Токарев А.Н. Основы теории надежности и диагностика

Подождите немного. Документ загружается.

210

эл

отн

авто

чз

⋅=

где

авто

- заданный срок службы машины;

эл

отн

l - наработка на один отказ элемента машины;

n – число автомобилей.

Пример:

Средний пробег автомобиля до списания

авто

=300 тыс. км.

Наработка на отказ свечей зажигания – 40 тыс. км. Количество

автомобилей в АТП – 200 штук.

Решение:

Необходимое среднее количество запасных частей :

штn

эл

отн

авто

чз

1500200

300

=⋅=⋅=

Следовательно для автомобилей в количестве 200 шт до

полного списания парка потребуется 1500 свечей зажигания. Если

автомобиль проходит в год 20 тыс. км., то, следовательно,

потребность в запасных частях составляет 100 свечей зажигания в

год.

Недостаток метода. При этом методе существует

определенная вероятность того, что в течение какого-то

конкретного периода времени может

потребоваться больше

запасных частей, чем рассчитанное среднее число запасных

частей. Это может привести к простою машины и поэтому

необходимо пользоваться более точными методами расчета.

2) Способ определения необходимого количества запасных

частей по характеристикам надёжности.

Он заключается в расчете потребности в запасных частях

по характеристикам надежности каждого элемента машины. Для

решения

этой задачи необходимо знание характеристик

надежности всех элементов машины. Зная число машин на

предприятии и характеристики надежности их элементов, можно

прогнозировать количество отказов элементов за требуемый

период, а, следовательно, расход запасных частей.

211

Пример. Предположим, что на предприятии имеется 200

однотипных автомобилей. Имеются характеристики надёжности

их аккумуляторов.

Требуется определить потребное количество запасных

аккумуляторов на пробеге до 80 тыс. км. через интервал, равный

20 тыс. км. При расчёте принимаем два допущения:

первое - в пределах интервала все отказы происходят в

конце интервала;

второе - вновь поставленные запасные части имеют

характеристики

надёжности аналогичные заводским деталям.

Решение.

Предположим, что вероятность безотказной работы

при соответствующей наработке будет равна: R

=0,95; R

=0,9;

=0,6; R

=0,3.

Вероятность отказа аккумулятора при пробеге

от 0 до 20 тыс. км. – P=0,05

от 20 до 40 тыс. км. – P1=0,05

от 40 до 60 тыс. км. - P1=0,3

от 60 до 80 тыс. км. - P1=0,3

Следовательно, из 200 аккумуляторов выйдет из строя при

пробеге

от 0 до 20 тыс. км. – 200*0,05=10,

от 20 до 40 тыс. км. – 200*0,05=10,

от 40 до 60 тыс. км. – 200*0,3=60,

от 60 до 80 тыс. км. – 200*0.3=60.

Общее количество отказывающих аккумуляторов через

80 тыс.

км. составит 140 шт.

Но это ещё не требуемое количество запасных частей, т.к.

поставленные, вместо отказавших, новые аккумуляторы будут

также отказывать в процессе эксплуатации. Так через 20 тыс. км

пробега необходимо иметь запас для замены 10 новых

аккумуляторов, поставленных в первом интервале. Максимальный

пробег, который они могут пройти к 80 тыс. км

. составит 60 тыс.

км. На этом отрезке пробега эти 10 аккумуляторов откажут при

следующем пробеге автомобиля

от 20 до 40 тыс. км – 10*0,05=0,5

от 40 до 60 тыс. км – 10*0,05=0,5

от 60 до 80 тыс. км. – 10*0,3=3.

212

Общее количество отказавших аккумуляторов из 10 вновь

поставленных в интервале от 20 до 80 тыс. км. составит 4 штуки.

В интервале от 20 до 40 тыс. км. было заменено также 10

аккумуляторов, которые будут отказывать в эксплуатации.

Максимальный пробег, который они могут пройти составляет 40

тыс. км. Из них к этому пробегу откажет:

от 20 до 60 тыс. км – 10*0,05=0,5

от 60 до 80 тыс. км – 10*0,05=0,5

Общее количество отказавших аккумуляторов составит 1

штука.

В интервале от 40 тыс. км. до 60 тыс. км. были заменены 60

аккумуляторов, которые также будут отказывать при дальнейшей

эксплуатации. Число таких отказавших аккумуляторов в интервале

от 60 до 80 тыс. км. составит 60*0,05=3 шт.

Таким образом, общее количество запасных аккумуляторов

необходимых для замены к

пробегу 80 тыс. км. составит

140+4+1+3=148 штук.

Результаты расчёта приведены в таблице 9.4.

Таблица 9.4

Пробег

Вероятность

безотказной

работы

R(ℓ)

Вероятность

отказа

Вероятность отказа в

интервалах

Потребное

количество

запасных

частей

Интервал,

км.

Вероятность,

p(ℓ)

20 0,95 0,05 0-20 0,05 10

40 0,9 0,1 20-40 0,5 10,5

60 0,6 0,4 40-60 0,3 61

80 0,3 0,7 60-80 0,3 66,5

Σ=148 шт.

3) Расчет запасных частей с использованием доверительных

интервалов.

При расчёте используется один из математических методов

– метод, основанный на использовании доверительных

интервалов. Формула расчета числа запасных частей в этом

случае

TuTN

λλ

+= ,

где

- интенсивность отказов;

213

T – заданное время работы изделия;

u - квантиль нормального распределения при доверительной

вероятности

, которая обычно принимается в пределах 0,9-

0,99.

Пример:

В состав коробки передач входит 6 подшипников и десять

шестерен одинакового типа. Из справочных данных известно, что

подшипник имеет интенсивность отказов

=1,5*10

-3

интенсивность отказов шестерен составляет

=1,2*10

-4

Автомобиль работает в течении суток по 10 часов, а всего в

неделю 5 дней.

Требуется:

1) Определить число запасных частей (подшипников и

шестерен) на период работы изделия в течение одного года при

доверительном интервале вероятности

=0,9

2) Определить текущий запас резервных подшипников и

шестерен на один месяц работы коробки передач.

Решение:

Общее время работы изделия за один год составляет:

T=15*5*52=3900ч в год.

Среднее число отказов:

подшипников -

85,53900*10*5,1

===

−

шестерен -

468,03900*10*2,1

===

−

Используя таблицы для анализа и контроля надёжности,

находим, что при доверительной вероятности

=0,9 квантиль

равен

u =1,28 [25]. Тогда получим:

штTuTN

ЭЭ

99.885.528.185.5

111

≈=⋅+=+=

λλ

Таким образом, для одного подшипника необходимо

предусмотреть запас в 9 шт., и, соответственно, для 6

подшипников – 54 шт.

Аналогично для шестерен получим:

штTuTN

ЭЭ

3.1468.028.1468.0

222

=⋅+=+=

λλ

214

Следовательно, запас для каждой шестерни составляет 1,3

шт., но так как на изделии установлено 10 шестерен, то запасных

шестерен должен составлять 13 шт.

Текущие резервы определяют подобным же образом. В

этом случае для 22-х рабочих дней общее время работы изделия

составит T=22*10=220 ч

33.0220*10*5,1

===

−

;

0264.0220*10*2,1

===

−

;

01.133.028.133.0

111

=⋅+=+=

ЭЭ

TuTN

λλ

Это означает, что для каждого подшипника следует

предусмотреть в качестве резерва по 1 штуке на один месяц, на все

- всего 6*1,0=6 шт..

23.00264.028.10264.0

111

=⋅+=+=

ЭЭ

TuTN

λλ

Общее число текущего резерва шестерен на один месяц

составит 10*0,23=2,3≈3шт.

Этот метод позволяет провести расчет запасных частей для

большинства практических случаев.

215

Заключение

Технико-экономические последствия низкой

надежности техники

Недостаточная надежность технических объектов наносит

экономике страны большой экономический ущерб. Последствия

отказов машин, технических систем и объектов можно разделить

на две категории:

Первая категория: прямые потери из-за отказа машины,

которые можно подразделить на три группы:

а) аварии и катастрофы связанные с гибелью и

травмированием людей, а порою и с безопасность страны;

б) потери производства связанные с простоем отказавших

машин, с простоем производства;

в) отказы машин, вызывающие вредное экологическое

воздействие на окружающую среду и на здоровье людей;

Вторая категория: очень большие затраты на

восстановление отказавших технических устройств, их ремонт и

восстановление работоспособности.

На машиностроительных заводах РФ расходы на ремонт и

содержание оборудования составляют 12-18 % от общей величины

цеховых расходов. Ежегодно 11 —12% технологического

оборудования подвергается капитальному ремонту, 20—25 % —

среднему и 90—100% — текущему. Ежегодные расходы на ремонт

техники в угольной, горнорудной, лесозаготовительной

промышленности и сельском хозяйстве достигают 15—20 % ее

стоимости [3,15].

Только на ремонт металлорежущих станков в советское

время ежегодно расходовалось 240 тыс. тонн чугуна, стали и

много цветных металлов. Из этих материалов можно было бы

дополнительно изготовить 150 тыс. токарных станков средней

мощности. На ремонт тракторов ежегодно расходовалось такое

количество металла, что из него можно было бы собрать 180 тыс.

новых тракторов. Например, в 1962 rоду стоимость поставленных

запасных частей к тракторам и автомобилям превышала стоимость

поставок новых тракторов и автомобилей. В стране свыше трети

216

всех металлорежущих станков и каждый четвертый рабочий были

заняты ремонтом [7].

Затраты на ремонт и техническое обслуживание за срок

службы машины в несколько раз превышают ее стоимость: для

автомобилей — в 6 раз, для самолетов — до 5 раз, для станков —

до 8 раз. На долю тракторостроительных заводов приходится лишь

22 % мощностей, а на долю заводов по выпуску запчастей к

тракторам — 34%, на долю ремонтных предприятий — 44%.

Иначе говоря, на ремонт тракторов затрачивается в 4 раза больше

производственных мощностей, чем на их изготовление [7,15].

Трудоемкость ремонта и технического обслуживания

многих строительных и дорожных машин за срок их службы

примерно в 15 раз превышает трудоемкость изготовления новых.

Ремонтом техники в советское время было занято 7 миллионов

человек, одна треть станочного парка находилась на ремонтных

предприятиях, на запчасти расходовалось больше одной пятой

выплавленного металла.

На железнодорожном транспорте затраты на ремонт

локомотивов, поездов и вагонов в 1975г. составляли около 20 %

эксплуатационных расходов железных дорог страны. На ремонте и

техническом обслуживании подвижного состава было занято 860

тыс. работников. Ежегодные затраты на ремонт составляли около 4

млрд. руб. Только в депо ремонтом локомотивов и вагонов было

занято 527 тыс. чел., затраты превышали 1 млрд. руб. Около 30 %

работников локомотивного хозяйства были заняты на ремонте

локомотивов. Ремонт каждого локомотива за весь срок службы

обходился более чем в 10 раз дороже его первоначальной

стоимости [6].

На автомобильном транспорте ситуация аналогичная. По

статистике на транспорте общего пользования число неисправных

автомобилей составляет 18-25% списочного состава. Ежегодные

затраты на техническое обслуживание и ремонт составляют более

10% от стоимости автомобиля [15,17].

На данный момент, когда наша страна вошла в мировой

рынок, вопросы повышения надёжности машин приобретают

первостепенное значение. Возникли проблемы не

конкурентоспособности наших машин на мировом рынке, в

основном по параметрам надёжности. Так, например, даже на

217

внутреннем рынке наши отечественные автомобили проигрывают

иномаркам. Поэтому, чтобы наша отечественная продукция была

конкурентоспособной необходимо выпускать качественные

машины, надёжность которых должна соответствовать мировым

стандартам.

Учитывая вышеизложенное, можно сделать вывод о том,

что надёжность машин, это главный параметр

конкурентоспособности любой машины, а поэтому вопросам

повышения надёжности машин необходимо уделять наиболее

пристальное внимание, особенно на современном этапе.

218

Приложения

Приложение №1

Выдержки из

ГОСУДАРСТВЕННОГО ОБРАЗОВАТЕЛЬНОГО

СТАНДАРТА

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

Направление подготовки дипломированного специалиста

190000 – транспортные средства

Квалификация выпускника - Инженер

Основная образовательная программа (специальность),

реализуемая в рамках данного направления подготовки

дипломированного специалиста:

190601 - Автомобили и автомобильное хозяйство;

190603 – Сервис транспортных и технологических машин и

оборудования;

ТРЕБОВАНИЯ К ОБЯЗАТЕЛЬНОМУ МИНИМУМУ

СОДЕРЖАНИЯ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ

Индекс Наименование дисциплин и их основные разделы Всего

часов

СД.03

Основы теории надежности и диагностика

Основные понятия, определения, свойства и

показатели надежности; факторы, влияющие на

надежность, как основного показателя качества изделия;

научный аппарат надежности; надежность

восстанавливаемых и невосстанавливаемых элементов и

систем, структурные схемы систем, связь показателей

надежности системы и элементов; последовательные,

параллельные и смешанные соединения; резервирование

и дублирование; диагностирование как метод контроля и

обеспечения надежности изделия при эксплуатации;

методы диагностирования и поиска отказов и

неисправностей; методы сбора и обработки информации

по надежности; планы испытаний и достоверность оценок

показателей надежности.

105

219

Приложение №2

Памятка

для студентов специальности «Автомобили и автомобильное

хозяйство» по изучению дисциплины «Основы теории надежности

и диагностика»

1 Содержание дисциплины

Дисциплина «Основы теории надежности и диагностика»

(ОТНиД) изучается в 6 семестре. Всего часов: лекций – 34,

практических занятий – 17, самостоятельная работа студентов – 51

час. Форма итогового контроля – экзамен.

В 6 семестре рассматриваются следующие темы:

ТЕМА №1. Качество: основные понятия, свойства и

показатели. Качество эксплуатации. Показатели качества

эксплуатации. Стандартизация в области качества. Основы

управления качеством. Основные положения стандартов ИСО-

9000.

ТЕМА №2. Надежность как основное свойство качества:

основные понятия, свойства и показатели. Понятие отказа.

Классификация отказов. Модели отказов. Характеристики

случайных величин. Безотказность, долговечность,

ремонтопригодность,

сохраняемость и их показатели.

ТЕМА №3. Расчёт показателей надёжности машин. Виды

законов распределения. Методы сбора и обработки информации по

надежности машин. Обработка статистической информации об

отказах. Технология обработки. Планы испытаний и

достоверность оценок показателей надежности.

ТЕМА №4. Научный аппарат надежности: надежность

восстанавливаемых и невосстанавливаемых элементов,

структурные схемы систем, связь

показателей надежности

системы и элементов. Надежность сложных систем. Повышение

надежности машин: последовательное, параллельное, смешанное

соединения; резервирование и дублирование.