Показателем процесса преобразования силы служит отношение k

действующей силы FД к силе полезного сопротивления FП, т. е.

Отношение k, характеризующее силовой динамический эффект работы машины, называют коэффициентом преобразования силы.

Очевидно, что при FД < FП, имеем k < 1. В таком случае машина сравнительно небольшой движущей силы FД преодолевает значительную силу полезного сопротивления FП. Если k > 1 и FД > FП , то машина увеличивает путь (расстояние) движения при выполнении машиной полезной работы.

Характер процесса преобразования перемещений оценивают отношением линейных перемещений S движущего машину элемента к перемещению исполнительного (рабочего) органа машины l, т. е.

Коэффициент m характеризует кинематический эффект работы данной машины и называется коэффициентом преобразования (передачи) перемещений, или передаточным числом перемещений крайних элементов машины.

Все три описанные выше коэффициента η, k и m комплексно характеризуют процесс работы машины путем преобразования энергии, сил и движении. Они связаны между собой простыми соотношениями.

или

Последнее равенство служит для проверки правильности экспериментально определяемых коэффициентов, характеризующих уровень полезности исследуемой машины.

124

Принцип действия машины существенно влияет на величину КПД.

Например, коэффициент полезного действия выше у электродвигателей по сравнению с тепловыми двигателями внутреннего сгорания и т. п.

Схема механизма оказывает значительное влияние на КПД. Она должна обеспечивать:

а) малое число взаимодействующих деталей – источников потерь на трение;

б) полное отключение частей машины, не участвующих в передаче мощности при работе машины;

в) отсутствие значительных циркулирующих мощностей, когда скорости и усилия в деталях соответствуют большей мощности, чем передается механизмом;

г) рациональный закон изменения передаваемой мощности по циклу механизма с неравновесным установившимся движением.

Но эти требования не всегда могут быть выполнены. Конструктивное выполнение механизма также влияет на КПД. Для повышения КПД требуется:

а) не применять сильно увеличенные против расчетных размеры детали;

б) не применять без необходимости механизмы с большим числом пассивных связей;

в) использовать вместо пар скользящего трения подшипники качения, а также поступательные и винтовые пары с трением качения;

г) обеспечить надежное выключение фрикционных муфт; д) применять (особенно для быстроходных передач) систему

принудительной смазки.

Качество изготовления механизмов сильно влияет на их КПД. Снижение потерь в механизмах обеспечивается:

а) повышением чистоты поверхностей трущихся деталей; б) точностью взаимного расположения сопрягаемых поверхностей в

деталях механизмов; в) повышением плоскопараллельности и соосности деталей.

Обкатка новой машины на холостом ходу и на регламентированном пониженном режиме работы в начальный период эксплуатации способствует сохранению достигнутого значения КПД в течение более длительного времени, а также заметно увеличивает срок службы машины.

125

4.3.2. ПОКАЗАТЕЛИ УДЕЛЬНОГО ПОТРЕБЛЕНИЯ ЭНЕРГИИ

При определении технического уровня промышленных изделий (машин, аппаратов, оборудования и т. п.) находят численные значения потребляемой энергии или энергоносителя, приходящиеся на единицу полезного эффекта, в натуральных единицах измерений. Следовательно, показатели удельного потребления энергетических ресурсов при работе изделия есть относительные величины, получаемые при делении абсолютных значений энергозатрат на величину главного параметра или полезного эффекта от эксплуатации данного изделия.

Выбор главного параметра при оценке качества принципиально важен. За главный параметр могут приниматься единичная или номинальная мощность, производительность, надежность и другие характеристики.

Удельная энергоемкость работы или удельное энергопотребление машинотехнического изделия может определяться так:

где W – номинальная мощность двигателя; Θ – расход энергии (удельный) на единицу мощности двигателя (для электродвигателей принимается Θ = 1); К И.Д. – коэффициент использования двигателей; КВ – коэффициент пересчета единиц времени; РЭ – эксплуатационная производительность изделия или другой полезный эффект.

Вместо главного параметра иногда используют величину полезного эффекта (если можно определить). Например, для грузового автомобиля полезным эффектом является его пробег в тонно-километрах за срок службы до капитального ремонта. Для строительных и дорожных машин таким эффектом является объем выполненной работы, определяемый как произведение часовой производительности на средний ресурс работы до первого капитального ремонта.

Вообще говоря, величина полезного эффекта машины определяется произведением производительности (мощности) на ресурс ее работы.

Показатель полезного эффекта является комплексным, так как он характеризует мощность или производительность и одновременно содержит показатель долговечности. Этот показатель может быть принят

126

и в качестве определяющего, т. е. такого, по которому принимают

решение оценивать качество машины или ее технический уровень.

Если же полезный эффект не может быть определен непосредственно (в физических единицах), то в качестве удельного показателя экономичности энергопотребления выбирают отношение расхода энергии и (или) топлива к величине, косвенно (но определенно и однозначно) характеризующей совершаемую изделием полезную работу.

В тех случаях, когда полезный эффект определен или задан, в качестве показателя экономичности энергопотребления может быть использовано абсолютное значение количества энергии или топлива, необходимого для достижения данного полезного эффекта – результата работы изделия.

4.3.3.ПОКАЗАТЕЛИ ЭКОНОМИЧНОСТИ ПОТРЕБЛЕНИЯ ИЗДЕЛИЕМ

МАТЕРИАЛЬНЫХ И ТРУДОВЫХ РЕСУРСОВ

Как уже отмечалось, удельными показателями расходования ресурсов при работе изделия могут быть:

–удельный расход воды, пара, сжатого воздуха, световой и тепловой энергии и прочих ресурсов;

–удельная занимаемая площадь;

–производительность на единицу занимаемой площади;

–удельная трудоемкость выполнения работ с помощью изделия и др. Следует отметить, что, например, при практически одинаковом

расходовании ресурсов в процессе эксплуатации различные машины и другие изделия они могут существенно отличаться по главному параметру. В таком случае абсолютные значения ресурсных затрат оказываются несопоставимыми и поэтому приходится использовать их удельные значения, т. е. затраты, приходящиеся на единицу главного (выбранного) параметра качества. Иначе говоря, показатели экономного расходования сырья, материалов, производственных площадей, труда (трудозатраты) и других ресурсов находят подобно тому, как определяют удельные показатели экономичности энергопотребления при эксплуатации технического изделия. Так, например, удельную трудоемкость ТО.У. обслуживания работы изделия, т. е. трудоемкость работы с изделием, можно рассчитать по формуле:

127

работе изделия получают в результате учета соответствующих затрат при эксплуатации или при специальных испытаниях.

4.4. ПОКАЗАТЕЛИ ТЕХНОЛОГИЧНОСТИ

4.4.1. ПЕРЕЧЕНЬ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ТЕХНОЛОГИЧНОСТИ

Технологичность (по ГОСТ 14.205 – 83) рассматривается как совокупность свойств конструкции изделия, проявляемых в возможности оптимизации затрат труда, материальных и финансовых средств, времени и других ресурсов при технической подготовке производства, при изготовлении, эксплуатации и ремонте.

Обобщенными показателями технологичности изделий служат трудоемкость, материалоемкость, энергоемкость и себестоимость изготовления.

Единичными показателями технологичности могут быть различные характеристики процесса производственного изготовления изделия. В машиностроении, например, к единичным показателям технологичности относят: коэффициент сложности формы изделия, показатели точности обработки, коэффициент обрабатываемости материала, взаимозаменяемость деталей и другие.

Показатели технологичности характеризуют свойства изделий, обуславливающие оптимальное распределение затрат материалов, средств, труда и времени при подготовке производства и изготовлении, а также при эксплуатации, ремонтах и утилизации. Поэтому следует различать и оценивать раздельно технологичность создания изделий, технологичность их эксплуатационного периода жизненного цикла и технологичность утилизации.

Производственной технологичностью называется степень соответствия конструкции изделия оптимальным производственно-

128

технологическим условиям его изготовления при заданном объеме

выпуска. Технологичной признается такая конструкция изделия, которая удовлетворяет эксплуатационным требованиям и создание которой при необходимом объеме производства происходит с наименьшими затратами и в кратчайшие сроки.

Эксплуатационная технологичность конструкции изделия проявляется в сокращении затрат труда и средств на выполнение работ при использовании изделия по его функциональному назначению, а также на его техническое обслуживание и ремонт.

Технологичность проектирования и конструирования, отработка изделия на технологичность производства, эксплуатации и ремонта, а также технологичность процесса изготовления изделия косвенно характеризуют его качество, т. е. техническое совершенство готового изделия. Эксплуатационная же технологичность, иначе говоря, технологичность выполнения работы с помощью оцениваемого изделия (например, машины) и технологичность технического обслуживания и ремонтов, а также легкость и малые ресурсные затраты на демонтаж (разборку) и утилизацию, непосредственно характеризует качество изделия, обуславливающее (по определению) способность изделия удовлетворять наши потребности в соответствии с его функциональным назначением. Следовательно, не только производственная, но и эксплуатационная технологичность изделия значимы для оценки его качества (табл. 4.2).

Вопросы оценки технологичности создания технических изделий (техники) наиболее подробно разработаны применительно к изделиям машиностроения и приборостроения. Методы оценки и обеспечения технологичности конструкций регламентируются стандартами Единой системы конструкторской документации (ЕСКД) и Единой системой подготовки производства (ЕСПП).

Методы оценки эксплуатационной технологичности промышленных изделий еще недостаточно развиты для адекватного определения численных значений этого свойства.

Показатели технологичности подразделяются на основные и дополнительные.

129

Таблица 4.2. Перечень важнейших абсолютных и относительных

показателей эксплуатационной и производственной технологичности

Эксплуатационная технологичность

К основным относят показатели трудоемкости, материалоемкости, энергоемкости и себестоимости. Эти показатели конкретизируют и различают суммарные (общие), структурные, удельные, сравнительные и относительные показатели. Кроме того, существуют:

–базовые показатели технологичности изделий, обладающих общими конструкционными признаками с оцениваемым;

–показатели технологичности оцениваемого изделия;

–показатели уровня технологичности как отношения значений отдельных показателей технологичности оцениваемого и базового изделий.

Все эти показатели заносят в специальную карту технического уровня или в контрольную карту качества продукции.

130