ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА (1219220), страница 3

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 3)

1.2.1 Показатели безотказности

Основным показателем безотказности изделия является вероятность безотказной работы.

Вероятность безотказной работы – это вероятность того, что изделие не отказывает в течение заданного промежутка времени t в заданных условиях эксплуатации.

Пусть Т – случайное время непрерывной исправной работы, t – время, в течение которого нас интересует безотказная работа изделия. Тогда вероятность безотказной работы можно выразить как P(T>t). Обычно используют более лаконичную форму записи – P(t). Значения P(t), как всякой вероятности, может находиться в пределах 0 P(t) 1.

Вероятность безотказной работы P(t) является монотонно убывающей функцией времени, т.е. Р(0)=1 при t = 0, а при t = 0 функция Р(t) 0.

Следует иметь в виду, что применение P(t) без указания периода времени t=Т, в течение которого рассматривается работа издеблия, не имеет смысла.

Событие, противоположное вероятности безотказной работы, называется вероятностью отказа и обозначается как Q(T<t) или просто Q(t).

На основе теоремы сложения вероятностей будем иметь

(1.1)

На рисунке 1.3 приведён пример функции безотказной работы изделия P(t). Пунктиром показана кривая вероятности отказов Q(t), которая симметрична по отношению к P(t) и обе кривые пересекаются в точке, соответствующей среднему сроку службы изделия t=Т_ср., при котором P₁(t)=Q₁(t)=0,5.

Из графика видно, что для данного изделия при его работе в течение t=T₁ безотказность работы весьма высокая, так как P(t) 1, а при t=Т₂ значение P(t)=0,75.

Каждому изделию в зависимости от его работоспособности соответствует своя кривая Р(t). Так на рисунке 1.3 изображена кривая Р₂(t) более надёжного изделия, для которого область безотказной работы значительно больше и, например, при t=Т₂ значение Р₂(t) 1.

Рисунок 1.3 – Пример функции безотказной работы изделия P(t)

Статистически вероятность безотказной работы определяется как

(1.2)

где N₀ – общее число испытуемых изделий;

N(t) – число изделий, оставшихся при испытаниях исправными к моменту

времени t.

Соответственно вероятность отказа

(1.3)

Вероятность безотказной раооты и вероятность отказа можно представить графически площадью на графике плотности вероятности. Особенности кривой

распределения плотности вероятности (рисунок 1.4) состоит в том, что общая площадь под кривой всегда равна единице .

Рисунок 1.4 – Кривая распределения плотности вероятности

Учитывая, что случайная величина времени безотказной работы изделия находится в пределах 0 t< , имеем .

Площадь под кривой f(t) на участке от 0 до t равна вероятности отказа

(1.4)

а площадь на участке от t до + – вероятность безотказной работы

(1.5)

Частота отказов – это отношение числа отказов, происшедших в единицу времени, к общему числу испытуемых изделий.

По определению

(1.6)

имея в виду, что P(t) больше P(t+ t).

Перейдем к пределу, тогда

(1.7)

Уравнение показывает, что частота отказов является плотностью их распределения.

Интенсивность отказов – это отношение числа отказов, происшедших в

единицу времени, к числу изделий, оставшихся исправными к концу рассматриваемого промежутка времени.

Статистически интенсивность отказов определяется как

(1.8)

где n – число отказов, происшедших в течение времени t. Разделим и умножим правую часть уравнения на N₀. Тогда получим

(1.9)

Так как , а , то

(1.10)

С другой стороны, по определению

(1.11)

Будем иметь в виду, что – есть уменьшение вероятности безотказной работы на промежутке t.

Перейдём к пределу, тогда

(1.12)

Среднее время безотказной работы для восстанавливаемых изделий – это математическое ожидание времени безотказной работы.

Среднее время безотказной работы характеризует наработку изделия до момента возникновения отказа. При этом из множества одинаковых изделий, находящихся в эксплуатации, часть изделий проработает безотказно большее время, чем Т_ср., а часть изделий откажет, не доработав до Т_ср..

Из математической статистики известно, что математическое ожидание можно выразить как

(1.13)

Умножив и разделив правую часть равенства на t, получим

(1.14)

Для получения вероятностной характеристики Т_ср. переходим к пределу

(1.15)

1.2.2 Связь между показателями безотказности

Для решения задач надёжности необходимо чётко представлять взаимосвязь между показателями безотказности. Рассмотрим взаимосвязи между этими показателями.

Взаимосвязь между P(t) и (t) можно установить, используя уравнение (1.12).

Разделив переменные, получим , а, проинтегрировав это дифференциальное уравнение, получим новое равенство

Известно, что Величину постоянной С определим из условия, что t=0. При этом условии Р(0)=1 и ln1=0, а также и

Следовательно С=0 и тогда

Отсюда

(1.16)

Взаимосвязь между f(t) и (t) установим, используя в качестве исходной зависимость в которой отношение представляет собой плотность вероятности f(t). Исходя из этого, исходную зависимость можно записать как

Подставляя в это последнее выражение получим

(1.17)

Взаимосвязь между P(t) и Т_ср. установим, рассматривая выражение (1.14) .

Учитывая, что ; получим

Возьмём этот интеграл по частям и тогда Первое слагаемое при подстановке пределов обращается в ноль, поэтому окончательно получим

(1.18)

Из этого выражения видно, что среднюю наработку на отказ можно геометрически представить как площадь под всей кривой вероятности безотказной работы.

Рассмотренные показатели безотказности имеют свои достоинства и недостатки, что определяет область и степень их применения. Так показатель f(t), имеющий наиболее характерное графическое отоброжение, удобен для выдвижения качественной гипотезы о виде распределения.

2 ПОСЛЕДСТВИЯ ОТКАЗОВ ОХЛАЖДАЮЩИХ УСТРОЙСТВ ТЕПЛОВОЗОВ

Охлаждающее устройство (далее – ОУ) тепловоза является одним из наиболее уязвимых узлов в отношении частоты отказов, возникновение которых приводит к ощутимым экономическим последствиям. В процессе эксплуатации в силу различных факторов теплорассеивающая способность ОУ тепловоза снижается. Исследования [8] показывают, что теплорассеивающая способность охлаждающего устройства снижается до предельно допустимого уровня – 15 % быстрее, чем предусмотрено восстановление этого параметра на текущем ремонте при существующей в настоящее время планово-предупредительной системе ремонтов [10], однако количественная сторона этого вопроса на сегодняшний день не изучена.

Для полноты определения последствий отказов ОУ тепловозов выполним обзор и анализ причин их вызвавших.

2.1 Обзор и анализ причин отказов

Самая распространенная причина отказа – загрязнение поверхности теплообмена секций водовоздушного радиатора со стороны охлаждающей жидкости. Кроме этого к снижению теплорассеивающей способности ОУ приводят следующие причины:

- загрязнение наружных поверхностей охлаждения секций радиаторов;

- исключение части секций из потока охлаждающей жидкости ввиду их разгерметизации или завоздушивания в пути следования тепловоза;

- применение ремонтных радиаторов, восстановленных с отъемом коллекторов, с заглушёнными трубками или потерей части поверхности теплообмена;

- замятие передних кромок охлаждающих пластин секций;

- отсутствие или ненадлежащая установка заделок шахт охлаждающего устройства после ремонта;

- неполное открытие верхних или боковых жалюзи;

- эксплуатация тепловоза в летнее время года с недемонтированными утеплительными щитами;

- эксплуатация тепловоза в летнее время года с открытыми ветвями межконтурного перепуска;

- ухудшение аэродинамических характеристик вентиляторной установки, вызванное нарушением геометрических размеров лопастей рабочего колеса, обечайки или изменением угла атаки лопастей;

- дефекты в работе привода вентиляторной установки;

- дефекты в работе системы автоматического регулирования температур теплоносителей.

Указанный перечень дефектов повышает вероятность перегрева теплоносителей дизеля в пути следования тепловоза с составом, а также приводит к перерасходу топлива на функционирование ОУ и, прежде всего, на привод вентиляторной установки [10].

2.1.1 Загрязнение внутренних полостей секций радиаторов

Данный отказ обусловлен наличием в составе охлаждающей жидкости посторонних включений в различной степени концентрации, несмотря на применяющиеся в настоящее время способы водоподготовки. В начальной стадии загрязнения на стенках трубок откладывается шлам, представляющий собой продукты коррозии и накипи, которые образуются в различных частях системы охлаждения тепловоза и переносятся потоками охлаждающей жидкости. При этом проходное сечение секций изменяется незначительно, поэтому в этот период загрязнение трудно определить существующими в распоряжении ремонтных служб методами контроля (с помощью тепловизора или по времени пролива секций на испытательном стенде). Однако даже незначительное отложение шлама или продуктов накипно-коррозионных отложений на стенках трубок приводит к существенному повышению термического сопротивления потоку тепла и, как следствие, к потере теплорассеевающей способности радиатора. Образование слоя накипи 0,3–0,5 мм приводит к падению коэффициента теплопередачи более чем в 3,5 раза [8].

Когда дефект удается обнаружить, то, как правило, состояние секций таково, что эксплуатация тепловоза уже длительное время сопровождалась повышенными экономическими затратами. По длине трубки шлам откладывается неравномерно – более интенсивно загрязнение трубок наблюдается на их концах. Причем, при входе потока охлаждающей жидкости в трубку откладываются, в основном, крупные механические включения, приводящие, в конечном итоге, к закупорке сечения трубок. На выходе потока охлаждающей жидкости, напротив, наблюдаются отложения на кромках и стенках в виде мелкодисперсной накипи. К закупорке сечения такие отложения не приводят, но, по мере накопления по длине трубки, приводят к существенной потере теплопередачи.

2.1.2 Загрязнение наружных поверхностей секций радиаторов

Характеристики

Список файлов ВКР