Файл: Дружинин Г.В. Надежность электрических схем авиационных систем.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 04.04.2024
Просмотров: 148
Скачиваний: 0
пая амортизация аппаратуры часто является основным фактором, определяющим ее надежность.
6) Целесообразно герметизировать блоки с большими питаю щими напряжениями. Благодаря этому уменьшается опасность про боя изоляции.
При оценке условий работы элементов особое внимание нужно обращать на переходные процессы, возникающие при включении и выключении, а также других изменениях режима работы аппаратуры. Испытываемые элементами при переходных процессах перегрузки могут быть одной из причин пониженной надежности аппаратуры.
При проектировании аппаратуры должно учитываться измене ние параметров материалов и деталей -со временем («старение»). Учет старения необходим не только для непрерывно работающих наземных систем, но и для кратковременно работающей авиацион ной аппаратуры, ибо эта аппаратура может применяться после дол гого периода складского хранения. Разброс параметров элементов в конце срока службы или хранения обычно в несколько раз превос ходит разброс параметров в начале эксплуатации. Если проектиро вать аппаратуру с учетом возможных предельных значений парамет ров элементов в конце их срока службы или хранения, то она полу чается весьма сложной и громоздкой. Увеличение числа элементов может привести к снижению надежности. Поэтому при разработке схемы часто предполагают, что все элементы имеют крайние началь ные значения параметров, а любой один элемент имеет крайнее зна чение параметра в конце срока службы, причем крайние значения допусков берутся в наихудшем для работы схемы направлении.
Рациональный, с точки зрения надежности, выбор номинальных значений параметров элементов системы может быть осуществлен путем применения графиков граничного контроля, описанных в § 2.5.
Во время конструирования закладываются основы правильной организации технической эксплуатации систем. В первую очередь это относится к мерам по облегчению ремонта или, как иногда не совсем удачно говорят, к мерам по повышению ремонтопригодности систем.
Ремонт системы автоматики состоит из двух этапов: отыскания местоположения отказа и его устранения. Статистика показывает, что 90% времени простоя при ремонте тратится на поиски места отказа вышедшего из строя элемента. Поэтому большое внимание должно быть уделено контрольно-измерительной аппаратуре, кото рая должна являться составной частью проектируемой системы. Эта встроенная в систему контрольная аппаратура должна не только осуществлять автоматический контроль исправности системы, но и сигнализировать о месте возникновения отказа.
Применение встроенной в систему автоматической контрольной аппаратуры необходимо не только для сокращения времени простоя при ремонте. Любая проверка исправности системы с помощью пере носных измерительных приборов общего назначения связана с раз боркой аппаратуры. Любая, даже незначительная, разборка аппа ратуры ведет к увеличению числа внезапных отказов. Поэтому иногда бывает, что переносная контрольно-поверочная аппаратура при
71
частом ее применении приносит больше вреда, чем пользы. Приме ром неудачного решения вопроса может служить переносный тестер для проверки исправности сервоусилителей, при применении кото рого сервоусилитель извлекается из кожуха, электронные лампы вынимаются из панелек и на их место ставятся переходники, соеди ненные с тестером.
Встроенная в систему автоматическая контрольная аппаратура бывает двух типов:
а) А п п а р а г у р а д и с к р а т н о г о к о и т р о л я. Повероч ные устройства этой группы периодически прерывают работу систе мы и посылают контрольный сигнал. По реакции системы на этот сигнал автоматически контролируется ее исправность. Аппаратура дискретного контроля может быть применена совместно с гранич ным контролем системы, описанным в § 2.5. Этот метод позволяет не только установить, исправна или нет данная система, но и предсказать, когда можно ожидать постепенного отказа элемента и в каком месте системы.
б) А п п а р а т у р а н е п р е р ы в н о г о к о н т р о л я . В этом случае непрерывно контролируются основные параметры системы и при отклонении одного из параметров за пределы допуска создается сигнал о неисправности. Если аппаратуру дискретного контроля можно конструктивно осуществлять в виде отдельных блоков, то аппаратура непрерывного контроля, по всей видимости, будет рас средоточена по всем блокам и узлам системы.
Второй этап времени простоя при ремонте, время устранения отказа, можно уменьшить путем построения аппаратуры по блочно узловому способу. При применении этого способа конструирования вся аппаратура разбивается на отдельные функционально закончен ные блоки и субпанели, соединяемые между собой кабелями. Суб панели в свою очередь разбиваются на функционально законченные узлы, выполняемые в виде легкосъемных конструкций. При таком построении аппаратуры весь ремонт состоит в замене вышедших из строя блоков пли узлов, что значительно ускоряет процесс ввода объектов в строй. Восстановление отказавших блоков производится в специальных ремонтных мастерских. Функциональные узлы в свою очередь состоят из типовых каскадов, собираемых на типовых платах с печатным монтажом.
Осуществление блочно-узловых конструкций тесно связано с унификацией элементов и систем, которая производится па основе отбора наиболее надежных вариантов. Применение унифицирован ных схем и соответствующих им типовых каскадов убыстряет и уде шевляет процесс разработки и изготовления аппаратуры, а также облегчает ее эксплуатацию. Собираемые по унифицированным схе мам типовые каскады конструируются так, чтобы их можно было монтировать на машинах-автоматах.
Конструктивное оформление аппаратуры должно предусматри вать возможность быстрого и не требующего сложных приспособле ний ремонта отделенных от основной аппаратуры неисправных бло ков. При этом необходимо предусмотреть удобные способы подклю-
72
I
чсмшя измерительных приборов, удобный доступ кб всем деталям, особенно к наименее надежным, возможность проверки исправности блока без специальных приспособлений и т. д.
Для облегчения ремонта отделенных от основной аппаратуры отказавших блоков также крайне необходима унификация блоков, деталей, напряжений и частот питания, разъемов и т. д. Унификация необходима и с точки зрения организационных вопросов проблемы надежности. В частности, она облегчит снабжение запасными частями и снизит стоимость эксплуатации и средних или капиталь ных ремонтов.
§ 2.5. ГРАНИЧНЫЙ КОНТРОЛЬ
Метод граничного контроля применяется для предсказания вре мени н места появления постепенных отказов элементов и правиль ного подбора параметров элементов при проектировании системы. При этом методе изменение параметра элемента связано с измене нием одного из параметров схемы — обычно напряжения питания. Одно из питающих напряжений в схеме выбирается в качестве напряжения граничного контроля. Границы исправной работы схемы можно получить, изменяя напряжение граничного контроля до момента отказа схемы при номинальных значениях параметров всех элементов, а затем при отклонениях параметра интересующего нас элемента от номинального значения. Практически это делается при конструировании схемы путем поочередной замены одного из элемен тов схемы аналогичными элементами с известным отклонением параметра от номинала.. Можно также установить контрольный эле мент с изменяемым параметром (например, переменное сопротивле ние). Очевидно, что при разных значениях параметра изучаемого элемента схема будет отказывать при различных отклонениях напряжения граничного .контроля. Полученные в результате экспе римента данные оформляются в виде графика граничного контроля (рис. 2.15) — геометрического места точек отказа схемы, выражаю щего зависимость изменения напряжения граничного контроля до отказа схемы от значения параметров детали. Полученная кривая является границей между областью исправной работы и областью постепенных отказов, откуда метод и получил свое название. Такие кривые можно построить для каждого элемента схемы.
Графики граничного контроля могут быть использованы при проектировании систем для определения «запаса прочности» схемы, правильности выбора номинальных значений отдельных элементов и питающих напряжений, а также для количественного сравнения относительной надежности сходных схем по величине площадей области исправной работы.
На рис. 2.15 видно, что если выбранная рабочая точка находит ся достаточно далеко от границ неустойчивой работы, т. е. вблизи центра области исправной работы графика граничного контроля, то в ближайшее время постепенного отказа не произойдет. Наоборот, если рабочая точка лежит вблизи границы исправной работы, то
73
достаточно небольшого изменения параметра элемента, чтобы насту
пил отказ.
Следует заметить, что далеко не всегда следует стремиться к смещению рабочей точки к центру рабочей области. Некоторые эле менты обладают постоянным дрейфом параметра в одном направ лении. Для них номинальные значения параметров выбираются так, чтобы допустимые пределы изменения параметра в направлении, противоположном дрейфу (расстояние А — В па рис. 2.15), были не больше, чем это необходимо для начальных и кратковременных отклонений параметра. Для решения вопроса о выгодности сдвига
Р и с . 2.15. График граничного контроля:
ДнГр— отклонение напряжения граничного контроля; Дг< —от клонение параметра детали в процентах.
в рабочей области необходимо рассмотреть все кривые граничного контроля для данной схемы. Часто встречаются случаи, когда сдвиг значения параметра одного элемента вызывает неблагоприятное воз действие на другой элемент, иногда более опасный с точки зрения надежности.. Поэтому не всегда целесообразно стремиться к под бору наиболее оптимальных номинальных значений всех элементов системы. Часто при этом приходится проводить очень обширные исследования взаимосвязанных явлений. Эги исследования обычно экономически оправдываются лишь для основных схем системы.
Графики граничного контроля помогают понять основную идею применения граничного контроля для предсказания постепенных отказов системы: имитацию воздействия на работу схемы ухудшения детали путем изменения напряжения питания. Действительно, из рис. 2.15 видно1, что по мере приближения точки А к точке В, т. е. по мере приближения отказа, допустимые (т. е. не вызывающие отказа) отклонения напряжения граничного контроля уменьшаются. Поэтому величина отклонения напряжения граничного контроля может сигнализировать о приближении отказа.
В настоящее время техника осуществления граничного контроля еще не получила достаточного развития. Ввиду отсутствия накоплен ного опыта часто нужна значительная изобретательность для под
74
бора напряжения граничного контроля с тем, чтобы обеспечить обнаружение каждой ухудшающейся детали в схеме и применять как можно меньше линий изменяемого питания. Некоторые рекомен дации все же существуют. При подборе напряжений граничного кон троля или, как иногда говорят, линий граничного контроля, следует стремиться к минимальному количеству их в системе. Идеальным является случай применения для каждой схемы одного напряжения граничного контроля. Вызывающее отказ схемы изменение этого напряжения должно быть непрерывной функцией величины парамет ра каждой детали в схеме. Наиболее просто осуществлять гранич ный контроль в пентодных схемах, используя для этой цели напря жение па экранной сетке пентода. Очень простые схемы можно соз дать, используя в качестве линии граничного контроля напряжение накала ламп. Однако при этом трудно получить повторение дан ных. В мультивибраторах в качестве линии граничного контроля больше всего подходит питание одной из обратных связей.
На рис. 2.16 показан результат неудачного выбора линии гра ничного контроля. Когда величина параметра элемента убывает, то вместо плавного наклона граничной кривой допустимое отклонение напряжения граничного контроля сначала идет параллельно оси абсцисс, а затем резко падает к нулю. Поэтому отсутствует сигна-
Р и с. 2.16. Неудачный график |
Р и с . 2.17. Предсказание отказа при гра |
граничного контроля. |
ничном контроле. |
лизация о приближении отказа,, который произошел бы при отрица тельном дрейфе величины параметра детали. Очевидно, что должно быть подобрано другое (или дополнительное) напряжение гранич ного контроля. Кривая граничного контроля должна подходить к оси отклонения параметра элемента (в точке отказа неконтролируемой схемы) с достаточно малым наклоном, чтобы дать возможность свое временно определить приближающийся отказ. Рассмотрим это основ ное правило с эксплуатационной точки зрения. Так как при старении параметр элемента обычно меняется в одном направлении, то в принципе можно заменить на графиках граничного контроля ось отклонения параметра элемента осью времени, изменив соответ ствующим образом масштаб, который в общем случае может быть переменным. На рис. 2.17 изображены два таких, перестроенных
75
в |
масштабе |
времени, |
графика граничного контроля. Цифрами |
1, |
2, 3, 4, 5 |
отмечены |
моменты профилактических осмотров, т. е. |
моменты проверки схемы методом граничного контроля. Очевидно, что с помощью кривой X на рис. 2.17 можно предсказать отказ схемы, а по кривой Y — нет. К. кривой X на рис. 2.17 может быть предъявлено еще одно требование, соблюдение которого необходимо для предсказания отказа: между моментом времени пересечения кривой граничного контроля с линией D назначенного заранее, опас ного для схемы, отклонения напряжения граничного контроля и точкой отказа схемы должен быть хотя бы один профилактический осмотр. Иными словами, промежуток времени С на рис. 2.17 должен превышать промежуток времени между моментом отказа и преды дущим (пятым) профилактическим осмотром.
Граничный контроль может быть осуществлен путем постепен ного увеличения отклонения напряжения граничного контроля до тех пор, пока не произойдет отказ. Величина отклонения напряжения граничного контроля в момент отказа является границей напряже ния для этой линии. Сравнивая эти данные с результатами предыду щей проверки и используя графики граничного контроля, можно установить, когда следует ожидать появления отказа схемы.
Однако по этому способу нужно анализировать получаемые дан ные, что весьма неудобно, особенно в сложных системах, содержа щих большое число различных схем. Поэтому на практике обычно используют постоянные, установленные заранее отклонения напря жения граничного контроля («назначенные отклонения»). Если при применении назначенных отклонений схема работает исправно, то можно ожидать, что она остается исправной до следующей проверки. Конечно, кривые граничного контроля схемы должны удовлетворять описанным при рассмотрении рис. 2.17 требованиям.
Для каждой схемы величина назначенного отклонения подби рается при конструировании системы. Назначенное отклонение дол жно быть достаточно большим, чтобы имитировать эффект нормаль ных изменений окружающей обстановки (температуры, напряжения питания и т. д.), а также имитировать эффект максимального ухуд шения деталей, которое может произойти до следующей проверки. С другой стороны, слишком высокое назначенное отклонение вызо вет преждевременную замену деталей, что увеличит стоимость эксплуатации и вероятность появления внезапных отказов.
В сложных системах приходится применять несколько линий граничного контроля. В этом случае назначенное отклонение па каж дую линию подается отдельно и обычно поочередно. Благодаря поочередной проверке схем, удается установить не только факт при ближения отказа, но и его местоположение. Таким образом, обычно в одной из схем изменяется напряжение граничного контроля, тогда как другие схемы получают нормальное напряжение. Когда в системе очень много линий граничного контроля, то для удобства коммута ции они объединяются в группы: группа напряжения, группа схем и т. д. В группу напряжения объединяются линии с определенным диапазоном изменения напряжения. В группе напряжения те схемы,
76
