книги из ГПНТБ / Липчин Ц.Н. Надежность самолетных навигационно-вычислительных устройств

Г л а в а II СОСТАВ ЭЛЕМЕНТОВ И СТРУКТУРА ИХ ОТКАЗОВ

2. 1. СОСТАВ ОСНОВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

Различные по назначению навигационные вычислите­ ли состоят из большого числа типовых стандартных эле­ ментов, которые образуют функциональные схемы узлов и блоков вычислителя и обеспечивают выполнение эле­ ментарных математических операций. Укрупненная схема применяемых элементов для формирования типового электромеханического навигационного вычислителя пред­ ставлена на рис. 2. 1.

Основным критерием надежности элементов является интенсивность их отказов, что в значительной степени определяет надежность вычислителя в целом. Особен­ ность эксплуатируемых вычислителей состоит в том, что в них применены элементы, которые в смысле надежнос­ ти неравноценны.

Средняя интенсивность отказов элементов, применяе­ мых в вычислительных устройствах, приведена в прило­ жении 1.

Основными типовыми'элементами (см. рис. 2.1) яв­ ляются исполнительные электродвигатели постоянного и переменного тока, поворотные трансформаторы, сельси­ ны, потенциометры, усилители, реле, вибропреобразова­ тели, трансформаторы, резисторы, конденсаторы, элект­ ровакуумные и полупроводниковые приборы, счетчики, дифференциалы, угломеры, зубчатые передачи, маномет­ рические узлы и т. п.

Рассмотрим качественный состав элементов.

В группу электродвигателей включены исполнитель­ ные двигатели типа ДИД, двигатели-генераторы типа ДГ, интегрирующие двигатели типа ДИ-6, интегрирую­

40

а

I

! 3t§

Рис. 2. 1. Схема формирования блоков электромеханического на­ вигационного вычислителя из ос­ новных элементов

личных модификаций, которые применяются главным об­ разом в качестве преобразовательных элементов, выпол­ няющих функции преобразования угловых перемещений в амплитуду переменного напряжения, изменяющегося по синусному или косинусному закону.

Сельсины представляют собой своеобразные транс­ форматоры, у которых при вращении ротора плавно из­ меняется взаимная индуктивность между обмотками ста­ тора и ротора. При наличии электрической связи между двумя сельсинами изменения, происходящие в первом сельсине (датчике), вызывают соответствующие измене­ ния во втором (приемнике), вследствие чего синхронно обрабатывается заданная величина.

Вданную группу включены следующие используемые

вHB типы сельсинов:

ройствами, позволяющими при вращательном перемеще­ нии движка снимать напряжения, изменяющиеся по ли­ нейному или функциональному закону. В данную группу включены однооборотные и многооборотные линейные и функциональные потенциометры типа ПТП, ППМЛ, ППБЛ и др.

Усилители. В эту группу включены магнитные и полу­ проводниковые усилители, применяемые в HB главным образом для усиления сигнала переменного тока и управ­ ления исполнительными двигателями.

Реле. Данная группа включает различные типы нейт­ ральных и лоляризованных реле, применяемых в качест­ ве коммутационных элементов электрических схем. На­ ибольшее применение в HB нашли реле типа РЭС-10.

Вибропреобразователи представляют особый тип быстродействующих реле, преобразующих входные сиг­ налы постоянного тока в переменный.

• Наибольшее распространение нашли вибропреобразо­ ватели типов ВПГ-62 и др.

42

Трансформаторы и дроссели служат для изменения напряжений и индуктивных сопротивлений в электричес­ ких схемах.

Резисторы, конденсаторы являются пассивными эле­

являются усилительными элементами электронных схем. Разъемы — механические устройства, осуществляю­ щие электрический контакт между конструктивно раз­

личными блоками HB.

Электромагнитные муфты применяются для торможе­ ния и переключения кинематических цепей механизмов в зависимости от выбранного режима работы.

Элементы кинематических схем HB. Угловые переме­ щения ряда механизмов HB определяются при помощи счетчиков.

Счетчики. В данную группу входят различные счетчи­ ки стрелочного типа и счетчики десятичного отсчета ба­ рабанного типа.

Дифференциалы применяются для сложения и вычи­ тания движений, передаваемых с различных осей меха­ низмов.

Редукторы — механические устройства, состоящие из набора зубчатых колес и трибок и используемые для из­ менения числа оборотов выходного вала в механизмах, где применяются исполнительные двигатели.

Угломеры служат для контроля за положением вы­ ходных осей счетно-решающих механизмов. Угломер со­ стоит из двух цилиндрических барабанов, один из кото­ рых является отсчетным, а другой нониусным.

Мембранные коробки. Для измерения абсолютного давления служит герметически изготовленная коробка, называемая анероидной, для измерения разности двух давлений — манометрическая коробка, во внутреннюю по­ лость которой подается измеряемое давление.

К другим элементам кинематической схемы следует отнести переключатели, подшипниковые узлы, щеточные узлы, кулачковые механизмы и т. д.

2 2. ВИДЫ ОТКАЗОВ ЭЛЕМЕНТОВ

Отказы элементов происходят вследствие либо посте­ пенного изменения основных параметров, либо внезап­ ных повреждений самого элемента.

43

Самоустра­ Сбой няющийся Перемежаю­

отказ щийся отказ

44

45

Продолжение

46

Постепенные отказы вызываются процессами изнаши­ ваемости или старения элемента. Внезапные отказы про­ исходят в результате внутренних дефектов элемента, вызванных недостатками технологии его производства, ошибками обслуживающего персонала и другими небла­ гоприятными воздействиями.

Явные отказы легко обнаруживаются при внешнем осмотре, неявные можно обнаружить только с помощью специальных измерений.

Независимые отказы отличаются от зависимых тем, что их возникновение не связано с предшествующими отказами других элементов.

Полный отказ вызывает полное нарушение работоспо­ собности элемента, частичный — только ухудшение ка­ чества функционирования.

47

Изменение параметров элемента, приближающее его режим работы к предельно допустимому, может вызы­ вать кратковременные самоустраняющиеся отказы, на­ зываемые сбоями.

Причинами отказов могут быть:

—неудовлетворительные конструкции или качество изготовления самого элемента;

—неправильный выбор режима эксплуатации эле­

мента.

По причинам возникновения отказы элементов мож­ но разделить на конструкционные, технологические и экс­ плуатационные.

Конструкционный отказ обусловлен несовершенством проектирования и конструирования как отдельных эле­ ментов, так и узлов, блоков, систем.

Наиболее характерными конструкционными отказа­ ми HB являются: заклинивание мелкомодульных зубча­ тых редукторов из-за неправильного выбора величины бокового зазора, нарушение тепловых режимов эксплуа­ тации из-за отсутствия вентиляционных отверстий в ко­ жухе блока и т. п,

Технологический отказ обусловлен нарушением техно­ логического процесса или его несовершенством. Наибо­ лее характерными технологическими отказами HB явля­ ются: нарушение контактирования в щеточных узлах по­ тенциометра из-за загрязнения внешней среды при его сборке, затирание редукторов из-за недостаточной прикатки отдельных трущихся механизмов и т. п.

Эксплуатационный отказ обусловлен неправильной организацией системы эксплуатации и планово-предупре­ дительного ремонта. Наиболее характерными эксплуата­ ционными отказами HB являются: нарушение контактов штепсельных разъемов, недостаточность смазки кинема­ тических элементов из-за несвоевременного проведения регламентных работ и т. п.

Классификация отказов HB приведена в табл. 2. 1, типичные внезапные отказы некоторых электрических элементов'HB — в табл. 2.2.

2 3. ВЫБОР ОСНОВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ СИСТЕМ И РЕЖИМОВ ИХ РАБОТЫ

Надежность сложных систем существенно зависит от надежности комплектующих элементов, которая опреде­ ляется качеством исходных материалов, технологией их

48

производства, временем их работы и хранения в условиях воздействия различных факторов (электрический режим работы элементов, окружающая температура, механи­ ческие и климатические воздействия и др.). Знание зави­ симости интенсивности отказов ХІ О Т воздействующих факторов дает возможность конструктору правильно вы­ брать тот или иной тип элемента для получения задан­ ной надежности аппаратуры.

Рассмотрим влияние электрических режимов на ко­ личественные характеристики надежности элементов.

Режим электрической нагрузки элементов обычно определяется коэффициентом нагрузки kH, под которым в общем случае понимается отношение значения некото­ рого параметра, характеризующего работу элемента в реальном режиме, к его номинальному' значению, пре­ дусмотренному техническими условиями.

Известно, что при уменьшении коэффициента нагруз­ ки абсолютное значение Я,- падает, а участок номиналь­ ной работы КІ = const возрастает. Однако это приводит к некоторому увеличению периода приработки изделия, что затрудняет выявление элементов, имеющих скрытые технологические дефекты.

Для облегчения режимов работы элементов в систему ставятся элементы, имеющие значительный запас по мощности, напряжению, току и др. При замене элементов одного типа другим необходимо учитывать не только их мощность, но и зависимость интенсивности отказов от коэффициента нагрузки kH. При нормальных условиях эксплуатации (температура окружающей среды •^ = 20° С; влажность ф = 6 5 % , давление р = 760 мм рт. ст.) умень­ шение kH приводит к снижению Я,, а следовательно, к увеличению вероятности безотказной работы.

Исходными данными для расчета надежности систе­ мы являются номинальные значения интенсивности от­ казов комплектующих элементов Ко- Для учета влияния температуры и электрической нагрузки на интенсивность отказов для каждой группы элементов существуют зави­ симости относительного коэффициента интенсивности от­ казов а = Х*/А, от температуры при различных коэффици­ ентах нагрузки.

Рабочая интенсивность отказов системы с учетом вли­ яния вибрации, ударов, влажности и пониженного дав­ ления определяется по формуле

49