Расчет показателей надежности отдельных систем и автомобиля в целом определение параметров долговечности. Учебно-методическое пособие для практических

УДК 62-192 ББК 30.820.51

Я 77

Рекомендовано к изданию cоветом механического факультета Государственного образовательного учреждения

высшего профессионального образования «Донбасская национальная академия строительства и архитектуры»

Доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой «Автомобильные дороги и аэродромы» ГОУ ВПО «Донбасская национальная академия строительства и архитектуры» Братчун В.И.

Доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой «Транспортные системы и логистика им. И.Г. Штокмана» ГОУ ВПО «Донецкий национальный технический университет» Гутаревич В.О.

Я 77 Расчет показателей надежности отдельных систем и автомобиля в целом; определение параметров долговечности: учебно-методическое пособие для практических работ студентов по дисциплине «Теоретические основы надежности» (для студентов направления подготовки 23.03.03 «Эксплуатация транспортно-технологических машин и комплексов» очной и заочной форм обучения) / А.Г. Яценко, С.В. Крахин. – Макеевка: ДОННАСА, 2022. – 64с.

Изложен порядок выполнения ряда практических работ, предусматривающих изучение студентами методов и средств для проведения расчетов показателей надежности узлов и агрегатов автомобиля и его систем. Практические работы включают методику их выполнения, краткие теоретические сведения и методические рекомендации, задания к работам и контрольные вопросы. Предназначены для студентов направления подготовки 23.03.03 «Эксплуатация транспортно-технологических машин и комплексов» дневной и заочной форм обучения.

УДК 62-192 ББК 30.820.51

©А.Г. Яценко, С.В. Крахин, 2022

©ГОУ ВПО «Донбасская национальная академия

строительства и архитектуры», 2022

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

Одной из важнейших проблем, которые стоят перед автомобильным транспортом, есть повышение эксплуатационной надѐжности автомобилей.

Требования к надѐжности транспортных средств повышаются в связи с ростом скоростей и интенсивности движения, мощности, грузоподъемности и вместительности автомобилей, а также при усилении технологической и организационной связей автомобильного транспорта с предприятиями, которые обслуживаются, и другими видами транспорта.

Постоянное увеличение числа эксплуатируемых автомобилей ведет к загрязнению окружающей среды вредными для здоровья человека компонентами газов, которые отработали, и эксплуатационных материалов, а также продуктами изнашивания и неутилизированными отработанными ресурсами, узлами и деталями. На автомобильный транспорт приходится до 40% выброса вредных веществ в атмосферу. При этом неисправности системы питание или зажигания автомобиля с карбюраторным двигателем вызывают увеличение содержания вредных компонентов в газах, которые отработали, в 2-7 раз.

Автомобиль представляет собой сложную систему, совокупность действующих элементов - сборочных единиц и деталей, которые обеспечивают выполнение ее функций. Относительно автомобиля элементами являются агрегаты, узлы и механизмы, а относительно последних - детали. Автомобиль, агрегат, механизм деталь могут объединяться общим понятием – объект или изделие. Современный автомобиль состоит из 15-20 тыс. деталей из которых 7-9 тыс. теряют свои первоначальные свойства при работе, причем около 3-4 тыс. деталей имеют срок службы меньше, чем автомобиль в целом.

Для решения задач надѐжности необходимое изучение закономерностей изменения технического состояния автомобиля (агрегата, узла, механизма) под влиянием разных факторов в процессе эксплуатации. Знание этих закономерностей необходимо для разработки и эффективного применения научно обоснованных методов и нормативов поддержки автомобилей в технически исправном состоянии, т.е. управление их работоспособностью. Эти методы базируются на использовании математической статистики, теории вероятностей, теории надѐжности, диагностики и других дисциплин, на умелом применении компьютерной техники.

Наука о надѐжности изучает закономерности изменения показателей надѐжности и разрабатывает методы и предложения по их повышению.

Спроблемой надѐжности человечеству пришлось столкнуться из самого начала промышленного столетия. Сначала исследование надѐжности ограничивались областью механического оборудования - это подшипниковые узлы, оборудование с большим сроком службы и др.

Сразвитием электрификации, где была высокая надѐжность энергообеспечения, область исследования надѐжности существенным образом расширилась. На базе теории надѐжности удалось решить, казалось

бы, неразрешимую проблему - почти 100% надѐжность обеспечения электроснабжением потребителей.

Новая эра в проблеме надѐжности началась с появлением и развитием электроники, ракетной авиации, баллистических снарядов и космических летательных аппаратов.

В автомобильном транспорте теоретические основы надѐжности сформировались в результате теоретического и экспериментального изучения закономерностей, связанных с обеспечением безотказности их работы.

Теория надѐжности автотранспортного средства (АТС) рассматривает:

-причины возникновения отказов и способы восстановления работоспособности узлов и деталей;

-влияние внешних и внутренних влияний на эффективность транспортных процессов;

-мероприятия по обеспечению надѐжности АТС в процессе их эксплуатации.

АТС как объект надѐжности имеет следующие особенности:

-это машины с ярко выраженными динамическими процессами, которые сопровождаются значительными нагрузками деталей;

-в изготовлении принимают участие большое количество заводов, сотни сопредельных предприятий, которые увеличивает количество причин возможных отказов;

-это машины массового производства, которое накладывает свои ограничения по стоимости и применяемому материалу, влияющему на надѐжность;

-условия эксплуатации носят случайный характер: дорожные условия, режим движения, масса груза и др.;

Авторским коллективом были рассмотрены существующие методики расчетов параметров надежности технических систем, проанализированы различные источники и публикации на соответствующую тематику и разработана настоящее пособие.

Также коллектив попытался наиболее полно рассмотреть самые актуальные вопросы и проблемы расчетов параметров надежности автомобиля, статистических расчетов и задач, касающихся сбора и анализа данных, необходимых для решения этих задач. Кроме этого был затронут вопрос прогнозирования в сфере ремонта и технического обслуживания автомобиля.

Практическое занятие №1

Показатели надежности неремонтируемых объектов. Теоретические распределения наработки до отказа.

Показатели надежности ремонтируемых объектов, не восстанавливаемых в процессе применения. Показатели надежности ремонтируемых объектов, восстанавливаемых в процессе применения. Ремонтопригодность и готовность технических устройств. Методы испытания на надежность и статистической обработки опытных данных.

Неремонтируемые объекты работают до первого отказа. Для оценки их надежности используют вероятностные характеристики случайной величины

– наработки до отказа Т. Под наработкой понимают продолжительность или объем работы объекта, измеряемые в часах, километрах, гектарах, циклах, кубометрах или в других единицах. Когда наработку выражают в единицах времени, иногда используют термин «время безотказной работы» или, что то же самое, «время до возникновения отказа».

Полной характеристикой любой случайной величины является ее закон распределения, т. е. соотношение между возможными значениями случайной величины и соответствующими этим значениям вероятностями. Распределение наработки до отказа может быть описано с помощью различных показателей надежности неремонтируемых изделий. К числу таких показателей относятся: функция надежности p(t); плотность распределения наработки до отказа f(t); интенсивность отказов λ (t).

Функцией надежности называют функцию, выражающую вероятность того, что Т – случайная наработка до отказа объектов – будет больше заданной наработки (0, t), отсчитываемой от начала эксплуатации, т. е. p(t) = р{Т ≥ t}.

Перечислим некоторые очевидные свойства p(t):

1)р(0) = 1, т. е. можно рассматривать безотказную работу лишь тех объектов, которые были работоспособны в момент включения;

2)p(t) является монотонно убывающей функцией заданной наработки t;

Показатели надежности ремонтируемых объектов вычисляются по наработке. Суммарная наработка до возникновения п-го отказа

Тп =Т(1) +Т(2) +... +Т(п) , (1.2)

где Т(i) – наработка между (i – 1)-ом и i-ым отказами.

Возможны два пути оценки надежности ремонтируемых объектов: 1)

вычисление характеристик потока отказов; 2) вычисление условных распределений наработки между отказами.

В настоящее время наиболее распространено вычисление характеристик потока отказов. Рассматриваются потоки случайных событий, каждое из которых состоит в появлении отказа объекта. Поток отказов можно характеризовать основной функцией потока Ω(t) – математическим ожиданием числа отказов на интервале (0, t). Однако чаще в качестве показателя надежности используют параметр потока отказов – плотность вероятности возникновения отказа ремонтируемого объекта, определяемую для рассматриваемого момента суммарной наработки. Это определение нуждается в пояснении.

Показатели надежности ремонтируемых объектов, восстанавливаемых в процессе применения, вычисляются лишь в календарном времени.

Восстанавливаемые в процессе применения ремонтируемые объекты можно разделить на две группы.

К первой группе относятся объекты, для которых в течение заданного времени работы допускаются отказы и вызванные ими кратковременные перерывы в работе. Для объектов этой группы большое значение имеет свойство готовности – способности находиться в процессе эксплуатации максимальное время в работоспособном и готовом к применению состоянии.

Ко второй группе относятся объекты, отказы которых в течение заданного времени недопустимы. Если в этих объектах (системах) имеются избыточные элементы, то при отказах некоторых из них объект остается работоспособным и можно проводить ремонт отказавших элементов во время выполнения задачи.

Один и тот же объект может быть отнесен к разным группам в зависимости от режима его применения.

Экспоненциальное распределение выделяется среди других распределений свойством «отсутствия памяти». Пусть Х – время службы некоторого изделия с экспоненциальным законом распределения.

«Отсутствие памяти» означает, что изделие, проработавшее время t, имеет такое же распределение, что и новое, только что начавшее работу.

Математически это свойство выражается в виде следующего равенства:

(2.4)

для любых t, x ≥ 0. Данное свойство как бы исключает износ и старение изделия.

Числовые характеристики экспоненциального распределения выражается через его параметр: математическое ожидание, дисперсия,

среднее квадратическое отклонение.

Для характеристики постепенных отказов обычно используют другие законы распределения.

Нормальному закону распределения (распределению Гаусса)

подчиняются:

- время безотказной работы производственных систем, потеря работоспособности которых связана в основном с постепенными отказами,

при этом доля внезапных отказов весьма мала;

- случайные величины массовых явлений, на которые оказывает влияние большое количество различных по величине факторов (например, износ и усталость деталей, технологические погрешности, точность размеров,

получаемых при обработке и т. д.).

Нормальному закону распределения подчиняются только непрерывные случайные величины. Поэтому нормальное распределение может быть задано:

(2.5)