2978

УДК 69.003:004 (0765)

А736

Анферов В.Н., Кузнецов С.М., Круглов А.И. Комплексная оценка надежности работы строительных машин: Метод.

указ. к практ. занятиям. – Новосибирск: Изд-во СГУПСа, 2016. – 92 с.

Изложены рекомендации по расчету комплексных показателей надежности работы строительных машин и систем при выполнении заданий на практических занятиях по дисциплине «Надежность механических систем» с использованием комплекса программ для ПЭВМ, содержат варианты заданий.

Предназначены для студентов, обучающихся по специальности 23.05.01 «Наземные транспортно-технологические средства» (специализация «Подъемно-транспортные, строительные, дорожные средства и оборудование»).

Рассмотрены и рекомендованы к изданию на заседании кафедры «Подъемно-транспортные, путевые, строительные и дорожные машины».

О т в е т с т в е н н ы й р е д а к т о р д-р техн. наук, проф. Б.Н. Смоляницкий

Р е ц е н з е н т

завкафедрой «Технология строительного производства» НГАСУ д-р техн. наук, доц. М.М. Титов

© Сибирский государственный университет путей сообщения, 2016 © Анферов В.Н., Кузнецов С.М., Круглов А.И., 2016

2

Вседьмой и восьмой главах приводятся алгоритмы и примеры решения задач построения многофакторных математических моделей показателей в форме уравнения регрессии и установления границ (доверительных интервалов), обеспечивающих заданную надежность полученных результатов по математической модели.

Решение задач проводится студентами в ручном режиме с применением прикладной программы Excel.

Вдевятой главе приводятся примеры решения задач с использованием пакета прикладных программ «Компас», установленном в компьютерном классе. В приложении содержатся варианты исходных данных для выполнения самостоятельной работы студентами.

1.Общие сведения о надежности отдельных машин

икомплектов

Понятие надежности формулируется как свойство объекта (машины, узла машины, детали и т.п.) выполнять заданные функции, сохраняя свои эксплуатационные показатели в заданных пределах в течение требуемого промежутка времени.

Теория надежности – комплексная научная дисциплина, включающая следующие разделы: математическая теория надежности, надежность объектов по отдельным физическим критериям отказов, расчет и прогнозирование надежности и ряд других [1, 2]. В процессе эксплуатации машины, выполняющие заданные функции, установленные требованиями технической документации, подвергаются разного рода воздействиям, которые приводят к развитию процессов, вызывающих отказ. Отказом называют нарушение работоспособности машины. Поскольку воздействия на машину и процессы, которые в ней происходят при выполнении рабочих функций, имеют случайную природу, то и сами отказы являются случайными величинами.

Свойство надежности принято оценивать количественными показателями, в основе которых лежит понятие наработки [3]. Наработка – продолжительность или объем работы объекта, из-

4

меряемые в часах, километрах, циклах, кубических метрах и других единицах, в том числе безразмерных.

Всоответствии с ГОСТ 27.002–89 показателями надежности машин являются:

1) единичный показатель надежности, характеризующий одно из свойств, составляющих надежность системы;

2) комплексный показатель, характеризующий несколько свойств, составляющих надежность системы;

3) расчетный показатель надежности, значения которого определяются расчетным методом;

4) экспериментальный показатель надежности, точечная или интервальная оценка которого определяется по данным испытаний; 5) эксплуатационный показатель надежности, точечная или интервальная оценка которого определяется по данным эксплуа-

тации; 6) экстраполированный показатель надежности, точечная или

интервальная оценка которого определяется на основании результатов расчетов, испытаний и (или) эксплуатационных данных путем экстраполирования на другую продолжительность эксплуатации и другие условия эксплуатации.

Впроцессе эксплуатации машин и механизмов в строительных подразделениях ведутся журналы учета времени использования машины по определенным периодам (как правило, по календарным месяцам). На основании статистической обработки этих записей были созданы базы данных для машин и комплектов гидротранспортных систем (кранов, экскаваторов, бульдозеров и трубоукладчиков) [4, 5]. В табл. 1.1 приведены данные по бульдозеру марки ДЭТ-250.

Значение коэффициента использования по времени Кв определяется отношением полезного времени использования машины (машина исправна, находится в работоспособном состоянии) к заданному календарному времени ее работы. Полезное время работы машины получено исключением из календарного времени неплановых перерывов – простоев по организационным и метеорологическим причинам. Поскольку многообразие причин простоев носит случайный характер, то коэффициент использования

5

по времени является случайной интегральной характеристикой работы машины.

Далее при анализе работы строительных машин будем рассматривать только основные эксплуатационные комплексные показатели надежности: коэффициент готовности Kг, коэффициент оперативной готовности Kог, коэффициент технического использования Kти, коэффициент сохранения эффективности Ксэ. Эти показатели можно определить на примере данных, приведенных для бульдозера (см. табл. 1.1).

Под коэффициентом готовности Kг понимается вероятность того события, что машина окажется в работоспособном состоя-

6

нии в произвольный момент времени, кроме планируемых периодов, в течение которых применение машины по назначению не предусматривается.

Коэффициент готовности представляет собой отношение времени исправной работы к сумме времени исправной работы Tр и вынужденных простоев объекта Tп, взятых за один и тот же календарный срок:

между соседними отказами и времени восстановления соответственно:

где Тн – средняя наработка на отказ; Тв – среднее время восстановления.

Коэффициент оперативной готовности Kог характеризует надежность изделия, необходимость применения которого возникает в произвольный момент времени, после которого требуется безотказная работа изделия в течение заданного интервала времени. Значение коэффициента оперативной готовности определяется по формуле

где Kг – коэффициент готовности; Р – вероятность безотказной работы машины в течение заданного интервала времени.

Значения коэффициента оперативной готовности используются при выполнении работ по оценке эффективности машины, а также при оценке расчетных значений надежности по полученным эксплуатационным результатам работы машины.

Коэффициент технического использования Kти характеризует отношение математического ожидания суммарного времени пребывания машины в работоспособном состоянии за некоторый период эксплуатации к математическому ожиданию суммарного времени пребывания машины в работоспособном состоянии и

7

простоев, обусловленных техническим обслуживанием и ремонтом за тот же период.

Коэффициент технического использования обычно оценивается за длительный период (от начала эксплуатации до капитального ремонта, между капитальными ремонтами, за весь период эксплуатации):

где Тр – суммарное время пребывания системы в работоспособном состоянии за некоторый длительный период эксплуатации; Трем – суммарное время ремонтов и технического обслуживания за этот же период.

Коэффициент технического использования можно рассматривать как вероятность того события, что в данный, произвольно взятый момент времени объект работоспособен, а не находится в ремонте.

Для оценки величины коэффициента технического использования также предлагается применять формулу

где Кв – коэффициент использования по времени.

Следуя приведенной логике, ориентировочную оценку вре-

где Tф – календарный фонд рабочего времени; Kти – коэффициент технического использования.

Оценку значения коэффициента эффективности предлагается вычислять по формуле

где Kвmax – максимальное значение коэффициента использования по времени за расчетный интервал времени (за месяц).

Коэффициент сохранения эффективности Ксэ – отношение значения показателя эффективности использования машины по

8

назначению за определенную продолжительность эксплуатации к номинальному значению этого показателя, вычисленному при условии, что отказы машины в течение того же периода не возникают.

Коэффициент сохранения эффективности вычисляется по формуле

где Эн – номинальное значение показателя эффективности объекта, определенное при условии отсутствия отказов, Эн = max(Эi); n – количество работоспособных состояний объекта; Эi, Pi – эффективность и вероятность пребывания объекта в i-м работоспособном состоянии соответственно.

Коэффициент сохранения эффективности, вычисленный по формуле (1.8), показывает отклонение расчетных параметров за конкретный промежуток времени от номинального значения. Далее в качестве показателя эффективности работы машины принимается коэффициент использования по времени Кв.

По мнению авторов, в условиях неопределенности установления значений Pi коэффициент сохранения эффективности системы можно выразить формулой

Коэффициент сохранения эффективности работы бульдозе-

Коэффициент сохранения эффективности, вычисленный по формуле (1.9), показывает эффективность использования системы за конкретный промежуток времени.

9

2. Практические задачи оценки показателей надежности по статистическим данным, полученным в процессе эксплуатации машин

Сведения, приведенные в табл. 1.1, представляют собой некоторую выборку из базы данных, в которой время работы, технологические перерывы и простои являются случайными величинами. Нахождение законов их распределения и определение параметров этих законов основано на обработке и анализе статистических данных о случайных величинах. Методы обработки и анализа статистических сведений изучаются в теории математической статистики [6–8].

В данных методических указаниях на примере сведений табл. 1.1 последовательно рассматривается ряд задач, которые студенты выполняют на практических занятиях либо дома по заданному преподавателем варианту.

Задача 1. На основе исходных данных табл. 1.1 по формулам (1.1), (1.5), (1.6), (1.7) создать расширенную базу данных в форме табл. 2.1, в которую будут включены основные показатели работы бульдозера.

Далее на исходных данных табл. 2.1 решаются задачи по освоению методов анализа структуры выборок и построению рядов распределения случайных величин (задача 2, разд. 5); расчету элементарных статистик для рядов распределения (задача 3, разд. 6); оценке тесноты и значимости корреляционной связи между коэффициентом использования бульдозеров по времени и показателями надежности: Kг, Kти, Kэ (задача 4, разд. 7); построению доверительных интервалов значений случайных величин Kв, Kг, Kти, Kэ (задача 5, разд. 8). Автоматизация обработки выборок случайных величин, построения графиков функций распределения, получения уравнения регрессии между факторами и построения графиков доверительных интервалов для уравнений регрессии рассматриваются в задачах 6, 7, 8 (разд. 9).

10