Файл: Паньков, Н. П. Надежность автомобильной техники ЧЗХР.pdf

Скачать файл
Заказать решение

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 22.10.2024

Просмотров: 72

Скачиваний: 0

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

б) установкой перепускного 'клапана в корпусе фильтра, от­ ключающего его при засорении и перепускающего масло в масля­ ную магистраль помимо фильтра;

в) устройством в верхней части центрального стержня фильт­ рующего элемента фильтра тонкой очистки АСФО или ДАСФО калиброванного отверстия диаметром 1,6—1,7 мм, которое огра­ ничивает количество масла, проходящего через фильтр в случае нарушения плотности набора дисков элементов и предотвращает

возможное при этом падение давления

масла

в

системе;

г) устройством отверстия в средней части

сетки маслоприем-

ника масляного насоса, через которое

поступает

масло к насосу

в случае загрязнения сетки.

 

 

 

Для облегчения пуска двигателей на современных автомоби­ лях устанавливаются стартеры повышенной мощности (резерв мощности).

В настоящее время отмеченные резервы назначаются вне связи с показателями безотказности. А ведь если установить та­ кую связь, то при проектировании и изготовлении узлов и агре­ гатов автомобилей можно обеспечить заданный уровень безотказ­ ности выбором соответствующего параметра с вполне определен­ ным запасом.

Надежность автомобильного двигателя в общем случае зави­ сит от степени его форсирования и степени нагрузки, определяе­ мой удельной мощностью. Причем надежность двигателя легко­ вого автомобиля, который изготавливается весьма форсирован­ ным, обеспечивается высокой удельной мощностью. В результате двигатель работает с очень малыми нагрузками.

Двигатель грузового автомобиля работает обычно с большими ■нагрузками. Поэтому удельную мощность приходится выбирать малой, а заданный уровень надежности обеспечивается по меха­ нической или тепловой напряженности.

Таким образом, резервирование в автомобилях с целью обес­ печения устойчивой работы узлов и агрегатов может осущест­ вляться:

—созданием запаса работоспособности в самой машине при

ееконструировании и изготовлении;

—применением самокомпенсирующихся и саморегулирующих­ ся сопряжений и механизмов;

—выбором соответствующего запаса прочности и износостой­ кости деталей.

Взаключение этого раздела рассмотрим теоретические поло­ жения, связанные о преодолением затруднения, вызванного при­

менением для расчета резервированных систем некоторых основ­ ных теорем теории вероятностей.

Надежность автомобиля зависит от надежности каждой его детали в отдельности и надежности всех деталей в целом.

Современный автомобиль состоит из многих тысяч механиче­ ских, гидравлических и электрических элементов, отказы которых

130

сдостаточно хорошим приближением можно считать случайными

инезависимыми событиями. Отсюда вероятность Р(і) работы

этой сложной системы в течение времени t или пробега L со­ гласно правилу умножения случайных и независимых в совокуп­ ности событий будет равна

P{t) =

P,{t)P2{ t) ------ Рп(і) = П Pt(t),

(5.11)

 

/=і

 

где P iit^P ^t) . . .

Pn(t) — вероятности исправной

работы эле­

 

ментов;

 

п— количество элементов, отказ которых вызывает выход из строя агрегата или автомобиля в целом.

В литературе

уравнение

(5.11) обычно

интерпретируется

так — вероятность

исправной

работы системы снижается по мере

увеличения в ней

количества

элементов, т. е. по

мере ее услож­

нения. Применительно к автомобилям это положение не всегда находит свое подтверждение. Современные автомобили значи­ тельно сложнее довоенных, но вместе с этим они и надежнее. Очевидно, надежность автомобилей как сложных восстанавли­

ваемых систем зависит не только от количества элементов

(дета­

лей,

приборов и т. д.) и их надежности, но также и от функций,

которые выполняет тот или иной элемент в этой системе.

 

Вероятность

выхода

из строя системы, составленной из п

последовательно соединенных элементов,

равна

 

 

 

 

\ - П Р 0 ) ,

 

(5.12)

 

 

 

/=1

 

 

где

П

 

 

работы системы

на от-

П Pt(t) — вероятность безотказной

 

/=1

 

 

 

 

 

резке t.

 

 

 

Введем в эту

систему

дополнительное устройство, состоящее

из т элементов, последовательно соединенных между собой и с п основных элементов. Вероятность выхода из строя системы, вклю­

чающей т + п последовательно соединенных элементов,

составит

п+т

(5.13)

1 - П P it) .

і=\

 

Если придерживаться того положения, что вероятность выхо­ да из строя системы повышается по мере увеличения количества ее элементов, то

п+т

п

(5.14)

П > 1

- п Pt {t)

(= 1

/= 1

 

9*

131

Предположим теперь, что работа устройства, состоящего из т элементов направлена на повышение уровня надежности К эле­ ментов системы, состоявшей до введения этого устройства из п

элементов.

Другими словами, повышение надежности К элементов будет иметь место только в том случае, когда работает устройство из m элементов, вероятность чего равна

// Pj(t).

і=1

Обозначим через P k(f) и Р ' к(і) вероятность безотказ­ ной работы /г-го элемента при включении и отключении дополни­ тельного устройства, состоящего из m элементов. При этом спра­

ведливо

условие

 

(5.15)

 

P'K( t) > P k(t).

Система, состоящая из п+ т элементов, будет работать в том

случае, если будут работать

п — k и k элементов и

т элементов

дополнительно включенного устройства.

 

При

невключенном дополнительном устройстве вероятности <рх

работы

п — k элементов іи

работы к элементов составят

 

Ъ = П Pt(t)

ъ = П Р к(і).

(5.16)

 

і=1

 

 

Вероятность же ®3 работы k элементов при включенном до­ полнительном устройстве составит

k

m

k

П P}(t)

(5.17)

Т з= П Р'к(і)-П Рj(t) +

П Pk(t) 1 -

k=i

j=i

fe=i

i=1

 

Вероятность ® работы всей рассматриваемой системы с вклю­ ченным дополнительным устройством составит

 

сР =

Ті?з-

 

(5.18)

Подставляя значения ®,

и <р3, получим

 

n—k

k

т

n—k

k

ср= Я р ,( 0 -

П P'k (t). П Pj (t) + Л Рi(t)• П Pk(t)

1=1

fc=l

3 = 1

 

 

*=1

-

n—k

k

Pk(t)>

m

(5.19)

П Pt(t)-

П

П Pi(t).

 

1 = 1

1= 1

 

/ = 1

 

Повышение вероятности безотказной работы системы с вклю­ ченным дополнительным устройством, направленным на повыше­ ние безотказности работы к элементов составит

n—k

т

П P \ ( f ) -

 

(5.20)

п

p (( ty п Pj(t)

f l P k (t)

1=1

У-1

k=\

k=\

 

132

з„р.

Взаключение рассмотрим случай, когда вводимое в систему дополнительное устройство, функционально направленное на вос­ становление работоспособности к элементов, представляющих со­ бой часть системы, состоящей из п элементов. Типичным примером этого случая будет автоматическая регулировка тормозов, при­ меняемая на некоторых отечественных автомобилях и, в частно­ сти, на автомобилях «Москвич».

Вэтом случае вероятность <р4 работы к элементов при без­ отказной работе дополнительных устройств составит

т

(5.21)

?4 = П Pfit) 1 - Я Pk(t)

/=1

 

Тогда вероятность <р работы всей анализируемой системы бу­ дет равна

n—k

г k

т

1 - Я

p k(t)

(5.22)

¥ = П P<(t)

П Рb(t) + Я P,(t)

/=1

k=i

j=1

 

 

 

Повышение вероятности

безотказной

раіботы

системы в этом

случае составит

 

 

 

 

 

n—k

т

Pjü) 1 - я Pk(t)

 

(5.23)

п p {( t ) . Я

 

І=1

;=l

k=l

 

 

 

Из рассмотренных положений следует, что при расчете пока­ зателей вероятности безотказной работы резервированных систем необходимо учитывать не только общее количество включенных элементов, но их функции, так как в автомобилях вероятность безотказной работы одних приборов и узлов очень часто повыша­ ется за счет работы других приборов и узлов.

ПРИМЕНЕНИЕ СТАТИСТИЧЕСКИХ МЕТОДОВ РАСЧЕТА ДЕТАЛЕЙ, УЗЛОВ И АГРЕГАТОВ АВТОМОБИЛЕЙ С ЦЕЛЬЮ СНИЖЕНИЯ ПОТОКА ОТКАЗОВ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОТРЕБНОСТИ В ЗАПАСНЫХ ЧАСТЯХ

Современные методы расчета базируются на определении ра­ бочих напряжений зр. Если это рабочее напряжение меньше пре­ дельного з1ір, то считается, что деталь или элемент имеет запас прочности

Статистические методы расчета учитывают элемент случай­ ности нагрузок, которые вызывают в деталях рабочие напряже­ ния, подчиняющиеся определенным распределениям.

На рис. 5.9 приведен нормальный закон распределения нап­ ряжений с математическим ожиданием зр и дисперсией Дз. Пре­ дельное напряжение имеет значение При зШіП<Сапр<атах

133

появляется большая или меньшая вероятность того, что зр> з ор, т. е. наступит разрушение. Чтобы исключить разрушение, необ­

ходимо соблюдать следующее

неравенство

 

 

пр

 

(5.29)

Я(ар < бпр) =

/

Ф(а)^ а.

что соответствует заштрихованной

площади.

яр

 

 

Обозначим через К -

 

 

 

запас безотказности, где <зщ и зр — случайные величины. Примем для простоты расче­ тов, что Ор — случайная вели­ чина, а о]ір имеет определен­ ное значение и построим кри­ вые вероятности безотказной работы детали без разруше­ ния при условии, что измене- б"ние рабочего напряжения про­

Напряжение

исходит в пределах

ор + ЗДо,

Рис. 5.9. Кривые распределения рабочих

а значение дисперсий

Да

и 0,35.

напряжений.

Ѵ = — — О; 0,15; 0,25

° р

На рис. 5.10 приведено семейство кривых, характеризующих зависимость запаса безотказности К от вероятности работы дета­ ли без разрушения при различной дисперсии рабочих напряжений.

Рис. 5.10. Зависимость запаса безотказности К от веро­ ятности работы детали без разрушения.

Из приведенных кривых следует, что при V=0,15 вероятность разрушения будет равна нулю, при К > 1,8. Разрушение будет

134

неизбежным при 0,69. Работа детали без разрушения с вероят­ ностью 90% будет при К —1,25.

Приведенные расчеты показывают, как запас прочности дета­ ли связать с показателем надежности ее — вероятностью безот­ казной работы и превратить в запас безотказности К.

Расчет по запасам прочности — типичный пример резервиро­ вания по параметру. Применяется в автостроении давно. Однако теория надежности требует вероятностной оценки результатов та­

кого резервирования.

 

приводит следующий

пример. Дан

Проф. Р. В. Ротенберг

стержень

сечения F,

который

а

растягивается силой -N.

Рабочее

напряжение в стержне

сг,,

предельное

оир.

Если П\ — запас

прочност,

то имеем

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Q\ — ~p

 

Щ

о.

.

 

(5.30)

 

 

 

Г

 

 

 

 

 

Если увеличить в два

раза

площадь

поперечного

сечения

стержня, то запас прочности возрастет вдвое

 

 

 

 

°і

 

 

 

2<з „

 

 

 

 

Ч =

I

;

«2 = — ^ = 2 « ,.

 

(5 .31)

Спрашивается, во сколько раз стал прочнее стержень? Обычно

•считают, что вдвое. Докажем, что это не так.

Пусть сила іѴ представляет собой случайную величину с плот­ ностью распределения вероятностей, соответствующей нормально­

му закону. Так

как F — величина

постоянная, то и плотность

распределения

вероятностей

 

 

будет

меняться

по

тому

же закону (рис. 5.11,а). Выберем

площадь F такой, что рабочие

напряжения

at

будут

иметь

по сравнению с

апр

такую

вели­

чину, как на рис. 5.11, а. Вероятность разрушения стержня

будет

определяться площадью

под

кривой

о, , для

Зі>опр.

Эта

ве­

роятность очень велика, в нашем примере 98%.

 

 

 

 

 

Если теперь увеличить площадь

 

сечения стержня в два раза,

то напряжения в нем уменьшатся

вдвое. Кривая

плотностей

ве­

роятностей

о2= /( а 2) сместится так,

что большая часть значений

<з2 будет лежать

левее

апр

(рис.

5.11,6). Вероятность

разруше­

ния стержня будет теперь определяться лишь той частью площа­

ди под

кривой а2, для которой

°2 > апРЭта вероятность не­

велика

и в нашем примере составляет 2%.

Таким образом, увеличение площади сечения стержня вдвое привело к увеличению надежности (увеличению вероятности отсутствия разрушения) с 2% до 98%. Поэтому традиционный ответ — увеличение запаса прочности вдвое не дает ясного пред­ ставления о том, насколько повысилась прочность стержня и ве­ роятность его работы без разрушения. Вероятностный подход дал конкретный и существенно иной результат.

Если учесть, что предельное напряжение является случайной

135

Смотрите также файлы