Рассмотрены основные процессы, вызывающие снижение работоспособности машин: трение, изнашивание, пластическое деформирование, усталостное и коррозионное разрушение деталей машин. Приведены основные направления и методы обеспечения работоспособности машин. Описаны методы оценки работоспособности элементов и технических систем в целом. Для студентов высших учебных заведений. Может быть полезен специалистам по сервису и технической эксплуатации автомобилей, тракторов, строительных, дорожных и коммунальных машин.

Технический прогресс и надежность машин.
С развитием научно-технического прогресса возникают все более сложные проблемы, для решения которых необходима разработка новых теорий и методов исследований. В частности, в машиностроении вследствие усложнения конструкции машин, их технической эксплуатации, а также технологических процессов требуются обобщение и более квалифицированный, строгий инженерный подход к решению задач обеспечения долговечности техники.

Технический прогресс связан с созданием сложных современных машин, приборов и рабочего оборудования, с постоянным повышением требований к качеству, а также с ужесточением режимов работы (увеличением скоростей, рабочих температур, нагрузок). Все это явилось основанием для развития таких научных дисциплин, как теория надежности, триботехника, техническая диагностика.

СОДЕРЖАНИЕ
Предисловие
Глава 1. Проблема обеспечения работоспособности технических систем
1.1. Технический прогресс и надежность машин
1.2. История формирования и развития триботехники
1.3. Роль триботехники в системе обеспечения работоспособности машин
1.4. Трибоанализ технических систем
1.5. Причины снижения работоспособности машин в эксплуатации
Глава 2. Свойства рабочих поверхностей деталей машин
2.1. Параметры профиля рабочей поверхности детали
2.2. Вероятностные характеристики параметров профиля
2.3. Контакт рабочих поверхностей деталей сопряжения
2.4. Структура и физико-механические свойства материала поверхностного слоя детали
Глава 3. Основные положения теории трения
3.1. Понятия и определения
3.2. Взаимодействие рабочих поверхностей деталей
3.3. Тепловые процессы, сопровождающие трение
3.4. Влияние смазочного материала на процесс трения
3.5. Факторы, определяющие характер трения
Глава 4. Изнашивание элементов машин
4.1. Общая закономерность изнашивания
4.2. Виды изнашивания
4.3. Абразивное изнашивание
4.4. Усталостное изнашивание
4.5. Изнашивание при заедании
4.6. Коррозионно-механическое изнашивание
4.7. Факторы, влияющие на характер и интенсивность изнашивания элементов машин
Глава 5. Влияние смазочных материалов на работоспособность технических систем
5.1. Назначение и классификация смазочных материалов
5.2. Виды смазки
5.3. Механизм смазочного действия масел
5.4. Свойства жидких и пластичных смазочных материалов
5.5. Присадки
5.6. Требования, предъявляемые к маслам и пластичным смазочным материалам
5.7. Изменение свойств жидких и пластичных смазочных материалов в процессе работы
5.8. Формирование комплексного критерия оценки состояния элементов машин
5.9. Восстановление эксплуатационных свойств масел
5.10. Восстановление работоспособности машин с помощью масел
Глава 6. Усталость материалов элементов машин
6.1. Условия развития усталостных процессов
6.2. Механизм усталостного разрушения материала
6.3. Математическое описание процесса усталостного разрушения материала
6.4. Расчет параметров усталости
6.5. Оценка параметров усталости материала детали методами ускоренных испытаний
Глава 7. Коррозионное разрушение деталей машин
7.1. Классификация коррозионных процессов
7.2. Механизм коррозионного разрушения материалов
7.3. Влияние коррозионной среды на характер разрушения деталей
7.4. Условия протекания коррозионных процессов
7.5. Виды коррозионного разрушения деталей
7.6. Факторы, влияющие на развитие коррозионных процессов
7.7. Методы зашиты элементов машин от коррозии
Глава 8. Обеспечение работоспособности машин
8.1. Общие понятия о работоспособности машин
8.2. Планирование показателей надежности машин
8.3. Программа обеспечения надежности машин
8.4. Жизненный цикл машин
Глава 9. Оценка работоспособности элементов машин
9.1. Представление результатов трибоанализа элементов машин
9.2. Определение показателей работоспособности элементов машин
9.3. Модели оптимизации долговечности машин
Глава 10. Работоспособность основных элементов технических систем
10.1. Работоспособность силовой установки
10.2. Работоспособность элементов трансмиссии
10.3. Работоспособность элементов ходовой части
10.4. Работоспособность электрооборудования машин
10.5. Методика определения оптимальной долговечности машин
Заключение
Список литературы.

Бесплатно скачать электронную книгу в удобном формате, смотреть и читать:
Скачать книгу Основы работоспособности технических систем, Зорин В.А., 2009 - fileskachat.com, быстрое и бесплатное скачивание.

• Курс материаловедения в вопросах и ответах, Богодухов С.И., Гребенюк В.Ф., Синюхин А.В., 2005
• Надежность и диагностика систем автоматического управления, Белоглазов И.Н., Кривцов А.Н., Куценко Б.Н., Суслова О.В., Схиргладзе А.Г., 2008

Министерство образования и науки Российской Федерации

Саратовский государственный технический университет

А.С. Денисов

Основы работоспособности технических систем

Учебник

Допущено УМО вузов РФ по образованию

в области транспортных машин

и транспортно-технологических комплексов

в качестве учебника для студентов вузов,

обучающихся по специальностям

«Сервис транспортных и технологических

машин и оборудования (Автомобильный

транспорт)» и «Автомобили и автомобильное

хозяйство» направления подготовки

«Эксплуатация наземного транспорта

и транспортного оборудования»

Саратов 2011

УДК 629.113.004.67

Рецензенты:

Кафедра «Надёжность и ремонт машин»

Саратовского государственного аграрного университета

им. Н.И. Вавилова

Доктор технических наук, профессор

Б.П. Загородских

Денисов А.С.

Д 34 Основа работоспособности технических систем: Учебник / А.С. Денисов. – Саратов: Сарат. гос. техн. ун-т, 2011. – 334 с.

ISBN 978-5-7433-2105-6

В учебнике приведены данные по содержанию различных технических систем. Проанализированы элементы механики разрушения деталей машин. Обоснованы закономерности изнашивания, усталостного разрушения, коррозии, пластического деформирования деталей в процессе эксплуатации. Рассмотрены методы обоснования нормативов обеспечения работоспособности машин и корректирования их по условиям эксплуатации. Обоснованы закономерности удовлетворения сервисных потребностей с использованием положений теории массового обслуживания.

Учебник предназначен для студентов специальностей «Сервис транспортных и технологических машин и оборудования (Автомобильный транспорт)» и «Автомобили и автомобильное хозяйство», а также может быть использовано работниками автосервисных, авторемонтных и автотранспортных предприятий.

УДК 629.113.004.67

© Саратовский государственный

ISBN 978-5-7433-2105-6 технический университет, 2011

Денисов Александр Сергеевич – доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой «Автомобили и автомобильное хозяйство» Саратовского государственного технического университета.

В 2001 году получил ученое звание профессора, в 2004 году избран академиком Академии транспорта России.

Научная деятельность Денисова А.С. посвящена разработке теоретических основ технической эксплуатации автомобилей, обоснованию системы закономерностей изменения технического состояния и показателей эффективности использования автомобилей в процессе эксплуатации в различных условиях. Им разработаны новые методы диагностирования технического состояния элементов автомобилей, контроля и управления режимами их работы. Теоретические разработки и экспериментальные исследования Денисова А.С. способствовали основанию и утверждению нового научного направления в науке о надежности машин, которое теперь известно как «Теория формирования ресурсосберегающих эксплуатационно-ремонтных циклов машин».

Денисов А.С. имеет более 400 печатных работ, в том числе: 16 монографий и учебных пособий, 20 патентов, 75 статей в центральных журналах. Под его научным руководством подготовлены и успешно защищены 3 докторских и 21 кандидатская диссертация. В Саратовском государственном техническом университете Денисов А.С. создал научную школу, разрабатывающую теорию сервиса машин, хорошо известную уже в стране и за рубежом. Награжден почетными знаками «Почетный работник транспорта России», «Почетный работник высшего профессионального образования РФ».

ВВЕДЕНИЕ

Техника (от греческого слова techne – искусство, мастерство) – это совокупность средств человеческой деятельности, созданных для осуществления процессов производства и удовлетворения непроизводственных потребностей общества. К технике относят все многообразие создаваемых комплексов и изделий, машин и механизмов, производственных зданий и сооружений, приборов и агрегатов, инструментов и коммуникаций, устройств и приспособлений.

Термин «система» (от греческого systema – целое, составленное из частей) имеет широкий диапазон значений. В науке и технике система – множество элементов, понятий, норм с отношениями и связями между ними, образующих некоторую целостность. Под элементом системы понимают часть её, предназначенную для выполнения определённых функций и неделимую на части на данном уровне рассмотрения.

В данной работе рассматривается часть технических систем – транспортные и технологические машины. Основное внимание уделено автомобилям и технологическому автосервисному оборудованию. За весь срок службы затраты на обеспечение их работоспособности в 5 – 8 раз превышают затраты на изготовление. Основой для снижения этих затрат являются закономерности изменения технического состояния машин в процессе эксплуатации. До 25% отказов технических систем вызываются ошибками обслуживающего персонала, а до 90% происшествий на транспорте, в различных энергосистемах являются результатом ошибочных действий людей.

Действия людей, как правило, обоснованы принятыми ими решениями, которые выбираются из нескольких альтернатив на основе собранной и проанализированной информации. Анализ информации производится на основе знания процессов, происходящих при использовании технических систем. Поэтому при подготовке специалистов необходимо изучать закономерности изменения технического состояния машин в процессе эксплуатации и методы обеспечения их работоспособности.

Данная работа подготовлена в соответствии с образовательным стандартом по дисциплине «Основы работоспособности технических систем» для специальности 23100 – Сервис транспортных и технологических машин и оборудования (автомобильный транспорт). Она также может быть использована студентами специальности «Автомобили и автомобильное хозяйство» при изучении дисциплины «Техническая эксплуатация автомобилей», специальности 311300 «Механизация сельского хозяйства» по дисциплине «Техническая эксплуатация автотранспортных средств».

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ В ОБЛАСТИ РАБОТОСПОСОБНОСТИ ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ

Транскрипт

1 Федеральное агентство по образованию Сыктывкарский лесной институт филиал государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Санкт-Петербургская государственная лесотехническая академия имени С. М. Кирова» КАФЕДРА АВТОМОБИЛЕЙ И АВТОМОБИЛЬНОГО ХОЗЯЙСТВА ОСНОВЫ РАБОТОСПОСОБНОСТИ ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ Методическое пособие по дисциплинам «Основы работоспособности технических систем», «Техническая эксплуатация автомобилей», «Основы теории надежности и диагностики» для студентов специальностей «Сервис транспортных и технологических машин и оборудования», 9060 «Автомобили и автомобильное хозяйство» всех форм обучения Издание второе, переработанное Сыктывкар 007

2 УДК 69.3 О-75 Рассмотрено и рекомендовано к печати советом лесотранспортного факультета Сыктывкарского лесного института 7 мая 007 г. Составители: ст. преподаватель Р. В. Абаимов, ст. преподаватель П. А. Малащук Рецензенты: В. А. Лиханов, доктор технических наук, профессор, академик Российской академии транспорта (Вятская государственная сельскохозяйственная академия); А. Ф. Кульминский, кандидат технических наук, доцент (Сыктывкарский лесной институт) ОСНОВЫ РАБОТОСПОСОБНОСТИ ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ: О-75 метод. пособие по дисциплинам «Основы работоспособности технических систем», «Техническая эксплуатация автомобилей», «Основы теории надежности и диагностики» для студ. спец «Сервис транспортных и технологических машин и оборудования», 9060 «Автомобили и автомобильное хозяйство» всех форм обучения / сост. Р. В. Абаимов, П. А. Малащук; Сыкт. лесн. ин-т. Изд. второе, перераб. Сыктывкар: СЛИ, с. Методическое пособие предназначено для проведения практических занятий по дисциплинам «Основы работоспособности технических систем», «Техническая эксплуатация автомобилей», «Основы теории надежности и диагностики» и для выполнения контрольных работ студентами заочной формы обучения. Пособие содержит основные понятия по теории надежности, основным законам распределения случайных величин применительно к автомобильному транспорту, сбору и обработке материалов по надежности, общие указания по выбору вариантов задания. В задачах отражены вопросы построения структурных схем, планирования испытаний и учтены основные законы распределения случайных величин. Приведен список рекомендуемой литературы. Первое издание вышло в 004 г. УДК 69.3 Р. В. Абаимов, П. А. Малащук, составление, 004, 007 СЛИ, 004, 007

3 ВВЕДЕНИЕ В период эксплуатации сложных технических систем одной из основных задач является определение их работоспособности, т. е. способности выполнять возложенные на них функции. Данная способность в немалой степени зависит от надежности изделий, закладываемой в период проектирования, реализовываемой при изготовлении и поддерживаемой при эксплуатации. Техника обеспечения надежности систем охватывает различные аспекты инженерной деятельности. Благодаря инженерным расчетам надежности технических систем гарантируется поддержание бесперебойное снабжение электроэнергией, безопасное движение транспорта и т. п. Для правильного понимания проблем обеспечения надежности систем необходимо знать основы классической теории надежности. В методическом пособии даны основные понятия и определения теории надежности. Рассмотрены основные качественные показатели надежности, такие как вероятность безотказной работы, частота, интенсивность отказов, средняя наработка до отказа, параметр потока отказов. В связи с тем, что в практике эксплуатации сложных технических систем в большинстве случаев приходится иметь дело с вероятностными процессами, отдельно рассмотрены наиболее часто применяемые законы распределения случайных величин, определяющих показатели надежности. Показатели надежности большинства технических систем и их элементов могут быть определены только по результатам испытаний. В методическом пособии отдельная часть посвящена методике сбора, обработке и анализа статистических данных о надежности технических систем и их элементов. Для закрепления материала предусматривается выполнение контрольной работы, состоящей из ответов на вопросы по теории надежности и решении ряда задач. 3

4 . НАДЕЖНОСТЬ АВТОМОБИЛЕЙ.. ТЕРМИНОЛОГИЯ ПО НАДЕЖНОСТИ Надежность это свойство машин выполнять заданные функции, сохраняя свои эксплуатационные показатели в заданных пределах в течение требуемой наработки. Теория надежности есть наука, изучающая закономерности возникновения отказов, а также способы их предупреждения и устранения для получения максимальной эффективности технических систем. Надежность машины определяется безотказностью, ремонтопригодностью, долговечностью и сохраняемостью. Для автомобилей, как и для других машин многократного действия, характерен дискретный процесс эксплуатации. При эксплуатации возникают отказы. На их отыскивание и устранение затрачивается время, в течение которого машина простаивает, после чего эксплуатация возобновляется. Работоспособность состояние изделия, при котором оно способно выполнять заданные функции с параметрами, значения которых установлены технической документацией. В том случае, когда изделие, хотя и может выполнять свои основные функции, но не отвечает всем требованиям технической документации (например, помято крыло автомобиля) изделие работоспособно, но неисправно. Безотказность это свойство машины сохранять работоспособность в течение некоторой наработки без вынужденных перерывов. В зависимости от типа и назначения машины наработка до отказа измеряется в часах, километрах пробега, циклах и т. д. Отказ это такая неисправность, без устранения которой машина не может выполнять заданные функции с параметрами, установленными требованиями технической документации. Однако, не всякая неисправность может быть отказом. Существуют такие отказы, которые могут быть устранены при очередном техническом обслуживании или ремонте. Например, при эксплуатации машин неизбежны ослабления нормальной затяжки крепежных деталей, нарушение правильной регулировки узлов, агрегатов, приводов управления, защитных покрытий и т. д. Если их своевременно не 4

5 устранить, то это приведет к отказам в работе машин и трудоемкому ремонту. Отказы классифицируются: по влиянию на работоспособность изделия: вызывающие неисправность (пониженное давление в шинах); вызывающие отказ (обрыв ремня привода генератора); по источнику возникновения: конструктивные (вследствие ошибок при конструировании); производственные (из-за нарушения технологического процесса изготовления или ремонта); эксплуатационные (применение некондиционных эксплуатационных материалов); по связи с отказами других элементов: зависимые, обусловленные отказом или неисправностью других элементов (задир зеркала цилиндра из-за поломки поршневого пальца); независимые, не обусловленные отказом других элементов (прокол шины); по характеру (закономерности) возникновения и возможности прогнозирования: постепенные, возникающие в результате накопления в деталях машины износа и усталостных повреждений; внезапные, возникающие неожиданно и связанные, главным образом, с поломками из-за перегрузок, дефектов изготовления, материала. Момент наступления отказа является случайным, не зависящим от продолжительности эксплуатации (перегорания предохранителей, поломки деталей ходовой части при наезде на препятствие); по влиянию на потери рабочего времени: устраняемые без потерь рабочего времени, т. е. при техническом обслуживании или в нерабочее (межсменное время); устраняемые с потерей рабочего времени. Признаками отказов объектов называются непосредственные или косвенные воздействия на органы чувств наблюдателя явлений, характерных для неработоспособного состояния объекта (падение давления масла, появление стуков, изменение температурного режима и т. д.). 5

6 Характером отказа (повреждения) являются конкретные изменения в объекте, связанные с возникновением отказа (обрыв провода, деформация детали и т. д.). К последствиям отказа относятся явления, процессы и события, возникшие после отказа и в непосредственной причинной связи с ним (остановка двигателя, вынужденный простой по техническим причинам). Кроме общей классификации отказов, единой для всех технических систем, для отдельных групп машин в зависимости от их назначения и характера работы применяется дополнительно классификация отказов по сложности их устранения. Все отказы по сложности устранения объединяют в три группы, при этом учитывают такие факторы, как способ устранения, необходимость разборки и трудоемкость устранения отказов. Долговечность это свойство машины сохранять работоспособное состояние до предельного с необходимыми перерывами для технического обслуживания и ремонтов. Количественной оценкой долговечности является полный срок службы машины с начала эксплуатации до списания. Проектировать новые машины следует так, чтобы сроки службы по физическому износу не превышали моральное старение. Долговечность машин закладывается при их проектировании и конструировании, обеспечивается в процессе производства и поддерживается в процессе эксплуатации. Таким образом, на долговечность влияют конструкционные, технологические и эксплуатационные факторы, которые по степени своего воздействия позволяют классифицировать долговечность на три вида: требуемую, достигнутую и действительную. Требуемая долговечность задается техническим заданием на проектирование и определяется достигнутым уровнем развития техники в данной отрасли. Достигнутая долговечность обуславливается совершенством конструкторских расчетов и технологических процессов изготовления. Действительная долговечность характеризует фактическую сторону использования машины потребителем. В большинстве случаев требуемая долговечность больше достигнутой, а последняя больше действительной. В то же время не редки 6

7 случаи, когда действительная долговечность машин превышает достигнутую. Например, при норме пробега до капитального ремонта (КР), равной 0 тыс. км, некоторые водители при умелой эксплуатации автомобиля достигли пробега без капитального ремонта 400 тыс. км и более. Действительная долговечность подразделяется на физическую, моральную и технико-экономическую. Физическая долговечность определяется физическим износом детали, узла, машины до их предельного состояния. Для агрегатов определяющим является физический износ базовых деталей (у двигателя блок цилиндров, у коробки передач картер и др.). Моральная долговечность характеризует срок службы, за пределами которого использование данной машины становится экономически нецелесообразным ввиду появления более производительных новых машин. Технико-экономическая долговечность определяет срок службы, за пределами которого проведение ремонтов данной машины становится экономически нецелесообразным. Основными показателями долговечности машин являются технический ресурс и срок службы. Технический ресурс есть наработка объекта до начала эксплуатации или ее возобновления после среднего или капитального ремонтов до наступления предельного состояния. Срок службы календарная продолжительность эксплуатации объекта от ее начала или возобновления после среднего или капитального ремонтов до наступления предельного состояния. Ремонтопригодность это свойство машины, заключающееся в ее приспособленности к предупреждению, обнаружению, а также устранению отказов и неисправностей проведением технических обслуживании и ремонтов. Основной задачей обеспечения ремонтопригодности машин является достижение оптимальных затрат на их техническое обслуживание (ТО) и ремонт при наибольшей эффективности использования. Преемственность технологических процессов ТО и ремонта характеризует возможность применения типовых технологических процессов ТО и ремонта как машины в целом, так и ее составных частей. Эргономические характеристики служат для оценки удобства выполнения всех операций ТО и ремонта и должны исключать опе- 7

8 рации, требующие нахождения исполнителя длительное время в неудобной позе. Безопасность выполнения ТО и ремонта обеспечивается при технически исправном оборудовании, соблюдении исполнителями норм и правил техники безопасности. Перечисленные выше свойства в совокупности определяют уровень ремонтопригодности объекта и оказывают существенное влияние на продолжительность ремонтов и технического обслуживания. Приспособленность машины к ТО и ремонту зависит от: количества деталей и узлов, требующих систематического обслуживания; периодичности обслуживания; доступности точек обслуживания и простоты выполнения операции; способов соединения деталей, возможности независимого снятия, наличия мест для захвата, простоты разборки и сборки; от унификации деталей и эксплуатационных материалов как внутри одной модели автомобиля, так и между разными моделями автомобилей и т. д. Факторы, влияющие на ремонтопригодность, могут быть объединены в две основные группы: расчетно-конструкторские и эксплуатационные. К расчетно-конструкторским факторам относятся сложность конструкции, взаимозаменяемость, удобство доступа к узлам и деталям без необходимости съема находящихся рядом узлов и деталей, легкость замены деталей, надежность конструкции. Эксплуатационные факторы связаны с возможностями человекаоператора, эксплуатирующего машины и с окружающими условиями, в которых эти машины работают. К этим факторам можно отнести опыт, мастерство, квалификацию персонала по обслуживанию, а также технологию и методы организации производства при обслуживании и ремонте. Сохраняемость это свойство машины противостоять отрицательному влиянию условий хранения и транспортирования на его безотказность и долговечность. Поскольку работа является основным состоянием объекта, то особое значение имеет влияние хранения и транспортирования на последующее поведение объекта в рабочем режиме. 8

9 Различают сохраняемость объекта до ввода в эксплуатацию и в период эксплуатации (при перерывах в работе). В последнем случае срок сохраняемости входит в срок службы объекта. Для оценки сохраняемости применяют гамма-процентный и средний сроки сохраняемости. Гамма-процентным сроком сохраняемости называют срок сохраняемости, который будет достигнут объектом с заданной вероятностью гамма-процентов. Средним сроком сохраняемости называется математическое ожидание срока сохраняемости... КОЛИЧЕСТВЕННЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ НАДЕЖНОСТИ МАШИН При решении практических задач, связанных с надежностью машин, качественной оценки недостаточно. Для количественной оценки и сравнения надежности различных машин необходимо ввести соответствующие критерии. К таким применяемым критериям относятся: вероятность отказа и вероятность безотказной работы в течение заданного времени работы (пробега); частота отказов (плотность отказов) для неремонтируемых изделий; интенсивность отказов для неремонтируемых изделий; потоки отказов; среднее время (пробег) между отказами; ресурс, гамма-процентный ресурс и т. д.... Характеристики случайных величин Случайная величина это величина, которая в результате наблюдений может принимать различные значения, причем заранее неизвестно какие (например, наработка на отказ, трудоемкость ремонта, продолжительность простоя в ремонте, время безотказной работы, число отказов к некоторому моменту времени и т. д.). 9

10 Из-за того, что значение случайной величины заранее неизвестно, для ее оценки используется вероятность (вероятность того, что случайная величина окажется в интервале ее возможных значений) или частотность (относительное число случаев появления случайной величины в указанном интервале). Случайная величина может быть описана через среднее арифметическое значение, математическое ожидание, моду, медиану, размах случайной величины, дисперсию, среднеквадратичное отклонение и коэффициент вариации. Среднее арифметическое значение это частное от деления суммы полученных из опытов значений случайной величины на число слагаемых этой суммы, т. е. на число опытов N N N N, () где среднее арифметическое случайной величины; N число проведенных опытов; х, х, х N отдельные значения случайной величины. Математическое ожидание сумма произведений всех возможных значений случайной величины на вероятности этих значений (P): X N P. () Между средним арифметическим значением и математическим ожиданием случайной величины существует следующая связь при большом числе наблюдений среднее арифметическое значение случайной величины приближается к ее математическому ожиданию. Мода случайной величины наиболее вероятное ее значение, т. е. значение, которому соответствует наибольшая частота. Графически моде соответствует наибольшая ордината. Медиана случайной величины такое ее значение, для которого одинаково вероятно, окажется ли случайная величина больше или меньше медианы. Геометрически медиана определяет абсциссу точки, ордината которой делит площадь, ограниченную кривой распре- 0

11 деления пополам. Для симметричных модальных распределений среднее арифметическое, мода и медиана совпадают. Размах рассеивания случайной величины это разность между максимальным и минимальным ее значениями, полученными в результате испытаний: R ma mn. (3) Дисперсия является одной из основных характеристик рассеивания случайной величины около ее среднего арифметического значения. Величина ее определяется по формуле: D N N (). (4) Дисперсия имеет размерность квадрата случайной величины, поэтому пользоваться ею не всегда удобно. Среднее квадратичное отклонение также является мерой рассеивания и равно корню квадратному из дисперсии. σ N N (). (5) Поскольку среднее квадратичное отклонение имеет размерность случайной величины, пользоваться им удобнее, чем дисперсией. Среднее квадратичное отклонение называют также стандартом, основной ошибкой или основным отклонением. Среднее квадратичное отклонение, выраженное в долях среднего арифметического, носит название коэффициента вариации. σ σ ν или ν 00%. (6) Введение коэффициента вариации необходимо для сравнения рассеивания величин, имеющих разную размерность. Для этой цели среднее квадратичное отклонение непригодно, так как имеет размерность случайной величины.

12 ... Вероятность безотказной работы машины Считают, что машины работают безотказно, если при определенных условиях эксплуатации они сохраняют работоспособность в течение заданной наработки. Иногда этот показатель называют коэффициентом надежности, который оценивает вероятность безотказной работы за период наработки или в заданном интервале наработки машины в заданных условиях эксплуатации. Если вероятность безотказной работы автомобиля в течение пробега l км равняется P () 0,95, то из большого количества автомобилей данной марки в среднем около 5% теряют свою работоспособность раньше, чем через км пробега. При наблюдении в условиях эксплуатации N-гo количества машин за пробег (тыс. км) можно приблизительно определить вероятность безотказной работы P(), как отношение числа исправно работающих машин к общему числу машин, находящихся под наблюдением на протяжении наработки, т. е. P () N n () N N n / N ; (7) где N общее число машин; N() число исправно работающих машин к наработке; n число отказавших машин; величина рассматриваемого интервала наработки. Для определения истинного значения P() нужно переходить к пределу P () n / () N n lm при 0, N 0. N Вероятность P(), подсчитанная по формуле (7), называется статистической оценкой вероятности безотказной работы. Отказы и безотказность это события противоположные и несовместные, так как они не могут появиться одновременно в данной машине. Отсюда сумма вероятности безотказной работы P() и вероятности отказа F() равна единице, т. е.

13 P() + F() ; P (0) ; P () 0; F (0) 0; F ()...3. Частота отказов (плотность отказов) Частотой отказов называется отношение числа отказавших изделий в единицу времени к первоначальному числу находящихся под наблюдением при условии, что отказавшие изделия не восстанавливаются и не заменяются новыми, т. е. f () () n, (8) N где n() число отказов в рассматриваемом интервале наработки; N общее число изделий, находящихся под наблюдением; величина рассматриваемого интервала наработки. При этом n() может быть выражено как: n() N() N(+) , (9) где N() число исправно работающих изделий за наработку; N(+) число исправно работающих изделий за наработку +. Так как вероятность безотказной работы изделий к моментам и + выражается: N () () P ; P() N (+) N + ; N N () NP() ; N() NP(+) +, то n() N (0) 3

14 Подставляя значение n(t) из (0) в (8), получим: f () (+) P() P. Переходя к пределу, получим: f () Так как Р() F(), то (+) P() dp() P lm при 0. d [ F() ] df() ; () d f () d d () df f. () d Поэтому частота отказов иногда называется дифференциальным законом распределения времени выхода изделий из строя. Проинтегрировав выражение (), получим, что вероятность отказа равна: F () f () d 0 По величине f() можно судить о количестве изделий, которые могут выйти из строя на любом промежутке наработки. Вероятность отказа (рис.) в интервале наработки, будет: F () F() f () d f () d f () d. 0 0 Так как вероятность отказа F() при равна единице, то: 0 (). f d. 4

15 f() Рис.. Вероятность отказа в заданном интервале наработки..4. Интенсивность отказов Под интенсивностью отказов понимают отношение числа отказавших изделий в единицу времени к среднему числу работающих безотказно за данный промежуток времени при условии, что отказавшие изделия не восстанавливаются и не заменяются новыми. Из данных испытаний интенсивность отказов может быть подсчитана по формуле: λ () n N ср () (), () где n() число отказавших изделий за время от до + ; рассматриваемый интервал наработки (км, ч и т. д.); N cp () среднее число безотказно работающих изделий. Среднее число безотказно работающих изделий: () + N(+) N Nср (), (3) где N() число безотказно работающих изделий в начале рассматриваемого интервала наработки; N(+) число безотказно работающих изделий в конце интервала наработки. 5

16 Число отказов в рассматриваемом интервале наработки выражается: n () N() N(+) [ N(+) N() ] [ N(+) P() ]. (4) Подставляя значения N ср () и n() из (3) и (4) в (), получим: λ () N N [ P(+) P() ] [ P(+) + P() ] [ P(+) P() ] [ P(+) + P() ]. Переходя к пределу при 0, получаем Так как f(), то: () λ () [ P() ]. (5) P () () f λ. P () После интегрирования формулы (5) от 0 до получим: P () e () λ d. 0 При λ() const вероятность безотказной работы изделий равна: P λ () e...5. Параметр потока отказов В момент наработки параметр потока отказов можно определить по формуле: 6 () dmср ω (). d

17 Промежуток наработки d мал, и следовательно, при ординарном потоке отказов в каждой машине за этот промежуток может возникнуть не более одного отказа. Поэтому приращение среднего числа отказов можно определить как отношение количества отказавших за период d машин dm к общему числу N машин, находящихся под наблюдением: dm dm N () dq ср, где dq вероятность отказа за период d. Отсюда получаем: dm dq ω (), Nd d т. е. параметр потока отказов равен вероятности отказа за единицу наработки в момент. Если вместо d возьмем конечный промежуток времени и через m() обозначим общее количество отказов в машинах на этом промежутке времени, то получим статистическую оценку параметра потока отказов: () m ω (), N где m() определяется по формуле: N где m (+) N (+); m () m n N () m (+) m () Изменение параметра потока отказов во времени для большинства ремонтируемых изделий протекает, как показано на рис.. На участке происходит быстрое нарастание потока отказов (кривая идет вверх), которое связано с выходом из строя деталей и 7 общее количество отказов в момент времени общее количество отказов в момент времени.,

18 узлов, имеющих дефекты изготовления и сборки. Со временем детали прирабатываются, и внезапные отказы исчезают (кривая идет вниз). Поэтому данный участок называют участком приработки. На участке потоки отказов можно считать постоянными. Это участок нормальной эксплуатации машины. Здесь происходят, главным образом, внезапные отказы, а изнашиваемые детали изменяются во время технического обслуживания и планово-предупредительных ремонтов. На участке 3 ω() резко возрастает вследствие износа большинства узлов и деталей, а также базовых деталей машины. В этот период машина обычно поступает в капитальный ремонт. Самым продолжительным и существенным участком работы машины является. Здесь параметр потока отказов остается почти на одном уровне при постоянстве условий эксплуатации машины. Для автомобиля это означает езду в сравнительно постоянных дорожных условиях. ω() 3 Рис.. Изменение потока отказов от наработки Если на участке параметр потока отказов, представляющий собой среднее число отказов на единицу наработки, постоянный (ω() const), то среднее число отказов за любой период работы машины на этом участке τ будет: m ср (τ) ω()τ или ω() m ср (τ). τ 8

19 Наработка на отказ за любой период τ на -м участке работы равна: τ const. m τ ω(τ) ср Следовательно, наработка на отказ и параметр потока отказов, при условии его постоянства, являются обратными величинами. Поток отказов машины можно рассматривать как сумму потоков отказов ее отдельных узлов и деталей. Если машина содержит в себе k отказывающих элементов и за достаточно большой промежуток работы наработка на отказ каждого элемента составляет, 3, k, то среднее число отказов каждого элемента за эту наработку будет: m ср (), m (),..., m () ср срk. Очевидно, среднее число отказов машины за эту наработку будет равно сумме средних чисел отказов ее элементов: m () m () + m () +... m (). + ср ср ср срk Дифференцируя это выражение по наработке, получим: dmср() dmср () dmср() dmср k () d d d d или ω() ω () + ω () + + ω k (), т. е. параметр потока отказов машины равен сумме параметров потока отказов составляющих ее элементов. Если параметр потока отказов постоянный, то такой поток называется стационарным. Этим свойством обладает второй участок кривой изменения потока отказов. Знание показателей надежности машин позволяет производить различные расчеты, в том числе расчеты потребности в запасных частях. Количество запасных частей n зч за наработку будет равно: 9 k

20 n зч ω() N. Учитывая, что ω() функция, для достаточно большой наработки в пределах от t до t получим: n зч N ω(y) dy. На рис. 3 приведена зависимость изменения параметров потока отказов двигателя КамАЗ-740 в условиях эксплуатации в условиях г. Москвы, применительно к автомобилям, наработка которых выражается километром пробега. ω(t) L (пробег), тыс. км Рис. 3. Изменение потока отказов двигателя в условиях эксплуатации 0

21 . ЗАКОНЫ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ СЛУЧАЙНЫХ ВЕЛИЧИН, ОПРЕДЕЛЯЮЩИХ ПОКАЗАТЕЛИ НАДЕЖНОСТИ МАШИН И ИХ ДЕТАЛЕЙ Основываясь на методах теории вероятностей, возможно установить закономерности при отказах машин. При этом используются опытные данные, полученных по результатам испытаний или наблюдений за эксплуатацией машин. В решении большинства практических задач эксплуатации технических систем вероятностные математические модели (т. е. модели, представляющие собой математическое описание результатов вероятностного эксперимента) представляют в интегральнодифференциальной форме и называют еще теоретическими законами распределения случайной величина. Для математического описания результатов эксперимента одним из теоретических законов распределения недостаточно учитывать только сходство экспериментальных и теоретических графиков и числовые характеристики эксперимента (коэффициент вариации v). Необходимо иметь понятие об основных принципах и физических закономерностях формирования вероятностных математических моделей. На этом основании необходимо провести логический анализ причинно-следственных связей между основными факторами, которые влияют на ход исследуемого процессе и его показатели. Вероятностной математической моделью (законом распределения) случайной величины называется соответствие между возможными значениями и их вероятностями Р() по которому каждому возможному значению случайной величины поставлено в соответствие определенное значение ее вероятности Р(). При эксплуатации машин наиболее характерны следующие законы распределения: нормальный; логарифмически-нормальный; закон распределения Вейбулла; экспоненциальный (показательный), закон распределения Пуассона.

22 .. ЭКСПОНЕНЦИАЛЬНЫЙ ЗАКОН РАСПРЕДЕЛЕНИЯ На протекание многих процессов автомобильного транспорта и, следовательно, формирование их показателей как случайных величин, оказывает влияние сравнительно большое число независимых (или слабозависимых) элементарных факторов (слагаемых), каждое из которых в отдельности оказывает лишь незначительное действие по сравнению с суммарном влиянием всех остальных. Нормальное распределение весьма удобно для математического описания суммы случайных величин. Например, наработка (пробег) до проведения ТО складывается из нескольких (десяти и более) сменных пробегов, отличающихся один от другого. Однако они сопоставимы, т. е. влияние одного сменного пробега на суммарную наработку незначительно. Трудоемкость (продолжительность) выполнения операций ТО (контрольных, крепежных, смазочных и др.) складывается из суммы трудоемкостей нескольких (8 0 и более) взаимно независимых элементов-переходов и каждое из слагаемых достаточно мало по отношению к сумме. Нормальный закон также хорошо согласуется с результатами эксперимента по оценке параметров, характеризующих техническое состояние детали, узла, агрегата и автомобиля в целом, а также их ресурсов и наработки (пробега) до появления первого отказа. К таким параметрам относятся: интенсивность (скорость изнашивания деталей); средний износ деталей; изменение многих диагностических параметров; содержание механических примесей в маслах и др. Для нормального закона распределения в практических задачах технической эксплуатации автомобилей коэффициент вариации v 0,4. Математическая модель в дифференциальной форме (т. е. дифференциальная функция распределения) имеет вид: f σ () e () σ π, (6) в интегральной форме () σ F() e d. (7) σ π

23 Закон является двухпараметрическим. Параметр математическое ожидание характеризует положение центра рассеивания относительно начала отсчета, а параметр σ характеризует растянутость распределения вдоль оси абсцисс. Характерные графики f() и F() приведены на рис. 4. f() F(),0 0,5-3σ -σ -σ +σ +σ +3σ 0 а) б) Рис. 4. Графики теоретических кривых дифференциальной (а) и интегральной (б) функций распределения нормального закона Из рис. 4 видно, что график f() симметричен относительно и имеет колоколообразный вид. Вся площадь, ограниченная графиком и осью абсцисс, вправо и влево от делится отрезками, равными σ, σ, 3 σ на три части и составляет: 34, 4 и %. За пределы трех сигм выходит лишь 0,7 % всех значений случайной величина. Поэтому нормальный закон часто называют законом «трех сигм». Расчеты значений f() и F() удобно производить, если выражения (6), (7) преобразовать к более простому виду. Это делается таким образом, чтобы начало координат переместить на ось симметрии, т. е. в точку, значение представить в относительных единицах, а именно в частях, пропорциональных среднему квадратическому отклонению. Для этого надо заменить переменную величину другой, нормированной, т. е. выраженной в единицах среднего квадратического отклонения 3

24 z σ, (8) а величину среднего квадратического отклонения положить равной, т. е. σ. Тогда в новых координатах получим так называемую центрированную и нормированную функцию, плотность распределения которой определяется: z ϕ (z) e. (9) π Значения этой функции приведены в прил.. Интегральная нормированная функция примет вид: (dz. (0) π z z z F0 z) ϕ(z) dz e Эта функция также протабулирована, и ею удобно пользоваться при расчетах (прил.). Значения функции F 0 (z), приводимые в прил., даются при z 0. Если значение z оказывается отрицательным, то надо воспользоваться формулой F 0(0 z Для функции ϕ (z) справедливо соотношение z) F (). () ϕ (z) ϕ(z). () Обратной переход от центрированной и нормированной функций к исходной делается по формулам: f ϕ(z) σ (), (3) F) F (z). (4) (0 4

25 Кроме того, используя нормированную функцию Лапласа (прил. 3) z z Ф (z) e dz, (5) π 0 интегральную функцию можно записать в виде () Ф. F + (6) σ Теоретическая вероятность P() попадания случайной величины, распределенной нормально, в интервал [ a < < b ] с помощью нормированной (табличной) функции Лапласа Ф(z) определяется по формуле b Φ a P(a < < b) Φ, (7) σ σ где a, b соответственно нижняя и верхняя граница интервала. В расчетах наименьшее значение z полагают равным, а наибольшее +. Это означает, что при расчете Р() за начало первого интервала, принимают, а за конец последнего +. Значение Ф(). Теоретические значения интегральной функции распределения можно рассчитывать как сумму накопленных теоретических вероятностей P) каждом интервале k. В первом интервале F () P(), (во втором F () P() + P() и т. д., т. е. k) P(F(). (8) Теоретические значения дифференциальной функции распределения f () можно также рассчитать приближенным методом 5

26 P() f (). (9) Интенсивность отказов для нормального закона распределения определяется: () () f λ (х). (30) P ЗАДАЧА. Пусть поломка рессор автомобиля ГАЗ- 30 подчиняется нормальному закону с параметрами 70 тыс. км и σ 0 тыс. км. Требуется определить характеристики надежности рессор за пробег х 50 тыс. км. Решение. Вероятность отказа рессор определяем через нормированную функцию нормального распределения, для чего вначале определим нормируемое отклонение: z. σ С учетом того, что F 0 (z) F0 (z) F0 () 0,84 0, 6, вероятность отказа равна F () F0 (z) 0, 6, или 6 %. Вероятность безотказной работы: Частота отказов: P () F() 0,6 0,84, или 84 %. ϕ(z) f () ϕ ϕ ; σ σ σ 0 0 с учетом того, что ϕ(z) ϕ(z) ϕ() 0, 40, частота отказов рессор f () 0,0. f () 0,0 Интенсивность отказов: λ() 0, 044. P() 0,84 6

27 При решении практических задач на надежность часто возникает необходимость определить наработку машины для заданных значений вероятности отказа или безотказной работы. Подобные задачи проще решить с использованием так называемой таблицы квантилей. Квантили это значение аргумента функции, отвечающее заданному значению функции вероятности; Обозначим функцию вероятности отказа при нормальном законе p F0 P; σ p arg F 0 (P) u p. σ + σ. (3) p u p Выражение (3) определяет наработку p машины для заданного значения вероятности отказа P. Наработка, соответствующая заданному значению вероятности безотказной работы, выражается: х х σ u p p. В таблице квантилей нормального закона (прил. 4) даны значения квантилей u p для вероятностей р > 0,5. Для вероятностей р < 0,5 их можно определить из выражения: u u. p p ЗАДАЧА. Определить пробег рессоры автомобиля, при котором поломки составляют не более 0 %, если известно, что х 70 тыс. км и σ 0 тыс. км. Решение. Для Р 0,: u p 0, u p 0, u p 0,84. Для Р 0,8: u p 0,8 0,84. Для Р 0, берем квантиль u p 0,8 co знаком «минус». Таким образом, ресурс рессоры для вероятности отказа Р 0, определится из выражения: σ u ,84 53,6 тыс. км. p 0, p 0,8 7

28 .. ЛОГАРИФМИЧЕСКИ НОРМАЛЬНОЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЕ Логарифмически нормальное распределение формируется в случае, если на протекание исследуемого процесса и его результат влияет сравнительно большое число случайных и взаимонезависимых факторов, интенсивность действия которых зависит от достигнутого случайной величиной состояния. Эта так называемая модель пропорционального эффекта рассматривает некоторую случайную величину, имеющую начальное состояние 0 и конечное предельное состояние n. Изменение случайной величины происходит таким образом, что (), (3) ± ε h где ε интенсивность изменения случайных величин; h() функция реакции, показывающая характер изменения случайной величины. h имеем: При () n (± ε) (± ε) (± ε)... (± ε) Π (± ε), 0 0 (33) где П знак произведения случайных величин. Таким образом, предельное состояние: n n Π (± ε). (34) 0 Из этого следует, что логарифмически нормальный закон удобно использовать для математического описания распределения случайных величин, представляющих собой произведение исходных данных. Из выражения (34) следует, что n ln ln + ln(± ε). (35) n 0 Следовательно, при логарифмически нормальном законе нормальное распределение имеет не сама случайная величина, а ее логарифм, как сумма случайных равновеликих и равнонезависимых вели- 8

29 чин. Графически это условие выражается в вытянутости правой части кривой дифференциальной функции f() вдоль оси абсцисс, т. е. график кривой f() является асимметричным. В решении практических задач технической эксплуатации автомобилей этот закон (при v 0,3...0, 7) применяется при описании процессов усталостных разрушений, коррозии, наработки до ослабления крепежных соединений, изменений люфтов зазоров. А также в тех случаях, где изменение технического происходит главным образом вследствие износа пар трения или отдельных деталей: накладок и барабанов тормозных механизмов, дисков и фрикционных накладок сцепления и др. Математическая модель логарифмически нормального распределения имеет вид: в дифференциальной форме: в интегральной форме: F f (ln) (ln) (ln a) σln e, (36) σ π ln (ln a) ln σln e d(ln), (37) σ π ln где случайная величина, логарифм которой распределен нормально; a математическое ожидание логарифма случайной величины; σ ln среднее квадратичное отклонение логарифма случайной величины. Наиболее характерные кривые дифференциальной функции f(ln) приведены на рис. 5. Из рис. 5 видно, что графики функций являются асимметричными, вытянутыми вдоль оси абсцисс, что характеризуется параметрами формы распределения σ. ln 9

30 F() Рис. 5. Характерные графики дифференциальной функции логарифмически нормального распределения Для логарифмически нормального закона замена переменных производится следующим образом: z ln a. (38) σ ln z F 0 z определяются по тем же формулам и таблицам, что и для нормального закона. Для расчета параметров вычисляют значения натуральных логарифмов ln для середины интервалов, статистическое математическое ожидание a: Значения функций ϕ (), () a k () ln (39) m и среднеквадратическое отклонение логарифма рассматриваемой случайной величины σ N k (ln a) ln n. (40) По таблицам плотностей вероятностей нормированного нормального распределения определяют ϕ (z) и рассчитывают теоретические значения дифференциальной функции распределения по формуле: f () 30 ϕ (z). (4) σln

31 Вычисляют теоретические вероятности P () попадания случайной величины в интервале k: P () f (). (4) Теоретические значения интегральной функции распределения F () рассчитываются как сумма P () в каждом интервале. Логарифмически нормальное распределение является асимметричным относительно среднего значения экспериментальных дан- M для ных. Поэтому значение оценки математического ожидания () данного распределения не совпадает с оценкой, рассчитанной по формулам для нормального распределения. В этой связи оценки математического ожидания M () и среднего квадратичного отклонения σ рекомендуется определять по формулам: () σln a + M e, (43) σ (σ) M () (e) ln M. (44) Таким образом, при обобщении и распространении результатов эксперимента не всю генеральную совокупность с использованием математической модели логарифмически нормального распределения необходимо применять оценки параметров M () и M (σ). Логарифмически нормальному закону подчиняются отказы следующих деталей автомобиля: ведомых дисков сцепления; подшипников передних колес; периодичность ослабления резьбовых соединений в 0 узлах; усталостное разрушение деталей при стендовых испытаниях. 3

32 ЗАДАЧА. При стендовых испытаниях автомобиля установлено, что число циклов до разрушения подчиняется логарифмически нормальному закону. Определить ресурс деталей из условия отсутствия 5 разрушения Р () 0,999, если: a Σ 0 циклов, N k σln (ln a) n, σ Σ(ln ln) 0, 38. N N Решение. По таблице (прил. 4) находим для P() 0,999 Uр 3,090. Подставляя значения u р, и σ в формулу, получаем: 5 0 ep 3,09 0, () циклов.. 3. ЗАКОН РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ВЕЙБУЛЛА Закон распределения Вейбулла проявляется в модели так называемого «слабого звена». Если система состоит из групп независимых элементов, отказ каждого из которых приводит к отказу всей системы, то в такой модели рассматривается распределение времени (или пробега) достижения предельного состояния система как распределение соответствующих минимальных значений отдельных элементов: c mn(; ;...; n). Примером использования закона Вейбулла является распределение ресурса или интенсивности изменения параметра технического состояния изделий, механизмов, деталей, которые состоят из нескольких элементов, составляющих цепь. Например, ресурс подшипника качения ограничивается одним из элементов: шарик или ролик, конкретней участок сепаратора и т. д. и описывается указанным распределением. По аналогичной схеме наступает предельное состояние тепловых зазоров клапанного механизма. Многие изделия (агрегаты, узлы, системы автомобиля) при анализе модели отказа могут быть рассмотрены как состоящие из нескольких элементов (участков). Это прокладки, уплотнения, шланги, трубопроводы, приводные ремни и т. д. Разрушение указанных изделий происходит в разных местах и при разной наработке (пробеге), однако ресурс изделия в целом определяется наиболее слабым его участком. 3

33 Закон распределения Вейбулла является весьма гибким для оценки показателей надежности автомобилей. С его помощью можно моделировать процессы возникновения внезапных отказов (когда параметр формы распределения b близок к единице, т. е. b) и отказов из-за износа (b,5), а также тогда, когда совместно действуют причины, вызывающие оба этих отказа. Например, отказ, связанный с усталостным разрушением, может быть вызван совместным действием обоих факторов. Наличие, закалочных трещин или надреза на поверхности детали, являющихся производственными дефектами, обычно служит причиной усталостного разрушения. Если исходная трещина или надрез достаточно велики, то они сами по себе могут вызвать поломку детали при внезапном приложении значительной нагрузки. Это будет случаем типичного внезапного отказа. Распределение Вейбулла также хорошо описывает постепенные отказы деталей и узлов автомобиля, вызываемые старением материала в целом. Так, например, выход из строя кузова легковых автомобилей вследствие коррозии. Для распределения Вейбулла в решении задач технической эксплуатации автомобилей значение коэффициента вариации находится в пределах v 0,35 0,8. Математическая модель распределения Вейбулла задается двумя параметрами, что обуславливает широкий диапазон его применения на практике. Дифференциальная функция имеет вид: интегральная функция: f () F b a () a 33 b e b a b a, (45) e, (46) где b параметр формы, оказывает влияние на форму кривых распределения: при b < график функции f() обращен выпуклостью вниз, при b > выпуклостью вверх; а параметр масштаба, характеризует растянутость кривых распределения вдоль оси абсцисс.

34 Наиболее характерные кривые дифференциальной функции приведены на рис. 6. F() b b,5 b b 0,5 Рис. 6. Характерные кривые дифференциальной функции распределения Вейбулла При b распределение Вейбулла преобразуется в экспоненциальное (показательное) распределение, при b в распределение Релея, при b,5 3,5 распределение Вейбулла близок к нормальному. Этим обстоятельством и объясняется гибкость данного закона и его широкое применение. Расчет параметров математической модели производится в следующей последовательности. Вычисляют значения натуральных логарифмов ln для каждого значения выборки и определяют вспомогательные величины для оценки параметров распределения Вейбулла a и b: y N N ln (). (47) σ y N N (ln) y. (48) Определяют оценки параметров a и b: b π σ y 6, (49) 34

35 γ y b a e, (50) где π 6,855; γ 0,5776 постоянная Эйлера. Полученная таким образом оценка параметра b при малых значениях N (N < 0) значительно смещена. Для определения несмещенной оценки b) параметра b необходимо провести поправку) b M (N) b, (5) где M(N) поправочный коэффициент, значения которого приведены в табл.. Таблица. Коэффициенты несмещаемости M(N) параметра b распределения Вейбулла N M(N) 0,738 0,863 0,906 0,98 0,950 0,96 0,969 N M(N) 0,9 0,978 0,980 0,98 0,983 0,984 0,986 Во всех дальнейших расчетах необходимо использовать значение несмещенной оценки b). Вычисление теоретических вероятностей P () попадания в интервалы может производиться двумя способами:) по точной формуле: P b b βh βb β, (5) (< < β) H где β H и β соответственно, нижний и верхний пределы -го интервала по приближенной формуле (4). Распределение Вейбулла также B является асимметричным. Поэтому оценку математического ожидания M() для генеральной совокупности необходимо определять по формуле: B e M () a +. (53) b e 35

36 . 4. ЭКСПОНЕНЦИАЛЬНЫЙ ЗАКОН РАСПРЕДЕЛЕНИЯ Модель формирования данного закона не учитывает постепенного изменения факторов, влияющих на протекание исследуемого процесса. Например, постепенного изменения параметров технического состояния автомобиля и его агрегатов, узлов, деталей в результате изнашивания, старения и т. д., а рассматривает так называемые нестареющие элементы и их отказы. Данный закон используют чаще всего при описании внезапных отказов, наработки (пробега) между отказами, трудоемкости текущего ремонта и т. д. Для внезапных отказов характерным является скачкообразное изменение показателя технического состояния. Примером внезапного отказа является повреждение или разрушение в случае, когда нагрузка мгновенно превысит прочность объекта. При этом сообщается такое количество энергии, что ее преобразование в другой вид сопровождается резким изменением физико-химических свойств объекта (детали, узла), вызывающим резкое падение прочности объекта и отказ. Примером неблагоприятного сочетания условий, вызывающего, например, поломку вала, может явиться действие максимальной пиковой нагрузки при положении наиболее ослабленных продольных волокон вала в плоскости нагрузки. При старении автомобиля удельный вес внезапных отказов возрастает. Условиям формирования экспоненциального закона соответствует распределение пробега узлов и агрегатов между последующими отказами (кроме пробега от начала ввода в эксплуатацию и до момента первого отказа по данному агрегату или узлу). Физические особенности формирования данной модели заключаются в том, что при ремонте, в общем случае, нельзя достичь полной начальной прочности (надежности) агрегата или узла. Неполнота восстановления технического состояния после ремонта объясняется: только частичной заменой именно отказавших (неисправных) деталей при значительном снижении надежности оставшихся (не отказавших) деталей в результате их износа, усталости, нарушении соосности, герметичности и т. п.; использованием при ремонтах запасных частей более низкого качестве, чем при изготовлении автомобилей; более низким уровнем производства при ремонте по сравнению с их изготовлением, вызванного мелкосерийностью ремонта (невозможность комплексной 36

37 механизации, применения специализированного оборудования и др.). Поэтому первые отказы дают характеристику главным образом конструктивной надежности, а также качества изготовления и сборки автомобилей и их агрегатов, а последующие характеризуют эксплуатационную надежность с учетом существующего уровня организации и производства ТО и ремонта и снабжения запасными частями. В этой связи можно заключить, что начиная с момента пробега агрегата или узла после его ремонта (связанного, как правило, с разборкой и заменой отдельных деталей) отказы проявляются подобно внезапным и их распределение в большинстве случаев подчиняется экспоненциальному закону, хотя физическая природа их является в основном совместным проявлением износной и усталостной составляющих. Для экспоненциального закона в решении практических задач технической эксплуатации автомобилей v > 0,8. Дифференциальная функция имеет вид: f λ () λ e, (54) интегральная функция: F (λ) e. (55) График дифференциальной функции представлен на рис. 7. f() Рис. 7. Характерная кривая дифференциальной функции экспоненциального распределения 37

38 Распределение имеет один параметр λ, который связан со средним значением случайной величины соотношением: λ. (56) Несмещенная оценка определяется по формулам нормального распределения. Теоретические вероятности P () определяют приближенным способом по формуле (9), точным способом по формуле: P B λ λβh λβb (β < < β) e d e e. (57) H B β β H Одной из особенностей показательного закона является то, что значению случайной величины, равному математическому ожиданию, функция распределения (вероятность отказа) составляет F() 0,63, в то время как для нормального закона функция распределения равна F() 0,5. ЗАДАЧА. Пусть интенсивность отказов подшипников ОТКАЗ скольжения λ 0,005 const (табл.). Определить вероятность безотказной работы подшипника за пробег 0 тыс. км, если из- 000км вестно, что отказы подчиняются экспоненциальному закону. Решение. P λ 0,0050 () e e 0, 95. т. е. за 0 тыс. км можно ожидать, что откажут около 5 подшипников из 00. Надежность для любых других 0 тыс. км будет та же самая. Какова надежность подшипника за пробег 50 тыс. км? P λ 0,00550 () e e 0,

39 ЗАДАЧА. Используя условие вышеописанной задачи определить вероятность безотказной работы за 0 тыс. км между пробегами 50 и 60 тыс. км и наработку на отказ. Решение. λ 0,005 () P() e e 0,95. Наработка на отказ равна: 00тыс. км. λ 0,005 ЗАДАЧА 3. При каком пробеге откажут 0 передач редукторов из 00, т. е. P() 0,9? Решение. 00 0,9 e ; ln 0,9 ; 00ln 0,9 тыс. км. 00 Таблица. Интенсивность отказов, λ 0 6, /ч, различных механических элементов Наименование элемента Передачи редуктора Подшипники качения: шариковые роликовые Подшипники скольжения Уплотнения элементов: вращающихся поступательно движущихся Оси валов 39 Интенсивность отказов, λ 0 6 Пределы изменения 0, 0,36 0,0,0 0,0, 0,005 0,4 0,5, 0, 0,9 0,5 0,6 Среднее значение 0,5 0,49, 0,45 0,435 0,405 0,35 Экспоненциальный закон достаточно хорошо описывает отказ следующих параметров: наработку до отказа многих невосстанавливаемых элементов радиоэлектронной аппаратуры; наработку между соседними отказами при простейшем потоке отказов (после окончания периода приработки); время восстановления после отказов и т. д.

40 . 5. ЗАКОН РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ПУАССОНА Закон распределения Пуассона широко применяется для количественной характеристики целого ряда явлений в системе массового обслуживания: потока автомобилей, прибывающих на станцию обслуживания, потока пассажиров, прибывающих к остановкам городского транспорта, потока покупателей, потока вывозов абонентов на АТС и т. д. Этот закон выражает распределение вероятностей случайной величины числа появления некоторого события заданный отрезок времени, которое может принимать только целочисленные значения, т. е. m 0, 3, 4 и т. д. Вероятность появления числа событий m 0, 3,... за данный отрезок времени в законе Пуассона определяется по формуле: P (m a) m (λ t) t m, a α λ e e m! m!, (58) где P(m,a) вероятность появления за рассматриваемый отрезок времени t некоторого события равно m; m случайная величина, представляющая число появления события за рассматриваемый отрезок времени; t отрезок времени, в течение которого исследуется некоторое событие; λ интенсивность или плотность события в единицу времени; α λt математическое ожидание числа событий за рассматриваемый отрезок времени..5.. Вычисление числовых характеристик закона Пуассона Сумма вероятностей всех событий в любом явлении равна, m a α т. е. e. m 0 m! Математическое ожидание числа событий равно: X a m m α α α (m) m e a e e a m 0!. 40

Лекция 4. Основные количественные показатели надежности технических систем Цель: Рассмотреть основные количественные показатель надежности Время: 4 часа. Вопросы: 1. Показатели оценки свойств технических

Лекция 3. Основные характеристики и законы распределения случайных величин Цель: Напомнить основные понятия теории надежности, характеризующие случайные величины. Время: часа. Вопросы: 1. Характеристики

Модуль МДК05.0 тема4. Основы теории надёжности Теория надежности изучает процессы возникновения отказов объектов и способы борьбы с этими отказами. Надежность - это свойство объекта выполнять заданные

ЗАКОНЫ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ВРЕМЕНИ МЕЖДУ ОТКАЗАМИ Иваново 011 МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Ивановская

ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ ТЕОРИИ ВЕРОЯТНОСТЕЙ Надежность технических систем и техногенный риск 2018 ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ 2 ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ отказы ТС* ошибки операторов ТС внешние негативные воздействия *Отказ это

ЛЕКЦИЯ-6. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ДЕТАЛЕЙ План 1. Понятие о техническом состоянии автомобиля и его составных частей 2. Предельное состояние автомобиля и его составных частей 3. Определение критериев

НАДЕЖНОСТЬ ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ И ТЕХНОГЕННЫЙ РИСК ЗАКОНЫ РАСПРЕДЕЛЕНИЙ В ТЕОРИИ НАДЕЖНОСТИ Закон распределения Пуассона Распределение Пуассона играет особую роль в теории надежности оно описывает закономерность

Приложение В. Комплект оценочных средств (контролирующих материалов) по дисциплине В.1 Тесты текущего контроля успеваемости Контрольная работа 1 вопросы 1 18; Контрольная работа 2 вопросы 19 36; Контрольная

ЛЕКЦИЯ. Основные статистические характеристики показателей надёжности ЭТО Математический аппарат теории надёжности основывается главным образом на теоретико-вероятностных методах, поскольку сам процесс

Основные понятия и определения. Виды технического состояния объекта. ОСНОВНЫЕ ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ Техническое обслуживание (согласно ГОСТ18322-78) это комплекс операций или операция по поддержанию работоспособности

САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АЭРОКОСМИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ имени академика С.П. КОРОЛЕВА РАСЧЕТ БЕЗОТКАЗНОСТИ ИЗДЕЛИЙ АВИАЦИОННОЙ ТЕХНИКИ САМАРА 003 МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

Баринов С.А., Цехмистров А.В. 2,2 Слушатель Военной Академии материально-технического обеспечения имени генерала армии А.В. Хрулева, г. Санкт-Петербург РАСЧЕТ ПОКАЗАТЕЛЕЙ НАДЕЖНОСТИ ИЗДЕЛИЙ РАКЕТНО- АРТИЛЛЕРИЙСКОГО

1 Лекция 5. Показатели надежности ЭТО Показатели надежности характеризуют такие важнейшие свойства систем, как безотказность, живучесть, отказоустойчивость, ремонтопригодность, сохраняемость, долговечность

Практическая работа Обработка и анализ результатов моделирования Задача. Проверить гипотезу о согласии эмпирического распределения с теоретическим распределением с помощью критериев Пирсона и Колмогорова-

Лекция 9 9.1. Показатели долговечности Долговечность свойство объекта сохранять работоспособное состояние до наступления предельного состояния при установленной системе технического обслуживания и ремонта.

НАДЕЖНОСТЬ ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ И ТЕХНОГЕННЫЙ РИСК ПОКАЗАТЕЛИ НАДЕЖНОСТИ Это количественные характеристики одного или нескольких свойств объекта, определяющих его надежность. Значения показателей получают

Лекция 17 17.1. Методы моделирования надежности Методы прогнозирования состояния технических объектов, основанные на изучении происходящих в них процессов, способны значительно уменьшить влияние случайных

Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Тихоокеанский государственный университет» Утверждаю в печать Ректор университета

Федеральное агентство по образованию Волгоградский государственный технический университет К В Чернышов МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОКАЗАТЕЛЕЙ НАДЕЖНОСТИ ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ Учебное пособие РПК Политехник Волгоград

Лекция 8 8.1. Законы распределения показателей надежности Отказы в системах железнодорожной автоматики и телемеханики возникают под воздействием разнообразных факторов. Поскольку каждый фактор в свою очередь

Федеральное агентство по образованию НОУ ВПО «СОВРЕМЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ» УТВЕРЖДАЮ Ректор СТИ, профессор Ширяев А.Г. 2013 г. ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ ВСТУПИТЕЛЬНЫХ ИСПЫТАНИЙ при поступлении в магистратуру

3.4. СТАТИСТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ВЫБОРОЧНЫХ ЗНАЧЕНИЙ ПРОГНОЗНЫХ МОДЕЛЕЙ До сих пор мы рассматривали способы построения прогнозных моделей стационарных процессов, не учитывая одной весьма важной особенности.

Лабораторная работа 1 Методика сбора и обработки данных о надёжности элементов автомобиля Как уже отмечалось, под влиянием условий эксплуатации, квалификации персонала, неоднородности состояния самих изделий,

Структурная надежность. Теория и практика Дамзен В.А., Елистратов С.В. ИССЛЕДОВАНИЕ НАДЕЖНОСТИ АВТОМОБИЛЬНЫХ ШИН Рассматриваются основные причины, определяющие надежность автомобильных шин. На основании

Федеральное агентство по образованию Сыктывкарский лесной институт филиал государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «СанктПетербургская государственная лесотехническая

Nadegnost.narod.ru/lection1. 1. НАДЕЖНОСТЬ: ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ При анализе и оценке надежности, в том числе и в электроэнергетике, конкретные технические устройства именуются обобщенным понятием

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Курганский государственный университет» Кафедра «Автомобильный

Модели постепенных отказов Начальное значение выходного параметра равно нулю (A=X(0)=0) Рассматриваемая модель (рис47) также будет соответствовать случаю, когда начальное рассеивание значений выходного

Случайные величины. Определение СВ (Случайной называется величина, которая в результате испытания может принимать то или иное значение, заранее не известное).. Какие бывают СВ? (Дискретные и непрерывные.

Тема 1 Исследование надежности технических систем Цель: формирование у студентов знаний и навыков оценки надежности технических систем. План занятия: 1. Изучить теорию вопроса. 2. Выполнить практическое

ЧАСТНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ БЕЗОТКАЗНОСТИ Иваново 2011 МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Ивановская государственная

ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ МОДУЛЬ 1. РАЗДЕЛ 2. МЕТОДЫ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ УРОВНЯ НАДЁЖНОСТИ. ОПРЕДЕЛЕНИЕ СРОКА СЛУЖБЫ ТЕХНИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА «ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ОСТАТОЧНОГО РЕСУРСА ИЗДЕЛИЯ ПО ДАННЫМ

Раздел 1. ОСНОВЫ ТЕОРИИ НАДЁЖНОСТИ СОДЕРЖАНИЕ 1.1.Причины обострения проблемы надежности РЭУ...8 1.2. Основные понятия и определения теории надежности...8 1.3. Понятие отказа. Классификация отказов...1

Лекция.33. Статистические испытания. Доверительный интервал. Доверительная вероятность. Выборки. Гистограмма и эмпирическая 6.7. Статистические испытания Рассмотрим следующую общую задачу. Имеется случайная

Лекция Подбор подходящего теоретического распределения При наличии числовых характеристик случайной величины (математического ожидания, дисперсии, коэффициента вариации) законы ее распределения могут быть

Обработка и анализ результатов моделирования Известно, моделирование проводится для определения тех или иных характеристик системы (например, качества системы обнаружения полезного сигнала в помехах, измерения

НАДЕЖНОСТЬ ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ И ТЕХНОГЕННЫЙ РИСК ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ Информация о дисциплине Вид учебной деятельности Лекции Лабораторные занятия Практические занятия Аудиторные занятия Самостоятельная работа

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ИНСТИТУТ СФЕРЫ ОБСЛУЖИВАНИЯ И ПРЕДПРИНИМАТЕЛЬСТВА (ФИЛИАЛ) ФЕДЕРАЛЬНОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО БЮДЖЕТНОГО ОБРАЗОВАТЕЛЬНОГО УЧРЕЖДЕНИЯ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО

Надежность технических систем и техногенный риск Лекция 2 Лекция 2. Основные понятия, термины и определения теории надежности Цель: Дать основной понятийный аппарат теории надежности. Учебные вопросы:

АСТРАХАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ КАФЕДРА «Автоматика и управление» АНАЛИТИЧЕСКОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЛИЧЕСТВЕННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК НАДЁЖНОСТИ Методические указания к практическим занятиям по

Иткин В.Ю. Задачи по теории надежности Задание.. Показатели надежности невосстанавливаемых объектов.. Определения Определение.. Наработка время или объем работы объекта. Наработка может быть как непрерывной

Лекция 3 3.1. Понятие о потоке отказов и восстановлений Восстанавливаемым называется объект, для которого восстановление работоспособного состояния после отказа предусмотрено в нормативнотехнической документации.

Моделирование внезапных отказов на основе экспоненциального закона надежности Как уже указывалось ранее в, причина возникновения внезапного отказа не связана с изменением состояния объекта во времени,

ОСНОВЫ ТЕОРИИ НАДЕЖНОСТИ И ДИАГНОСТИКИ КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ Введение Теория надежности и техническая диагностика разные, но в то же время тесно связанные друг с другом области знаний. Теория надежности это

3. Патент РФ 2256946. Термоэлектрическое устройство терморегулирования компьютерного процессора с применением плавящегося вещества/ Исмаилов Т.А., Гаджиев Х.М., Гаджиева С.М., Нежведилов Т.Д., Гафуров

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования НИЖЕГОРОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ им. Р.Е. АЛЕКСЕЕВА Кафедра «Автомобильный транспорт»

1 ЛЕКЦИЯ 12. НЕПРЕРЫВНАЯ СЛУЧАЙНАЯ ВЕЛИЧИНА. 1 Плотность вероятности. Помимо дискретных случайных величин на практике приходятся иметь дело со случайными величинами, значения которых сплошь заполняет некоторые

Лекция 8 РАСПРЕДЕЛЕНИЯ НЕПРЕРЫВНЫХ СЛУЧАЙНЫХ ВЕЛИЧИН ЦЕЛЬ ЛЕКЦИИ: определить функции плотности и числовые характеристики случайных величин имеющих равномерное показательное нормальное и гамма-распределение

Министерство сельского хозяйства российской федерации ФГОУ ВПО «Московский государственный агроинженерный университет имени В.П. Горячкина» Факультет Заочного образования Кафедра «Ремонт и надежность машин»

3 Введение Контрольная работа по дисциплине «Надежность транспортного радиооборудования» предназначена для закрепления теоретических знаний по дисциплине, получения навыков расчета показателей надежности

ГОСТ 21623-76 Группа Т51 МКС 03.080.10 03.120 МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ Система технического обслуживания и ремонта техники ПОКАЗАТЕЛИ ДЛЯ ОЦЕНКИ РЕМОНТОПРИГОДНОСТИ Термины и определения System of technical

Минестерство образования Республики Беларусь УО «Витебский государственный технологический университет» Тема4. «ЗАКОНЫ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ СЛУЧАЙНЫХ ВЕЛИЧИН» Кафедра теоретической и прикладной математики. разработана

Глоссарий Вариационный ряд группированный статистический ряд Вариация - колеблемость, многообразие, изменчивость значения признака у единиц совокупности. Вероятность численная мера объективной возможности

Лекция 16 16.1. Методы повышения надежности объектов Надежность объектов закладывается при проектировании, реализуется при изготовлении и расходуется при эксплуатации. Поэтому методы повышения надежности

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Вологодская государственная молочнохозяйствепная академия имени

Лекция 2 КЛАССИФИКАЦИЯ И ПРИЧИНЫ ВОЗНИКНОВЕНИЯ ОТКАЗОВ 1 Основным явлением, изучаемым в теории надежности, является отказ. Отказ объекта можно представить как постепенный или внезапный выход его состояния

Задание 6. Обработка экспериментальной информации об отказах изделий Цель работы: изучение методики обработки экспериментальной информации об отказах изделий и расчета показателей надежности. Ключевые

Лекция 7. Непрерывные случайные величины. Плотность вероятности. Помимо дискретных случайных величин на практике приходятся иметь дело со случайными величинами, значения которых сплошь заполняет некоторые

Кафедра математики и информатики ТЕОРИЯ ВЕРОЯТНОСТЕЙ И МАТЕМАТИЧЕСКАЯ СТАТИСТИКА Учебно-методический комплекс для студентов ВПО, обучающихся с применением дистанционных технологий Модуль 3 МАТЕМАТИЧЕСКАЯ

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное образовательное учреждение высшего образования КУБАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Математическое моделирование

Федеральное агентство по образованию Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия (СибАДИ) Кафедра эксплуатации и ремонта автомобилей Анализ и учет эффективности работы технических служб АТП

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http :// www . allbest . ru /

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ

УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

«САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Факультет заочный

Кафедра «Транспортные процессы и технологические комплексы»

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

по учебной дисциплине

«Основы работоспособности технических систем»

Выполнил:

Н.Д. Цыганков

Проверил:

О.М. Батищева

Самара 2017

РЕФЕРАТ

Пояснительная запискасодержит: 26 печатных страниц, 3рис., 5 таблиц, 1 приложение и 7 использованных источников.

АВТОМОБИЛЬ, ЛАДА ГРАНТА 2190, ЗАДНЯЯ ПОДВЕСКА, АНАЛИЗ КОНСТРУКЦИИ УЗЛА, СТРУКТУРИЗАЦИЯ ФАКТОРОВ ВЛИЯЮЩИХ НА СНИЖЕНИЕ РАБОТОСПОСОБНОСТИ УЗЛА, ПОНЯТИЕ ВХОДНОГО КОНТРОЛЯ, ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ВЫБОРКИ, ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРОЦЕНТА БРАКА В ПАРТИИ.

Целью данной работы является изучить факторы, влияющие на снижение работоспособности технических систем, а так же получить знания о количественной оценке брака по результатам входного контроля.

Выполнены работы по изучению теоретического материала, а так же работа с реальными деталями и образцами исследуемых систем. По результатам входного контроля был выполнен ряд задач: определены закон распределения, процент брака и объем выборочной совокупности изделий для обеспечения заданной точности контроля.

ВВЕДЕНИЕ

1. АНАЛИЗ ФАКТОРОВ, ВЛИЯЮЩИХ НА СНИЖЕНИЕ РАБОТОСПОСОБНОСТИ ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ

1.1 Конструкция задней подвески

1.2 Структуризация факторов

1.3 Анализ факторов влияющих на заднюю подвеску Лады Гранта 2190

1.4 Анализ влияния процессов на изменение состояние элементов задней подвески Лады Гранты

ЕЗУЛЬТАТАМ ВХОДНОГО КОНТРОЛЯ

2.1 Понятие входного контроля, основные формулы

2.2 Проверка наличия грубой погрешности

2.3 Определение количества интервалов путем разбиения заданных значений контроля

2.4 Построение гистограммы

2.5 Определение процента брака в партии

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

ВВЕДЕНИЕ

Чтобы эффективно управлять процессами изменения технического состояния машин и обосновывать мероприятия, направленные на снижение интенсивности изнашивания деталей машин, следует в каждом конкретном случае определять вид изнашивания поверхностей. Для этого необходимо задать следующие характеристики: тип относительного перемещения поверхностей (схему фрикционного контакта); характер промежуточной среды (вид смазочного материала или рабочей жидкости); основной механизм изнашивания.

По виду промежуточной среды различают изнашивание при трении без смазочного материала, при трении со смазочным материалом, при трении с абразивным материалом. В зависимости от свойств материалов деталей, смазочного или абразивного материала, а также от их количественного соотношения в сопряжениях в процессе работы возникают разрушения поверхностей различных видов.

В реальных условиях работы сопряжений машин наблюдаются одновременно несколько видов изнашивания. Однако, как правило, удается установить ведущий вид изнашивания, лимитирующий долговечность деталей, и отделить его от остальных, сопутствующих видов разрушения поверхностей, которые незначительно влияют на работоспособность сопряжения. Механизм основного вида изнашивания определяют путем изучения изношенных поверхностей. Наблюдая характер проявления износа поверхностей трения (наличие царапин, трещин, следов выкрашивания, разрушение пленки оксидов) и зная показатели свойств материалов деталей и смазочного материала, а также данные о наличии и характере абразива, интенсивности изнашивания и режиме работы сопряжения, можно достаточно полно обосновать заключение о виде изнашивания сопряжения и разработать мероприятия по повышению долговечности машины.

1. АНАЛИЗ ФАКТОРОВ, ВЛИЯЮЩИХ НА СНИЖЕНИЕ РАБ О ТОСПОСОБНОСТИ ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ

1.1 Конструкция задней подвески

Подвеска обеспечивает упругую связь между кузовом и колесами, смягчая толчки и удары, при движении автомобиля по неровностям дороги. Благодаря ее наличию повышается долговечность автомобиля, а водитель и пассажиры чувствуют себя комфортно. Подвеска положительно влияет на устойчивость и управляемость автомобиля, его плавность ход. На автомобиле Лада Гранта задняя подвеска повторяет конструкцию предыдущих поколений автомобилей LADA -- семейство ВАЗ-2108, семейство ВАЗ-2110, Калина и Приора. Задняя подвеска автомобиля полунезависимая, выполнена на упругой балке с продольными рычагами, цилиндрическими пружинами и телескопическими амортизаторами двустороннего действия. Балка задней подвески состоит из двух продольных рычагов, соединенных поперечиной U - образного сечения. Такое сечение обеспечивает соединителю (поперечине) большую жесткость на изгиб и меньшую - на кручение. Соединитель позволяет рычагам перемещаться относительно друг друга в небольших пределах. Рычаги выполнены из трубы переменного сечения, -- это задает им необходимую жесткость, К заднему концу каждого рычага приварены кронштейны для крепления амортизатора, щита заднего тормозного механизма и оси ступицы колеса. Спереди рычаги балки закреплены болтами в съемных кронштейнах лонжеронов кузова. Подвижность рычагов обеспечивается резинометаллическими шарнирами (сайлент-блоками), запрессованными в передние концы рычагов. Нижняя проушина амортизатора крепится к кронштейну рычага балки. К кузову амортизатор прикреплен штоком с гайкой. Эластичность верхнего и нижнего соединений амортизатора обеспечивают подушки штока и резинометаллическая втулка, запрессованная в проушину. Шток амортизатора закрыт гофрированным кожухом, защищающим его от грязи и влаги. При пробоях подвески ход штока амортизатора отграничивается буфером хода сжатия, выполненным из эластичной пластмассы. Пружина подвески своим нижним витком опирается на опорную чашку (стальную штампованную пластину, приваренную к корпусу амортизатора), а верхним -- упирается в кузов через резиновую прокладку. На фланце рычага балки установлена ось ступицы заднего колеса (она крепится четырьмя болтами). Ступицу с запрессованным в нее двухрядным роликовым подшипником удерживает на оси специальная гайка. На гайке выполнен кольцевой буртик, который надежно стопорит гайку путем его замятия в проточку оси. Подшипник ступицы закрытого типа и не требует регулировки и смазки в процессе эксплуатации автомобиля. Пружины задней подвески делятся на два класса:А-- более жесткие,В-- менее жесткие. Пружины класса A маркируются коричневой краской, класса B-- синей. С правой и с левой стороны автомобиля должны устанавливаться пружины одного класса. В передней и задней подвеске устанавливаются пружины одного класса. В исключительных случаях допускается установка пружин класса B в задней подвеске, если в передней установлены пружины класса A. Установка пружин класса A на заднюю подвеску не допускается, если в передней установлены пружины класса B.

Рис.1 Задняя подвеска Лады Гранта 2190

1.2 Структуризация факторов

В процессе эксплуатации автомобиля в результате воздействия на него целого ряда факторов (воздействие нагрузок, вибраций, влаги, воздушных потоков, абразивных частиц при попадании на автомобиль пыли и грязи, температурных воздействий и т. п.) происходит необратимое ухудшение его технического состояния, связанное с изнашиванием и повреждением его деталей, а также изменением ряда их свойств (упругости, пластичности и др.).

Изменение технического состояния автомобиля обусловлено работой его узлов и механизмов, воздействием внешних условий и хранения автомобиля, а также случайными факторами. К случайным факторам относятся скрытые дефекты деталей автомобиля, перегрузки конструкции и т. п.

Основными постоянно действующими причинами изменения технического состояния автомобиля при его эксплуатации являлся изнашивание, пластические деформации, усталостные разрушения, коррозия, а также физико-химические изменения материала деталей (старение).

Изнашивание - это процесс разрушения и отделения материала с поверхностей деталей и (или) накопление остаточных деформаций при их трении, проявляющийся в постепенном изменении размеров и (или) формы взаимодействующих деталей.

Износ - это результат процесса изнашивания деталей, выражающийся в изменении их размера, формы, объема и массы.

Различают сухое и жидкостное трение. При сухом трении трущиеся поверхности деталей взаимодействуют непосредственно друг с другом (например, трение тормозных колодок о тормозные барабаны или диски или трение ведомого диска сцепления о маховик). Данный вид трения сопровождается повышенным износом трущихся поверхностей деталей. При жидкостном (или гидродинамическом) трении между трущимися поверхностями деталей создается масляный слой, превышающий микронеровности их поверхностей и не допускающий их непосредственного контакта (например, подшипники коленчатого вала в период установившегося режима работы), что резко сокращает износ деталей. Практически при работе большинства механизмов автомобиля вышеуказанные основные виды трения постоянно чередуются и переходят друг в друга, образуя промежуточные виды.

Основными видами изнашивания являются абразивное, окислительное, усталостное, эрозионное, а также изнашивание при заедании, фретинге и фретинг-коррозии.

Абразивное изнашивание является следствием режущего или царапающего воздействия попавших между трущимися поверхностями сопряженных деталей твердых абразивных частиц (пыль, песок). Попадая между трущимися деталями открытых узлов трения (например, между тормозными колодками и дисками или барабанами, между листами рессор и т.п.), твердые абразивные частицы резко увеличивают их износ. В закрытых механизмах (например, в кривошипно-шатунном механизме двигателя) данный вид трения проявляется в значительно меньшей степени и является следствием попадания в смазочные материалы абразивных частиц и накопления в них продуктов износа (например, при несвоевременной замене масляного фильтра и масла в двигателе, при несвоевременной замене поврежденных защитных чехлов и смазки в шарнирных соединениях и т. п.).

Окислительное изнашивание происходит в результате воздействия на трущиеся поверхности сопряженных деталей агрессивной среды, под действием которой на них образуются непрочные пленки окислов, которые снимаются при трении, а обнажающиеся поверхности опять окисляются. Данный вид изнашивания наблюдается на деталях цилиндропоршневой группы двигателя, деталях цилиндров гидропривода тормозов и сцепления.

Усталостное изнашивание состоит в том, что твердый поверхностный слой материала детали в результате трения и циклических нагрузок становится хрупким и разрушается (выкрашивается), обнажая лежащий под ним менее твердый и изношенный слой. Данный вид изнашивания возникает на беговых дорожках колец подшипников качения, зубьях шестерен и зубчатых колес.

Эрозионное изнашивание возникает в результате воздействия на поверхности деталей движущихся с большой скоростью потоков жидкости и (или) газа, с содержащимися в них абразивными частицами, а также электрических разрядов. В зависимости от характера процесса эрозии и преобладающего воздействия на детали тех или иных частиц (газa, жидкости, абразива) различают газовую, кавитационную, абразивную и электрическую эрозию

Газовая эрозия состоит в разрушении материала детали под действием механических и тепловых воздействий молекул газа. Газовая эрозия наблюдается на клапанах, поршневых кольцах и зеркале цилиндров двигателя, а также на деталях системы выпуска отработавших газов.

Кавитационная эрозия деталей происходит при нарушении сплошности потока жидкости, когда образуются воздушные пузырьки, которые, разрываясь вблизи поверхности детали, приводят к многочисленным гидравлическим ударам жидкости о поверхность металла и ее разрушению. Таким повреждениям подвержены детали двигателя, контактирующие с охлаждающей жидкостью: внутренние полости рубашки охлаждения блока цилиндров, наружные поверхности гильз цилиндров, патрубки системы охлаждения.

Электроэрозионное изнашивание проявляется в эрозионном изнашивании поверхностей деталей в результате воздействия разрядов при прохождении электронного тока, например, между электродами свечей зажигания или контактами прерывателя.

Абразивная эрозия возникает при механическом воздействии на поверхности деталей абразивных частиц, содержащихся в потоках жидкости (гидроабразивная эрозия) и (или) газа (газообразная эрозия), и наиболее характерна для наружных деталей кузова автомобиля (арки колес, днище и т. п.). Изнашивание при заедании происходит в результате схватывания, глубинного вырывания материала деталей и переноса его с одной поверхности на другую, что приводит к появлению задиров на рабочих поверхностях деталей, к их заклиниванию и разрушению. Такое изнашивание происходит при возникновении местных контактов между трущимися поверхностями, на которых вследствие чрезмерных нагрузок и скорости, а также недостатка смазки происходит разрыв масляной пленки, сильный нагрев и «сваривание» частиц металла. Типичный пример - заклинивание коленчатого вала и проворот вкладышей при нарушении работы системы смазывания двигателей. Изнашивание при фретинге - это механическое изнашивание соприкасающихся поверхностей деталей при малых колебательных движениях. Если при этом под воздействием агрессивной среды на поверхностях сопряженных деталей возникают окислительные процессы, то происходит изнашивание при фретинг-корозии. Такое изнашивание может происходить, например, в местах контакта вкладышей шеек коленчатого вала и их постелей в блоке цилиндров и крышках подшипников.

Пластические деформации и разрушение деталей автомобилей связаны с достижением или превышением пределов текучести или прочности соответственно у пластичных (сталь) или хрупких (чугун) материалов деталей. Данные повреждения обычно являются следствием нарушения правил эксплуатации автомобиля (перегрузкой, неправильным управлением, а также дорожно-транспортным происшествием). Иногда пластическим деформациям деталей предшествует их изнашивание, приводящее к изменению геометрических размеров и снижению запаса прочности детали.

Усталостное разрушение деталей возникает при циклических нагрузках, превышающих предел выносливости металла детали. При этом происходит постепенное образование и рост усталостных трещин, приводящих при определенном числе циклов нагрузки к разрушению детали. Такие повреждения возникают, например, у рессор и полуосей при длительной эксплуатации автомобиля в экстремальных условиях (длительные перегрузки, низкие или высокие температуры).

Коррозия возникает на поверхностях деталей в результате химического или электрохимического взаимодействия материала детали с агрессивной окружающей средой, приводящего к окислению (ржавлению) металла и как следствие к уменьшению прочности и ухудшению внешнего вида деталей. Наиболее сильное коррозирующее воздействие на детали автомобиля оказывают соли, используемые на дорогах в зимнее время, а также отработавшие газы. Сильно способствует коррозии сохранение влаги на металлических поверхностях, что особенно характерно для скрытых полостей и ниш.

Старение - это изменение физико-химических свойств материалов деталей и эксплуатационных материалов в процессе эксплуатации и при хранении автомобиля или его частей под действием внешней среды (нагрев или охлаждение, влажность, солнечная радиация). Так, в результате старения резинотехнические изделия теряют эластичность и растрескиваются, у топлива, масел и эксплуатационных жидкостей наблюдаются окислительные процессы, изменяющие их химический состав и приводящие к ухудшению их эксплуатационных свойств.

На изменение технического состояния автомобиля существенное влияние оказывают условия эксплуатации: дорожные условия (техническая категория дороги, вид и качество дорожного покрытия, уклоны, подъемы спуски, радиусы закруглений дорога), условия движения (интенсивное городское движение, движение по загородным дорогам), климатические условия (температура окружающего воздуха, влажность, ветровые нагрузки, солнечная радиация), сезонные условия (пыль летом, грязь и влага осенью и весной), агрессивность окружающей среды (морской воздух, соль на дороге в зимнее время, усиливающие коррозию), а также транспортные условия (загрузка автомобиля).

Основными мероприятиями, уменьшающими темпы износа деталей при эксплуатации автомобиля являются: своевременные контроль и замена защитных чехлов, а также замена или очистка фильтров (воздушных, масляных, топливных), препятствующих попаданию на трущиеся поверхности деталей абразивных частиц; своевременное и качественное выполнение крепежных, регулировочных (регулировка клапанов и натяжения цепи двигателя, углов установки колес, подшипников ступиц колес и т. п.) и смазочных (замена и доливка масла в двигателе, коробке передач, заднем мосту, замена и добавка масла в ступицы колес и т. п.) работ; своевременное восстановление защитного покрытия днища кузова, а также установка подкрылков, защищающих арки колес.

Для уменьшения коррозии деталей автомобиля и в первую очередь кузова необходимо поддерживать их чистоту, осуществлять своевременный уход за лакокрасочным покрытием и его восстановление, производить противокоррозионную обработку скрытых полостей кузова и других подверженных коррозии деталей.

Исправным называют такое состояние автомобиля, при котором он соответствует всем требованиям нормативно-технической документации. Если автомобиль не соответствует хотя бы одному требованию нормативно-технической документации, то он считается неисправным.

Работоспособным состоянием называют такое состояние автомобиля, при котором он соответствует лишь тем требованиям, которые характеризуют его способность выполнять заданные (транспортные) функции, т. е. автомобиль работоспособен, если он может перевозить пассажиров и грузы без угрозы безопасности движения. Работоспособный автомобиль может быть неисправным, например, иметь пониженное давление масла в смазочной системе двигателя, ухудшенный внешний вид и т. п. При несоответствии автомобиля хотя бы одному из требований, характеризующих его способность выполнять транспортную работу, он считается неработоспособным.

Переход автомобиля в неисправное, но работоспособное состояние называется повреждением (нарушение исправного состояния), а в неработоспособное состояние - отказом (нарушение работоспособного состояния). работоспособность изнашивание деформация деталь

Предельным состоянием автомобиля называют такое состояние, при котором дальнейшее его применение по назначению недопустимо, экономически нецелесообразно либо восстановление его исправности или работоспособности невозможно или нецелесообразно. Таким образом, автомобиль переходит в предельное состояние, когда появляются неустранимые нарушения требований безопасности, недопустимо возрастают затраты на его эксплуатацию либо возникает неустранимый выход технических характеристик за допустимые пределы, а также недопустимое снижение эффективности эксплуатации.

Приспособленность автомобиля противостоять процессам, возникающим в результате вышерассмотренных вредных воздействий окружающей среды при выполнении автомобилем своих функций, а также приспособленность его к восстановлению своих первоначальных свойств определяется и количественно оценивается с помощью показателей его надежности.

Надежность - это свойство объекта, в том числе автомобиля или его составной части, сохранять во времени в установленных пределах значение всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания, ремонтов, хранения и транспортирования. Надежность как свойство характеризует и позволяет количественно оценивать, во-первых, текущее техническое состояние автомобиля и его составных частей, а во-вторых, насколько быстро происходит изменение их технического состояния при работе в определенных условиях эксплуатации.

Надежность является комплексным свойством автомобиля и его составных частей и включает в себя свойства безотказности, долговечности, ремонтопригодности и сохраняемости.

1.3 Анализ факторов влияющих на заднюю подвеску Лады Гранта 2190

Рассмотрим факторы, влияющие на снижение работоспособности автомобиля.

Неисправности и поломки, могут быть у любого автомобиля, особенно, что касается подвески. Это объясняется тем, что подвеска терпит постоянную вибрацию при движении, смягчает удары, и принимает весь вес автомобиля, включая пассажиров и багаж, на себя. Исходя их этого, Гранта в кузове лифтбек, более подвержена поломке, нежели седан, так как кузов лифтбек, имеет большее багажное отделение, рассчитанное на больший вес. Первой проблемой, с которой сталкиваются чаще всего, является наличие стука или постороннего шума. В таком случае, необходимо проверить амортизаторы, так как они нуждаются в своевременной замене, и могут часто выходить из строя. Также, причиной могут быть, не до конца затянутые болты крепления амортизаторов. Еще, при сильном ударе, могут повредится не только втулки, а и сами стойки. Тогда ремонт будет более серьезный и дорогостоящий. Последней причиной стука подвески, может быть лопнувшая пружина.(рис.2) Помимо стуков, нужно проверять механизм подвески на наличие потеков. Если такие следы будут обнаружены, то это может свидетельствовать только об одном - неисправность амортизаторов. Если вся жидкость вытечет, и амортизатор высохнет, то при попадании в яму, подвеска будет оказывать плохое сопротивление, и вибрация от удара, будет очень сильной. Решение такой проблемы достаточно простое - заменить износившийся элемент. Последняя неисправность, которая встречается на Гранте - при торможении или ускорении, автомобиль ведет в сторону. Это свидетельствует о том, что на данной стороне, один или два амортизатора изношены, и проседают несколько сильнее, чем остальные. Из-за этого, у кузова образовывается перевес.

1.4 Анализ влияния процессов на изменение состояние элементов задней подвески Лады Гранты

Для предотвращения аварийных случаев на дороге, необходимо вовремя проводить диагностику автомобиля в целом и ответственных узлов в частности. Лучшим и квалифицированным местом для выявления неисправности задней подвески является автосервис. Так же оценить техническое состояние подвески можно самостоятельно во время движения автомобиля. При движении на небольшой скорости по неровной дороге подвеска должна работать без стуков, скрипов и других посторонних звуков. После переезда через препятствие автомобиль не должен раскачиваться.

Проверку подвески лучше совместить с проверкой состояния шин и подшипников ступиц колес. Односторонний износ протектора шины свидетельствует о деформации балки задней подвески.

В данном разделе были рассмотрены и проанализированы влияющие факторы на снижение работоспособность автомобиля. Влияние факторов приводит к потере работоспособности узла и автомобиля в целом, поэтому необходимо проводить профилактические мероприятия для снижения факторов. Ведь абразивное изнашивание является следствием режущего или царапающего воздействия попавших между трущимися поверхностями сопряженных деталей твердых абразивных частиц (пыль, песок). Попадая между трущимися деталями открытых узлов трения, твердые абразивные частицы резко увеличивают их износ.

Также для предотвращения разрушений и увеличения срока эксплуатации задней подвески следует строго соблюдать правила эксплуатации автомобиля, избегая его работы на предельных режимах и с перегрузками это позволит продлить срок службы ответственных деталей.

2. КОЛИЧЕСТВЕННАЯ ОЦЕНКА БРАКА В ПАРТИИ ПО Р Е ЗУЛЬТАТАМ ВХОДНОГО КОНТРОЛЯ

2.1 Понятие входного контроля, основные формулы

Под контролем качества понимается проверка соответствия количественных или качественных характеристик продукции или процесса, от которого зависит качество продукции, установленным техническим требованиям.

Контроль качества продукции является составной частью производственного процесса и направлен на проверку надежности в процессе ее изготовления, потребления или эксплуатации.

Суть контроля качества продукции на предприятии заключается в получении информации о состоянии объекта и сопоставлении полученных результатов с установленными требованиями, зафиксированными в чертежах, стандартах, договорах поставки, техническими заданиями.

Контроль предусматривает проверку продукции в самом начале производственного процесса и в период эксплуатационного обслуживания, обеспечивая в случае отклонения от регламентированных требований качества, принятие корректирующих мер, направленных на производство продукции надлежащего качества, надлежащее техническое обслуживание во время эксплуатации и полное удовлетворение требований потребителя.

Под входным контролем качества продукции следует понимать контроль качества продукции предназначаемой для использования при изготовлении, ремонте или эксплуатации продукции.

Основными задачами входного контроля могут быть:

Получение с большой достоверностью оценки качества продукции, предъявляемой на контроль;

Обеспечение однозначности взаимного признания результатов оценки качества продукции, осуществляемой по одним и тем же методикам и по одним и тем же планам контроля;

Установление соответствия качества продукции установленным требованиям с целью своевременного предъявления претензий поставщикам, а также для оперативной работы с поставщиками по обеспечению требуемого уровня качества продукции;

Предотвращение запуска в производство или ремонт продукции, не соответствующей установленным требованиям, а также протоколов разрешения по ГОСТ 2.124.

Контроль качества - это одна из основных функций в процессе управления качеством. Это также наиболее объемная функция по применяемым методам, которым посвящено большое количество работ в разных областях знаний. Значение контроля заключается в том, что он позволяет вовремя выявить ошибки, чтобы затем оперативно исправить их с минимальными потерями.

Под входным контролем качества продукции понимается контроль изделий, поступивших к потребителю и предназначенных для использования при изготовлении, ремонте или эксплуатации изделий.

Основной его целью является исключение дефектов и соответствие продукции установленным значениям.

При проведении входного контроля применяют планы и порядок проведения статистического приемочного контроля качества продукции по альтернативному признаку.

Методы и средства, применяемые на входном контроле, выбираются с учетом требований, предъявляемых к точности измерения показателей качества контролируемой продукции. Отделы материально-технического снабжения, внешней кооперации совместно с отделом технического контроля, техническими и юридическими службами формируют требования к качеству и номенклатуре продукции, поставляемой по договорам с предприятиями-поставщиками.

Для любого случайно выбранного изделия невозможно заранее определить, будет ли оно надежно. Из двух двигателей одной марки в одном могут вскоре возникнуть отказы, а второй будет исправным длительное время.

В данной части курсового проекта будем определять количественную оценку брака в партии по результатам входного контроля с использованием табличного процессора Microsoft Excel. Дана таблица со значениями наработок до первого отказа по причине выхода Лада Гранта 2190(табл.1), данная таблица будет являться исходными данными для расчета процента брака и объема выборочного количества изделий.

Таблица 2 Значения наработок до первого отказа

2.2 Проверка наличия грубой погрешности

Грубая погрешность (промах) - это погрешность результата отдельного измерения, входящего в ряд измерений, которая для данных условий резко отличается от остальных результатов этого ряда. Источником грубых погрешностей могут быть резкие изменения условий измерения и ошибки, допущенные исследователем. К ним можно отнести поломку прибора или толчок, неправильный отсчет по шкале измерительного прибора, неправильная запись результата наблюдений, хаотические изменения параметров напряжения, питающего средство измерения и т.п. Промахи сразу видны среди полученных результатов, т.к. они сильно отличаются от остальных значений. Наличие промаха может сильно исказить результат эксперимента. Но необдуманное отбрасывание резко отличающихся от других результатов измерений может также привести к существенному искажению характеристик измерений. Поэтому первоначальная обработка экспериментальных данных рекомендует любую совокупность измерений проверять на наличие грубых промахов с помощью статистического критерия "трех сигм".

Критерий "трех сигм"применяется для результатов измерений, распределенных по нормальному закону. Данный критерий надежен при числе измерений n>20…50. Среднее арифметическое и среднее квадратичное отклонение вычисляются без учета экстремальных (вызывающих подозрение) значений. В этом случае грубой погрешностью (промахом) считается результат, если разность превышает значения 3у.

На грубую погрешность проверяются минимальное и максимальное значения выборки.

В этом случае должны быть отброшены все результаты измерений, отклонения которых от среднего арифметического превышает 3 , причем суждение о дисперсии генеральной совокупности делают по оставшимся результатам измерений.

Метод 3 показал, что минимальное и максимальное значение исходных данных не является грубой погрешностью.

2.3 Определение количества интервалов путем разбиения зада н ных значений контроля

Существенным для построения гистограммы является выбор оптимального разбиения, поскольку при увеличении интервалов снижается детализация оценки плотности распределения, а при уменьшении падает точность ее значения. Для выбора оптимального количества интервалов n часто применяется правило Стёрджеса.

Правило Стёрджеса -- эмпирическое правило определения оптимального количества интервалов, на которые разбивается наблюдаемый диапазон изменения случайной величины при построении гистограммы плотности её распределения. Названо по имени американского статистика Герберта Стёрджеса.

Полученное значение округляем до ближайшего целого числа (табл. 3).

Разбивание на интервалы производится следующим путем:

Нижняя граница(н.г.) определяется как:

Таблица 3 Таблица определения интервалов

Cреднее значение min
Среднее значение max
Для MAXДЛЯ MIN
Дисперсия
ДЛЯ Для MIN
Дисперсия
Грубая погрешность 3? (min)
Грубая погрешность 3? (max)
Количество интервалов
Длина интервала

Верхняя граница(в.г.) определяется как:

Последующая нижняя граница будет равна верхней предыдущего интервала.

Номер интервала, значения верхних и нижних границ указываются в таблице 4.

Таблица 4 Таблица определения границ

Номер интервала

2.4 Построение гистограммы

Для построения гистограммы необходимо вычислить среднее значение интервалов и их среднюю вероятность. Среднее значение интервала рассчитывается как:

Значения средних значений интервала и вероятности представлены в таблице 5. Гистограмма представлена на рисунке 3.

Таблица 5 Таблица средних значений и вероятности

Середина интервала	Количества результатов входного контроля, попавших в данные границы	Вероятность

Рис.3 Гистограмма

2.5 Определение процента брака в партии

Дефектом является каждое отдельное несоответствие продукции установленным требованиям, а продукция, имеющая хотя бы один дефект, называется дефектной (браком , бракованной продукцией ). Бездефектная продукция считается годной.

Наличие дефекта означает, что действительное значение параметра (например, L д) не соответствует заданному нормированному значению параметра. Следовательно, условие отсутствия брака определяется следующим неравенством:

d min ? L д? d max ,

где d min, d max -- наименьшее и наибольшее предельно-допустимые значения параметра, задающие его допуск.
Перечень, вид и предельно-допустимые значения параметров, характеризующих дефекты, определяются показателями качества продукции и данными, приведёнными в нормативно-технической документации предприятия на изготавливаемую продукцию.

Различают исправимый производственный брак и окончательный производственный брак . К исправимому относится продукция, которую технически возможно и экономически целесообразно исправить в условиях предприятия-производителя; к окончательному -- изделия с дефектами, устранение которых технически невозможно или экономически невыгодно. Такие изделия подлежат утилизации как отходы производства, либо реализуются изготовителем по цене значительно ниже, чем такое же изделие без брака (уценённый товар ).

По времени выявления производственный брак продукции может быть внутренним (выявленным на стадии производства или на заводском складе) и внешним (обнаруженным покупателем или иным лицом, использующим данную продукцию, некачественный товар).

В процессе эксплуатации параметры, характеризующие работоспособность системы, изменяются от начальных (номинальных) y н до предельных y п. Если значение параметра больше или равно y п, то изделие считается неисправным.

Предельное значение параметра для узлов, обеспечивающих безопасность дорожного движения, принимается при величине вероятности б = 15%, а для всех остальных агрегатов и узлов при б = 5%.

Задняя подвеска отвечает за безопасность дорожного движения, поэтому вероятность б = 15%.

При б = 15%, предельное значение равно 16,5431, все изделия с измеряемым параметром равным или выше этого значения будут считаться неисправными

Таким образом, во втором разделе курсового проекта определили предельное значение контролируемого параметра исходя из ошибки первого рода.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В первом разделе курсового проекта были рассмотрены и проанализированы влияющие факторы на снижение работоспособность автомобиля. Также были рассмотрены факторы, которые влияют непосредственно на выбранный узел - шаровую опору. Влияние факторов приводит к потере работоспособности узла и автомобиля в целом, поэтому необходимо проводить профилактические мероприятия для снижения факторов. Ведь абразивное изнашивание является следствием режущего или царапающего воздействия попавших между трущимися поверхностями сопряженных деталей твердых абразивных частиц (пыль, песок). Попадая между трущимися деталями открытых узлов трения, твердые абразивные частицы резко увеличивают их износ.

Также для предотвращения разрушений и увеличения срока эксплуатации задней подвески следует строго соблюдать правила эксплуатации автомобиля, избегая его работы на предельных режимах и с перегрузками, это позволит продлить срок службы ответственных деталей.

Во втором разделе курсового проекта определили предельное значение контролируемого параметра исходя из ошибки первого рода.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Сборник технологических инструкций по обслуживанию и ремонту автомобиля Лада Гранта ОАО «Автоваз», 2011г, Тольятти

2. Авдеев М.В. и др. Технология ремонта машин и оборудования. - М.: Агропромиздат, 2007.

3. Борц А.Д., Закин Я.Х., Иванов Ю.В. Диагностика технического состояния автомобиля. М.: Транспорт, 2008. 159 с.

4. Грибков В.М., Карпекин П.А. Справочник по оборудованию для ТО и ТР автомобилей. М.: Россельхозиздат, 2008. 223 с.

Размещено на Allbest.ru

...

Подобные документы

Срок службы промышленного оборудования определяется износом деталей, изменением размеров, формы, массы или состояния их поверхностей вследствие изнашивания, т. е. остаточной деформации от действующих нагрузок, из-за разрушения верхнего слоя при трении.

реферат , добавлен 07.07.2008


Изнашивание деталей механизмов в процессе эксплуатации. Описание условий эксплуатации узла трения подшипников качения. Основные виды изнашивания и формы поверхностей изношенных деталей. Задиры поверхности дорожек и тел качения в виде глубоких царапин.

контрольная работа , добавлен 18.10.2012


Изнашивание при сухом трении, граничной смазке. Абразивное, окислительное и коррозионное изнашивание. Причины, обусловливающие отрицательное влияние растворенного воздуха и воды на работу гидравлических систем. Механизм понижения выносливости стали.

контрольная работа , добавлен 27.12.2016


Показатели надежности систем. Классификация отказов комплекса технических средств. Вероятность восстановления их работоспособного состояния. Анализ условий работы автоматических систем. Методы повышения их надежности при проектировании и эксплуатации.

реферат , добавлен 02.04.2015


Понятие и основные этапы жизненного цикла технических систем, средства обеспечения их надежности и безопасности. Организационно-технические мероприятия повышения надежности. Диагностика нарушений и аварийных ситуаций, их профилактика и значение.

презентация , добавлен 03.01.2014


Закономерности существования и развития технических систем. Основные принципы использования аналогии. Теория решения изобретательских задач. Нахождение идеального решения технической задачи, правила идеальности систем. Принципы вепольного анализа.

курсовая работа , добавлен 01.12.2015


Динамика рабочих сред в регулирующих устройствах и элементах систем гидропневмопривода, число Рейнольдса. Ограничитель расхода жидкости. Ламинарное движение жидкости в специальных технических системах. Гидропневматические приводы технических систем.

курсовая работа , добавлен 24.06.2015


Основные количественные показатели надежности технических систем. Методы повышения надежности. Расчет структурной схемы надёжности системы. Расчет для системы с увеличенной надежностью элементов. Расчет для системы со структурным резервированием.

курсовая работа , добавлен 01.12.2014


Базирование механизмов решения изобретательских задач на законах развития технических систем. Закон полноты частей системы и согласования их ритмики. Энергетическая проводимость системы, увеличение степени ее идеальности, переход с макро- на микроуровень.

курсовая работа , добавлен 09.01.2013


Надежность машин и критерии работоспособности. Растяжение, сжатие, кручение. Физико-механические характеристики материала. Механические передачи вращательного движения. Сущность теории взаимозаменяемости, подшипники качения. Конструкционные материалы.

«КУРС ЛЕКЦИЙ ПО ДИСЦИПЛИНЕ «ОСНОВЫ РАБОТОСПОСОБНОСТИ ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ» 1. Основные положения и зависимости надежности Общие зависимости...»

КУРС ЛЕКЦИЙ ПО ДИСЦИПЛИНЕ

«ОСНОВЫ РАБОТОСПОСОБНОСТИ ТЕХНИЧЕСКИХ

1. Основные положения и зависимости надежности

Общие зависимости

Существенное рассеяние основных параметров надежности предопределяет

необходимость рассматривать ее в вероятностном аспекте.

Как выше было показано на примере характеристик распределений,

параметры надежности используются в статистической трактовке для оценки состояния и в вероятностной трактовке для прогнозирования. Первые выражаются в дискретных числах, их в теории вероятностей и математической теории надежности называют о ц е н к а м и. При достаточно большом количестве испытаний они принимаются за,истинные характеристики надежности.

Рассмотрим проведенные для оценки надежности испытания или эксплуатацию значительного числа N элементов в течение времени t (или наработки в других единицах). Пусть к концу испытания или срока эксплуатации останется Np работоспособных (неотказавших) элементов и п отказавших.

Тогда относительное количество отказов Q(t) = n / N.

Если испытание проводится как выборочное, то Q(t) можно рассматривать как статистическую оценку вероятности отказа или, если N достаточно велико, как вероятность отказа.

В дальнейшем в случаях, когда необходимо подчеркивать отличие оценки вероятности от истинного значения вероятности, оценка будет дополнительно снабжаться знаком звездочки, в частности Q*(t) Вероятность безотказной работы оценивается относительным количеством работоспособных элементов P(t) = Np/N = 1 – (n/N) Так как безотказная работа и отказ - взаимно противоположные события, то сумма их вероятностей равна 1:

P (t)) + Q (t) = 1.

Это же следует из приведенных выше зависимостей.

При t=0 n = 0, Q(t)= 0 и Р(t)=1.

При t= n=N, Q(t)=1 и P(t)= 0.

Распределение отказов по времени характеризуется ф у н к ц и е й п л о т н о с т и р а с п р е д е л е н и я f(t) наработки до отказа. В () () статистической трактовке f(t), в вероятностной трактовке. Здесь = n и Q – приращение числа отказавших объектов и соответственно вероятности отказов за время t.

Вероятности отказов и безотказной работы в функции плотности f(t) выражаются зависимостями Q(t) = (); при t = Q(t) = () = 1 P(t) = 1 – Q(t) = 1 - () = 0 () И н т е н с и в н о с т ь о т к а з о в (t) в отличие от плотности распределения относ

–  –  –

Рассмотрим надежность наиболее характерной для машиностроения простейшей расчетной модели системы из последовательно соединенных элементов (рис. 1.2), у которой отказ каждого элемента вызывает отказ системы, а отказы элементов принимаются независимыми.

P1(t) P2(t) P3(t)

–  –  –

Р (t) = e(1 t1 + 2 t2) Эта зависимость следует из теоремы умножения вероятностей.

Для определения на основании опытов интенсивность отказов оценивают среднюю наработку до отказа mt = где N – общее число наблюдений. Тогда = 1/.

Тогда, логарифмируя выражение для вероятности безотказной работы: lgР(t) =

T lg e = - 0,343 t, заключаем, что тангенс угла прямой, проведенной через экспериментальные точки, равен tg = 0,343, откуда = 2,3tg При этом способе нет необходимости доводить до конца испытания всех образцов.

Для системы Рст (t) = e it. Если 1 = 2 = … =n, то Рст (t) = enit. Таким образом, вероятность безотказной работы системы, состоящей из элементов с вероятностью безотказной работы по экспоненциальному закону, также подчиняется экспоненциальному закону, причем интенсивности отказов отдельных элементов складываются. Используя экспоненциальный закон распределения, несложно определить среднее число изделий я, которые выйдут из строя к заданному моменту времени, и среднее число изделий Np, которые останутся работоспособными. При t0,1 n Nt; Np N(1 - t).

–  –  –

Кривая плотности распределения тем острее и выше, чем меньше S. Она начинается от t = - и распространяется до t = + ;

–  –  –

Операции с нормальным распределением проще, чем с другими, поэтому им часто заменяют другие распределения. При малых коэффициентах вариации S/m t нормальное распределение хорошо заменяет биномиальное, пуассоново и логарифмически нормальное.

Математическое ожидание и дисперсия композиции соответственно равны m u = m x + m y + m z ; S2u = S2x + S2y + S2z где т х, т у, m z - математические ожидания случайных величин;

1,5104 4104 Решение. Находим квантиль up = = - 2,5; по таблице определяем, что P(t) = 0,9938.

Распределение характеризуется следующей функцией вероятности безотказной работы (рис. 1.8) Р(t) = 0

–  –  –

Совместное действие внезапных и постепенных отказов Вероятность безотказной работы изделия за период t, если до этого оно проработало время Т, по теореме умножения вероятностей равна P(t) = Pв(t)Pn(t), где Pв(t)=et и Pn(t)=Pn(T+t)/Pn(T) - вероятности отсутствия внезапных и соответственно постепенных отказов.

–  –  –

–  –  –

2. Надежность систем Общие сведения Надежность большинства изделий в технике приходится определять при рассмотрении их как с и с т е м. Сложные системы делятся на подсистемы.

Системы с позиций надежности могут быть последовательными, параллельными и комбинированными.

Наиболее наглядным примером последовательных систем могут служить автоматические станочные линии без резервных цепей и накопителей. В них название реализуется буквально. Однако понятие «последовательная система» в задачах надежности - более широкое, чем обычно. К этим системам относят все системы, в которых отказ элемента приводит к отказу системы. Например, систему подшипников механических передач рассматривают как последовательную, хотя подшипники каждого вала работают параллельно.

Примерами параллельных систем являются энергетические системы из электрических машин, работающих на общую сеть, многомоторные самолеты, суда с двумя машинами и резервированные системы.

Примеры комбинированных систем - частично резервированные системы.

Многие системы состоят из элементов, отказы каждого из которых можно рассматривать как независимые. Такое рассмотрение достаточно широко применяется по отказам функционирования и иногда как первое приближение - по параметрическим отказам.

Системы могут включать элементы, изменение параметров которых определяет отказ системы в совокупности или даже влияет на работоспособность других элементов. К этой группе относится большинство систем при точном рассмотрении их по параметрическим отказам. Например, отказ прецизионных металлорежущих станков по параметрическому критерию - потере точности - определяется совокупным изменением точности отдельных элементов: шпиндельного узла, направляющих и др.

В системе с параллельным соединением элементов представляет интерес знание вероятности безотказной работы всей системы, т.е. всех ее элементов (или подсистем), системы без одного, без двух и т. д. элементов в пределах сохранения системой работоспособности хотя бы с сильно пониженными показателями.

Например, четырехмоторный самолет может продолжать полет после отказа двух двигателей.

Сохранение работоспособности системы из одинаковых элементов определяется с помощью биномиального распределения.

Рассматривают бином m, где показатель степени т равняется общему числу параллельно работающих элементов; Р (t) и Q (t) - вероятности безотказной работы и соответственно отказа каждого из элементов.

Записываем результаты разложения биномов с показателями степени 2, 3 и 4 соответственно для систем с двумя, тремя и четырьмя параллельно работающими элементами:

(Р + Q)2 = Р2-\- 2PQ + Q2 = 1;

(Р + Q)2 = P3 + 3P2Q + 3PQ2 + Q3 = 1;

(P + Q)4 = Р4 + 4Р3Q + 6P2Q2 + 4PQ3 + Q4 = 1.

В них первые члены выражают вероятность безотказной работы всех элементов, вторые - вероятность отказа одного элемента и безотказной работы остальных, первые два члена - вероятность отказа не более одного элемента (отсутствие отказа или отказ одного элемента) и т. д. Последний член выражает вероятность отказа всех элементов.

Удобные формулы для технических расчетов параллельных резервированных систем приведены ниже.

Надежность системы из последовательно соединенных элементов, подчиняющихся распределению Вейбулла Р1(t)= и P2(t) =, также подчиняется распределению Вейбулла Р (t) = 0, где параметры т и t являются довольно сложными функциями аргументов m1, m2, t01 и t02.

Методом статистического моделирования (Монте-Карло) на ЭВМ построены графики для практических расчетов. Графики позволяют определять средний ресурс (до первого отказа) системы из двух элементов в долях от среднего ресурса элемента большей долговечности и коэффициент вариации для системы в зависимости от отношения средних ресурсов и коэффициентов вариации элементов.

Для системы из трех элементов и более можно пользоваться графиками последовательно, причем удобно их применять для элементов в порядке возрастания их среднего ресурса.

Оказалось, что при обычных значениях коэффициентов вариации ресурсов элементов = 0,2...0,8 нет необходимости учитывать те элементы, средний ресурс которых в пять раз и более превышает средний ресурс наименее долговечного элемента. Также оказалось, что в многоэлементных системах, даже если средние ресурсы элементов близки друг к другу, нет необходимости учитывать все элементы. В частности, при коэффициентах вариации ресурса элементов 0,4 можно учитывать не более пяти элементов.

Эти положения в значительной степени распространимы на системы, подчиняющиеся другим близким распределениям.

Надежность последовательной системы при нормальном распределении нагрузки по системам Если рассеяние нагрузки по системам пренебрежимо мало, а несущие способности элементов независимы друг от друга, то отказы элементов статистически независимы и поэтому вероятность Р(RF0) безотказной работы последовательной системы с несущей способностью R при нагрузке F0 равна произведению вероятностей безотказной работы элементов:

P(RF0)= (Rj F0)=, (2.1) где Р(Rj F0) - вероятность безотказной работы j-го элемента при нагрузке F0; п число элементов в системе; FRj(F0) - функция распределения несущей способности j-го элемента при значении случайной величины Rj, равном F0.

В большинстве случаев нагрузка имеет существенное рассеяние по системам, например универсальные машины (станки, автомобили и др.) могут эксплуатироваться в разных условиях. При рассеянии нагрузки по системам оценку вероятности безотказной работы системы Р(R F) в общем случае следует находить по формуле полной вероятности, разбив диапазон рассения нагрузки на интервалы F, найдя для каждого интервала нагрузки произведение вероятности безотказной работы Р(Rj Fi) у j-го элемента при фиксированной нагрузке на вероятность этой нагрузки f(Fi)F, а затем, просуммировав эти произведения по всем интервалам, Р(R F) = f (Fi)Fn P(Rj Fi) или, переходя к интегрированию, Р(R F) = () , (2.2) где f(F) - плотность распределения нагрузки; FRj(F) - функция распределения несущей способности j-го элемента при значении несущей способности Rj = F.

Расчеты по формуле (2.2) в общем случае трудоемки, так как предполагают численное интегрирование, а поэтому при большом n возможны только на ЭВМ.

Чтобы не вычислять Р(R F) по формуле (2.2), на практике часто оценивают вероятность безотказной работы систем Р(R Fmах) при нагрузке Fmax максимальной из возможных. Принимают, в частности, Fmax=mF (l + 3F), где mF математическое ожидание нагрузки и F -ее коэффициент вариации. Это значение Fmax соответствует наибольшему значению нормально распределенной случайной величины F на интервале, равном шести средним квадратическим отклонениям нагрузки. Такой метод оценки надежности существенно занижает расчетный показатель надежности системы.

Ниже предлагается достаточно точный метод упрощенной оценки надежности последовательной системы для случая нормального распределения нагрузки по системам. Идея метода состоит в аппроксимации закона распределения несущей способности системы нормальным распределением так, чтобы нормальный закон был близок истинному в диапазоне пониженных значений несущей способности системы, так как именно эти значения определяют величину показателя надежности системы.

Сравнительные расчеты на ЭВМ по формуле (2.2) (точное решение) и предлагаемому упрощенному методу, приведенные ниже, показали, что его точность достаточна для инженерных расчетов надежности систем, у которых коэффициент вариации несущей способности не превышает 0,1...0,15, а число элементов системы не превышает 10... 15.

Сам метод заключается в следующем:

1. Задаются двумя значениями FA и FB фиксированных нагрузок. По формуле (3.1) проводят расчет вероятностей безотказной работы системы при этих нагрузках. Нагрузки подбирают с тем расчетом, чтобы при оценке надежности системы вероятность безотказной работы системы получилась в пределах Р(RFA)=0,45...0,60 и Р(R FA) = 0,95…0,99, т.е. охватывали бы представляющий интерес интервал.

Ориентировочные значения нагрузок можно принимать близкими значениям FA(1+F)mF, FB(1+ F)mF,

2. По табл. 1.1 находят квантили нормального распределения upA и upB, соответствующие найденным вероятностям.

3. Аппроксимируют закон распределения несущей способности системы нормальным распределением с параметрами математического ожидания mR и коэффициента вариации R. Пусть SR - среднее квадратическое отклонение аппроксимирующего распределения. Тогда mR - FA +upASR = 0 и mR – FB + upBSR = 0.

Из приведенных выражений получаем выражения для mR и R = SR/mR:

R = ; (2.4)

4. Вероятность безотказной работы системы Р (R F) для случая нормального распределения нагрузки F по системам с параметрами математического ожидания m F и коэффициента вариации R находят обычным способом по квантили нормального распределения uр. Квантиль uр вычисляют по формуле, отражающей факт, что разность двух распределенных нормально случайных величин (несущей способности системы и нагрузки) распределена нормально с математическим ожиданием, равным разности их математических ожиданий, и средним квадратическим, равным корню из суммы квадратов их средних квадратических отклонений:

up = ()2 + где n=m R /m F - условный запас прочности по средним значениям несущей способности и нагрузки.

Использование изложенного метода рассмотрим на примерах.

Пример 1. Требуется оценить вероятность безотказной работы одноступенчатого редуктора, если известно следующее.

Условные запасы прочности по средним значениям несущей способности и нагрузки составляют: зубчатой передачи 1 =1,5; подшипников входного вала 2 = 3 = 1,4; подшипников выходного вала 4 = 5 = 1,6, выходного и входного валов 6 = 7 = 2,0. Это соответствует математическим ожиданиям несущей способности элементов 1 = 1,5 ; 2 3 = 1,4 ; 4 = 5 = 1,6 ;

6 =7 =2. Часто в редукторах n 6 и n7 и соответственно mR6 и mR7 существенно больше. Задано, что несущие способности передачи, подшипников и валов нормально распределены с одинаковыми коэффициентами вариации 1 = 2 = …= 7 = 0,1, а нагрузка по редукторам распределена также нормально с коэффициентом вариации =0,1.

Решение. Задаемся нагрузками FA и FB. Принимаем FA = 1,3, FB = 1,1mF, предполагая, что эти значения дадут близкие к требуемым значениям вероятностей безотказной работы систем при фиксированных нагрузках P(R FA) и P(R FB).

Вычисляем квантили нормального распределения всех элементов, соответствующие их вероятностям безотказной работы при нагрузках FA и FB:

1 1,3 1,5 1 = = = - 1,34;

–  –  –

По таблице находим искомую вероятность, соответствующую полученной квантили: (F) = 0,965.

Пример 2. Для условия рассмотренного выше примера найдем вероятность безотказной работы редуктора по максимальной нагрузке в соответствии с методикой, применявшейся ранее для практических расчетов.

Максимальную нагрузку принимаем Fmax = тp(1 + 3F) = mF(1 +3*0,1) = 1,3mF.

Решение. Вычисляем при этой нагрузке квантили нормального распределения вероятностей безотказной работы элементов 1 = - 1,333; 2 = 3 = -0,714;

4 = 5 = - 1,875; 8 = 7 = - 3,5.

По таблице находим соответствующие квантилям вероятности Р1(R Fmax)= 0,9087;

Р2(R Fmax) = Р3(R Fmax) = 0,7624; Р4(R Fmax) = Р5(R Fmax) = 0,9695;

Р6(RFmax)=Р7(R Fmax) = 0,9998.

Вероятность безотказной работы редуктора при нагрузке Ртах вычисляем по формуле (2.1). Получаем Р (Р ^ Ртах) = 0,496.

Сопоставляя результаты решения двух примеров, видим, что первое решение дает оценку надежности, значительно более близкую к действительной и более высокую, чем во втором примере. Действительное значение вероятности, рассчитанное на ЭВМ по формуле (2.2), равно 0,9774.

Оценка надежности системы типа цепи Несущая способность системы. Часто последовательные системы состоят из одинаковых элементов (грузовая или приводная цепь, зубчатое колесо, в котором элементами являются звенья, зубья, и т. д.). Если нагрузка имеет рассеяние по системам, то приближенную оценку надежности системы можно получить общим методом, изложенным в предыдущих параграфах. Ниже предлагается более точный и простой метод оценки надежности для частного случая последовательных систем - систем типа цепи при нормальном распределении несущей способности элементов и нагрузки по системам.

Закон распределения несущей способности цепи, состоящей из одинаковых элементов, соответствует распределению минимального члена выборки, т. е. ряда п чисел, взятых случайным образом из нормального распределения несущей способности элементов.

Этот закон отличается от нормального (рис. 2.1) и тем существеннее, чем больше п. Математическое ожидание и среднее квадратическое отклонение снижаются с увеличением п. В теории экстремальных распределений (раздел теории вероятностей, занимающийся распределениями крайних членов выборок) доказано, что рассматриваемое распределение с ростом п стремится к двойному экспоненциальному. Этот предельный закон распределения несущей способности R цепи Р (R F 0), где F0 - текущее значение нагрузки, имеет вид Р (R F0) R/ =eе. Здесь и (0) - параметры распределения. При реальных (малых и средних) значениях п двойное экспоненциальное распределение непригодно для использования в инженерной практике из-за существенных погрешностей расчета.

Идея предлагаемого метода заключается в аппроксимации закона распределения несущей способности системы нормальным законом.

Аппроксимирующее и реальное распределения должны быть близкими как в средней части, так и в области малых вероятностей (левый «хвост» плотности распределения несущей способности системы), так как именно эта область распределения определяет вероятность безотказной работы системы. Поэтому при определении параметров аппроксимирующего распределения выдвигаются равенства функций аппроксимирующего и реального распределения при медианном значении несущей способности системы соответствующему вероятности безотказной работы системы.

После аппроксимации вероятность безотказной работы системы, как обычно, находят по квантили нормального распределения, представляющего собой разность двух нормально распределенных случайных величин - несущей способности системы и нагрузки на нее.

Пусть законы распределения несущей способности элементов Rk и нагрузки на систему F описываются нормальными распределениями с математическими ожиданиями соответственно m Rk и т р и средними квадратическими отклонениями S Rk и S F.

–  –  –

Учитывая, что и зависят от up, расчеты по формулам (2.8) и (2.11) ведут методом последовательных приближений. В качестве первого приближения для определения и принимают up = - 1,281 (соответствующей Р =0,900).

Надежность систем с резервированием Для достижения высокой надежности в машиностроении конструктивные, технологические и эксплуатационные мероприятия могут оказаться недостаточными, и тогда приходится применять резервирование. Это особенно относится к сложным системам, для которых повышением надежности элементов не удается достигнуть требуемой высокой надежности системы.

Здесь рассматривается структурное резервирование, осуществляемое введением в систему резервных составляющих, избыточных по отношению к минимально необходимой структуре объекта и выполняющих те же функции, что и основные.

Резервирование позволяет уменьшить вероятность отказов на несколько порядков.

Применяют: 1) постоянное резервирование с нагруженным или горячим резервом; 2) резервирование замещением с ненагруженным или холодным резервом; 3) резервирование с резервом, работающим в облегченном режиме.

Резервирование наиболее широко применяют в радиоэлектронной аппаратуре, в которой резервные элементы имеют малые габариты и легко переключаются.

Особенности резервирования в машиностроении: в ряде систем резервные агрегаты используют как рабочие в часы «пик»; в ряде систем резервирование обеспечивает сохранение работоспособности, но с понижением показателей.

Резервирование в чистом виде в машиностроении преимущественно применяют при опасности аварий.

В транспортных машинах, в частности в автомобилях, применяют двойную или тройную систему тормозов; в грузовых автомашинах - двойные шины на задних колесах.

В пассажирских самолетах применяют 3...4 двигателя и несколько электрических машин. Выход из строя одной или даже нескольких машин, кроме последней, не приводит к аварии самолета. В морских судах - по две машины.

Число эскалаторов, паровых котлов выбирают с учетом возможности отказа и необходимости ремонта. При этом в часы «пик» могут работать все эскалаторы. В общем машиностроении в ответственных узлах используют двойную систему смазки, двойные и тройные уплотнения. В станках применяют запасные комплекты специальных инструментов-. На заводах уникальные станки основного производства стараются иметь по два или более экземпляров. В автоматическом производстве применяют накопители, станки-дублеры и даже дублирующие участки автоматических линий.

Применение запасных деталей на складах, запасных колес на автомашинах также можно рассматривать как вид резервирования. К резервированию (общему) следует также относить проектирование парка машин (например, автомобилей, тракторов, станков) с учетом времени их простоев в ремонте.

При п о с т о я н н о м р е з е р в и р о в а н и и резервные элементы или цепи подключают параллельно основным (рис. 2.3). Вероятность отказа всех элементов (основного и резервных) по теореме умножения вероятностей Qст(t) = Q1(t) * Q2(t) *… Qn(t)= (), где Qi(t) - вероятность отказа элемента i.

Вероятность безотказной работы Pст(t) = 1 – Qст(t) Если элементы одинаковы, то Qст(t) = 1 (t) и Рст(t) = 1 (t).

Например, если Q1 = 0,01 и n = 3 (двойное резервирование), то Рст=0,999999.

Таким образом, в системах с последовательно соединенными элементами вероятность безотказной работы определяют перемножением вероятностей безотказной работы элементов, а в системе с параллельным соединением вероятность отказа перемножением вероятностей отказа элементов.

Если в системе (рис. 2.5, а, б) а элементов не дублированы, а b элементов дублированы, то надежность системы Pст(t) = Pa(t)Pb(t); Pa(t) = (); Pb(t) = 1 2 ()].

Если в системе п основных и т резервных одинаковых элементов, причем все элементы постоянно включены, работают параллельно и вероятность их безотказной работы Р подчиняется экспоненциальному закону, то вероятность безотказной работы системы может быть определена по таблице:

n+m n 2P – P2 1 P - - P2 - 2P3 6P2 – 8P3 + 3P4 10P – 20P3 + 15P4 P2 2 - 4P3 – 3P4 10P3 – 15P4 + 6P5 3 - - P3 5P4 – 4P5 P4 4 - - - Формулы этой таблицы получены из соответствующих сумм членов разложения бинома (P+Q) m+n после подстановки Q=1 - Р и преобразований.

При р е з е р в и р о в а н и и з а м е щ е н и е м резервные элементы включаются только при отказе основных. Это включение может производиться автоматически или вручную. К резервированию можно отнести применение резервных агрегатов и блоков инструментов, устанавливаемых взамен отказавших, причем эти элементы тогда рассматривают входящими в систему.

Для основного случая экспоненциального распределения отказов при малых значениях t, т. е. при достаточно высокой надежности элементов, вероятность отказа системы (рис. 2.4) равна () Qст(t).

Если элементы одинаковы, то () () Qст(t).

Формулы справедливы при условии, что переключение абсолютно надежно. При этом вероятность отказа в п! раз меньше, чем при постоянном резервировании.

Меньшая вероятность отказа понятна, так как меньшее количество элементов находится под нагрузкой. Если переключение недостаточно надежно, то выигрыш может быть легко утерян.

Для поддержания высокой надежности резервированных систем отказавшие элементы необходимо восстанавливать или заменять.

Применяют резервированные системы, в которых отказы (в пределах числа резервных элементов) устанавливают при периодических проверках, и системы, в которых отказы регистрируются при их появлении.

В первом случае система может начать работать с отказавшими элементами.

Тогда расчет на надежность ведут за период от последней проверки. Если предусмотрено немедленное обнаружение отказов и система продолжает работать во время замены элементов или восстановления их работоспособности, то отказы опасны за время до окончания ремонта и за это время ведут оценку надежности.

В системах с резервированием замещением подключение резервных машин или агрегатов производится человеком, электромеханической системой или даже чисто механически. В последнем случае удобно применять обгонные муфты.

Возможна постановка основного и резервного двигателей с обгонными муфтами на одной оси с автоматическим включением резервного двигателя по сигналу от центробежной муфты.

Если допустима работа вхолостую резервного двигателя (ненагруженный резерв), то центробежную муфту не ставят. В этом случае основной и резервный двигатели подсоединяют к рабочему органу также через обгонные муфты, причем передаточное отношение от резервного двигателя к рабочему органу делают несколько меньшим, чем от основного двигателя.

Рассмотрим н а д е ж н о с т ь д у б л и р о в а н н ы х э л е м е н т о в в периоды восстановления отказавшего элемента пары.

Если обозначить интенсивность отказов основного элемента, р резервного и

Среднее время ремонта, то вероятность безотказной работы Р(t) = 0

–  –  –

Для расчета подобных сложных систем пользуются теоремой полной вероятности Байеса, которая в применении к надежности формулируется так.

Вероятность отказа системы Q ст = Q ст (X работоспособен) Рх + Qст (X неработоспособен) Q x, где Р х и Q х - вероятность работоспособности и соответственно неработоспособности элемента X. Структура формулы понятна, так как Р х и Q x можно представить как долю времени при работоспособном и соответственно неработоспособном элементе X.

Вероятность отказа системы при работоспособности элемента Х определяют как произведение вероятности отказов обоих элементов, т. е.

Q ст (Х работоспособен) = Q A"Q B" = (1 - Р A")(1- Р В") Вероятность отказа системы при неработоспособности элемента Х Qст(X неработоспособен) = Q АА" Q ВВ" = (1 - Р АА")(1 - Р ВВ") Вероятность отказа системы в общем случае Qст = (1 - Р A")(1- Р В")P X + (1 - Р АА")(1 - Р ВВ")Q x.

В сложных системах приходится применять формулу Байеса несколько раз.

3. Испытания на надежность Специфика оценки надежности машин по результатам испытаний Расчетные методы оценки надежности разработаны пока не всем критериям и не для всех деталей машин. Поэтому надежность машин в целом в настоящее время оценивают по результатам испытаний, которые называют определительными. Определительные испытания стремятся приблизить к стадии разработки изделия. Кроме определительных проводят также при серийном изготовлении изделий контрольные испытания на надежность. Они предназначены для контроля соответствия серийной продукции требованиям по надежности, приведенным в технических условиях и учитывающим результаты определительных испытаний.

Экспериментальные методы оценки надежности требуют испытаний значительного числа образцов, длительного времени и затрат. Это не позволяет проводить надлежащие испытания по надежности машин, выпускаемых малыми сериями, а для машин, выпускаемых крупносерийно, задерживает получение достоверной информация о надежности до стадии, когда уже изготовлена технологическая оснастка и внесение изменений очень дорого. Поэтому при оценках и контроле надежности машин актуально использование возможных способов сокращения объема испытаний.

Объем испытаний, необходимый для подтверждения задана показателей надежности, сокращают путем: 1) форсирования режимов; 2) оценки надежности по малому числу или отсутствию отказов; 3) сокращения числа образцов за счет увеличения длительности испытаний; 4) использования разносторонней информации о надежности деталей и узлов машины.

Кроме того, объем испытаний можно сократить научным планированием эксперимента (см. ниже), а также повышением точности измерений.

По результатам испытании для невосстанавливаемых изделий оценивают и контролируют, как правило, вероятность безотказной работы, а для восстанавливаемых – среднюю наработку на отказ и среднее время восстановления работоспособного состояния.

Определительные испытания Во многих случаях испытания на надежность необходимо проводить до разрушения. Поэтому испытывают не все изделия (генеральную совокупность), а небольшую их часть, называемую выборкой. В этом случае вероятность безотказной работы (надежность) изделия, средняя наработка на отказ и среднее время восстановления могут отличаться от соответствующих статистических оценок вследствие ограниченности и случайного состава выборки. Чтобы учесть это возможное отличие, вводится понятие доверительной вероятности.

Доверительной вероятностью (достоверностью) называют вероятность того, что истинное значение оцениваемого параметра или числовой характеристики лежит в заданном интервале, называемом доверительным.

Доверительный интервал для вероятности Р ограничен нижней Рн и верхней РВ доверительными границами:

Вер(Рн Р Рв) =, (3.1) где символ «Вер» обозначает вероятность события, а показывает значение двусторонней доверительной вероятности, т.е. вероятности попадания в интервал, ограниченный с двух сторон. Аналогично, доверительный интервал для средней наработки на отказ ограничен Т Н и Т В, а для среднего времени восстановления границами Т ВН, Т ВВ.

На практике основной интерес представляет односторонняя вероятность, что числовая характеристика не меньше нижней или не выше верхней границы.

Первое условие, в частности, относится к вероятности безотказной работы и средней наработке на отказ, второе - к среднему времени восстановления.

Например, для вероятности безотказной работы условие имеет вид Вер (Рн Р) =. (3.2) Здесь - односторонняя доверительная вероятность нахождения рассматриваемой числовой характеристики в интервале, ограниченном с одной стороны. Вероятность на стадии испытаний опытах образцов обычно принимают равной 0,7…0,8, на стадии передачи разработки в серийное производство 0,9...0,95. Нижние значения характерны для случая мелкосерийного производства и высокой стоимости испытаний.

Ниже приведены формулы для оценок по результатам испытаний нижних и верхних доверительных границ рассматриваемых числовых характеристик с заданной доверительной вероятностью. Если необходимо ввести двусторонние доверительные границы, то названные формулы пригодны и для такого случая.

При этом полагают вероятности выхода на верхнюю и нижнюю границы одинаковыми и выражают через заданное значение.

Так как (1 +) + (1 -) = (1 -), то = (1+)/2 Невосстанавливаемые изделия. Наиболее распространен случай, когда объем выборки меньше десятой части генеральной совокупности. В этом случае для оценки нижней Р н и верхней Р в границы вероятности безотказной работы используют биноминальное распределение. При испытаниях п изделий доверительную вероятность 1- выхода на каждую из границ принимают равной вероятности появления в одном случае не более т отказов, в другом случае не менее т отказов!

(1 н) н1 = 1 – ; (3.3) =0 !()!

(1 в) н = 1 – ; (3.4) !()!

–  –  –

Форсирование режима испытаний.

Сокращение объема испытаний за счет форсирования режима. Обычно ресурс машины зависит от уровня напряжений, температуры и других факторов.

Если характер этой зависимости изучен, то длительность испытаний можно сократить с времени t до времени tф за счет форсирования режима испытаний tф =t/Ky, где Kу= коэффициент ускорения, а, ф - средние наработки до отказа в ф нормальном и форсированном режимах.

На практике длительность испытаний сокращают за счет форсирования режима до 10 раз. Недостаток метода - пониженная точность в связи с необходимостью пользоваться для пересчета на реальные режимы работы детерминированными зависимостями лимитирующего параметра от наработки и в связи с опасностью перехода на другие критерии отказа.

Значения ky вычисляют по зависимости, связывающей ресурс с форсирующими факторами. В частности, при усталости в зоне наклонной ветви кривой Велера или при механическом изнашивании зависимость между ресурсом и напряжениями в детали имеет вид mt = сonst, где m составляет в среднем: при изгибе для улучшенных и нормализованных сталей - 6, для закаленных - 9... 12, при контактном нагружении с начальным касанием по линии - около 6, при изнашивании в условиях скудной смазки - от 1 до 2, с периодической или постоянной смазкой, но несовершенном трении - около 3. В этих случаях Ку= (ф/)т, где и ф - напряжения в номинальном и форсирующем режимах.

Для электрической изоляции принимают приближенно справедливым «правило 10 градусов»: при повышении температуры на 10° ресурс изоляции сокращается вдвое. Ресурс масел и смазок в опорах снижается вдвое с ростом температуры: на 9...10°-для органических и на 12...20° - для неорганических масел и смазок. Для изоляции и смазок можно принимать Ky = (ф/)m, где и Ф

Температура в номинальном и форсирующем режимах, °С; m составляет для изоляции и органических масел и смазок - около 7, для неорганических масел и смазок - 4...6.

Если режим работы изделия переменный, то ускорения испытаний можно достигнуть исключением из спектра нагрузок, не вызывающих повреждающего действия.

Сокращение числа образцов за счет оценки надежности по отсутствию или малому числу отказов. Из анализа графиков следует, что для подтверждения одной и той же нижней границы Рн вероятности безотказной работы с доверительной вероятностью требуется испытать тем меньше изделий, чем выше значение частности сохранения работоспособности P* = l - m/n. ЧастостьР*, в свою очередь, растет с уменьшением числа отказов m. Отсюда следует вывод, что получая оценку по малому числу или отсутствию отказов, можно несколько сократить число изделий, потребное для подтверждения заданного значения Рн.

Следует отметить, что при этом риск не подтвердить заданное значение Рн, так называемый риск изготовителя, естественно, возрастает. Например, при = 0,9 для подтверждения Рн = 0,8, если испытывается 10; 20; 50 изделий, то частость не должна быть меньше соответственно 1,0; 0,95; 0,88. (Случай Р* = 1,0 соответствует безотказной работе всех изделий выборки.) Пусть вероятность безотказной работы Р испытываемого изделия составляет 0,95. Тогда в первом случае риск изготовителя большой, так как в среднем на каждую выборку из 10 изделий будет приходиться половина дефектного изделия и поэтому вероятность получить выборку без дефектных изделий очень мала, во втором - риск близок 50%, в третьем - наименьший.

Несмотря на большой риск забраковать свою продукцию, изготовители изделий часто планируют испытания с числом отказов, равным нулю, понижая риск введением необходимых запасов в конструкцию и связанным с ними повышением надежности изделия, Из формулы (3.5) следует, что для подтверждения значения Рн с доверительной вероятностью необходимо испытать lg(1) n= (3.15) н изделии при условии, что отказов при испытании не возникает.

Пример. Определить число n изделий, необходимое для испытаний при m = 0, если задано Рн = 0,9; 0,95; 0,99 с = 0,9.

Решение. Проделав вычисления по формуле (3.15), соответственно имеем n = 22; 45; 229.

Аналогичные выводы следуют из анализа формулы (3.11) и значений табл. 3.1;

для подтверждения одной и той же нижней границы Тн средней наработки на отказ требуется иметь тем меньшую суммарную длительность испытаний t, чем меньше допустимо отказов. Наименьшее t получается при m=0 н 1;2, t = (3.16) при этом риск не подтвердить Тн получается наибольшим.

Пример. Определить t при Тн = 200, = 0,8, т = 0.

Решение. Из табл. 3.10,2;2 = 3,22. Отсюда t = 200*3,22/2 = 322 ч.

Сокращение числа образцов за счет увеличения длительности испытаний. При таких испытаниях изделий, подверженных внезапным отказам, в частности радиоэлектронной аппаратуры, а также восстанавливаемых изделий, результаты в большинстве случаев пересчитывают на заданное время в предположении справедливости экспоненциального распределения отказов по времени. В этом случае объем испытаний nt остается практически постоянным, а число испытываемых образцов становится обратно пропорциональным времени испытаний.

Выход из строя большинства машин вызывается различными процессами старения. Поэтому экспоненциальный закон для описания распределения ресурса их узлов не применим, а справедлив нормальный, логарифмически нормальный законы или закон Вейбулла. При таких законах за счет увеличения длительности испытаний можно сократить объем испытаний. Поэтому если в качестве показателя надежности рассматривается вероятность безотказной работы, что характерно для невосстанавливаемых изделий, то с увеличением длительности испытаний число испытываемых образцов сокращается более резко, чем в первом случае.

В этих случаях назначенный ресурс t и параметры распределения наработки до отказа связаны выражением:

при нормальном законе

–  –  –

Подшипники, червячные Защемление, Теплостойкость передачи распор Для пересчета оценок надежности с большего времени на меньшее можно пользоваться законами распределения и параметрами этих законов, характеризующими рассеяние ресурса. Для изгибной усталости металлов, ползучести материалов, старения жидкой смазки, которой пропитаны подшипники скольжения, старения пластичной смазки подшипников качения, эрозии контактов рекомендуется логарифмически нормальный закон. Соответствующие средние квадратические отклонения логарифма ресурса Slgf, подставляемые в формулу (3.18), следует соответственно принимать 0,3; 0,3; 0,4; 0,33; 0,4. Для усталости резины, изнашивания деталей машин, изнашивания щеток электрических машин рекомендуется нормальный закон. Соответствующие коэффициенты вариаций vt, подставляемые в формулу (3.17), составляют 0,4; 0,3; 0,4. Для усталости подшипников качения справедлив закон Вейбулла (3.19) с показателем формы 1.1 для шарикоподшипников и 1,5 для роликоподшипников.

Данные по законам распределения и их параметрам получены обобщением результатов испытаний деталей машин, опубликованных в литературе, и результатов, полученных при участии авторов. Эти данные позволяют оценить нижние границы вероятности отсутствия отдельных видов отказов по результатам испытаний в течение времени tи t. При вычислении оценок следует пользоваться формулами (3.3), (3.5), (3.6), (3.17)...(3.19).

Для сокращения длительности испытаний их можно форсировать с коэффициентом ускорения Ку, найденным по рекомендациям, приведенным выше.

Значения К у, tф где tф - время испытаний образцов в форсированном режиме, подставляют вместо tи в формулы (3.17)...(3.19). В случае использования для пересчетов формул (3.17), (6.18) при различии характеристик рассеяния ресурса в эксплуатационном vt Slgt и форсированном tф, Slgtф режимах вторые слагаемые в формулах умножают на отношения соответственно tф /t или Slgtф / Slgt По критериям работоспособности, таким, как статическая прочность, теплостойкость и др., число испытываемых образцов, как показано ниже, можно сократить, ужесточая режим испытаний по определяющему работоспособность параметру по сравнению с номинальным значением этого параметра. При этом достаточно располагать результатами кратковременных испытаний. Соотношение между предельным Хпр и действующим X$ значениями параметра в предположении их нормальных законов распределения представим в виде

–  –  –

где uр, uри - квантили нормального распределения, соответствующие вероятности отсутствия отказа в номинальном и ужесточенном режимах; Хд, Хдф- номинальное и ужесточенное значение определяющего работоспособность параметра.

Значение Sx рассчитывают, рассматривая определяющий работоспособность параметр как функцию случайных аргументов (см. пример, приведенный ниже).

Объединение вероятностных оценок в оценку надежности машины. По части критериев вероятности отсутствия отказов находят расчетным путем, а по остальным - экспериментально. Испытания обычно проводят при нагрузках, одинаковых для всех машин. Поэтому естественно получить расчетные оценки надежности по отдельным критериям также при фиксированной нагрузке. Тогда зависимость между отказами для получаемых оценок надежности по отдельным критериям можно считать в значительной степени устраненной.

Если бы по всем критериям можно было расчетом достаточно точно оценить значения вероятностей отсутствия отказов, то вероятность безотказной работы машины в целом в течение назначенного ресурса оценивали бы по формуле P = =1 Однако, как отмечалось, ряд вероятностных оценок не удается получить без испытаний. В таком случае вместо оценки Р находят нижнюю границу вероятности безотказной работы машины Рн с заданной доверительной вероятностью =Вер(РнР1).

Пусть по h критериям вероятности отсутствия отказов найдены расчетным, а по остальным l= - h экспериментальным путем, причем испытания в течение назначенного ресурса по каждому из критериев предполагаются безотказными. В этом случае нижняя граница вероятности безотказной работы машины, рассматриваемой как последовательная система, может быть рассчитана по формуле Р = Рн; (3.23) =1 где Pнj - наименьшая из нижних границ Рнi...* Pнj,..., Рнi вероятностей отсутствия отказов по l критериям, найденным с доверительной вероятностью a; Pt расчетная оценка вероятности отсутствия отказа по i-му критерию.

Физический смысл формулы (3.22) можно пояснить следующим образом.

Пусть п последовательных систем испытаны и в процессе испытаний не отказали.

Тогда согласно (3.5) нижняя граница вероятности безотказной работы каждой системы составит Рп=У1-а. Результаты испытаний можно также трактовать как безотказные испытания отдельно первых, вторых и т. д. элементов, испытанных по п штук в выборке. В этом случае согласно (3.5) для каждого из них подтверждена нижняя граница Рн = 1. Из сопоставления результатов следует, что при одинаковом числе испытанных элементов каждого типа Рп = Рнj. Если бы количество испытанных элементов каждого типа различалось, то Рн определялось бы значением Рнj, полученным для элемента с минимальным количеством испытанных экземпляров, т. е. P =Рн.

В начале этапа экспериментальной отработки конструкции часты случаи отказов машин, связанные с тем, что она еще недостаточно доведена. Чтобы следить за эффективностью мероприятий по обеспечению надежности, проводимых в процессе отработки конструкции, желательно оценивать, хотя бы грубо, значение нижней границы вероятности безотказной работы машины по результатам испытаний при наличии отказов. Для этого можно использовать формулу н = (Рн /Р)

–  –  –

Р наибольшая из точечных оценок 1 *… *; mj - число отказов изделий из испытанных. Остальные обозначения те же, что и в формуле (3.22).

Пример. Требуется оценить с = 0,7 Рн машины. Машина предназначена для работы в диапазоне окружающих температур от + 20 ° до - 40 °С в течение назначенного ресурса t = 200ч. Испытано 2 образца в течение t = 600ч при нормальной температуре и 2 образца кратковременно при - 50 °С. Отказов не возникло. Машина отличается от прототипов, зарекомендовавших себя безотказными, типом смазки подшипникового узла и применением алюминия для изготовления подшипникового щита. Среднее квадратическое отклонение зазора- натяга между контактирующими деталями подшипникового узла, найденное как корень из суммы квадратов средних квадратических отклонений: начального зазора подшипника, эффективных зазоров - натягов в сопряжении подшипника с валом и подшипника с подшипниковым щитом, составляет S = 0,0042 мм. Наружный диаметр подшипника D = 62мм.

Решение. Принимаем, что возможными видами отказов машины являются отказ подшипника по старению смазки и защемление подшипника при отрицательной температуре. Безотказные испытания двух изделий дают по формуле (3.5) при = 0,7 Рнj = 0,55 в режиме испытаний.

Распределение отказов по старению смазки принимаем логарифмически нормальным с параметром Slgt = 0,3. Поэтому для пересчетов используем формулу (3.18).

Подставляя в нее t = 200ч, tи = 600ч, S lgt = 0,3 и квантиль, соответствующую вероятности 0,55, получаем квантиль, а по ней нижнюю границу вероятности отсутствия отказов по старению смазки, равной 0,957.

Защемление подшипника возможно из-за различия коэффициентов линейного расширения стали ст и алюминия ал. С понижением температуры повышается вероятность защемления. Поэтому температуру считаем параметром, опредёляющим работоспособность.

В данном случае натяг подшипника линейно зависит от температуры с коэффициентом пропорциональности, равным (ал - ст)D. Поэтому среднее квадратическое отклонение температуры Sх, вызывающее выборку зазора, также линейно связано со средним квадратическим отклонением зазора - натяга Sх=S/(ал-ст)D. Подставляя в формулу (3.21) Хд = -40°С; Хдф = -50°С; Sх = 6° и квантиль uри соответствующую вероятности 0,55 и найдя по полученному значению квантили вероятность, получаем нижнюю границу вероятности отсутствия защемления 0,963.

После подстановки полученных значений оценок в формулу (3.22) получаем нижнюю границу вероятности безотказной работы машины в целом, равную 0,957.

В авиации давно применяют следующий метод обеспечения надежности:

самолет запускают в серийное производство, если стендовыми испытаниями узлов в предельных режимах работы установлена их практическая безотказность и, кроме того, если лидерные самолеты (обычно 2 или 3 экземпляра) налетали без отказа по тройному ресурсу. Изложенная выше вероятностная оценка, на наш взгляд, дает дополнительные обоснования, чтобы назначать необходимые объемы испытаний конструкции по различным критериям работоспособности.

Контрольные испытания Проверку соответствия фактического уровня надежности заданным требованиям для невосстанавливаемых изделий можно проверить наиболее просто по одноступенчатому методу контроля. Этот метод удобен также для контроля среднего времени восстановления восстанавливаемых изделий. Для контроля средней наработки на отказ восстанавливаемых изделий наиболее эффективен последовательный метод контроля. При одноступенчатых испытаниях заключение о надежности делают по истечении назначенного времени испытаний и по общему итогу испытаний. При последовательном методе проверка соответствия показателя надежности заданным требованиям делается после каждого очередного отказа и в эти же моменты времени выясняют, можно ли испытания прекратить или они должны быть продолжены.

При планировании назначается число испытываемых образцов n, время испытаний каждого из них t и допустимое число отказов т. Исходными данными для назначения этих параметров являются: риск поставщика (изготовителя) *, риск потребителя *, приемочное и браковочное значение контролируемого показателя.

Риск поставщика - это вероятность того, что хорошая партия, изделия которой имеют уровень надежности, равный или лучше заданного, бракуется по результатам испытаний выборки.

Риск заказчика - это вероятность того, что плохая партия, изделия которой имеют уровень надежности хуже заданного, принимаются по результатам испытаний.

Значения * и * назначают из ряда чисел 0,05; 0,1; 0,2. В частности, правомерно назначать * = * Невосстанавливаемые изделия. Браковочный уровень вероятности безотказной работы P(t), как правило, принимают равным значению Pн(t), заданному в технических условиях. Приемочное значение вероятности безотказной работы Pa(t) принимают большим P(t). Если время испытаний и режим работы приняты равными заданным, то число испытываемых образцов п и допустимое число отказов т при одноступенчатом методе контроля вычисляют по формулам!

(1 ()) () = 1 – * ;

–  –  –

Для частного случая графики последовательных испытаний на надежность представлены на рис. 3.1. Если после очередного отказа попадаем на графике в область ниже линии соответствия, то результаты испытаний считают положительными, если в область выше линии несоответствия - отрицательными, если между линиями соответствия и несоответствия, то испытания продолжают.

–  –  –

9.Прогнозируют число отказов испытуемых экземпляров. Считают, что узел отказал или откажет при эксплуатации в течение времени Т /п, если: а) расчетом или испытаниями по отказам видов 1, 2 табл. 3.3 установлено, что ресурс меньше Тн или работоспособность не обеспечена; б) расчетом или испытаниями по отказу вида 3 табл. 3.3 получена средняя наработка на отказ, меньшая Тн; в) при испытаниях имел место отказ; г) прогнозированием ресурса установлено, что по какому-либо отказу видов 4...10 табл. 3.3 tiT/n.

10. Разделяют возникшие при испытаниях и спрогнозированные расчетом первичные отказы на две группы: 1) определяющие периодичность технических обслуживаний и ремонтов, т. е. такие, предотвращение которых проведением регламентированных работ возможно и целесообразно; 2) определяющие среднюю наработку на отказ, т. е. те, предотвращение которых проведением таких работ либо невозможно, либо нецелесообразно.

Для каждого вида отказа первой группы разрабатывают мероприятия по регламентному обслуживанию, которые вносят в техническую документацию.

Количество отказов второго вида суммируют и по суммарному числу с учетом положений п. 2 подводят итоги результатов испытаний.

Контроль среднего времени восстановления. Браковочный уровень среднего времени восстановления Тв принимают равным значению Твв, заданному в технических условиях. Приемочное значение времени восстановления Т принимают меньшим Тв. В частном случае можно принять Т =0,5 * Тв.

Контроль удобно вести одноступенчатым методом.

По формуле Тв 1 ;2 =, (3.25) Тв;2

–  –  –

Это соотношение является одним из основных уравнений теории надежности.

К числу важнейших общих зависимостей надежности относят зависимости надежности систем от надежности элементов.

Рассмотрим надежность наиболее характерной для машиностроения простейшей расчетной модели системы из последовательно соединенных элементов (рис. 3.2), у которой отказ каждого элемента вызывает отказ системы, а отказы элементов принимаются независимыми.

P1(t) P2(t) P3(t) Рис. 3.2. Последовательная система Используем известную теорему умножения вероятностей, согласно которой вероятность произведения, т. е. совместного проявления независимых событий, равна произведению вероятностей этих событий. Следовательно, вероятность безотказной работы системы равна произведению вероятностей безотказной работы отдельных элементов, т.е. Р ст(t) = Р1(t)Р2(t) … Рn(t).

Если Р1(t) = Р2(t) = … = Рn(t), то Рст(t) = Рn1(t). Поэтому надежность сложных систем получается низкой. Например, если система состоит из 10 элементов с вероятностью безотказной работы 0,9 (как в подшипниках качения), то общая вероятность получается 0,910 0,35 Обычно вероятность безотказной работы элементов достаточно высокая, поэтому, выразив P1(t), Р 2 (t), … Р n (t) через вероятности откатов и пользуясь теорией приближенных вычислений, получаем Рст(t) = … 1 – , так как произведениями двух малых величин можно пренебречь.

При Q 1 (t) = Q 2 (t) =...= Qn(t) получаем Рст = 1-nQ1(t). Пусть в системе из шести одинаковых последовательных элементов P1(t) =0,99. Тогда Q1(t) =0,01 и Рст(t)=0,94.

Вероятность безотказной работы нужно уметь определять для любого промежутка времени. По теореме умножения вероятностей (+) P(T + l) = P(T) P(t) или P(t) =, () где P (T) и P (T + t) - вероятности безотказной работы за время Т и T + t соответственно; P (t) - условная вероятность безотказной работы за время t (термин «условная» здесь введен, поскольку вероятность определяется в предположении, что изделия не имели отказа до начала интервала времени или наработки).

Надежность в период нормальной эксплуатации В этот период постепенные отказы еще не проявляются и надежность характеризуется внезапными отказами.

Эти отказы вызываются неблагоприятным стечением многих обстоятельств и поэтому имеют постоянную интенсивность, которая не зависит от возраста изделия:

(t) = = const, где = 1 / m t ; m t - средняя наработка до отказа (обычно в часах). Тогда выражается числом отказов в час и, как правило, составляет малую дробь.

Вероятность безотказной работы P(t) = 0 = e - t Она подчиняется экспоненциальному закону распределения времени безотказной работы и одинакова за любой одинаковый промежуток времени в период нормальной эксплуатации.

Экспоненциальным законом распределения можно аппроксимировать время безотказной работы широкого круга объектов (изделий): особо ответственных машин, эксплуатируемых в период после окончания приработки и до существенного проявления постепенных отказов; элементов радиоэлектронной аппаратуры; машин с последовательной заменой отказавших деталей; машин вместе с электро- и гидрооборудованием и системами управления и др.; сложных объектов, состоящих из многих элементов (при этом время безотказной работы каждого может не быть распределено по экспоненциальному закону; нужно только, чтобы отказы одного элемента, не подчиняющегося этому закону, не доминировали над другими).

Приведем примеры неблагоприятного сочетания условий работы деталей машин, вызывающих их внезапный отказ (поломку). Для зубчатой передачи это может быть действием максимальной пиковой нагрузки на наиболее слабый зуб при его зацеплении в вершине и при взаимодействии с зубом сопряженного колеса, при котором погрешности шагов сводят к минимуму или исключают участие в работе второй пары зубьев. Такой случай может встретиться только через много лет эксплуатации или не встретиться совсем.

Примером неблагоприятного сочетания условий, вызывающего поломку вала, может явиться действие максимальной пиковой нагрузки при положении наиболее ослабленных предельных волокон вала в плоскости нагрузки.

Существенное достоинство экспоненциального распределения - его простота: оно имеет только один параметр.

Если, как обычно, t 0,1, то формула для вероятности безотказной работы упрощается в результате разложения в ряд и отбрасывания малых членов:

–  –  –

где N – общее число наблюдений. Тогда = 1/.

Можно также воспользоваться графическим способом (рис. 1.4): нанести экспериментальные точки в координатах t и - lg P(t).

Знак минус выбирают потому, что Р(t)Л и, следовательно, lg P(t) - отрицательная величина.

Тогда, логарифмируя выражение для вероятности безотказной работы: lgР(t) = - t lg e = - 0,343 t, заключаем, что тангенс угла прямой, проведенной через экспериментальные точки, равен tg = 0,343, откуда = 2,3tg При этом способе нет необходимости доводить до конца испытания всех образцов.

В е р о я т н о с т н а я б у м а г а (бумага со шкалой, в которой кривая функция распределения изображается прямой) должна иметь для экспоненциального распределения полулогарифмическую шкалу.

Для системы Рст (t) =. Если 1 = 2 = … =n, то Рст (t) =. Таким образом, вероятность безотказной работы системы, состоящей из элементов с вероятностью безотказной работы по экспоненциальному закону, также подчиняется экспоненциальному закону, причем интенсивности отказов отдельных элементов складываются. Используя экспоненциальный закон распределения, несложно определить среднее число изделий я, которые выйдут из строя к заданному моменту времени, и среднее число изделий Np, которые останутся работоспособными. При t0,1 n Nt; Np N(1 - t).

Пример. Оценить вероятность P(t) отсутствия внезапных отказов механизма в течение t = 10000 ч, если интенсивность отказов составляет = 1/mt = 10 – 8 1/ч Р е ш е н и е. Так как t = 10-8* 104 = 10- 4 0,1, то пользуемся приближенной зависимостью Р (t) = 1- t = 1 – 10- 4 = 0,9999 Расчет по точной зависимости Р(t) = e - t в пределах четырех знаков после запятой дает точное совпадение.

Надежность в период постепенных отказов Для постепенных отказов 1 нужны законы распределения времени безотказной работы, которые дают вначале низкую плотность распределения, затем максимум и далее падение, связанное с уменьшением числа работоспособных элементов.

В связи с многообразием причин и условий возникновения отказов в этот период для описания надежности применяют не сколько законов распределений, которые устанавливают путем аппроксимации результатов испытаний или наблюдений в эксплуатации.

–  –  –

где t и s - оценки математического ожидания и среднего квадратического отклонения.

Сближение параметров и их оценок увеличивается с увеличением числа испытаний.

Иногда удобнее оперировать с дисперсией D = S 2.

Математическое ожидание определяет на графике (см. рис. 1.5) положение петли, а среднее квадратическое отклонение - ширину петли.

Кривая плотности распределения тем острее и выше, чем меньше S.

Она начинается от t = - и распространяется до t = + ;

Это не является существенным недостатком, особенно если mt 3S, так как площадь, очерченная уходящими в бесконечность ветвями кривой плотности, выражающая соответствующую вероятность отказов, очень мала. Так, вероятность отказа за период времени до mt – 3S составляет всего 0, 135% и обычно не учитывается в расчетах. Вероятность отказа до mt – 2S равна 2,175%. Наибольшая ордината кривой плотности распределения равна 0,399/S

–  –  –

Операции с нормальным распределением проще, чем с другими, поэтому им часто заменяют другие распределения. При малых коэффициентах вариации S/mt нормальное распределение хорошо заменяет биномиальное, пуассоново и логарифмически нормальное.

Р а с п р е д е л е н и е с у м м ы н е з а в и с и м ы х случ а й н ы х в е л и ч и н U = X + Y + Z, называемое композицией распределений, при нормальном распределении слагаемых также является нормальным распределением.

Математическое ожидание и дисперсия композиции соответственно равны m u = m x + m y + mz ; S2u = S2x + S2y + S2z где тх, ту, mz - математические ожидания случайных величин;

X, Y, Z, S2x, S2y, S2z – дисперсия тех же величин.

Пример. Оценить вероятность Р(t) безотказной работы в течение t =1,5*104 ч изнашиваемого подвижного сопряжения, если ресурс по износу подчиняется нормальному распределению с параметрами mt = 4 * 104 ч, S =104 ч.

1,5104 4104 Решение. Находим квантиль up = = - 2,5; по табл.1.1 Определяем, что P(t) = 0,9938.

Пример. Оценить 80%-ный ресурс t0,8 гусеницы трактора, если известно, что долговечность гусеницы ограничена по износу, ресурс подчиняется нормальному распределению с параметрами mt= 104 ч; S = 6*103 ч.

Решение. При Р(t) = 0,8; up = - 0,84:

T0,8 = mt + upS = 104 - 0,84*6*103 5*103 ч.

Распределение Вейбулла довольно универсально, охватывает путем варьирования параметров широкий диапазон случаев изменения вероятностей.

Наряду с логарифмически нормальным распределением оно удовлетворительно описывает наработку деталей по усталостным разрушениям, наработку до отказа подшипников, электронных ламп. Используется для оценки надежности деталей и узлов машин, в частности, автомобилей, подъемно-транспортных и других машин.

Применяется также для оценки надежности по приработочным отказам.

Распределение характеризуется следующей функцией вероятности безотказной работы (рис. 1.8) Р(t) = 0 Интенсивность отказов (t) =

–  –  –

вводим обозначение у = - lgР(t) и логарифмируем:

lg = mlg t – A, где A = lgt0 + 0,362.

Откладывая результаты испытаний на графике в координатах lg t – lg y (рис.

1.9) и проводя через полученные точки прямую, получаем m=tg ; lg t0 = A где - угол наклона прямой к оси абсцисс; A - отрезок, отсекаемый прямой на оси ординат.

Надежность системы из последовательно соединенных одинаковых элементов, подчиняющихся распределению Вейбулла, также подчиняется распределению Вейбулла.

Пример. Оценить вероятность безотказной работы Р (t) роликоподшипников в течение t=10 ч, если ресурс подшипников описывается распределением Вейбулла с параметрами t0 = 104

–  –  –

где знаки и П означают сумму и произведение.

Для новых изделий Т=0 и Pni(T)=1.

На рис. 1.10 показаны кривые вероятности отсутствия внезапных отказов, постепенных отказов и кривая вероятности безотказной работы при совместном действии внезапных и постепенных отказов. Вначале, когда интенсивность постепенных отказов низка, кривая соответствует кривой PB(t), а потом резко снижается.

В период постепенных отказов их интенсивность, как правило, многократно выше, чем внезапных.

Особенности надежности восстанавливаемых изделий У невосстанавливаемых изделий рассматриваются первичные отказы, у восстанавливаемых первичные и повторные. Все рассуждения и термины для невосстанавливаемых изделий распространяются на первичные отказы восстанавливаемых изделий.

Для восстанавливаемых изделий показательны графики эксплуатации рис.

1.11.а и работы рис. 1.11. б восстанавливаемых изделий. Первые показывают периоды работы, ремонта и профилактики (осмотров), вторые - периоды работы. С течением времени периоды работы между ремонтами становятся короче, а периоды ремонта и профилактики возрастают.

У восстанавливаемых изделий свойства безотказности характеризуются величиной (t) - средним числом отказов за время t (t)=

–  –  –

Как известно. При внезапных отказах изделия закон распределения наработки до отказа экспоненциальный с интенсивностью. Если изделие при отказе заменяют новым (восстанавливаемое изделие), то образуется поток отказов, параметр которого (t) не зависит от t т. е. (t) = = const и равен интенсивности Поток внезапных отказов предполагают стационарным, т. е. среднее число отказов в единицу времени постоянно, ординарным, при котором одновременно возникает не более одного отказа, и без последействия, что означает взаимную независимость появления отказов в разные (непересекающиеся) промежутки времени.

Для стационарного, ординарного потока отказов (t)= =1/T, где T - средняя наработка между отказами.

Самостоятельное рассмотрение постепенных отказов восстанавливаемых изделий представляет интерес, потому что время восстановления после постепенных отказов обычно существенно больше, чем после внезапных.

При совместном действии внезапных и постепенных отказов параметры потоков отказов складываются.

Поток постепенных (износовых) отказов становится стационарным при наработке t, значительно большей среднего значения. Так, при нормальном распределении наработки до отказа интенсивность отказов возрастает монотонно (см. рис. 1.6. в), а параметр потока отказов (t) сначала возрастает, потом начинаются колебания, которые затухают на уровне 1 / (рис. 1.12). Наблюдаемые максимумы (t) соответствуют средней наработке до отказа первого, второго, третьего и т. д. поколений.

В сложных изделиях (системах) параметр потока отказов рассматривается как сумма параметров потоков отказов. Составляющие потоки можно рассматривать по узлам или по типам устройств, например механическим, гидравлическим, электрическим, электронным и другим (t) = 1(t) + 1(t) + …. Соответственно средняя наработка между отказами изделия (в период нормальной эксплуатации)

–  –  –

где Тр Тп Трем - среднее значение наработки, простоя, ремонта.

4. РАБОТОСПОСОБНОСТЬ ОСНОВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ

4.1 Работоспособность силовой установки Долговечность - одно из важнейших свойств надежности машин - определяется техническим уровнем изделий, принятой системой технического обслуживания и ремонтов, условиями эксплуатации и режимами работы.

Ужесточение режима работы по одному из параметров (нагрузке, скорости или времени) ведет к увеличению интенсивности изнашивания отдельных элементов и сокращению срока службы машины. В связи с этим обоснование рационального режима работы машины имеет существенное значение для обеспечения долговечности.

Условия эксплуатации силовых установок машин характеризуются переменными нагрузочным и скоростным режимами работы, высокой запыленностью и большими колебаниями температуры окружающего воздуха, а также вибрацией во время работы.

Эти условия и определяют долговечность двигателей.

Температурный режим работы силовой установки зависит от температуры окружающего воздуха. Конструкция двигателя должна обеспечивать нормальный эксплуатационный режим работы при температуре окружающего воздуха С.

Интенсивность вибрации при работе машин оценивают частотой и амплитудой колебаний. Это явление вызывает повышение износа деталей, ослабление креплений, подтекание горюче-смазочных материалов и т.п.

Основным количественным показателем долговечности силовой установки является ее ресурс, который зависит от условий эксплуатации.

Следует отметить, что выход из строя двигателя является наиболее частой причиной отказов машин. При этом большая часть отказов обусловлена эксплуатационными причинами: резким превышением допустимых пределов нагрузки, применением загрязненных масел и топлива и др. Режим работы двигателя характеризуется развиваемой мощностью, частотой вращения коленчатого вала, рабочими температурами масла и охлаждающей жидкости. Для каждой конструкции двигателя существуют оптимальные значения этих показателей, при которых эффективность использования и долговечность двигателей будут максимальными.

Значения показателей резко отклоняются при пуске, прогреве и остановке двигателя, поэтому для обеспечения долговечности необходимо обосновать приемы использования двигателей на этих этапах.

Пуск двигателя обусловлен нагревом воздуха в цилиндрах в конце такта сжатия до температуры tc, достигающей температуры самовоспламенения топлива tт. Обычно считают, что tc tT +1000 С. Известно, что tт = 250... 300 °С. Тогда условие пуска двигателя tc 350... 400 °С.

Температура воздуха tc, °С, в конце такта сжатия зависит от давления рв и температуры окружающего воздуха и степени износа цилиндропоршневой группы:

–  –  –

где n1-показатель политропы сжатия;

pc – давление воздуха в конце такта сжатия.

При сильном износе цилиндропоршневой группы во время сжатия часть воздуха из цилиндра проходит через зазоры в картер. В результате снижаются значения рс и а следовательно, и tс.

На интенсивность изнашивания цилиндропоршневой группы существенно влияет частота вращения коленчатого вала. Она должна быть достаточно высока.

В противном случае значительная часть теплоты, выделившейся при сжатии воздуха, передается через стенки цилиндров охлаждающей жидкости; при этом уменьшаются значения n1 и tc. Так, при снижении частоты вращения коленчатого вала с 150 до 50 об/мин значение n1 уменьшается с 1,32 до 1,28 (рис. 4.1, а).

Важное значение в обеспечении надежного пуска имеет техническое состояние двигателя. С увеличением износа и зазора в цилиндропоршневой группе снижается давление рс и повышается пусковая частота вращения вала двигателя, т.е. минимальная частота вращения коленчатого вала, nmin при которой возможен надежный пуск. Эта зависимость представлена на рис. 4.1, б.

–  –  –

Как видно, при рс = 2 МПа п = 170 об/мин, что является пределом для исправных пусковых средств. При дальнейшем увеличении износа деталей пуск двигателя невозможен.

На возможность пуска существенно влияет наличие масла на стенках цилиндров. Масло способствует герметизации цилиндра и значительно снижает износ его стенок. В случае принудительной подачи масла до пуска износ цилиндров во время пуска уменьшается в 7 раз, поршней - в 2 раза, поршневых колец - в 1,8 раза.

Зависимость скорости изнашивания Vn элементов двигателя от времени работы т приведена на рис. 4.3.

В течение 1... 2 мин после пуска износ во много раз превышает установившееся значение на эксплуатационных режимах. Это объясняется плохими условиями смазывания поверхностей в начальный период работы двигателя.

Таким образом, для обеспечения надежного пуска при положительных температурах, минимального износа элементов двигателя и наибольшей долговечности необходимо при эксплуатации соблюдать следующие правила:

Перед пуском обеспечить подачу масла на поверхности трения, для чего необходимо прокачать масло, прокрутить коленчатый вал стартером или вручную без подачи топлива;

Во время пуска двигателя обеспечить максимальную подачу топлива и немедленное ее уменьшение после пуска до подачи холостого хода;

При температурах ниже 5 °С двигатель необходимо предварительно разогреть без нагрузки с постепенным повышением температуры до эксплуатационных значений (80...90°С).

На износ также влияет количество масла, поступающего на контактирующие поверхности. Это количество определяется подачей масляного насоса двигателя (рис. 4.3). По графику видно, что для безаварийной работы двигателя температура масла должна быть не ниже 0 °С при частоте вращения коленчатого вала п900 об/мин. При отрицательных температурах количество масла будет недостаточным, в результате чего не исключено повреждение поверхностей трения (подплавление подшипников, задиры цилиндров).

–  –  –

По графику также можно установить, что при температуре масла 1 tм = 10 °С частота вращения вала двигателя не должна превышать 1200 об/мин, а при tu = 20 о С - 1 550 об/мин.На любых скоростных и нагрузочных режимах рассматриваемый двигатель может работать без повышенного износа при температуре tM=50 °С. Таким образом, двигатель должен прогреваться при постепенном увеличении частоты вращения вала по мере повышения температуры масла.

Износостойкость элементов двигателя в нагрузочном режимеоценивают по скорости изнашивания основных деталей при постоянной частоте вращения и переменной подаче топлива или переменном открытии дроссельной заслонки.

С повышением нагрузок абсолютное значение скорости изнашивания наиболее ответственных деталей, определяющих ресурс двигателя, увеличивается (рис. 4.4). Одновременно повышается эффективность использования машины.

Поэтому для определения оптимального нагрузочного режима работы двигателя следует рассматривать не абсолютные, а удельные значения показателей Vи, МГ/ч Рис. 4.4. Зависимость скорости изнашивания и поршневых колец от мощности N дизеля: 1-3 - номера колец

–  –  –

Таким образом, для определения рационального режима работы двигателя необходимо из начала координат провести касательную к кривой tg/р = (р).

Вертикаль, проходящая через точку касания, определяет рациональный нагрузочный режим при заданной частоте вращения коленчатого вала двигателя.

Касательная к графику tg = (р) определяет режим, обеспечивающий минимальную скорость изнашивания; при этом за 100% приняты показатели износа, соответствующие рациональному режиму работы двигателя по долговечности и эффективности использования.

Следует отметить, что характер изменения часового расхода топлива аналогичен зависимости tg = 1(pe) (см. рис. 4.5), а удельного расхода топлива - зависимости tg /р = 2(р). Вследствие этого эксплуатация двигателя как по износным показателям, так и по показателям топливной экономичности на режимах малых нагрузок является экономически невыгодной. Вместе с тем при завышенной подаче топлива (повышенное значение р) наблюдаются резкое повышение показателей изнашивания и сокращение ресурса двигателей (на 25...

30 % при увеличении р на 10 %).

Аналогичные зависимости справедливы для двигателей различных конструкций, что свидетельствует об общей закономерности и о целесообразности использования двигателей на нагрузочных режимах, близких к максимальным.

При различных скоростных режимах износостойкость элементов двигателей оценивают по изменению частоты вращения коленчатого вала при постоянной подаче топлива насосом высокого давления (для дизелей) или при постоянном положении дроссельной заслонки (для карбюраторных двигателей).

Изменение скоростного режима влияет на процессы смесеобразования и сгорания, а также на механические и температурные нагрузки на детали двигателя. При повышении частоты вращения коленчатого вала величины tg и tg/N возрастают. Это вызвано повышением температуры сопряженных деталей цилиндропоршневой группы, а также увеличением динамических нагрузок и сил трения.

При снижении частоты вращения коленчатого вала ниже заданного предела скорость изнашивания может увеличиваться в связи с ухудшением гидродинамического режима смазки (рис. 4.6).

Характер изменения удельного износа опор коленчатого вала в зависимости от частоты его вращения такой же, как и деталей цилиндропоршневой группы.

Минимальный износ наблюдается при n = 1400... 1700 об/мин и составляет 70...80% износа при максимальной частоте вращения. Повышенный износ на большой частоте вращения объясняется увеличением давления на опоры и повышением температуры рабочих поверхностей и смазочного материала, на малой частоте вращения - ухудшением условий работы масляного клина в опоре.

Таким образом, для каждой конструкции двигателя существует оптимальный скоростной режим, при котором удельный износ основных элементов будет минимальным, а долговечность двигателя - максимальной.

Температурный режим работы двигателя при эксплуатации обычно оценивают по температуре охлаждающей жидкости или масла.

–  –  –

800 1200 1600 2000 об/мин Рис. 4.6. Зависимости концентрации в масле железа (CFe) и хрома (ССг) от частоты вращения n коленчатого вала Суммарный износ двигателя зависит от температуры охлаждающей жидкости. Существует оптимальный температурный режим (70... 90 °С), при котором износ двигателя минимален. Перегрев двигателя вызывает снижение вязкости масла, деформацию деталей, срыв масляной пленки, что ведет к повышению износа деталей.

Большое влияние на интенсивность изнашивания гильз цилиндров оказывают коррозионные процессы. При низких температурах двигателя (70 °С) отдельные участки поверхности гильз увлажняются конденсатом воды, содержащей продукты сгорания сернистых соединений и другие коррозионноактивные газы. Происходит процесс электрохимической коррозии с образованием оксидов. Это способствует интенсивному коррозионно-механическому изнашиванию цилиндров. Влияние низких температур на износ двигателя можно представить следующим образом. Если принять износ при температуре масла и воды, равной 75 "С, за единицу, то при t = 50 °С износ будет в 1,6 раза больше, а при t = - 25 °С - в 5 раз больше.

Отсюда вытекает одно из условий обеспечения долговечности двигателей - работа при оптимальном температурном режиме (70... 90 °С).

Как показали результаты исследования характера изменения износа двигателей при неустановившихся режимах работы, износ таких деталей, как гильзы цилиндров, поршни и кольца, вкладыши коренных и шатунных подшипников, увеличивается в 1,2 - 1,8 раза.

Основными причинами, вызывающими увеличение интенсивности изнашивания деталей при неустановившихся режимах в сравнении с установившимися, являются повышение инерционных нагрузок, ухудшение условий работы смазочного материала и его очистки, нарушение нормального сгорания топлива. Не исключается переход от жидкостного трения к граничному с разрывом масляной пленки, а также увеличение коррозионного изнашивания.

На долговечность существенно влияет интенсивность изменения н карбюраторных двигателей. Так, при р = 0,56 МПа и н = 0,0102 МПа/с интенсивность изнашивания верхних компрессионных колец в 1,7 раза, а шатунных подшипников - в 1,3 раза больше, чем при установившихся режимах (н = 0). С увеличением н до 0,158 МПа/с при той же нагрузке шатунный подшипник изнашивается в 2,1 раза больше, чем при н = 0.

Таким образом, при эксплуатации машин необходимо обеспечивать постоянство режима работы двигателя. Если это невозможно, то переходы с одного режима на другой следует осуществлять плавно. Это увеличивает срок службы двигателя и элементов трансмиссии.

Основное влияние на работоспособность двигателя непосредственно после его остановки и при последующем пуске оказывает температура деталей, масла и охлаждающей жидкости. При высоких температурах после остановки двигателя смазочный материал стекает со стенок цилиндров, что вызывает повышенный износ деталей при пуске двигателя. После прекращения циркуляции охлаждающей жидкости в зоне высоких температур образуются паровые пробки, что ведет к деформации элементов блока цилиндров вследствие неравномерного охлаждения стенок и вызывает появление трещин. Глушение перегретого двигателя ведет также к нарушению герметичности головки блока цилиндров из-за неодинакового коэффициента линейного расширения материалов блока и силовых шпилек.

Во избежание указанных нарушений работоспособности рекомендуется останавливать двигатель при температуре воды не выше 70 °С.

Температура охлаждающей жидкости влияет на удельный расход топлива.

При этом оптимальный режим по экономичности примерно совпадает с режимом минимального износа.

Повышение расхода топлива при низких температурах обусловлено в основном его неполным сгоранием и увеличением момента трения из-за высокой вязкости масла. Повышенный нагрев двигателя сопровождается тепловыми деформациями деталей и нарушением процессов горения, что также приводит к повышенному расходу топлива. Долговечность и безотказность силовой установки обусловлены строгим соблюдением правил обкатки и рациональных режимов приработки деталей двигателя при вводе в эксплуатацию.

Серийные двигатели в начальный период эксплуатации должны пройти предварительную приработку продолжительностью до 60 ч на режимах, установленных заводом-изготовителем. Двигатели непосредственно на заводахизготовителях и ремонтных заводах прирабатываются в течение 2...3 ч. За этот период процесс формирования поверхностного слоя деталей не завершается, поэтому в начальный период эксплуатации машины необходимо продолжить приработку двигателя. Например, обкатка без нагрузки нового или капитально отремонтированного двигателя бульдозера ДЗ-4 составляет 3 ч, затем машину обкатывают в транспортном режиме без нагрузки в течение 5,5 ч. На последнем этапе приработки постепенно нагружают бульдозер при работе на различных передачах в течение 54 ч. Продолжительность и эффективность приработки зависят от режимов нагружения и применяемых смазочных материалов.

Работу двигателя под нагрузкой целесообразно начинать с мощности N= 11... 14,5 кВт при частоте вращения вала п = 800 об/мин и, постепенно повышая, довести мощность до 40 кВт при номинальном значении п.

Наиболее эффективным смазочным материалом, применяемым в процессе приработки дизелей, в настоящее время является масло ДП-8 с присадкой 1 об. % дибензилдисульфида или дибензилгексасульфида и вязкостью 6...8 мм2/с при температуре 100°С.

Значительно ускорить приработку деталей дизелей во время заводской обкатки можно при добавлении к топливу присадки АЛП-2. Установлено, что путем интенсификации изнашивания деталей цилиндропоршневой группы вследствие абразивного действия присадки можно добиться полной приработки их поверхностей и стабилизации расхода масла на угар. Заводская обкатка небольшой продолжительности (75... 100 мин) с применением присадки АЛП-2 обеспечивает практически такое же качество приработки деталей, как длительная обкатка в течение 52 ч на стандартном топливе без присадки. При этом износ деталей и расход масла на угар практически одинаковы.

Присадка АЛП-2 представляет собой металлоорганическое соединение алюминия, растворенное в дизельном масле ДС-11 в соотношении 1:3. Присадка легко растворяется в дизельном топливе и отличается высокими антикоррозионными свойствами. Действие этой присадки основано на образовании в процессе сгорания мелкодисперсных твердых абразивных частиц (оксида алюминия или хрома), которые, попадая в зону трения, создают благоприятные условия приработки поверхностей деталей. Наиболее значительно присадка АЛП-2 влияет на приработку верхнего хромированного поршневого кольца, торцов первой канавки поршня и верхней части гильзы цилиндра.

Учитывая высокую интенсивность изнашивания деталей цилиндропоршневой группы во время обкатки двигателей с этой присадкой, необходимо при организации испытаний автоматизировать подачу топлива. Это позволит строго регламентировать подачу топлива с присадкой и тем самым исключить возможность катастрофического износа.

4.2. Работоспособность элементов трансмиссии Элементы трансмиссии работают в условиях высоких ударных и вибрационных нагрузок в широком диапазоне температур при повышенной влажности и значительном содержании абразивных частиц в окружающей среде. В зависимости от конструкции трансмиссии ее влияние на надежность машины изменяется в широких пределах. В лучшем случае доля отказов элементов трансмиссии составляет около 30 % общего числа отказов машины. В порядке увеличения безотказности основные элементы трансмиссии машин можно распределить следующим образом: сцепление - 43 %, коробка передач - 35 %, карданная передача - 16 %, редуктор заднего моста - 6 % общего числа отказов трансмиссии.

В трансмиссию машины входят следующие основные элементы:

фрикционные муфты сцепления, зубчатые редукторы, тормозные устройства и приводы управления, Поэтому режимы работы и долговечность трансмиссии удобно рассматривать применительно к каждому из перечисленных элементов.

Фрикционные муфты сцепления. Основными рабочими элементами муфт сцепления являются фрикционные диски (бортовые фрикционы бульдозеров, муфты сцепления трансмиссий машин). Высокие коэффициенты трения дисков (= 0,18... 0,20) определяют значительную работу буксования. В связи с этим механическая энергия превращается в тепловую и происходит интенсивное изнашивание дисков. Температура деталей нередко достигает 120... 150 °С, а поверхностей дисков трения - 350...400°С. В результате фрикционные муфты нередко являются наименее надежным элементом силовой передачи.

Долговечность фрикционных дисков во многом определяется действиями оператора и зависит от качества регулировочных работ, технического состояния механизма, режимов работы и др.

На интенсивность изнашивания элементов машин существенно влияет температура поверхностей трения.

Процесс теплообразования при трении дисков муфты сцепления приближенно можно описать следующим выражением:

Q=M*(д - т)/2E

где Q - количество теплоты, выделяющийся при буксовании; М- момент, передаваемый муфтой; - время буксования; Е - механический эквивалент теплоты; д, т- угловая скорость соответственно ведущих и ведомых деталей.

Как следует из приведенного выражения, количество теплоты и степень нагрева поверхностей дисков зависят от продолжительности буксования и угловых скоростей ведущих и ведомых деталей фрикционов, которые, в свою очередь, определяются действиями оператора.

Наиболее тяжелыми для дисков являются условия работы при т = 0. Для сцепления двигателя с трансмиссией это соответствует моменту трогания с места.

Условия работы дисков трения характеризуются двумя периодами. Сначала при включении муфты фрикционные диски сближаются (участок 0-1). Угловая скорость д ведущих деталей постоянна, а ведомых т равна нулю. После соприкосновения дисков (точка а) машина трогается с места. Угловая скорость ведущих деталей уменьшается, а ведомых - увеличивается. Происходят пробуксовывание дисков и постепенное выравнивание значений д и т (точка с).

Площадь треугольника abc зависит от угловых скоростей д, т и отрезка времени 2 – 1 т.е. от параметров, определяющих количество теплоты, выделившейся при буксовании. Чем меньше разности 2 – 1 и д - т, тем ниже температура поверхностей дисков и тем меньше их износ.

Характер влияния продолжительности включения сцепления вкл на нагрузку агрегатов трансмиссии. При резком отпускании педали сцепления (минимальной продолжительности включения) крутящий момент на ведомом валу муфты может значительно превысить теоретическое значение момента двигателя за счет кинетической энергии вращающихся масс. Возможность передачи такого момента объясняется увеличением коэффициента запаса сцепления в результате суммирования сил упругости пружин нажимного диска и силы инерции поступательно движущейся массы нажимного диска. Динамические нагрузки, возникающие при этом, часто приводят к разрушению рабочих поверхностей фрикционных дисков, что отрицательно влияет на долговечность муфты сцепления.

Зубчатые редукторы. Условия работы редукторов машин характеризуются высокими нагрузками и широкими диапазонами изменения нагрузочных и скоростных режимов. Скорость изнашивания зубьев шестерен колеблется в широком диапазоне.

На валах редукторов наиболее интенсивно изнашиваются места подвижного соединения валов с подшипниками скольжения (шейки), а также шлицевые участки валов. Скорость изнашивания подшипников качения и скольжения составляет соответственно 0,015...0,02 и 0,09...0,12 мкм/ч. Шлицевые участки валов редукторов изнашиваются со скоростью 0,08...0,15 мм на 1 000 ч.

Приведем основные причины повышенного износа деталей редукторов: для зубьев шестерен и подшипников скольжения - наличие абразива и усталостное выкрашивание (питтинг); для шеек валов и уплотнительных устройств - наличие абразива; для шли- цевых участков валов - пластическое деформирование.

Средние сроки службы зубчатых колес составляют 4ООО...6ООО ч.

Интенсивность изнашивания редукторов зависит от следующих эксплуатационных факторов: скоростной, нагрузочный, температурный режимы работы; качество смазочного материала; наличие абразивных частиц в окружающей среде. Так, при повышении частоты ресурс коробки передач и главного редуктора автогудронатора вращения вала двигателя уменьшается.

С увеличением нагрузки ресурс шестерни редуктора снижается по мере роста контактных напряжений в зацеплении. Одним из основных факторов, определяющих контактные напряжения, является качество сборки механизма.

Косвенной характеристикой этих напряжений могут служить размеры пятна контакта зубьев.

Большое влияние на долговечность зубчатых передач оказывают качество и состояние смазочных материалов. В процессе работы редукторов качество смазочных материалов ухудшается вследствие их окисления и загрязнения продуктами изнашивания и абразивными частицами, поступающими в картер из окружающей среды.

Противоизносные свойства масел в процессе их использования ухудшаются. Так, износ шестерен с увеличением промежутка времени между заменами трансмиссионного масла растет по линейной зависимости.

При определении периодичности замены масел в редукторах необходимо учитывать удельные затраты на проведение смазочных и ремонтных работ Суд, руб./ч:

Суд=С1/tд+ С2/t3+ С3/to где С1 С2, С3 - затраты на доливку масла, его замену и устранение отказов (неисправностей), соответственно, руб.; t3, tд, tо периодичность доливки масла, его замены и возникновения отказов, соответственно, ч.

Оптимальная периодичность замены масла соответствует минимуму удельных приведенных затрат (tопт). На периодичность замены масла влияют условия эксплуатации. Качество масла также влияет на износ зубчатых колес.

Выбор смазочного материала для зубчатых передач зависит в основном от окружной скорости шестерен, удельных нагрузок и материала зубьев. При высоких скоростях применяют менее вязкие масла с тем, чтобы снизить затраты мощности на перемешивание масла в картере.

Тормозные устройства. Работа тормозных механизмов сопровождается интенсивным изнашиванием фрикционных элементов (средняя скорость изнашивания составляет 25... 125 мкм/ч). В результате ресурс таких деталей, как тормозные колодки и ленты, равен 1 ООО... 2 ООО ч. На долговечность тормозных устройств в большей степени влияют удельная нагрузка, скорость относительного перемещения деталей, температура их поверхностей, частота и продолжительность включений.

Частота и продолжительность включений тормоза влияют на температуру поверхностей трения фрикционных элементов. При частых и продолжительных торможениях происходит интенсивный нагрев фрикционных накладок (до 300...

400 °С), в результате чего снижается коэффициент трения и увеличивается скорость изнашивания элементов.

Процесс изнашивания асбобакелитовых фрикционных колодок и вальцованных тормозных лент, как правило, описывается линейной зависимостью.

Приводы управления. Условия работы приводов управления характеризуются высокими статическими и динамическими нагрузками, вибрацией и наличием абразива на поверхностях трения.

В конструкции машин применяют механическую, гидравлическую, а также комбинированную системы управления.

Механический привод представляет собой шарнирные соединения с тягами или другими исполнительными механизмами (зубчатыми рейками и др.). Ресурс таких механизмов определяется главным образом износостойкостью шарнирных соединений. Долговечность шарнирных соединений зависит от твердости абразивных частиц и их количества, а также от значений и характера динамических нагрузок.

Интенсивность изнашивания шарниров зависит от твердости абразивных частиц. Эффективным методом увеличения долговечности механических приводов при эксплуатации служит предотвращение попадания в шарниры абразивных частиц (герметизация сопряжений).

Основной причиной отказов гидросистемы является изнашивание деталей.

Интенсивность изнашивания деталей гидроприводов и их долговечность зависят от эксплуатационных факторов: температуры жидкости, степени и характера ее загрязнения, состояния фильтрующих устройств и т. п.

С повышением температуры жидкости ускоряется также процесс окисления углеводородов и образования смолистых веществ. Эти продукты окисления, оседая на стенках, загрязняют гидросистему, закупоривают каналы фильтров, что приводит к отказу машины.

Большое число отказов гидросистемы вызвано загрязнением рабочей жидкости продуктами изнашивания и абразивными частицами, которые вызывают повышенный износ, а в некоторых случаях и заклинивание деталей.

Максимальный размер частиц, содержащихся в жидкости, определяется тонкостью фильтрации.

В гидросистеме тонкость фильтрации составляет около 10 мкм. Наличие в гидросистеме частиц большего размера объясняется проникновением пыли через уплотнения (например, в гидроцилиндре), а также неоднородностью пор фильтрующего элемента. Скорость изнашивания элементов гидропривода зависит от размера загрязняющих частиц.

Значительное количество загрязняющих примесей вносится в гидросистему с доливаемым маслом. Средний эксплуатационный расход рабочей жидкости в гидросистемах машин составляет 0,025...0,05 кг/ч. При этом с доливаемым маслом в гидросистему вносится 0,01... 0,12 % загрязняющих примесей, что составляет 30 г на 25 л в зависимости от условий заправки. Инструкциями по эксплуатации рекомендуется промывка гидросистемы перед заменой рабочей жидкости.

Промывают гидросистему с помощью керосина или дизельного топлива на специальных установках.

Таким образом, для увеличения долговечности элементов гидропривода машин необходимо проведение комплекса мероприятий, направленных на обеспечение чистоты рабочей жидкости и рекомендуемого теплового режима работы гидросистемы, а именно:

строгое соблюдение требований инструкции по эксплуатации гидросистемы;

фильтрация масла перед заправкой гидросистемы;

Установка фильтров с тонкостью фильтрации до 15...20 мкм;

Предупреждение перегрева жидкости в процессе работы машины.

4.3. Работоспособность элементов ходовой части По конструктивному исполнению ходовой части различают гусеничные и колесные машины.

Основной причиной отказов гусеничной ходовой части является абразивное изнашивание траков и пальцев гусениц, ведущих колес, осей и втулок катков. На интенсивность изнашивания деталей ходовой части влияет предварительное натяжение гусеничного полотна. При сильном натяжении интенсивность изнашивания повышается вследствие увеличения силы трения. При слабом натяжении возникает сильное биение гусеничных полотен. Износ гусеничных цепей в большой мере зависит от условий эксплуатации машины. Повышенный износ деталей ходовой части объясняется наличием в зоне трения воды с абразивом и коррозией поверхностей деталей. Техническое состояние гусеничных полотен оценивают по износу траков и пальцев. Например, для экскаваторов признаками предельного состояния гусеничного полотна служит износ проушины трака по диаметру на 2,5 мм и износ пальцев на 2,2 мм. Предельный износ деталей ведет к удлинению гусеничного полотна на 5...6 %.

Основными факторами, определяющими эксплуатационные свойства колесного движителя, являются давление воздуха в шинах, схождение и развал колес.

Давление в шинах влияет на долговечность машины. Уменьшение ресурса при пониженном давлении вызвано большими деформациями шины, ее перегревом и расслоением протектора. Избыточное давление в шинах также ведет к сокращению ресурса, поскольку при этом возникают большие нагрузки на каркас, особенно в момент преодоления препятствия.

На интенсивность изнашивания шин влияют также схождение колес и угол их развала. Отклонение угла схождения от нормы приводит к пробуксовыванию элементов протектора и его усиленному износу. Увеличение угла схождения ведет к более интенсивному изнашиванию наружной кромки протектора, а уменьшение - внутренней. При отклонении угла развала от нормы перераспределяются давления в плоскости контакта шины с грунтом и возникает односторонний износ протектора.

4.4. Работоспособность электрооборудования машин На долю электрооборудования приходится примерно 10... 20 % всех отказов машины. Наименее надежными элементами электрооборудования являются аккумуляторные батареи, генератор и реле-регулятор. Долговечность аккумуляторных батарей зависит от таких эксплуатационных факторов, как температура электролита и сила разрядного тока. Техническое состояние батарей оценивают по их фактической емкости. Уменьшение емкости батареи (относительно номинального значения) при понижении температуры объясняется повышением плотности электролита и ухудшением его циркуляции в порах активной массы пластин. В связи с этим при низкой температуре окружающего воздуха батареи необходимо теплоизолировать.

Работоспособность аккумуляторных батарей зависит от силы разрядного тока Iр. Чем выше разрядный ток, тем большее количество электролита должно поступить внутрь пластин в единицу времени. При высоких значениях Iр глубина проникновения электролита в пластины уменьшается и емкость аккумуляторных батарей снижается. Например, при Iр = 360 А химическим превращениям подвергается слой активной массы толщиной около 0,1 мм, а емкость батареи составляет лишь 26,8 % номинального значения.

Наибольшая нагрузка на аккумуляторную батарею отмечается при работе стартера, когда сила разрядного тока достигает 300...600 А. В связи с этим целесообразно ограничить время непрерывной работы стартера до 5 с.

Существенно влияет на работоспособность батарей при низких температурах периодичность их включений (рис. 4.20). Чем меньше перерывы в работе, тем быстрее полностью разряжаются аккумуляторы, поэтому повторное включение стартера целесообразно не раньше, чем через 30 с.

В течение срока службы емкость аккумуляторных батарей изменяется. В начальный период емкость несколько увеличивается за счет разработки активной массы пластин, а затем в течение длительного периода работы остается постоянной. В результате изнашивания пластин емкость батареи снижается, и она выходит из строя. Износ пластин заключается в коррозии и деформации решеток, сульфатации пластин, выпадении активной массы из решеток и накоплении ее на дне корпуса батареи. Работоспособность аккумуляторных батарей ухудшается также вследствие их саморазрядки и снижения уровня электролита. Саморазрядку могут вызвать многие факторы, способствующие образованию гальванических микроэлементов на положительно и отрицательно заряженных пластинах. В результате снижается напряжение батарей. На величину саморазрядки влияют окисление свинца катодов под действием кислорода воздуха, растворенного в верхних слоях электролита, неоднородность материала решеток и активной массы пластин, неодинаковая плотность электролита в разных секциях батареи, исходная плотность и температура электролита, а также загрязнение наружных поверхностей батарей. При температуре ниже -5 oС саморазрядка батарей практически отсутствует.

С повышением температуры до 5° С появляется саморазрядка до 0,2... 0,3 % емкости за сутки, а при температурах 30° С и выше - до 1 % емкости батарей.

Уровень электролита снижается при высоких температурах за счет испарения воды.

Таким образом, для повышения долговечности аккумуляторных батарей в процессе их эксплуатации следует соблюдать следующие правила:

теплоизолировать батареи при использовании в холодное время;

Сокращать до минимума продолжительность включения стартера с перерывами между включениями не менее 30 с;

хранить аккумуляторные батареи при температуре около 0o С;

Строго соблюдать номинальную плотность электролита;

Исключать загрязнение наружных поверхностей аккумуляторных батарей;

при снижении уровня электролита доливать дистиллированную воду.

Одной из основных причин выхода из строя генератора является повышение его температуры в процессе работы. Нагрев генератора зависит от конструкции и технического состояния элементов электрооборудования.

4.5. Методика определения оптимальной долговечности машин Под оптимальной долговечностью машин подразумевают экономически оправданный срок их использования до капитального ремонта или списания.

Срок использования машин ограничивается по любой из следующих причин:

невозможность дальнейшей эксплуатации машины из-за ее 1) технического состояния;

2)нецелесообразность дальнейшей эксплуатации машины с экономической точки зрения;

3) недопустимость использования машины с точки зрения безопасности.

При определении оптимального ресурса машин до капитального ремонта или списания широкое применение нашли технико – экономические методы, в основу которых положен критерий экономической эффективности использования машин в эксплуатации.

Рассмотрим последовательность оценки оптимальной долговечности машин с помощью технико-экономического метода. Оптимальный ресурс машины в этом случае определяем по минимуму удельных приведенных затрат на ее приобретение и эксплуатацию.

Суммарные удельные приведенные затраты Суд (в рублях на единицу наработки) включают в себя Спр - удельные приведенные затраты на приобретение машины; Ср - средние удельные затраты на поддержание работоспособности машины при эксплуатации; С - удельные затраты на хранение машины, техническое обслуживание, заправку ее горюче-смазочными материалами и др.

–  –  –

–  –  –

Анализ выражения показывает, что с увеличением наработки T значение Спр уменьшается, значение Ср(Т) увеличивается, а затраты С остаются постоянными.

В связи с этим очевидно, что кривая, описывающая изменение суммарных удельных приведенных затрат, должна иметь перегиб в некоторой точке, отвечающей минимальному значению Суд min.

Таким образом, оптимальный ресурс машины до капитального ремонта или списания определяют согласно целевой функции

–  –  –

3 +1 = 2 + 2 0 + 3 0 + + 0 2 3 4 + 1 4 Последнее уравнение дает возможность определить Т0 методом итераций.

В связи с тем, что определение оптимального ресурса требует большого объема вычислений, необходимо применять ЭВМ.

Описанный метод можно также использовать при определении оптимальной долговечности капитально отремонтированных машин.

В этом случае в целевой функции (5) вместо затрат на приобретение машины Спр учитывают удельные приведенные затраты на капитальный ремонт данной машины Ск р:

Л кр = П где S - себестоимость капитального ремонта, руб.; Е - коэффициент эффективности капиталовложений; К - удельные капиталовложения, руб.; SK - ликвидационная стоимость, руб.; Пт - техническая производительность машины, ед./ч; Т - межремонтный ресурс, ч.

Целевая функция при определении оптимального ресурса капитально отремонтированных машин имеет вид Cуд(T)= min [ Cкр(T)+Cр(T)+C], 0TTн где Тн - оптимальное значение ресурса машины, не прошедшей ни одного капитального ремонта.

Наук, профессора М.П. Щетинина Сос...» Ответственный редактор: Копылова Е.Ю.Редакционна...» олимпиадам.Составитель: Паркевич Егор Вадимович...»Организация-разработчик: ГПОУ ЯО Мышкинский политехнический колледж Разработчики: Самоварова С.В. ст мастер Габченко В.Н. преподаватель Боровик Сергей Юрьевич КЛАСТЕРНЫЕ МЕТОДЫ И СИСТЕМЫ ИЗМЕРЕНИЯ ДЕФОРМАЦИЙ СТАТОРА И КООРДИНАТ СМЕЩЕНИЙ ТОРЦОВ ЛОПАТОК И ЛОПАСТЕЙ В ГАЗОТУРБИННЫХ ДВИГАТЕЛЯХ Специальность 05.11.16 – Информационно-измерительные и управляющие системы (промышленность)...»

«ДОЛГОСРОЧНОЕ И РАЗНОСТОРОННЕЕ СОТРУДНИЧЕСТВО ОАО "РусГидро" Компании АйТи и ОАО "РусГидро" (РусГидро) связывают годы сотрудничества и десятки совместно выполненных успешных проектов в сфере информационных технологий. Разработка технического проекта создания комплекса информационных и инженерных систем для одной из ГЭС была выполнена еще в 2006 г...»

«Жуков Иван Алексеевич Развитие научных основ повышения эффективности ударных машин для бурения скважин в горных породах Специальность 05.05.06 – Горные машины Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук Новосиби...»

Физико-технический институт (государственный университет) 2 Российская академия народного хозяйства и государственной службы при През...» 011-8-1-053 Приток-А-4(8) ЛИПГ.425212.001-053.01 РЭ Руководство по эксплуатации ЛИПГ.425212.001-053.01 РЭ СОДЕРЖАНИЕ ВВЕДЕНИЕ 1. ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ 1....» ЛЕСОУСТРОИТЕЛЬНОЙ ИНСТРУКЦИИ В соответствии с частью...» 2017 www.сайт - «Бесплатная электронная библиотека - электронные ресурсы»

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.