Роль триботехники в обеспечении надежности механических систем

tribotehnika

Степень надежности механических систем закладывается на стадии конструирования и обусловлена конструкцией, применяемыми материалами, защитным покрытием, смазочными материалами, режимами работы и многими другими факторами. Кроме того, огромное значение имеют применяемые при проектировании методы расчета износостойкости деталей и сопряжений. В то же время надежность механических систем обеспечивается на стадии производства, зависит от применяемых видов обработки деталей (механической или химико-термической), технического уровня и состояния станочного парка, режимов обкатки.

Возможности реализации заложенной в механической системе надежности в ходе эксплуатации определяются принятой системой и качеством технического обслуживания и ремонта, квалификацией обслуживающего персонала, воздействием внешней среды.

Следовательно, обеспечение надежности является комплексной проблемой, для решения которой необходимо проводить новые организационно-технические мероприятия при проектировании, производстве и эксплуатации механических систем.

Чтобы максимально полно учесть влияние всех факторов при анализе работоспособности машин, необходимо применять системный подход. С этой целью сопряжение, сборочную единицу и машину в целом рассматривают как механические системы. Основными свойствами любой системы являются организованность, управляемость и относительность.

Организованность предусматривает наличие определенной структуры, упорядоченность элементов, входящих в состав системы.

Управляемость — способность системы однозначно изменяться под воздействием определенных факторов.

Относительность (иерархичность) — свойство системы, обеспечивающее возможность ее представления в качестве составной части (подсистемы) более крупной системы. К примеру, бульдозер может быть представлен как система, если рассматривается его надежность, или как подсистема, если рассматривается готовность парка машин. Из свойства относительности (иерархичности) систем вытекают следующие законы, лежащие в основе методологии исследования и управления надежностью машин:

  • системы на каждом уровне принадлежат к различным по степени сложности классам;
  • все теоретические и эмпирические закономерности, полученные на нижнем уровне, справедливы для любого более высокого уровня сложности системы данного класса;
  • чем выше уровень сложности системы, тем большее число неизвестных элементов (переменных параметров) и закономерностей требуется для ее описания.

Рассмотрим в качестве примера иерархическую структуру парка дорожно-строительных машин (табл. 1).

 Таблица 1. Иерархическая структура парка дорожно-строительных машин как системы

_tabl1_tribotehnika

Поскольку с повышением уровня сложности системы (см. табл. 1) возрастает число переменных параметров, а следовательно, и степень неопределенности ее состояния, возрастает роль вероятностных методов при управлении надежностью. На IV и V уровнях при решении задач обеспечения надежности механических систем широко используют статистические и технико-экономические методы.

Разработка мероприятий по обеспечению надежности машин на остальных трех уровнях должна базироваться на результатах исследований процессов, происходящих в элементах механических систем в период эксплуатации. К таким процессам относятся: изменение параметров деталей вследствие изнашивания; старение, усталость материалов деталей; изменение параметров деталей при возникновении пластических деформаций и ухудшении физико-механических свойств материалов деталей под влиянием окружающей среды в период эксплуатации (разупрочнение, наклеп, коррозия, снижение эластичности резинотехнических изделий и т.п.). Все эти процессы ведут к снижению надежности деталей механических систем. Они являются следствием физико-химических процессов: теплообмена; взаимодействия контактирующих поверхностей деталей при работе машины; изнашивания; истечения смазочного материала; старения и коррозии материалов.

Для разработки мероприятий по обеспечению надежности механической системы на всех этапах ее существования необходимо иметь полную информацию о физико-химических процессах, происходящих в элементах машины во время эксплуатации.

Знание закономерностей изнашивания позволяет рассчитать ресурс деталей, определить периодичность проведения регулировочных работ. Знание процессов старения смазочного материала позволяет определить оптимальную периодичность его замены, обеспечить рациональный режим трения деталей. Знание процессов взаимодействия рабочих поверхностей деталей позволяет правильно рассчитать профиль их рабочих поверхностей, подобрать материалы деталей и рациональные режимы приработки.

 Общий экономический эффект от внедрения результатов исследований в области триботехники в масштабах страны составляет миллиарды рублей (рис. 1).

Триботехника

Рис. 1. Диаграмма, характеризующая структуру экономического эффекта от применения методов триботехники:

1 — уменьшение потерь на трение на 2%;

2 — сокращение капитальных вложений на 3%;

3 — уменьшение расхода запасных частей на 5%;

4 — сокращение трудовых ресурсов на 5%;

5 — уменьшение расхода топлива и смазочных материалов на 15%;

6 — уменьшение затрат на техническое обслуживание и ремонт на 25%;

7 — повышение долговечности машин на 45%

Системный анализ проблемы обеспечения надежности механических систем показывает, что для ее успешного решения необходимо, во-первых, разработать единый комплекс мероприятий по обеспечению работоспособности изделий на стадии их производства, конструирования и эксплуатации, объединив, таким образом, усилия людей, работающих в соответствующих сферах; во-вторых, осуществить комплексное применение статистических (на IV и Vуровнях сложности) и физико-химических (на I—III уровнях) методов исследования.