Статистические исследования наземного транспорта. Учебное пособие

Типовая программа испытаний ТМ предусматривает оценку основных показателей, от которых зависит их функциональная работоспособность. К таким относят массово-габаритные показатели, показатели динамических (скоростных) свойств и топливной эффективности, тормозной эффективности, устойчивости и управляемости, плавности движения, показатели внешнего и внутреннего шума, токсичности отработавших газов, напряженность поля радиопомех, проходимости. Дополнительно проверяется герметичность всех типов соединений узлов, агрегатов и систем, санитарно-гигиенические условия в кабине или пассажирском отделении транспортного средства.

Для специализированной техники могут определяться дополнительные показатели проходимости, или показатели надежности агрегатов дополнительного оборудования (лебедки, самосвального механизма и др.). При отрицательной температуре воздуха оценивают пусковые свойства двигателя.

Процедура проведения испытаний определяется «методикой испытаний» - основным организационнометодическим документом, в котором описывается метод получения результатов и условия, при которых они должны быть получены; последовательность выполнения работ по определению показателей и характеристик изделия и средства, используемые для достижения поставленных целей.

Методика испытаний устанавливает порядок и способ обработки и оценки результатов экспериментальных исследований, определяет требования к точности полученных значений параметров и характеристик. Кроме того, в ней устанавливается форма представления результатов исследований, определяются требования к

21

безопасности проведения работ, в том числе и в части требований к экологическим показателям.

6. Основные понятия теории надежности

Наука о надежности развивается в тесном взаимодействии с проектированием различных систем, механизмов и машин, с вопросам обеспечения их безопасности. Среди математических дисциплин наибольшее применение получили:

-теория вероятностей;

-элементы дискретной математики;

-дифференциальные уравнения и интегральные исчисления.

Основные задачи теории надёжности:

-установление видов количественных показателей надежности;

-разработка методов оценки надежности аналитической и по результатам испытаний;

-оптимизация надежности на стадиях разработки и эксплуатации технических систем.

Приведем необходимые термины и определения. Надежность – свойство объекта (системы) сохранять

способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях эксплуатации в течение заданного времени. Основные понятия, термины и определения надежности в технике регламентированы ГОСТ 27.002–89,

вавтомобильной технике – ОСТ 37.001.055–74 и РД

37.001.045– 87.

Надёжность является сложным (комплексным) свойством, состоящим из сочетания следующих свойств: безотказности, долговечности, ремонтопригодности и сохраняемости. Для транспортных система первостепенное

22

значение имеют безотказность, долговечность и ремонтопригодность.

Техническая система – совокупность элементов, взаимодействующих между собой в процессе выполнения работы.

Элемент системы – составная часть системы, которая рассматривается как единое целое (внутренняя структура элемента не является предметом исследования). Деление на систему и элемент системы условное.

Безотказность – это свойство транспортного средства непрерывно сохранять работоспособное состояние в течение некоторого времени или наработки. Машина должна обладать безотказностью как в период эксплуатации, так и при хранении и транспортировании. Признак нарушения работоспособности – необходимость текущего ремонта; проведение технического обслуживания не является признаком нарушения работоспособности автомобиля.

Долговечность – это свойство транспортного средства сохранять работоспособное состояние до наступления предельного состояния при установленной системе технического обслуживания и ремонта. Безотказность машины зависит от долговечности его составных частей, например, двигателя, коробки передач, рулевого механизма, безотказность двигателя – от долговечности ремня привода вентилятора и т.д. Таким образом, безотказность сложных изделий определяется долговечностью их составных частей.

Ремонтопригодность – это свойство транспортного средства, заключающееся в приспособленности к предупреждению и обнаружению причин возникновения отказов, повреждений, к поддержанию и восстановлению

показателей ремонтопригодности должны задавать для определённых условий эксплуатации, технического обслуживания и ремонта машины.

Сохраняемость – это свойство транспортного средства сохранять значения показателей безотказности, долговечности и ремонтопригодности в течение и после хранения и (или) транспортирования.

С позиции надежности все технические системы и их элементы делятся на два вида:

1)Невосстанавливаемые, т.е. неремонтируемые в процессе эксплуатации (радиоэлементы, интегральные схемы, часть приборов, аппаратура летательных аппаратов

ит.д.)

2)Восстанавливаемые – которые могут быть отремонтированы непосредственно после отказа в заданное время.

Само понятие «восстановление» следует понимать не только как ремонт, но как, замену. Большинство существующих машин и их элементов, как правило, подлежит восстановлению после отказа, после чего они вновь продолжают работу.

Транспортное средство может находиться в различных состояниях:

- исправном; - работоспособном;

- неработоспособном; (непредельном); - предельном.

Работоспособность – состояние изделия, при котором оно соответствует всем требованиям, предъявляемым к его основным параметрам (тяговое усилие, прочность, устойчивость и т.п.). Однако, например, масса, габариты, удобство в обслуживании и др. должны изменяться в допустимых пределах, так как их превышение может привести к возникновению частичного или полного отказа.

24

Состояния технической системы могут быть также разделены на:

-исправное, – когда система полностью соответствует всем требованиям нормативно-технической и конструкторской документации;

-неисправное, – когда система имеет хотя бы одно несоответствие этим требованиям.

Отказ – событие, заключающееся в переходе системы из работоспособного состояния в неработоспособное.

Событие, заключающееся в переходе системы из исправного в неисправное, но работоспособное состояние,

называется повреждением.

Предельное состояние – возникает при условии, когда дальнейшее применение технической системы или оборудования невозможно, или нецелесообразно. Предельное состояние сопровождается ремонтом (капитальный или средний), в результате чего восстанавливается исправное состояние, или же система окончательно прекращает использоваться по назначению (физическое и моральное старение, износ).

Измерители надёжности бывают:

-комплексными;

-единичными.

Комплексные измерители характеризуют несколько свойств, составляющих надёжность автомобиля, а единичные – одно из свойств, составляющих надёжность автомобиля (безотказность, долговечность, ремонтопригодность, сохраняемость).

К комплексным измерителям надёжности относят: коэффициент технического использования – kти, коэффициент готовности – kг и др.

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

25

состояние. Срок службы, в отличие от ресурса, всегда измеряют в единицах времени. Соотношение ресурса и срока службы зависит от интенсивности использования объекта.

Полный срок службы, как правило, включает продолжительности всех видов ремонтов.

Повреждения и отказы транспортных систем можно классифицировать по признакам:

-повреждения усталостного характера (выкрашивание поверхностей, трещины, изломы и т.п.);

-механический износ поверхностей трущихся деталей;

-повреждения резинотехнических изделий с нарушением уплотняющих или герметизирующих поверхностей;

-повреждение прокладок, трубопроводов, газопроводов;

-нарушение регулировочных характеристик, приводящих к потере функциональных свойств машины;

-прочие неисправности.

К отказам транспортных систем также относят снижение мощности двигателя и повышение расхода топлива. Для механических элементов конструкции транспортных средств преобладающая часть отказов связана с износом, усталостным разрушением и механическими повреждениями поверхностей. Определенная часть отказов обусловлена воздействием на машины и её конструктивные элементы коррозии, пыли и грязи, температуры и влаги, ультрафиолетовых лучей и озона. Виды отказов у работающих изделий могут значительно отличаться от отказов неработающих изделий.

Оценка надежности транспортных средств выполняется с использованием статистических и вероятностных методов исследований. Отказы изделий происходят из-за большого числа разнообразных причин, установить связь, между

26

которыми не представляется возможным. Поэтому отказы изделий являются случайными событиями.

7. Единичные измерители

Единичные измерители могут быть вероятностными (точными) и статистическими (оценочными, приблизительными).

Статистические оценки получают при наблюдении за выборкой из N изделий. Если N→ ∞, то статистическая оценка приближается к вероятностной. Чтобы статистические оценки максимально приближались к вероятностным, число N должно обеспечивать приемлемую погрешность измерения.

В качестве измерителей безотказности в автомобильной технике приняты:

1)вероятность безотказной работы Р(l);

2)средняя наработка до отказа lср;

3)гамма-процентная наработка до отказа γ;

4)интенсивность отказов λ;

5)среднее число отказов rср;

6)средняя наработка на отказ tср;

7)параметр потока отказов ω(l); 8) осреднённый параметр потока отказов ωср.

Все измерители изменяются во времени.

Первые четыре измерителя служат для оценки безотказности невосстанавливаемых изделий, первый и четыре последних – восстанавливаемых.

Вероятность безотказной работы – вероятность того, что в пределах заданной наработки отказ объекта (автомобиля, узла, агрегата, детали) не возникнет.

Вероятность безотказной работы определяют в предположении, что в момент начала исчисления заданной

27

наработки объект был работоспособен. Её вычисляют по формуле:

Р(t) = 1 – F(t),

где F(t) – функция распределения наработки до отказа, которая характеризует вероятность отказа, т.е. вероятность того, что объект откажет хотя бы один раз в течение заданного времени работы, будучи работоспособным в начальный момент времени.

Кривая вероятности безотказной работы показывает число объектов в процентах, не отказавших при достижении данной наработки.

Зеркальное отображение кривой вероятности безотказной работы является графическим изображением кривой вероятности отказа. С увеличением наработки вероятность безотказной работы убывает, вероятность отказа возрастает.

Средняя наработка до отказа – математическое ожидание наработки объекта до первого отказа. При статистическом определении средняя наработка до отказа – это отношение суммы наработки испытываемых объектов до отказа к их числу.

Гамма-процентная наработка до отказа γ– наработка,

в течение которой отказ объекта не возникает с вероятностью γ, выраженной в процентах, т.е. это суммарная наработка, в течение которой объект не достигает предельного состояния с заданной вероятностью γ, выраженной в процентах. Гамма-процентный ресурс может быть определён по кривой убыли (вероятности безотказной работы), причём средний ресурс примерно соответствует 50%-ному ресурсу.

При показателях безотказности, обычно задаваемых значениями 90; 95; 99; 99,5% вероятность возникновения отказа при наработке от 0 до γ будет составлять 0,1; 0,05;

0,01; 0,005.

28

Интенсивность отказов – условная плотность вероятности возникновения отказа невосстанавливаемого объекта, определяемая при условии, что до рассматриваемого момента времени отказ не возник. При статистическом определении интенсивность отказов невосстанавливаемых объектов есть отношение числа отказавших объектов в единицу наработки к числу объектов, безотказно работающих к рассматриваемому моменту наработки.

Средняя наработка на отказ – отношение суммарной наработки восстанавливаемого объекта к математическому ожиданию числа его отказов в течение этой наработки.

Осреднённый параметр потока отказов – отношение математического ожидания числа отказов восстанавливаемого объекта за конечную наработку к значению этой наработки, т.е. это обратная величина по отношению к средней наработке на отказ.

Долговечность объекта (транспортного средства, агрегата, узла, детали) оценивают по ресурсу – суммарной наработке от начала эксплуатации или её возобновления после ремонта определённого вида до перехода в предельное состояние. Применительно к транспортному средству и его составным частям ресурс учитывает фактический пробег (наработку), а срок службы – суммарную продолжительность как работы, так и простоев по любым причинам (техническим, организационным и др.).

Ресурс, измеряемый в тысячах километров пробега, даёт представление о фактической наработке в различных условиях; срок службы, измеряемый в годах, оценивает полную продолжительность существования транспортного средства во времени, независимо работает он или простаивает в ремонте либо по другим причинам.

29