Министерство транспорта Российской Федерации

Федеральное агентство железнодорожного транспорта

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

Самарский государственный университет путей сообщения

Кафедра «Строительные, дорожные машины и технология машиностроения»

Определение основных показателей надёжности машин

Методические указания к выполнению расчётно-графической работы

для студентов специальности 190109.65

Очной и заочной форм обучения

Составитель: В.П. Киреев

Самара 2012

УДК 629.424.004.67

Определение основных показателей надёжности машин: Методические указания к выполнению расчётно-графической работы студентов специальности 190109.65 очной и заочной форм обучения/ составитель: В.П. Киреев - Самара: СамГУПС, 2012. – 17 с.

Утверждены на заседании кафедры «Строительные, дорожные машины и технология машиностроения» _____06.03____2012 г., протокол № _7_

Печатаются по решению редакционно-издательского совета университета.

Методические указания предназначены для решения практических задач по дисциплине «Надёжность механических систем» и позволяют студентам получить навыки расчётов основных показателей надёжности применительно к подъёмно-траспортным, строительным, дорожным средствам и оборудованию в процессе индивидуальной самостоятельной работы. Методические указания содержат краткие необходимые сведения из теории надежности, задания на РГР и методы расчета критериев надежности.

Составитель: Киреев Владимир Павлович

Рецензенты: к.т.н., доцент СамГУПС Г.Р. Маёров,

к.т.н. Ведущий научный сотрудник НИЛ-57

СГАУ Л.А. Павлович

Подписано в печать Формат 60х90 1/16

Бумага писчая. Печать оперативная. Усл. п.л. 1,56

Тираж 100 экз. Заказ №

 Самарский государственный университет путей сообщения, 2012.

Введение

Надежность строительных, дорожных машин является одним из важнейших условий, обеспечивающих планомерное и качественное обслуживание железных дорог.

Выполнение контрольной работы имеет своей целью помочь студенту усвоить исходные положения теории надежности и получить первые навыки практических расчетов показателей надежности применительно к строительным, дорожным машинам. В контрольной работе предложено выполнить расчеты для некоторого объекта (им может быть любой элемент, подсистема или строительная, дорожная машина в целом).

Приступая к выполнению контрольной работы, студент должен усвоить основные термины и определения теории надежности и основные положения теории вероятностей и математической статистики.

Для выполнения контрольной работы нужно также получить основные представления о повышении надежности путем резервирования, усвоить понятия: основной и резервный элемент и др. После этого студент может перейти к выполнению контрольной работы.

В контрольной работе предлагается из множества используемых на практике показателей надежности рассчитать вероятность безотказной работы, среднюю наработку до отказа, интенсивность отказов и другие показатели. Эти показатели обычно рассчитываются для невосстанавливаемых объектов, а для восстанавливаемых - только применительно к периоду эксплуатации до первого отказа. Тем не менее, эти показатели достаточно широко используются для оценки безотказности, как на стадии проектирования и испытания объектов, так и при их эксплуатации.

Контрольная работа разбита на отдельные задания. Выполнение каждого задания завершается контрольным вопросом, который имеет целью помочь студенту подготовиться к зачету.

КРАТКИЕ СВЕДЕНИЯ О НАДЕЖНОСТИ В ТЕХНИКЕ

Наука о надежности изучает качественные и количественные закономерности изменения технического состояния объектов и возникновения отказов этих объектов. На основании этого она определяет пути предупреждения и устранения неработоспособного состояния объектов, обеспечивающие с наименьшими затратами труда и средств необходимую продолжительность их надежной работы. При этом она вырабатывает и систематизирует объективные знания о сохранении работоспособности объектов в процессе их использования по назначению, занимается анализом общих закономерностей, определяющих долговечность работы различных устройств и сооружений, занимается разработкой способов предупреждения отказов на стадиях проектирования, сооружения и эксплуатации объектов, оценивает количественно вероятность того, что характеристики объекта будут в пределах технических норм на протяжении заданного периода времени. В математическом аппарате, современной науки о надёжности используются: теория вероятностей, математическая статистика, теория случайных процессов, математическая логика, теория экспертных оценок и др.

Гост 27.002 89 даёт основные понятия термины и определения надёжности в технике.

Надежность - свойство объекта сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания, хранения и транспортирования. Примечание. Надежность является комплексным свойством, которое в зависимости от назначения объекта и условий его применения может включать безотказность, долговечность, ремонтопригодность и сохраняемость или определенные сочетания этих свойств

Объе́кт (от латинского objectum — предмет) — то, на что направлено индивидуальное или коллективное сознание, элемент действительности, взятый без связи со временем; то, что имеет характеристики и может вступать во взаимодействие; предмет, явление или процесс, на которые направлена практическая и познавательная деятельность субъекта (наблюдателя). Объекты можно разделить на системы и элементы. Объекты делятся на восстанавливаемые и невосстанавливаемые, ремонтируемые и неремонтируемые

Система – это техническое устройство, состоящее из конструктивно и функционально объединенных элементов, предназначенных для выполнения практических эксплуатационных задач.

Элемент – составная часть сложной системы, которая может характеризоваться самостоятельными входными и выходными параметрами, как часть системы не имеют самостоятельного (вне системы) эксплуатационного назначения и выполняют в ней заданные функции.

Безотказность - свойство объекта непрерывно сохранять работоспособное состояние в течение некоторого времени или наработки.

Долговечность - свойство объекта сохранять работоспособное состояние до наступления предельного состояния при установленной системе технического обслуживания и ремонта.

Ремонтопригодность - свойство объекта, заключающееся в приспособленности к поддержанию и восстановлению работоспособного состояния путем технического

обслуживания и ремонта.

Сохраняемость - свойство объекта сохранять в заданных пределах значения параметров, характеризующих способности объекта выполнять требуемые функции, в течение и после хранения и (или) транспортирования.

Исправное состояние (Исправность) - состояние объекта, при котором он соответствует всем требованиям нормативно-технической и (или) конструкторской (проектной) документации.

Неисправное состояние (Неисправность) - состояние объекта, при котором он не соответствует хотя бы одному из требований нормативно-технической и (или) конструкторской (проектной) документации.

Работоспособное состояние (Работоспособность) - состояние объекта, при котором значения всех параметров, характеризующих способность выполнять заданные функции, соответствуют требованиям нормативно-технической и (или) конструкторской (проектной) документации.

Неработоспособное состояние (Неработоспособность) - состояние объекта, при котором значение хотя бы одного параметра, характеризующего способность выполнять заданные функции, не соответствует требованиям нормативно-технической и (или) конструкторской (проектной) документации.

Примечание. Для сложных объектов возможно деление их неработоспособных состояний. При этом из множества неработоспособных состояний выделяют частично неработоспособные состояния, при которых объект способен частично выполнять требуемые функции.

Предельное состояние - состояние объекта, при котором его дальнейшая эксплуатация недопустима или нецелесообразна, либо восстановление его работоспособного состояния невозможно или нецелесообразно.

Критерий предельного состояния - сризнак или совокупность признаков предельного состояния объекта, установленные нормативно-технической и (или) конструкторской (проектной) документацией.

Примечание. В зависимости от условий эксплуатации для одного и того же объекта могут быть установлены два и более критериев предельного состояния.

Дефект – (по ГОСТ 15467-79), (СТ СЭВ 3519-81) каждое отдельное несоответствие продукции установленным требованиям.

Изделие – (по ГОСТ 15895-77) единица промышленной продукции, количество которой может исчисляться в штуках (экземплярах).

Повреждение - событие, заключающееся в нарушении исправного состояния объекта при сохранении работоспособного состояния.

Сбой - самоустраняющийся отказ или однократный отказ, устраняемый незначительным вмешательством оператора.

Отказ - событие, заключающееся в нарушении работоспособного состояния объекта.

Наработка - продолжительность или объем работы объекта. Примечание. Наработка может быть как непрерывной величиной (продолжительность работы в часах, километраж пробега и т. п.), так и целочисленной величиной (число рабочих циклов, запусков и т. п.). Различают суточную, месячную наработки, наработку до первого отказа, между отказами и т.д.

Наработка до отказа - Наработка объекта от начала эксплуатации до

возникновения первого отказа.

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

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

Восстановление - процесс перевода объекта в работоспособное состояние из неработоспособного состояния.

Ремонтируемый объект - объект, ремонт которого возможен и предусмотрен нормативно-технической, ремонтной и (или) конструкторской (проектной) документацией

Восстанавливаемый объект - объект, для которого в рассматриваемой ситуации проведение восстановления работоспособного состояния предусмотрено в нормативно-технической и (или) конструкторской (проектной)) документации

Термины и определения для количественных оценок характеристик рассматриваются обычно в связи со свойствами объектов.

Показатель надежности – это количественная характеристика одного или нескольких свойств, составляющих надежность объекта, численное значение показателей которых может быть выражена размерными или безразмерными величинами, он может изменяться в зависимости от условий эксплуатации и этапов существования объекта.

Вероятность безотказной работы - вероятность того, что в пределах заданной наработки отказ объекта не возникнет. Вероятность безотказной работы Р(t) объекта в интервале от 0 до t включительно определяют как

Вероятность безотказной работы Р(t) является функцией наработки t. Обычно эту функцию предполагают непрерывной и дифференцируемой. Она связана с функцией распределения F(t) и плотностью распределения f(t) наработки до отказа:

Наряду с понятием "вероятность безотказной работы" часто используют понятие "вероятность отказа", которое определяется следующим образом: это вероятность того, что объект откажет хотя бы один раз в течение заданной наработки, будучи работоспособным в начальный момент времени. Вероятность отказа на отрезке от 0 до t определяют по формуле

Точечные статистические оценки для вероятности безотказной работы от 0 до t и для функции распределения наработки до отказа даются формулами:

где N - число объектов, работоспособных в начальный момент времени;

п(t) - число объектов, отказавших на отрезке от 0 до t.

Средняя наработка до отказа – математическое ожидание наработки объекта до первого отказа, показатель, характеризующий свойство безотказности объектов. Определяется он как математическое ожидание наработки объекта до отказа у неремонтируемых или до первого отказа у ремонтируемых изделий

.

Интенсивность отказов - Условная плотность вероятности возникновения отказа объекта, определяемая при условии, что до рассматриваемого момента времени отказ не возник. Определяет свойство безотказности неремонтируемых объектов. Этот показатель обозначается и представляет собой условную плотность вероятности возникновения отказа невосстанавливаемого объекта, определяемую для рассматриваемого момента времени (наработка) при условии, что до этого времени отказ не возник.

.

Средняя наработка до отказа - математическое ожидание наработки объекта до первого отказа является отношением суммарной наработки однотипных объектов к математическому ожиданию общего числа их отказов в течение этой наработки.

Статистическая оценка для средней наработки до отказа дается формулой

где: N – число работоспособных объектов при t=0,

τ_j – наработка до первого отказа каждого из объектов.