ПЗ №4 !!!для спец.asd

Практическое занятие №4.

Тема: Расчет показателей надежности.

Цели: Закрепить знание понятий: качество продукции, показатели качества. Показатели надежности.

Оборудование: Теоретический материал.

Порядок выполнения работы

Задание1. Изучить предложенный теоретический материал. Ответить на вопросы.

Контрольные вопросы

1.Дать определение понятия «Качество продукции»

2.Что называют показателями качества.

3.Что такое квалиметрия?

4.Назовите комплексные показатели качества

5.Дать определение показателя надежности

6.Дать характеристику показателей надежности:

- Безотказность

- Ремонтопригодность

- Сохраняемость

- Долговечность

7. Назовите виды расчетов показателей надежности вагонов при проектировании

8.Что такое параметр потока отказов вагонов, укажите формулы?

9. Изучите классификацию отказов. Назовите причины их возникновения.

Работу оформить согласно требованиям стандарта СТП ПКЖТ 001-2001

Краткий теоретический материал

Качество продукции – совокупность свойств и признаков продукции, товаров, услуг, обусловливающих их способность удовлетворять потребности и запросы людей, соответствовать своему назначению и предъявляемым требованиям. Качество определяется мерой соответствия товаров и услуг условиям и требованиям стандартов, договоров, контрактов, запросов потребителей.

Свойства продукции могут быть охарактеризованы количественно и качественно.

Показатели качества продукции – количественная характеристика одного или нескольких свойств продукции, составляющих ее качество.

Оценивать качество продукции можно по совокупности показателей, имеющих к нему прямое отношение и определенных в соответствии с назначением товара.

Квалиметрия – наука о методах количественной оценки качества продукции.

По характеризуемым признакам показатели подразделяют на единичные и комплексные.

Единичные показатели – показатели, которые характеризуют какое—то одно свойство или качество продукта.

Комплексные показатели подразделяют на:

1) обобщенные – показатели, которые характеризуют наиболее значительную совокупность свойств, по которой оценивают качество;

2) интегральные – показатели, отражающие соотношение суммарного полезного эффекта и суммарных расходов использования;

3) индексные – показатели, которые отражают соотношение качества разнородной продукции. Они могут быть выражены в натуральных единицах (килограммах, метрах, литрах), в стоимостных единицах.

Показатели назначения – показатели, характеризующие сущность товара и его функциональные свойства, устанавливающие способность продукции осуществлять свои функции в определенных условиях ее рационального применения по предназначению

Показатели надежности – показатели, которые отражают способность продукта со временем осуществлять требуемые функции в заданном режиме. Эти показатели характеризуют свойства безотказности, долговечности, ремонтопригодности и сохраняемости.

Показатель надежности количественно характеризует одно или несколько свойств, составляющих надежность изделия. Показатель надежности может иметь размерность

Показатель надежности количественно характеризует одно или несколько свойств, составляющих надежность изделия. Показатель надежности может иметь размерность (например, наработка на отказ) или не иметь (например, вероятность безотказной работы). Выделяют единичные и комплексные показатели надежности.

Единичный показатель надежности характеризует одно из свойств товара.

Комплексный показатель характеризует несколько свойств, составляющих надежность продукции, т. е. не менее двух основных составляющих, например, безотказность и ремонтопригодность. Примером комплексного показателя надежности может быть коэффициент готовности, значение которого определяют по формуле:

Кr = Т/Т + Т_в,

где Т – наработка изделия на отказ (показатель безотказности);

Т_в – среднее время восстановления (показатель ремонтопригодности).

Безотказность представляет способность продукта постоянно сохранять работоспособность в течение определенного периода времени или отдельной наработки, проявляющаяся в возможности безотказной деятельности, средней наработке до отказа, интенсивности отказов.

Ремонтопригодность – это свойство товара, которое состоит в приспособленности его к предупреждению и выявлению причин появления отказов, повреждений и ликвидации их последствий в результате проведения ремонтов и технического обслуживания.

Вероятность восстановления работоспособного состояния, среднее время восстановления являются единичными показателями ремонтопригодности. Восстановляемость продукции определяется средним временем восстановления до обусловленного значения показателя качества и уровнем восстановления.

Сохраняемость – способность товара сберегать исправное и работоспособное, годное к использованию и эксплуатации состояние в течение времени после хранения и перевозки. Средний срок сохраняемости и назначенный срок хранения являются единичными показателями сохраняемости.

Долговечность – свойство продукции сберегать работоспособность до наступления предельного состояния при установленном сроке технического обслуживания и ремонта. Средний ресурс и средний срок службы являются единичными показателями долговечности.

Понятие «ресурс» используется при характеристике долговечности по наработке изделия, а «срок службы» – при характеристике долговечности по календарному периоду времени.

Надежность является важным свойством промышленной продукции, поэтому показатели надежности – это основные показатели продукции.

Сложность и напряженность режимов работы различных товаров постоянно возрастает, усиливается ответственность за производимые функции. Чем ответственнее выполняемые функции, тем выше должны быть требования к показателям надежности продукции. Недостаточная надежность аппаратов и приборов требует крупных расходов на их ремонт, техническое обслуживание и поддержание их работоспособности.

Надежность продукции зависит от условий эксплуатации: температуры, влажности, механических нагрузок, давления, радиации, от соблюдения правил по применению.

Надежность – это свойство изделия сохранять во времени в определенных границах значения всех показателей, характеризующих способность осуществлять определенные функции в конкретных режимах и условиях использования, технического обслуживания, ремонтов, хранения и перевозки.

Расчет показателей надежности вагонов при проектировании

           Расчетно-экспериментальная оценка надежности выполняется на различных этапах проектирования и изготовления вагонов. Исходными данными для этого являются: характеристики режима нагрузки (эксплуатационные силы, кинематические воздействия); структура проектируемого вагона с указанием типа и количества составляющих элементов и их взаимосвязи в смысле надежности; статические характеристики несущей способности элементов для заданных режимов нагрузки; сведения о функциональных зависимостях между свойствами и характеристиками составляющих элементов и вагона в целом (аналитические или эмпирические формулы для оценки прочности вагона, зависимость между напряжениями, нагрузками и геометрическими характеристиками вагона).            Эти данные в теории надежности называются априорной экспериментальной информацией.            Существуют два основных вида расчетов надежности вагона:            а) расчет надежности всего вагона по известным показателям структуры конструкции вагона;            б) расчет надежности детали или конструкции вагона в целом на основе использования статистических закономерностей изменения внешней нагрузки и несущей способности с учетом физической природы отказов.            В ряде случаев оба вида расчетов выполняются совместно.            Расчет структурной (схемной) надежности вагона в целом можно выполнять, если известна надежность отдельных его элементов и характер их взаимодействия.            По условиям надежности различают следующие структурные схемы соединения элементов вагона: последовательное соединение, при котором отказ любого элемента вызывает отказ вагона в целом; параллельное соединение, при котором отказ вагона в целом происходит только при отказе всех элементов, соединенных между собой параллельно, например, параллельное соединение нескольких ремней или валов привода вагонного генератора системы электроснабжения пассажирских вагонов; параллельно-последовательное соединение, в котором имеется система с последовательным соединением нескольких блоков, связанных между собою параллельно.            Расчет надежности при внезапных отказах вагона выполняется исходя из того, что изменение нагрузки различных элементов вагона часто представляет собой стационарный нормальный случайный процесс, т.е. с постоянными во времени параметрами (математическое ожидание, дисперсия), а распределение мгновенных значений нагрузок на вагон подчиняется нормальному закону распределения случайных величин. Задача расчета надежности вагона состоит в определении вероятности выброса случайного процесса в течение заданного отрезка времени. Например, можно вести расчет на вероятность превышения напряжениями предела текучести материалов, из которых построен вагон.            Расчет надежности вагона при внезапных отказах можно вести также в квазистатической постановке, если режим нагрузки представляет собой систему дискретных воздействий, например, удары в автосцепку или случайный процесс колебаний вагона схематизируется как совокупность случайных величин. В этом случае статическая характеристика нагруженности вагона представляется как распределение случайных величин сил со своими параметрами.            Сущность этого метода расчета надежности состоит в следующем. Сопоставляются статические распределения внешней силовой нагрузки и несущей способности вагона, под которой понимается предельная нагрузка, которую может выдержать вагон без разрушения.            Расчет надежности вагона с использованием метода статических испытаний (метод Монте-Карло), который в последнее время применяется достаточно широко, дает возможность изучать влияние на надежность различных статических факторов и функциональной связи между ними, т.е. дает возможность обеспечить системный подход к расчету, что особенно важно при расчетах надежности вагонов на перспективу.            Для использования этого метода расчета надежности необходимо иметь достаточно полную априорную экспериментальную информацию, а именно: составить математическую модель, связывающую искомую характеристику с влияющими на нее факторами; получить статистические характеристики распределения каждого фактора.            В основе статических испытаний лежит возможность получения на электронной вычислительной технике (компьютере) случайных чисел с различными законами распределения соответственно каждому фактору влияния. Процесс испытаний состоит в многократных расчетах по заданной аналитической зависимости (математической модели), при этом для каждого расчета принимаются свои случайно выбранные значения факторов, тем самым воспроизводятся условия проявления факторов в эксплуатации. В результате многократных расчетов получают много значений искомой характеристики надежности, например долговечности, и по ним строят ее распределение, которое позволяет ответить на основной вопрос о вероятности безотказной работы вагона за определенный промежуток времени. Важным принципом этого метода является порядок операций по выбору факторов.            Этот метод применим также и для решения промежуточных задач, например, для определения закона распределения нагрузки или несущей способности.            Расчет надежности при усталостных отказах от случайных нагрузок в большинстве случаев выполняется на основе гипотезы о линейном суммировании усталостных повреждений при циклических нагрузках. В методике такого расчета широко применяются два основных направления. В первом направлении, разработанном в институте машиноведения СВ. Серенсеном и В.П. Когаевым, расчетные нагрузки представляются в виде блоков сил или напряжений, отражающих закономерность их изменения в течение определенного времени, например за год, а распределение времени безотказной работы предположительно подчиняется заранее принятому закону распределения случайных величин, обычно применяется логарифмически нормальный закон. В основном расчет сводится к определению средней долговечности детали или узла вагона с учетом среднего значения предела выносливости детали при базовом числе циклов нагружения, амплитуд напряжений, относительного числа циклов нагрузки, числа циклов расчетных нагрузок за год.            Второе направление основано на разработанной В.В. Болотиным методике расчета долговечности при усталостных разрушениях и использовании метода Монте-Карло. Главная особенность этого направления состоит в введении расчетной нагрузки в форме плотности распределения амплитуд напряжений характерного для рассматриваемого стационарного случайного процесса нагрузки. При этом предположений о законе распределения времени безотказной работы заранее не делается, а он определяется с применением метода Монте-Карло, для чего задаются характеристиками распределения значений времени безотказной работы вагона.            В рассмотренных расчетах надежности вагона предполагается, что заданные вероятностные характеристики нагруженности и несущей способности остаются неизменными в течение всего времени эксплуатации.            Отказы можно классифицировать по различным признакам (рис. 14.3).

Параметры потока отказов вагонов

           Для анализа надежности вагона в целом и его отдельных узлов и деталей (элементов) в частности по фактическим эксплуатационным данным, в общем случае, в соответствии с нормами для расчета и проектирования вагонов железных дорог МПС колеи 1520 мм используется параметр потока отказов, определяемый по формуле:

           где Ω(tр) — среднее удельное число отказов вагона данного типа, его узлов и деталей за расчетный период эксплуатации;            — средняя наработка вагона за расчетный период эксплуатации до первого деповского ремонта.            Вследствие того, что вагон подразделяется на отдельные расчетные системы (узлы), которые в свою очередь подразделяются на отдельные детали (элементы), параметр потока отказов вагона определяется по формуле:

           где — параметр потока отказов j-го расчетного узла (детали) вагона;            j — параметр потока отказов j-го узла вагона.            Параметр потока отказов для вновь проектируемого вагона устанавливается с учетом отказов такой же детали (элемента) вагона-аналога.            Вычисленные на основании эксплуатационных обследований и установленные с нормами параметры потока отказов основных типов грузовых вагонов приведены в табл. 14.1