WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     | 1 |   ...   | 30 | 31 || 33 | 34 |   ...   | 42 |

Нормативный технический ресурс (срок службы), назначаемый техническим заданием и устанавливаемый на основе экспериментальных и расчетных методов, указывается в проектно-конструкторской документации и служит для регламентирования срока безопасной эксплуатации изделия вне зависимости от его фактического состояния. В других случаях порядок определения расчетных предельных сроков эксплуатации определяется Госгортехнадзором России [78, п.

8]. Так, назначенный срок службы для атомных реакторов составляет 30 лет, боевого оружия – 40 лет и т. д. По достижении этого срока дальнейшее использование технических объектов не допускается без проведения работ (экспертизы промышленной безопасности) по оценке остаточного ресурса и определению возможности продления срока эксплуатации [78, п.5]. В этом случае технический ресурс (срок службы) продлевается решением лицензированной экспертной организации, которое принимается до достижения техническим средством нормативно установленного срока эксплуатации. В случае положительного решения продление технического ресурса может осуществляться сразу на весь срок остаточного ресурса или поэтапно, путем периодического обзора безопасности (Periodic Safety Review (PSR) [291]; часто этот период составляет половину от назначенного срока службы. Так, для атомных реакторов этот срок составляет лет, для вагонов – 1…5 лет и т. д. Наряду с известными методами управления сроком службы создаются и новые программы [291], основанные на непрерывном мониторинге состояния объектов и активном управлении сроком их службы. Реализация мероприятий по продлению срока безопасной эксплуатации технических устройств возлагается на эксплуатирующую организацию. Таким образом [124], истечение назначенных технических ресурсов изделий не является основанием для их вывода из эксплуатации, если они по своему фактическому состоянию или после ремонта пригодны для дальнейшего использования. Укрупненная блок-схема методики проведения экспертизы промышленной безопасности показана на рис. 5.1.

Правила проведения экспертизы промышленной безопасности (ПБ 03-246-98) утверждены Постановлением Госгортехнадзора России от 06.11.1998 №64; НГР:В9803491 (регистрационный номер Минюста России от 08.12.1998, №1656) и Положением о порядке продления срока безопасной эксплуатации технических устройств, оборудования и сооружений на опасных производственных объектах (РД-03-484-02) [199].

Программа работ по продлению срока безопасной эксплуатации Информационный блок Частичное обследование Полное обследование Специальные инструментальные и лабораторные испытания Оценка технического состояния Установление критериев предельного состояния Определение остаточного срока эксплуатации (до прогнозируемого наступления предельного состояния) Заключение экспертизы промышленной безопасности Рекомендации по Плановое Мониторинг принятию мер для техническое состояния дальнейшей обслуживание и эксплуатации ремонт Плановое Продолжение Вывод из техническое эксплуатации на эксплуатации обслуживание и установленных ремонт параметрах Использование Окончательный Реконструкция по иному назначению вывод из эксплуатации Рис. 5.1. Укрупненная блок-схема проведения обследования [199] Продление сроков безопасной эксплуатации осуществляется экспертами в следующем порядке: рассматривается заявка от эксплуатирующей организации; разрабатывается, согласовывается и утверждается программа работ по обследованию; выполняется обследование и анализ состояния объекта; выдается и утверждается заключение о возможности продления срока безопасной эксплуатации технических устройств (возможно, с планом корректирующих мероприятий); принимается решение о продлении или прекращении эксплуатации объекта; заявителем осуществляются корректирующие работы под контролем экспертной организации [199]. Обследование включает:

анализ документации; анализ общего состояния; оценку коррозии, износа и других дефектов; измерение деформаций элементов; неразрушающий контроль и др. мероприятия. При необходимости на специально отобранных образцах проводятся лабораторные механические, металлографические, химические и др. исследования. Экспертизе в обязательном порядке подвергаются базовые, несущие и опорные детали и узлы технических устройств, проверяемые, по возможности, методами неразрушающего контроля, в результате чего выявляются причины повреждений отдельных частей и конструкций, прогнозируется скорость их износа и определяется остаточный ресурс.

Изменение эксплуатационных параметров технических устройств, предлагаемое по результатам экспертизы, должно быть подтверждено соответствующими техническими расчетами. Для этого, как правило, используется вероятностный анализ риска аварии, в котором анализируются все возможные режимы эксплуатации, включая оценку устойчивости к потенциальным авариям.

В трибологии проблема управления сроком службы узлов трения стоит не менее остро [32, 101 и др.], но в настоящее время она не имеет достаточно развитой проработки. Ответственные узлы трения, отказ которых может повлечь катастрофические последствия, размещенные, например, в буксовых узлах вагонных тележек, шасси самолетов и др., при плановых осмотрах подвергаются дефектоскопии, направленной на выявление дефектов и контролирование их развития. Однако ни факт наличия дефектов, ни их размеры не являются критерием долговечности материалов без учета изменения состояния материала, отражающего его способность сопротивляться разрушающим воздействиям. Один и тот же дефект в зависимости от состояния металла может оказаться незначительным, существенным или критическим. В то же время предельное состояние металла может быть достигнуто вовсе без видимых признаков разрушения, что повышает актуальность проблемы создания и применения новых принципов диагностики состояния материалов, ориентированных на оценку фактической степени усталостной деградации металлов и сплавов.

В целом анализ выявил следующие проблемы, сдерживающие реализацию системы УСС при создании и эксплуатации ответственных узлов трения:

- в настоящее время практически отсутствуют надежные методики определения остаточного ресурса, а также надежные базы знаний для их применения с целью управления сроком службы технических объектов, необходимые для предупреждения спонтанного (мгновенного) разрушения конструкций;

- недостаточно изучены физические механизмы и закономерности старения материалов;

- отсутствуют многофакторные критерии предельного состояния материалов;

- недостаточно развита информационно-измерительная система, обеспечивающая анализ текущего состояния компонентов ответственных технических систем и прогноз их состояния в различные периоды эксплуатации.

- Ниже будет показана возможная структура и содержание системы управления сроком службы ответственных элементов узлов трения машин с элементами новых научных и технических решений.

Рассмотрение данной задачи начнем с ряда предварительных замечаний.

1. Остаточный ресурс, в отличие от механических и физико-химических свойств материала и среды, является не квазистабильным показателем, а динамическим параметром объекта, реагирующим на любые изменения внешних факторов и его собственных характеристик. В этом смысле технический ресурс и срок службы объекта являются управляемыми параметрами на всех стадиях его жизненного цикла.

2. При оценке ресурсных характеристик объектов справедливы принципы «слабейшего звена» и наиболее «уязвимого участка», позволяющие локализовать и ускорить исследования без потери эффективности прогнозирования.

3. Существует множество форм исчерпания ресурса: старение, усталость, коррозия, радиационное повреждение, термическая деструкция, пластическая неустойчивость и др. Поэтому оценка ресурса должна вестись по ряду критериев, учитывающих комплекс ведущих разрушающих факторов.

4. Ресурс объекта определяется ресурсом материалов, из которых изготовлены его элементы. При этом под ресурсом материала понимается стабильность его атомно-молекулярного состава, а также внутреннего строения, обусловленного действием межмолекулярных и межатомных связей, т. е. физико-химическая и структурная стабильность.

5. Прогнозирование ресурса возможно только на основе комплексного оперирования статистическими базами данных о кинетике деградации материалов в различных условиях при непрерывном поступлении и обработке текущей информации о состоянии объекта и внешних факторов.

6. Прогнозирование ресурса в конечном итоге является процедурой моделирования поведения объекта в различных условиях с целью обеспечения безопасности эксплуатации объекта. Поэтому помимо оценки остаточного ресурса необходим анализ работоспособности системы в аварийных ситуациях.

Управление сроком службы изделий является системной, комплексной задачей, для которой необходимо установить взаимосвязь между тремя основными элементами: исходными свойствами и состоянием материалов, условиями эксплуатации и ресурсом, для того чтобы, задавшись (или управляя) двумя из этих элементов, можно было обоснованно регламентировать (или воздействовать на) третий. С точки зрения практической ценности можно выделить прямую и обратную постановку задачи УСС. Первая состоит в прогнозировании ресурса материалов по имеющимся данным об исходных и текущих свойствах объекта и условиях его эксплуатации. Вторая – в выборе и нормировании свойств материалов для обеспечения их требуемого ресурса в заданных условиях эксплуатации. Очевидно, что центральным звеном системы УСС должны стать физически обоснованные многофакторные расчетные модели; в качестве таковой будем использовать кинетическую модель, разработанную в гл. 2.

Эксперименты показали, что адекватную картину деградации материалов как при разрушении поверхностей трением, так и при объемной усталости можно получить с помощью обобщенного энергетического критерия пластичности – энергии активации пластической деформации, изменение которой в процессе эксплуатации оборудования характеризует скорость исчерпания его ресурса [107]. По критической величине энергии активации можно судить о предельном (безопасном) состоянии материала. Поэтому далее в данной главе будут рассмотрены рекомендации по применению энергетических критериев прочности в системе управления сроком службы элементов узлов трения. При этом материалы деталей пар трения будем рассматривать как синергетическую систему, изменение состояния которой определяется изменением ее внутренней энергии.

5.1. ФИЗИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ НАДЕЖНОСТИ ЭЛЕМЕНТОВ УЗЛОВ ТРЕНИЯ С точки зрения физики отказов, разрушение материала есть ре зультат первого выхода области прикладываемых воздействий за пределы области допустимых состояний. При этом возможны различные сценарии потери устойчивости материала (рис. 5.2, а-г).

Размеры области воздействий обусловлены, главным образом, величиной механических напряжений (включая внутренние остаточные напряжения и динамические воздействия), активностью среды и тепловой нагруженностью материала. При этом следует учесть, что работа реальных узлов трения всегда связана с пространственной и временной концентрацией разрушающих воздействий.

Пространственная концентрация напряжений и температур возникает в локальных областях в окрестности дефектов структуры (пор, инородных включений, трещин и т. д.). С увеличением числа и размеров трещин в процессе эксплуатации концентрация напряжений повышается, обусловливая рост (а, в, г), что характерно для материалов с достаточной степенью пластичности. В хрупких материалах трещины появляются уже на заключительной стадии усталостной деградации и приводят к быстрому разрушению материала, поэтому для них в процессе наработки уровень воздействий можно принять постоянным (б). Временная концентрация напряжений возникает в моменты прохождения по материалу фронтов динамических воздействий (ударов и вибраций). Однако за фронтом волны напряжений уровень возвращается в исходное состояние, в этом случае удобно оперировать эффективной характеристикой, представляющей собой огибаэ ющую фактической функции изменения. При этом погрешность в оценке долговечности материалов не превысит периода динамических напряжений, что во многих практических случаях является вполне приемлемым. Экспериментальная и расчетная оценка статических и динамических напряжений в материале, в т. ч. при наличии концентраторов напряжений (дефектов), в настоящее время не представляет проблемы.

U U U t t t а б в U Э Э t г Рис. 5.2. Схема возникновения отказа во времени:

, – соответственно фактическая и эффективная области Э энергетических воздействий на материал,, – соответственно фактическая и эффективная области энергии активации Э разрушения материала, U – изменение внутренней энергии материала Область ограничена запасом прочности материала и напрямую связана с его способностью сопротивляться разрушающим воздействиям. Именно эта область в настоящее время исследована мало и требует более основательного изучения. Согласно принятой в теоретической физике гипотезе о временной симметрии обычно полагают, что материал с течением временем сохраняет табличные физические константы и механические свойства [57], что в принципе не верно и лишь в некоторых случаях может допускаться в качестве первого приближения, поскольку трибоматериалы до начала эксплуатации, после хранения и после некоторой наработки в общем случае имеют различные состояния и свойства.

При использовании кинетического подхода абстрактным поняти ям областей и можно придать конкретный физический смысл (рис. 5.2, б). В термофлуктуационной теории прочности роль играет энергия активации разрушения материала, величина которой сохраняется постоянной.

Классификация систем УСС по виду по способу по цели по этапу реализации решаемой задачи управления управления Рис. 5.3. Классификация систем УСС Чтобы отразить фактическое изменение потенциального барьера, пользуются понятием эффективного значения энергии активации;

следуя этому, можно ввести эффективную функцию Э, которая в свете кинетических представлений будет равна разности энергии активации разрушения и сумме запасенной энергии пластической деформации и изменения энергии за счет взаимодействия поверхности со средой. Таким образом, способность материала сопротивляться Ресурсоактивная Ресурсопассивная повышающие сберегающие на стадии на стадии на стадии разработки производства эксплуатации Прямая задача Обратная задача разрушающим воздействиям может управляться за счет воздействия на эффективное значение энергии активации пластической деформации материала пар трения.

Современные системы УСС служат в основном для возможности продления эксплуатации ответственных объектов, выработавших назначенный ресурс, что является весьма ограниченным представлением о возможностях таких систем и круге прикладных задач, которые можно успешно решать с их помощью. При более широком рассмотрении анализ возможных схем реализации систем УСС показал, что их можно классифицировать по ряду признаков, как это показано на рис. 5.3. Структура и содержание систем УСС упрощенно представлены в табл. 5.1.

Pages:     | 1 |   ...   | 30 | 31 || 33 | 34 |   ...   | 42 |










© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.