Источники и причины отказов

Любая машина или прибор в процессе эксплуатации подвергается различным внутренним и внешним воздействиям, в результате чего происходит отклонение от номиналов ее основных параметров и характеристик. При работе прибора все виды энергии действуют на его узлы и механизмы, в той или иной мере оказывая влияние на его технические характеристики. При этом, как правило, случайный характер этих воздействий приводит к рассеиванию параметров приборов.

1. Механическая энергия – не только передается по всем звеньям механизмов приборов в процессе работы, но и воздействует на прибор в виде статических или динамических нагрузок от взаимодействия с внешней средой. Силы, возникающие в приборе, определяются и характером рабочего процесса, и инерцией перемещающихся частей, и трением в кинематических парах. Эти силы не являются вполне определенными, а являются случайными функциями времени, т.к. природа их возникновения связана со сложными физическими процессами.

Механическая энергия в приборе может возникнуть и как следствие тех затрат энергии, которые имели место при изготовлении деталей прибора и сохранились в них в потенциальной форме (наличие поверхностных и объемных внутренних напряжений).

2. Тепловая энергия действует на прибор и его части при колебаниях температуры окружающей среды и при осуществлении рабочего процесса. Особенно сильные тепловые воздействия имеют место при работе двигателей, приводных устройств, электротехнических устройств.

3. Химическая энергия. Даже воздух, который содержит влагу и агрессивные составляющие, может вызвать коррозию отдельных деталей и узлов приборов. Если же оборудование работает в условиях агрессивной среды (химическая промышленность, текстильная, пищевая промышленность), то в этом случае химическое воздействие вызывает процессы, приводящие к разрушению отдельных элементов и узлов машин и приборов.

4. Электромагнитная энергия в виде электромагнитных колебаний пронизывает все пространство вокруг прибора и может оказать влияние на работу электронной аппаратуры и электронных блоков и узлов, которые все в большем объеме применяются в современных приборах.

Все виды энергий воздействуют на прибор и его механизмы и вызывают в нем целый ряд нежелательных процессов, которые создают условия для ухудшения его характеристик. Часть процессов, происходящих в приборе и влияющих на его рабочие характеристики, относятся к обратимым процессам, они временно изменяют параметры деталей, узлов и всей системы без тенденции прогрессивного ухудшения. Наиболее характерным примером обратимых процессов является упругая деформация под влиянием внешних и внутренних сил.

Необратимые процессы, которые приводят к прогрессивному ухудшению технических характеристик прибора с течением времени. Наиболее характерными необратимыми процессами являются изнашивание, коррозия, коробление, как результат перераспределения внутренних напряжений, старение.

Все процессы, происходящие в приборе (обратимые и необратимые), влияют на его технические характеристики и приводят к различным видам отказа.

Классификация отказов

Когда производится исследование и оценка надежности оборудования с конкретной целью, отказы этого оборудования разделяются на группы в зависимости от того, обладают ли они определенными свойствами или признаками, представляющими интерес в данном случае.

В настоящее время существует система классификации отказов, охватывающая их важнейшие свойства. В основном она совпадает с классификацией отказов, принятой в радиоэлектронной промышленности, однако имеются различия и дополнения, связанные с тем, что приборостроительное оборудование существенно отличается от радиоэлектронного оборудования.

В зависимости от признака классификации (от содержания отказа) отказы делятся на:

1. Отказы функционирования (оборудование вовсе не выполняет одну из своих функций)

2. Отказы по параметру (оборудование выполняет все функции, но одна или некоторые из них выполняются плохо).

В зависимости от характера процесса, приведшего к отказу, отказы делятся на:

1. Постепенные (обычно являются следствием изнашивания, старения, температурной деформации, усталостных разрушений, коррозии и тому подобных медленных и часто необратимых процессов). Эти процессы приводят к постепенным изменениям свойств деталей. Пока изменения не накопились в количестве, достаточном для появления отказа, он наступить не может, следовательно, существует определенное время от момента начала испытаний, в течение которого появление постепенного отказа практически невозможно. Закон распределения случайного времени работы оборудования до появления наступления отказа – закон нормального распределения.

Внезапные отказы, которые могут наступить в любой момент в следствие случайного резкого возрастания нагрузки на какую-либо деталь прибора. Внезапные отказы возможны тогда, когда оборудование попадает в условия, на которые его конструкция не рассчитана, либо когда его конструкция или качество изготовления фактически не удовлетворены и не соответствуют установленным требованиям, либо тогда, когда приходится при изготовлении оборудования применять элементы, прочность которых заведомо недостаточно высока, чтобы при данных условиях эксплуатации прибора обеспечить полную его безотказность.

Закон распределения случайного времени работы прибора до появления внезапного отказа имеет совсем другой характер, чем у постепенного отказа. Часто этот закон считают экспоненциальным.

Отказы одного и того же вида могут в одних условиях эксплуатации оказаться внезапными, в других – постепенными. Так, если новое оборудование попадает в условие, где на какой-либо его элемент действуют нагрузки, которые могут превысить его прочность, то отказ оборудования, вследствие повреждения этого элемента, будет внезапным. Если же условия таковы, что таких больших нагрузок не бывает, то этот же элемент может быть так же поврежден, но лишь после того, как его прочность в процессе эксплуатации снизится. Это приведет к такому же отказу, но отказ будет постепенным. Таким образом, чтобы решить, является отказ внезапным или постепенным, необходимо рассмотреть процесс его возникновения, а не судить по внешним признакам.

Для промышленного оборудования наиболее важной является классификация отказов по степени сложности и трудоемкости восстановления после отказа. По этому критерию отказы делятся:

1).Отказ, требующий ремонта. Это такой отказ, для устранения которого нужен ремонт силами специальных ремонтных рабочих с прекращением эксплуатации оборудования на длительное время.

2). Межремонтный отказ. Это отказ, который устраняет дежурный слесарь или электрик при межремонтном обслуживании и уходе.

3). Текущий отказ. Этот отказ устраняется станочником или наладчиком в ходе обслуживания и тех.процесса.

Существуют и другие критерии, по которым производится классификация отказов.

По возможности использования оборудования после отказа:

1) полный отказ – это отказ, до устранения которого оборудование не применяется;

2) частичный отказ – при котором возможно частичное использование оборудования.

По связи с другими отказами:

1). устранимый отказ – после которого возможно восстановление работоспособности оборудования;

2). неустранимый отказ – устранение которого в данных условиях невозможно или экономически нецелесообразно.

3). окончательный отказ – ни восстановление, ни частичное использование не возможно и нецелесообразно.

По необходимости специальных мер для устранения отказов:

1). устойчивый – устранение которого может быть произведено мерами, предпринимаемыми для восстановления работоспособности;

2). самоустраняющийся – через некоторое время устраняется без вмешательства обслуживающего персонала;

3). сбой – однократно возникающий самоустраняющийся отказ, продолжительность которого мала (1-2 цикла измерений для прибора).