Основные показатели долговечности деталей машин. технический ресурс. срок службы. Истёк средний срок службы, но поверка действует и ещё два года - выставили штрафы Гамма процентный срок службы формула

Перед рассмотрением показателей долговечности объектов, необходимо ознакомиться с временными понятиями теории надежности.

Наработка – продолжительность или объем работы объекта. Наработка может быть как непрерывной величиной (продолжительность работы в часах, километраж пробега и т. п.), так и целочисленной величиной (число рабочих циклов, запусков и т.п.).

Наработка до отказа - наработка объекта от начала эксплуатации до возникновения первого отказа. Этот показатель характеризует восстанавливаемую систему.

Ресурс – суммарная наработка объекта от начала его эксплуатации или его возобновления после ремонта до перехода в предельное состояние.

Срок службы – календарная продолжительность эксплуатации от начала эксплуатации объекта или его возобновления после ремонта до перехода в предельное состояние.

Срок сохраняемости – календарная продолжительность хранения и (или) транспортирования объекта, в течение которого сохраняются в заданных пределах значения параметров, характеризующих способность объекта выполнять заданные функции.

Остаточный ресурс – суммарная наработка объекта от момента контроля его технического состояния до перехода в предельное состояние. Аналогично вводятся понятия остаточной наработки до отказа, остаточного срока службы и остаточного срока хранения.

Назначенный ресурс – суммарная наработка, при достижении которой эксплуатация объекта должна быть прекращена независимо от его технического состояния.

Согласно существующей практике оценки надёжности ЭСН потребителей различают следующие по продолжительности перерывы в ЭСН .

Кратковременный перерыв ограничен по продолжительности интервалом времени, необходимым для того, чтобы восстановить ЭСН автоматически с помощью телемеханики или ручным включением там, где оператор может сделать это немедленно. Такие операции обычно не превосходят нескольких минут.

Перерыв средней продолжительности ограничен интервалом времени, необходимым для того, чтобы вручную восстановить электроснабжение в местах, где нет дежурного оператора. Такие операции занимают 1–2 часа.

Длительный перерыв , который не может быть квалифицирован как перерыв кратковременный или средней продолжительности.

В теории надежности используются следующие показатели долговечности.

Средний ресурс – это математическое ожидание ресурса.

Гамма-процентный ресурс – это наработка, в течение которой объект не достигнет предельного состояния с заданной вероятность γ, выраженной в процентах.

Назначенный ресурс

Средний срок службы – математическое ожидание срока службы.

Гамма-процентный срок службы – календарная продолжительность от начала эксплуатации объекта, в течение которой он не достигнет предельного состояния с заданной вероятностью , выраженной в процентах.

Назначенный срок службы – календарная продолжительность эксплуатации объекта, при достижении которой применение по назначению должно быть прекращено.

Основными характеристиками долговечности являются средний срок службы и средний ресурс.

Для восстанавливаемого объекта средний срок службы представляет собой среднюю календарную продолжительность эксплуатации объекта от ее начала или возобновления после предупредительного ремонта до наступления предельного состояния.

Средний ресурс представляет собой среднюю наработку объекта от начала эксплуатации или ее возобновления после предупредительного ремонта до наступления предельного состояния.

Для невосстанавливаемого объекта эти характеристики совпадают и представляют собой среднюю продолжительность работы до отказа или до наступления предельного состояния. Практически эта величина совпадет со средней наработкой до отказа Тср.

Статистическая оценка среднего срока службы может быть получена по результатам наблюдения за n однотипными электросетевыми объектами, эксплуатируемыми приблизительно в одинаковых условиях. Формула для статистической оценки среднего срока службы однотипных объектов по результатам наблюдения имеет вид:

где τj – срок службы j-го объекта;

n – количество однотипных объектов.

Срок службы каждого конкретного объекта наблюдения зависит от многих случайных факторов, при этом предельное состояние объекта практически определяется его характеристиками, свидетельствующими о том, что его дальнейшая эксплуатация становится небезопасной для человека и окружающей среды, или становится экономически невыгодной.

Средний срок службы объекта – это математическое ожидание срока службы (или календарная продолжительность) эксплуатации до предельного состояния. Срок службы горных машин определяется физическим и технико-экономическим факторами , а также моральным износом (техническим устареванием).

Физическими факторами являются усталостная прочность рабочих органов, ходовой части, силовых передач, или металлоконструкции (рамы).

Технико-экономические факторы определяются себестоимостью продукции и соотношением между затратами на восстановление работоспособности эксплуатируемой машины и затратами на приобретение новой. Экономически целесообразным пределом эксплуатации следует считать момент, когда предстоящие расходы на капитальный ремонт приближаются к стоимости новой машины. В этом случае приобретение новой выгодно ввиду лучшего качества и более высоких эксплуатационных показателей вследствие непрерывного научно-технического прогресса.

Моральный износ наступает, когда машина, сохраняя работоспособность, по своим показателям перестает удовлетворять потребителей в силу повышения требований к технологической операции или появления более новых машин с улучшенными эксплуатационными показателями.

Безусловное устаревание наступает в 2-х случаях:

При полной замене существующего технологического процесса;

При создании новых рабочих процессов или новых конструктивных схем, превосходящих по показателям применяющиеся.

Наиболее действенным средством против морального устаревания является повышение степени использования машины в период эксплуатации. Сокращение срока службы до 3-х лет практически исключает устаревание.

Комплексные показатели надежности

Коэффициент готовности К Г – вероятность того, что объект окажется работоспособным в произвольный момент времени, кроме планируемых периодов, в течение которых его использование по назначению не предусматривалось (проведение плановых ТО или ремонтов). В статистической форме К Г определяется отношением наработки на отказ T 0 к сумме (Т 0 +Т В), где T B - среднее время восстановления работоспособности объекта.

Коэффициент технического использованияК ТИ – отношение математического ожидания времени пребывания объекта в работоспособном состоянии t сум за некоторый период эксплуатации к сумме (t сум +t ТО +t рем) математических ожиданий времени пребывания объекта в работоспособном состоянии, времени простоев, обусловленных ТО, и времени ремонта за тот же период эксплуатации, т.е. К ТИ = t сум/ (t сум +t ТО +t рем). При этом время простоев по организационным причинам не учитывается.

Надежность системы

Надежность горных машин, как правило, определяют при рассмотрении их как систем , которые могут быть последовательными, параллельными и комбинированными.

Если система состоит из N объектов и структура системы такова, что отказ любого из элементов вызывает отказ всей системы, то вероятность безотказной работы последовательной системы P c (t) в течение времени t равна произведению вероятностей безотказной работы ее элементов

Структура последовательной системы имеет следующий вид:

При ориентировочном расчете надежности данной системы делается упрощающее предположение – все однотипные элементы равнонадежны , т.е. независимо от режимов работы все однотипные элементы имеют одинаковую интенсивность отказов, равную среднестатистическому ее значению. С учетом принятого допущения вероятность безотказной работы системы равна

где N i – число элементов i -го типа; r – число типов элементов;

l i - среднестатистическая интенсивность отказов элементов i-го типа.

Последовательные системы, состоящие из одинаковых элементов (грузовая или приводная цепь, зубчатое колесо, подшипник качения, в которых элементами являются звенья, зубья, шарики или ролики, и т.п.), получили название «система типа цепь». В горных машинах к таким системам можно отнести исполнительные рабочие органы в виде многозаходных фрез с элементами – резцами или зубками, расположенными в одной плоскости резания.

Резервирование

Надежность проектируемой горнодобывающей техники обеспечивается конструктивными, технологическими и эксплуатационными мероприятиями.

Для повышения надежности системы применяется резервирование , т.е. метод повышения надежности объекта введением избыточности .

Избыточность – это дополнительные средства и возможности сверх минимально необходимых для выполнения объектом заданных функций.

Основной элемент – элемент структуры объекта, минимально необходимый для выполнения объектом заданных функций.

Резервный элемент – элемент, предназначенный для обеспечения работоспособности объекта в случае отказа основного элемента.

Общее резервирование, при котором резервируется объект в целом.

Применяют три вида резервирования элементов и объектов:

- постоянное резервирование (с горячим резервом), при котором резервные элементы участвуют в функционировании объекта наравне с основными;

Резервирование замещением (с ненагруженным или холодным резервом) , при котором функции основного элемента передаются резервному только после отказа основного;

Резервирование с резервом , работающим в облегченном режиме .

Кратность резервирования – это отношение числа резервных элементов к числу резервируемых или основных.Дублирование – резервирование с кратностью, равной единице.

Структурное резервирование предусматривает использование в объекте избыточных элементов структуры.

Резервирование наиболее широко применяют в радиоэлектронной аппаратуре, в которой резервные элементы малогабаритны и легко переключаются.

В горном машиностроении резервирование применяют преимущественно при опасности аварий, а также в машинах и установках, которые обеспечивают основные технологические операции в составе автоматизированных комплексов. При этом резервные элементы могут использоваться как рабочие в часы «пик»; в ряде систем резервирование обеспечивает сохранение работоспособности, но с пониженными эксплуатационными показателями. В ответственных приводах используют, например, двойную систему смазки, комбинированные уплотнения, сдвоенные подшипники.

Показатели долговечности характеризуют свойство технического изделия сохранять во времени работоспособность до наступления предельного состояния, когда оно теряет работоспособность при установленной системе технического обслуживания и ремонтов.

Перечень используемых показателей долговечности таков:

Т р – среднийресурс, т.e. средний технический ресурс до капитального ремонта;

Т рγ - гамма-процентный ресурс;

Т р.н - назначенный ресурс;

Т р.у - установленный ресурс;

Т сл - средний срок службы;

Т слγ -гамма-процентный срок службы;

Т сл.н - назначенный срок службы;

Т сл.у - установленный срок службы;

Т сп - срок службы до списания изделия или предельный срок службы.

Понятие «ресурс» характеризует долговечность, по наработке изделия, а «срок службы» - по календарному времени.

Исходные данные для расчета ресурса, порядок его расчета и статистической оценки, а также привила усыновления требуемого ресурса изделий регламентированы методическими указаниями МУ10-71 «Промышленные изделия. Определение ресурса». М.: Изд-во стандартов, 1972.

Так как под ресурсом понимается суммарная наработка до предельного состояния, то его показатели определяются по формулам, аналогичным формулам наработки на отказ.

Средний ресурс изделия - это математическое ожидание его ресурса. Статистическая оценка среднего ресурса такова:

где Т р - ресурс i -го объекта;

Ν - число изделий, поставленных на испытания или в эксплуатацию.

Гамма-процентный ресурс выражает наработку, в течение которой изделие с заданной вероятностью γ процентов не досигает предельного состояния. Гамма-процентный ресурс является основным расчетным показателем, например для подшипников и других изделий. Существенное достоинство этого показателя в возможности его определения до завершения испытаний всех образцов. В большинстве случаев для различных изделий используют критерий 90%-го ресурса.

Вероятность обеспечения ресурса Т рγ , соответствующую значению γ /100, определяют по формуле

, (5.21)

где Т р - наработка до предельного состояния (ресурса);

γ - число изделий (%), не достигающих с заданной вероятностью предельного состояния.

Значение гамма-процентного ресурса определяют с помощью кривых распределения ресурсов (рис. 23).

Назначенный ресурс - суммарная наработка, при достижении которой применение изделия по назначению должно быть прекращено независимо от его технического состояния.

Рисунок 9 – Определение значения гамма-процентного ресурса:

а и б – кривые соответственно убыли и распределения ресурсов

Под установленным ресурсом , понимается технически обоснованная или заданная величина ресурса, обеспечиваемая конструкцией, технологией и условиями эксплуатации, в пределах которой изделие не должно достигать предельного состояния.

Средний срок службы - математическое ожидание срока службы. Статистическую оценку среднего срока службы определяют по формуле: , (5.22)

где Т сл - срок службы i -гo изделия.

Гамма-процентный срок службы представляет собой календарную продолжительность эксплуатации, в течение которой изделие не достигает предельного состояния с вероятностью γ, выраженной в процентах. Для его расчета используют соотношение

. (5.23)

Назначенный срок службы - суммарная календарная продолжительность эксплуатации, при достижении которой применение изделия по назначению должно быть прекращено независимо от его технического состояния.

Под установленным сроком службы понимают технико-экономически обоснованный срок службы, обеспечиваемый конст

Рисунок 10-Типичная кривая износа поверхности изделия

рукцией, технологией и эксплуатацией, в пределах которого изделие не должно достигать предельного состояния.

Предельный срок службы Т сп представляет собой календарную продолжительность эксплуатации или использования изделия до момента его списания и снятия с эксплуатации (использования). Он определяется аналогично тому, как определяют, например, средний срок службы.

Известно, что основной причиной снижения показателей долговечности изделия является износ его деталей.

Изнашиванием называется процесс постепенного поверхностного разрушения материала деталей машин в результате трения о них других деталей, твердых тел или частиц. Известно, что сопротивление материала изнашиванию зависит не только от свойств этого материала, но и от многих условий, в которых происходит трение. К этим условиям (факторам) относятся: свойства сопряженного тела, свойства промежуточной среды, температура на поверхности и т.д.

На рисунке 10 приведена типичная кривая зависимости характеристик износа от длительности испытаний или эксплуатации изделий

Износ характеризуется тремя периодами:

1. Период начального износа или период приработки, когда происходит переход от исходного состояния поверхности тре­ния к состоянию относительно устойчивому. В течение периода приработки темп износа со временем уменьшается, приближа­ясь к некоторой постоянной величине, характерной для перио­да установившегося износа.

2. Период установившегося износа, при неизменных условиях работы трущейся поверхности, характеризуется постоянным тем­пом износа.

3. Период ускоренного износа.

Результаты испытаний на износ и наблюдений за плюсом впроцессе эксплуатации техники обычно выражают в относительных величинах.

Относительная износостойкость:

размерная

где Δl э - линейный износ эталона,

Δl м - линейный износ материала испытуемого изделия (образца или детали);

весовая

Е = ΔG э / ΔG м,

где ΔG э - весовой износ эталона,

ΔG м - весовой износ материала испытуемого изделия (образца или детали).

Износ может быть оценен не только относительной характеристикой линейного износа, но и по относительному изменению объемов эталона и объекта испытания.

На практике часто износостойкость (износность) оценивают в абсолютных величинах таких как мм/км, мм 2 /час и т.п.

Установлены три группы факторов, влияющих на вид и интенсивность износа поверхности деталей машин: 1 - факторы, обусловливающие внешне механические воздействия на поверхность трения; 2 - характеристики внешней среды; 3 - факторы, связанные со свойствами трущихся тел.

Конкретными факторами мерной группы являются: а) род трения (качение, скольжение); б) скорость относительного перемещения трущихся поверхностей; в) величина и характер давления при трении.

Основные факторы второй группы, связанные с внешней средой, таковы: а) смазка; б) газовая среда (воздушная, агрессивная или защитная атмосферы); в) наличие абразивных (твердых) частиц на поверхности трения.

Средняя продолжительность жизни - это период времени, когда ожидается, что основной долг по долговой проблеме будет непогашенным. Средний срок жизни - это средний период до погашения долга путем погашения или погашения платежей фонда. Чтобы рассчитать средний срок службы, умножьте дату каждого платежа (выраженную в виде доли лет или месяцев) на процент от общего принципала, который был уплачен к этой дате, добавьте результаты и разделите их на общий размер выпуска.

РАЗРЕШЕНИЕ «Средняя жизнь»

, также называемый средневзвешенным сроком погашения и средневзвешенной продолжительностью жизни, средняя продолжительность жизни рассчитывается, чтобы определить, сколько времени потребуется для погашения непогашенной основной суммы долга, например, векселя или облигации. В то время как некоторые облигации выплачивают основную сумму единовременно в момент погашения, другие выплачивают основную сумму в рассрочку в течение срока действия облигации. В случаях, когда основной долг облигации амортизируется, средний срок жизни позволяет инвесторам определить, как быстро погашается основная сумма.

Полученные платежи основаны на графике погашения кредитов, подкрепляющих конкретную ценную бумагу, таких как ценные бумаги с ипотечным покрытием (MBS) и ценные бумаги с активами (ABS). Поскольку заемщики осуществляют платежи по связанным долговым обязательствам, инвесторам выдаются платежи, отражающие часть этих совокупных процентов и основных платежей.

Расчет средней продолжительности жизни на облигации

Например, предположим, что годовая выплата четырехлетней облигации имеет номинальную стоимость 200 долларов США и основные платежи в размере 80 долларов США в течение первого года, 60 долларов США за второй год, 40 долларов США в течение третьего года и 20 долларов США за четвертый (и последний) год. Средний срок службы этой связи будет рассчитываться по следующей формуле:

Средняя продолжительность жизни = 400/200 = 2 года

Эта облигация будет иметь средний срок службы в два года по сравнению с ее сроком погашения четыре года.

Ипотечные и обеспеченные активами ценные бумаги

В случае MBS или ABS средний срок жизни представляет собой среднюю продолжительность времени, требуемую для погашения задолженности по кредитам. Инвестиции в MBS или ABS включают покупку небольшой части связанного долга, который упакован в рамках безопасности.

Риск, связанный с центрами MBS или ABS, зависит от того, будет ли заемщик связан с кредитом по умолчанию. Если заемщик не сможет произвести платеж, инвесторы, связанные с ценной бумагой, будут испытывать убытки. В финансовом кризисе 2008 года большое количество дефолтов по ипотечным кредитам, особенно на субстандартном рынке, привело к значительным потерям на арене MBS.