WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     | 1 |   ...   | 31 | 32 || 34 | 35 |   ...   | 42 |

Таблица 5.Структура и содержание системы УСС Система управления сроком службы изделий Этап разработки Этап производства Этап эксплуатации Прямая Обратная Прямая Обратная Прямая Обратная задача задача задача задача задача задача управлениеАктивное управлениеАктивное управлениеАктивное управлениеАктивное управлениеАктивное управлениеАктивное управлениеПассивное управлениеПассивное управлениеПассивное управлениеПассивное управлениеПассивное управлениеПассивное Система УСС имеет много общего с системой качества, внедренной на множестве современных предприятий согласно требованиям стандартов серии ИСО 9000. Однако их главное различие состоит в том, что система качества направлена на реализацию полного соответствия технологии изготовления изделий действующим нормативным документам с целью поддержания гарантированного уровня качества изделий, в то время как система УСС направлена на постоянное улучшение их технических характеристик, что приближает ее к известной системе управления качеством TQM. Главная особенность системы УСС состоит в том, что единственным критерием в ней является технический ресурс изделия, на основе которого производится управление его сроком службы с целью обеспечения эксплуатационО С О А С О Т Т Защита объекта от разрушающих воздействий их свойств Выбор материалов и регламентирование режимов работы объекта ценка условий эксплуатации и предварительных расчетов бор информации о результатах испытания изделий ехнический контроль и производственные и др. моделей объекта нализ расчетных, конечно-элементных остаточного ресурса ехническая диагностика и прогнозирование обработки и сборки изделий птимизация режимов технологической геометрических и др. свойств беспечение требуемых механических, Ремонт, восстановление и ресурсоповышающая обработка объекта Сбор данных о режимах обработки и качестве производимых изделий и кинетике повреждаемости объекта бор данных о надежности, механизмах ной надежности. И все данные о свойствах материалов, применяемые модели, программное обеспечение и т. д. направлены на оценку, обеспечение и повышение ресурса изделия.

Виды систем УСС по способу управления. По способу управления системы УСС можно разделить на активные и пассивные. В активных системах управления ресурсом предполагается на всех этапах предпринимать меры по целенаправленному воздействию на свойства материала и условия его функционирования, а также по оптимизации технологических процессов на этапе изготовления объекта. Так, активная система управления сроком службы технических систем на этапе эксплуатации требует их постоянного совершенствования (модернизации, ремонта), что наряду с заложенным при конструировании и изготовлении избыточным запасом прочности дает основание для многократного продления их службы на дополнительный срок. При использовании в системе энергетических моделей для прогнозирования ресурса при усталостной повреждаемости объекта активное управление сводится к оперативному воздействию на текущее состояние материала, а именно на его энергию активации пластической деформации.

В ряде случаев при эксплуатации ответственных, и особенно опасных объектов условия их изготовления и использования строго регламентированы, что делает затруднительным применение активных систем управления; тогда единственным средством управления сроком службы являются пассивные системы. В пассивных системах УСС предполагается лишь наблюдение за естественным изменением свойств (контроль старения) материала и контроль за исчерпанием заложенного при изготовлении объекта запаса прочности с тем, чтобы на основе имеющихся критериев дать заключение о возможности дальнейшего безопасного использования объекта или о необходимости вывода его из эксплуатации. Еще одно назначение пассивных систем – сбор информации и формирование базы данных об условиях функционирования объекта, о кинетике и механизмах его повреждаемости и разрушения, о режимах технологической обработки, о долговечности объекта и т. д. Данные сведения необходимы для анализа адекватности применяемых расчетных моделей, оценки параметров надежности, т. е. для реализации «обратной связи» в системе УСС.

Пассивная система УСС также предполагает на основе диагностики технических систем установление даты окончания их работы (предотвращающей досрочный вывод из эксплуатации) и обеспечение последних лет службы.

Активные и пассивные системы глубоко взаимосвязаны и могут использоваться совместно в рамках решения как прямых, так и обратных задач управления. Такое комбинированное управление сроком службы изделий представляется наиболее эффективным.

Виды систем УСС по этапу реализации. Как видно из табл. 5.1, управление ресурсом возможно на всех этапах жизненного цикла изделия. На стадии конструирования в материал необходимо заложить запас прочности, достаточный для заданного срока службы изделия.

Для этого необходимы научно обоснованные методы регламентирования механических свойств изделий, выбора смазочных материалов.

Регламентируются допуски и припуски, параметры микрогеометрии.

При конструировании также предусматриваются средства снижения динамических напряжений, охлаждения материала, устраняются участки концентрации напряжений. При этом в последнее время все чаще используют средства компьютерного конечно-элементного моделирования, например, в среде ANSYS.

На этапе производства происходит технологическое обеспечение заданного ресурса. Основное внимание при этом уделяется упрочняющим технологиям и сборке. Важным этапом производства является контроль качества изделий. Здесь в последнее время на лидирующие позиции выходит применение ускоренных методов испытаний, но для этого необходимо строгое обоснование режимов форсированных испытаний, что представляет собой весьма непростую задачу, которая в настоящее время решается поиском эмпирической корреляции между результатами обычных и ускоренных испытаний.



На стадии эксплуатации происходит рациональная реализация заложенного в изделие ресурса. При нормировании показателей надежности, как правило, пользуются принципом избыточности, вследствие чего после выработки назначенного срока службы у изделий часто остается запас прочности, но величина его случайна и требует при эксплуатации дополнительной оценки. Это требует корректных методов диагностики и прогнозирования остаточного ресурса, основанных на адекватных критериях прочности. Аналогичная ситуация возникает, когда в эксплуатацию вводятся детали, имевшие ранее наработку, для которых нужно оценить выработанный ресурс. Диагностика состояния материалов необходима перед ремонтом (восстановлением) изношенных деталей.

Виды систем УСС по характеру решаемой задачи. Система УСС характеризуется наличием прямых и обратных связей между воздействием на материал и его ресурсом. Эти связи являются, по сути, причинно-следственными, их анализ производится на основе экспериментального исследования объектов и их моделей. Если принять направление решения задачи от совокупности причин и условий к следствию как прямое, то противоположный анализ будет, соответственно, являться обратным.

Таким образом, в прямой постановке задачи система УСС воздействует на ресурс за счет управления свойствами самого объекта, в обратной – за счет управления условиями его изготовления и эксплуатации. В первом случае исходными данными для управления сроком службы являются фактическое состояние, свойства материала и условия работы. Во втором – на основе заданного (или известного) ресурса и выявленных при испытаниях или эксплуатации данных о механизмах и кинетике повреждаемости материалов корректируются их свойства, обеспечиваются щадящие условия работы. При решении обратной задачи, например, для повышения ресурса узлов трения создают условия для снижения энергии разрушающих механических, термических и химических воздействий, что реализуется соответственно применением демпферов, охладителей, ингибиторов коррозии и т. д. Кроме того, путем сбора и сопоставления расчетных и экспериментальных данных проверяется прогностическая способность применяемой для управления ресурсом совокупности математических, расчетных, конечно-элементных и др. моделей объекта, что необходимо для совершенствования самой системы УСС.

С точки зрения теории надежности, решение прямых задач связано с применением т. н. физики отказов, использующей физические и математические модели объекта. Решение же обратных задач, как правило, выполняется по статистическим моделям отказов.

Виды систем УСС по цели управления. Можно выделить две основные цели управления ресурсными характеристиками материала:

первая и основная цель заключается во всемерном повышении безотказного срока службы изделия, т. е. в повышении долговечности материалов в существующих условиях функционирования; вторая – в тарированном понижении долговечности, что актуально, например, при разработке методик ускоренных испытаний. В первом случае имеет место ресурсоповышающая система, во втором – ресурсосберегающая. Наименование последней обусловлено тем, что повышение ресурса достигается за счет дополнительных материальных, энергетических и временных затрат на повышение прочности материала.

Причем с повышением показателей качества отношение приращения долговечности объекта к приращению затрат на обеспечение его надежности нелинейно возрастает. Поэтому, как известно, показатели надежности нормируются, например, по критерию минимальной стоимости жизненного цикла изделия. Одним из эффективных способов снижения затрат на изготовление сложных объектов является выравнивание разрыва между долговечностями (для восстанавливаемых изделий – средней наработки на отказ) самого «слабого» и самого надежного элементов в системе. Таким образом, по отношению к первым элементам целесообразно применение ресурсоповышающего воздействия, а по отношению ко вторым – ресурсосберегающего.

5.2. ИЗУЧЕНИЕ ВЛИЯНИЯ РАЗЛИЧНЫХ ФАКТОРОВ НА ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПОВЕРХНОСТНЫХ СЛОЕВ Прочность материала поверхностного слоя, определяемая его способностью сопротивляться разрушающему действию внешних факторов, может оцениваться величиной энергии активации пластической деформации. Для выявления механизмов управления активационными параметрами деформации материалов требуется проведение всестороннего анализа изменения энергии активации поверхностного слоя под влиянием сложного спектра трибовоздействий. Исследование зависимостей энергии активации разрушения материала поверхностного слоя от различных факторов, как следует из предыдущего раздела, необходимо не только для возможности прогнозирования долговечности узлов трения исходя из заданных условий работы, но и для целенаправленного воздействия на прочность материалов посредством выбора оптимальных режимов обработки поверхности и условий эксплуатации узлов трения.

Важность проведения исследований зависимости энергии активации от различных факторов, оказывающих влияние на процесс изнашивания, обусловлена отсутствием экспериментальной базы, связывающей трибологические параметры материалов с характеристиками термофлуктуационной теории прочности твердых тел.

Цель нижеприведенных исследований заключается в том, чтобы выяснить, какие факторы при трении оказывают решающее влияние на состояние материала поверхностного слоя и как, зная эти факторы, можно оптимизировать ресурсные показатели узлов трения машин.





Для этого поставлены следующие задачи.

1. При помощи дифференцированного подхода оценить влияние каждого фактора в отдельности на величину энергии активации. Это позволит выявить основные закономерности изменения прочности изучаемого материала, а также определить степень значимости каждого из факторов.

2. Провести исследование комплексного влияния внешних факторов на величину энергии активации. Это необходимо для выяснения направления влияния внешних факторов на прочность при выведении материала поверхностного слоя из состояния динамического равновесия изменением одного из ряда действующих факторов, а также для того, чтобы сделать вывод о синергизме протекающих процессов.

3. Разработать критерии оптимизации рабочего процесса. Задача включает определение области рабочих режимов, в которых проявляются экстремальные значения энергии активации материала поверхностного слоя. Это позволит, в зависимости от поставленной цели, увеличивать или уменьшать прочность материала.

Известно, что при испытаниях на изнашивание трудно обеспечить строго выдержанные условия – из-за трения происходит саморазогрев поверхностей, с увеличением износа изменяется площадь контакта и т. п. В результате заданный вначале режим изменяется в сторону некоторого оптимального термодинамического состояния. Это приводит к тому, что тщательное исследование прочности материала поверхностного слоя по результатам подобных испытаний некорректно.

Поскольку узел трения представляет собой взаимосвязанную систему, существующие методы оценки износостойкости не позволяют выявить дифференцированное влияние какого-либо из факторов на прочность материала поверхностного слоя. Так, например, смазочные материалы, введенные в узел трения, могут влиять на процесс изнашивания через коэффициент трения и посредством эффектов Ребиндера. В результате первого меняется напряженное состояние материала поверхностного слоя при трении, в результате второго – его свободная энергия [43]. Повышение температуры также способно повлиять как на механические характеристики материала, так и на интенсивность физико-химических процессов, происходящих на поверхности, вследствие его взаимодействия со средой. Подобное комплексное воздействие присуще всем основным факторам изнашивания. Поэтому долгое время не удавалось произвести дифференцированное исследование прочности материала поверхностного слоя.

Указанных недостатков лишен метод оценки энергии активации разрушения, описанный в предыдущей главе, поскольку при его применении исключаются вторичные эффекты типа саморазогрева, образования нагаров, изменения состава среды и др., что позволяет провести эксперимент в строго выдержанных условиях. Это обосновывает возможность изучения прочностных свойств поверхностного слоя путем оценки энергии активации при помощи разработанной методики.

Факторы, влияющие на процесс изнашивания, можно условно разделить на внешние и внутренние. Внешние факторы связаны с рабочей средой и эксплуатационными режимами; внутренние зависят от собственных характеристик материала поверхностного слоя, его структурных, физико-химических и др. особенностей. Учитывая, что преимущественной средой для узлов трения являются пленки смазочных материалов, в качестве внешних факторов были приняты температура, смазочные материалы и присадки различного назначения. В качестве внутренних факторов были рассмотрены анизотропия поверхностного слоя (текстура), наличие легирующих добавок и степень наклепа.

5.2.1. ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ ВНУТРЕННИХ ФАКТОРОВ Для экспериментов были выбраны шлифованные, отожженные образцы различных конструкционных материалов: сталей 40Х и ШХ-15, поликристаллической меди, монокристаллического алюминия, латуни Л60, бронзы БрАЖН 10-4-4, алюминиево-магниевого сплава (Al+5%Mg), твердого сплава ВК15. Механические характеристики указанных материалов охватывают широкий диапазон значений, что позволит рассмотреть наиболее общий случай.

Основной механической характеристикой, которую часто используют для оценки износостойкости, является твердость. Твердость, как известно [61, 169], характеризует сопротивление материала вдавливанию индентора из более твердого материала. Ранее были предприняты попытки интерпретировать твердость как параметр, определяющий износостойкость материала [255, 256]. Однако известны эксперименты [196], в которых было показано, что в ряде случаев большим значениям твердости может соответствовать больший износ. Последнее объяснялось охрупчиванием материала. Таким образом, было установлено, что прочность определяется не только твердостью материала, но и его способностью к пластической деформации – пластичностью.

Для оценки влияния твердости материала на величину энергии активации разрушения проводили испытания шлифованных отожженных образцов различных металлов и сплавов. Твердость материала поверхностного слоя определяли методом вдавливания алмазной пирамидки.

Энергию активации оценивали методом склерометрии. Оба испытания проводили на микротвердомере Виккерса ПМТ-3. Результаты испытаний энергии активации и твердости материалов приведены на рис. 5.4.

Из данного рисунка видно, что для отожженных образцов существует почти линейная корреляция между значениями твердости и энергии активации. Для большинства исследованных материалов величина энергии активации имеет порядок 101102 кДж/моль.

Pages:     | 1 |   ...   | 31 | 32 || 34 | 35 |   ...   | 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.