zaharov

станций (N = 10) в течение 250 ч наработки ( Tис 250 ч ) отказали

шесть, отработав соответственно 40, 80, 140, 175, 210 и 230 ч. Определить среднюю наработку станции до отказа.

интенсивность отказов t1, t2

параметр потока отказов t1 при условии, что отказавшие на-

сосные станции восстановлены или заменены новыми (время восстановления или замены не учитывается);

наработку на отказ T0 t1, t2 при условии восстановления отка-

завших насосных станций.

Решение. По формуле (5.4) определим оценку интенсивности отказов:

времени (с наработкой 210 и 230 ч); Ni 8 число станций, работаю-

щих к началу интервала; t 50 интервал наработки.

По формуле (5.16) оценим параметры потока отказов восстанавливаемых или заменяемых насосных станций:

где dN 200,50 2 – число отказов восстанавливаемых (заменяемых) станций при наработке 200 ч на интервале 50 ч.

Физический смысл полученной величины таков: если бы насосная станция имела в течение любой наработки постоянное число отказов в

единицу времени 4 10 3 отк / ч const, то в среднем время между еѐ отказами равнялось бы 250 ч.

З А Д А Ч А 4. Насосная станция поставлена на испытание. После каждой неисправности она восстанавливается, и испытания продолжаются. На интервале наработки от 200 до 250 ч произошло две неисправности. Оценить параметр потока неисправностей на этом интервале времени (время восстановления не учитывается).

Решение. С учѐтом выражения (5.17) по формуле ˆ t dn t, t T

получим

ˆ 200 d1 200, 50 ч 2 0,04 отк / ч. T 50

З А Д А Ч А 5. При эксплуатации 200 самолѐтов АН-24 в течение одного квартала произошло три неисправности гидроэлектромеханизма, которые обнаружены при послеполѐтном обслуживании. Суммарный налѐт T 60000 ч. Определить налѐт на неисправность T0 .

Показатели долговечности. Показателями долговечности являются ресурс и срок службы изделия.

Для каждого изделия устанавливается назначенный ресурс – это суммарная наработка, при достижении которой применение изделия по назначению должно быть прекращено. Наработка может быть выражена в часах работы, часах полета, моточасах, числе срабатываний (или включений), числе посадок самолета, числе циклов работы и др. Для изделий, эксплуатирующихся по состоянию, назначенный ресурс может не устанавливаться.

Наработка изделия до предельного состояния зависит от множества факторов и является случайной величиной, поэтому она различна для каждого, даже однотипного, изделия. В общем случае неодинаково и число восстановлений работоспособности, которые имели место до достижения изделием предельного состоянии.

Средним ресурсом называется средняя наработка изделия до предельного состояния, т.е. математическое ожидание технического ресурса:

где Ti – наработка i-гo изделия до предельного состояния (ресурс каждого изделия), ч; N – общее число наблюдаемых изделий.

Так как имеются различные виды ресурса (назначенный, до первого ремонта, до капитального ремонта и другие), то соответственно различают средний назначенный ресурс, средний ресурс до первого ремонта и т.д.

Для невосстанавливаемых неремонтируемых изделий средний ресурс Тр и средняя наработка на отказ Тср совпадают, так как при возникновении первого отказа невосстанавливаемое изделие сразу переходит в предельное состояние и изделие не подлежит ремонту.

Для сложных восстанавливаемых изделий предельное состояние в каждом случае регламентируется соответствующей нормативнотехнической документацией. В большинстве случаев предельное состояние определяется невозможностью для изделия дальше выполнять свои рабочие функции; иногда это бывает нецелесообразно из-за морального старения, больших износов, но часто в такое состояние изделие приходит в связи с достижением предельного состояния отдельными элементами, своевременная замена которых в процессе ремонта может надолго продлить работоспособность изделия в целом. Например, ресурс поршневых авиационных насосов определяется износом поршневой группы. Ресурс авиационных фильтров зависит в основном от наработки.

Гамма-процентный ресурс – это наработка, в течение которой изделие не достигнет предельного состояния с заданной вероятностью , выраженной в процентах. По своему физическому смыслу есть вероятность того, что при наработке, равной Т , предельное состояние изделия не наступит. Например, для авиационного насоса задан 98-процентный ресурс, равный 2000 ч. Это значит, что в течение наработки, равной 2000 ч, не менее 98 насосов из 100 не должны отказать.

Ресурс изделия в процессе эксплуатации расходуется неравномерно: периоды интенсивных полетов сменяются длительными перерывами в работе по разным причинам. Календарная продолжительность от начала эксплуатации изделия до перехода его в предельное состояние называется сроком службы изделия. Как случайная величина, срок службы характеризуется средним сроком службы (математическим ожиданием срока службы), который, как правило, выражается в часах эксплуатации изделия.

Календарная продолжительность эксплуатации изделия, при достижении которой применение по назначению должно быть прекращено, называется назначенным сроком службы. Он определяется старением изделия (износом, потерей физических свойств от времени под действием различных факторов и др.) и устанавливается исходя из требований безопасности или экономического анализа. При достижении назначенных срока службы и ресурса изделие в зависимости от технического состояния и назначения может быть списано или отправлено на капитальный ремонт. Если предельное состояние обусловливает окончательное снятие изделия с эксплуатации, то показатели долговечности называются: полный средний срок службы (ресурс), полный

гамма-процентный срок службы (ресурс), полный назначенный срок службы (ресурс). В полный срок службы входят продолжительности всех видов ремонта изделия.

При определении долговечности необходимо учитывать конкретные условия эксплуатации изделий. Известно, что использование форсированных и максимальных режимов работы насоса, быстрые переходы с пониженных режимов на максимальные влияют на состояние авиационного насоса и его элементов. На долговечность авиационного оборудования оказывают существенное влияние и внешние условия эксплуатации, такие как температура, влажность, степень загрязнения окружающего воздуха и рабочей жидкости, уровень вибрации и др. Поэтому показатели долговечности могут быть различными для одних и тех же изделий, устанавливаемых на различных типах самолетов, и даже в разных местах одного самолета.

Показатели ремонтопригодности. Количественным показате-

лем ремонтопригодности может служить вероятность того, что время восстановления tв работоспособности изделия не превысит заданного tзад : Pв (tв tзад ) . Чем больше вероятность восстановления работоспо-

собности в заданное время и чем меньше это время, тем выше эксплуатационные качества изделия. Широко применяемым показателем оценки ремонтопригодности является среднее время восстановления работоспособного состояния Tв (математическое ожидание времени

восстановления работоспособности). Оно оценивается отношением суммы времени, затраченного на отыскание и устранение всех неисправностей или отказов, возникавших в наблюдаемых изделиях за определенный срок эксплуатации, к общему числу восстановлений работоспособного состояния:

где i – время, затраченное на каждое определение и устранение отказа, ч; nв – общее число восстановлений работоспособности за опреде-

ленный период эксплуатации.

Необходимые исходные данные для расчета берутся из опыта эксплуатации или на основании специально поставленного эксперимента.

Показатель Tв может определяться как для определенного вида неисправностей или отказов (например, приводящих к досрочному съему

фильтра), так и для любых неисправностей. Аналогично может оцениваться средняя трудоемкость восстановления, при этом время i определяется в нормо-часах.

Задачи по определению показателей надѐжности

З А Д А Ч А 1. При проведении наблюдения за десятью однотипными изделиями фиксируется их наработка, при которой возникает первый износовый или усталостный отказ, что и принимается за момент достижения изделием предельного состояния:

T1 = 1020 ч; T2 = 910 ч; Т3 = 980 ч; Т4 = 1110 ч; Т5 = 1090 ч; Т6 = = 890 ч; T7 = 970 ч; T8 = 1050 ч; T9 = 860 ч; T10 = 990 ч.

Необходимо определить средний ресурс этих изделий. Решение. Используя формулу (5.18), найдем

З А Д А Ч А 2. Изделие имеет среднюю наработку до отказа T0 = 500 ч, а продолжительность работы t = 5 ч. Требуется определить вероятность безотказной работы P(t) в случае экспоненциального распределения времени работы до отказа.

Решение. а) Используя уравнение

t

P t e T0 e x ,

определяем значение

x = t/T0 = 5/500 =0,01.

По табл. 5.4 находим, что при х = 0,01 вероятность безотказной ра-

боты P(t) = 0,99.

б) Интенсивность отказов = 1/Т0 = 1/500 = 0,002 ч–1. Вероятность безотказной работы найдем по формуле P t 1 t; Q t t :

P t 1 t 1 0,002 5 0,99 .

3 А Д А Ч А 3. Вероятность отказа невосстанавливаемого изделия, имеющего интенсивность отказов = 0,005 ч–1, не должна превышать 0,05. Определить максимально допустимую продолжительность работы изделия.

Решение. а) Так как табл. 5.4 составлена для значений P(t), то сначала найдем минимально допустимую вероятность безотказной работы Р(t):

P(t) = 1 – Q(t) = 1 – 0,05 = 0,95.

По табл. 5.4 найдем ближайшее к 0,95 значение P(t), которое равно 0,951, и соответствующее ему значение x = 0,04.

Так как х = t, то t = x/ = 0,05/0,005 = 10 ч.

Следовательно, чтобы вероятность отказов не превышала 5 %, максимальная продолжительность периода работы изделия не должна превышать 10 ч.

б) Так как для экспоненциального закона ( = const) Q t t , то время работы изделия должно быть не более

t = Q(t)/ = 0,05/0,005 = 10 ч.

3 А Д А Ч А 4. Благодаря облегчению режимов работы и условий эксплуатации изделия параметр потока отказов снизился с1 = 0,005 ч–1 до 2 = 0,003 ч–1. Продолжительность периода работы изделия равна 3 ч. Определить, во сколько раз снизится число отказов изделия в эксплуатации.

Решение. В течение любого интервала времени эксплуатации, на котором выполняется условие = const (пуассоновский поток отказов), число отказов уменьшится в следующее число раз:

l/ 2 = 0,005/0,003 = 1,66,

так как параметр потока отказов есть среднее число отказов в единицу времени.

5.5. Периоды жизненного цикла изделия

Жизненный цикл изделия можно разделить на три периода в зависимости от основных причин возникающих отказов и характера изменения со временем их интенсивности (рис. 5.9). При этом рассматривается отработанное изделие, в котором устранены основные ошибки проектирования.

Первый период жизненного цикла – изделие новое, только что начало эксплуатироваться. Казалось бы, поскольку изделие новое и прошло соответствующую проверку на заводе, оно должно иметь самую высокую надежность, т.е. отказы должны возникать очень редко и лишь спустя достаточно большое время. Однако часто на практике надежность нового изделия в первый период его эксплуатации ниже, а интенсивность отказов выше, чем в последующий период. Это объясняется тем, что, несмотря на достаточно совершенные средства и методы технического контроля, в изделие попадают элементы с невыявленными и пропущенными дефектами. Имеет место также низкое качество сборки изделий, отклонения от принятой технологии ее проведения (не выдержаны необходимые зазоры в сопряженных кинема-

тических парах, герметичность соединений в гидравлических и воздушных магистралях, плохо проведена регулировка

параметров).

Отказы, возникающие в на-

чальном периоде эксплуатации из-за дефектов производства,

называются приработочными

и устраняются в период приработки (обкатки) изделия.

Главными факторами, наиболее сильно влияющими на уровень приработочных отказов изделий, являются:

степень соответствия технологии современному уровню;

достигнутая точность изготовления изделий;

степень автоматизации производства (в том числе использование станков с программным управлением, что исключает возможность

субъективных ошибок при изготовлении деталей машин);

уровень технологической дисциплины (соблюдение установленной технологии изготовления, термообработки и сборки изделий);

совершенство технического контроля (автоматизация, добросовестность, требовательность и др.);

уровень унификации (использование отработанных узлов и дета-

лей);

степень использования и соблюдения стандартов;

степень охвата входным контролем;

качество приемосдаточных испытаний изделий перед передачей их в эксплуатацию;

степень эффективности системы управления качеством продукции на производстве.

К сожалению, многие типы изделий имеют высокий уровень приработочных отказов и длительный период их устранения.

Для повышения эксплуатационной надежности период приработки включают в технологический цикл изготовления изделия, исключая тем самым приработочные отказы из периода эксплуатации. Для этого перед поставкой в эксплуатацию изделие подвергается так называемой тренировке – испытаниям по специальной программе.

В зависимости от преобладающих причин отказов применяют три основных вида тренировок:

термотренировку в основном для элементов, которые подвергаются только воздействию температуры или термоциклов – резких изменений температуры;

электротермотренировку (испытание изделия в рабочем режиме под напряжением и при температуре);

механическую приработку (работа изделия в нормальных условиях с возможными механическими воздействиями – ударами, вибрацией – в рабочем или нерабочем режиме).

Второй период жизненного цикла работы изделия называется периодом нормальной эксплуатации. После выявления и устранения приработочных отказов изделие еще «молодое», в это время износовые и усталостные отказы появиться еще не могут. Наступает период работы изделия, в течение которого в нем в основном могут возникать отдельные отказы, вызванные различными случайными факторами.

Многочисленные статистические данные и специальные испытания показывают, что интенсивность отказов при неизменных условиях эксплуатации изделия во втором периоде сохраняется примерно постоянной.

Теперь рассмотрим вопрос, можно ли понизить уровень интенсивности отказов в этот период и какие главные факторы влияют на этот уровень?

К первой группе таких факторов относится конструктивное совершенство изделия, т.е. одной из важных задач конструкторов является создание изделия, менее чувствительного к воздействию различных случайных факторов.

Существенно влияет на интенсивность отказов прочность материала, применяемого для изготовления наиболее ответственных деталей.

Ко второй группе факторов, влияющих на уровень интенсивности отказов, относятся условия эксплуатации изделия. Очевидно, что чем эти условия тяжелее, тем интенсивность отказов будет выше при одном и том же конструктивном совершенстве изделия. К условиям эксплуатации относятся атмосферные условия, при которых эксплуатируется изделие: это температура, давление, влажность, чистота окружающего воздуха, а также условия применения изделия на самолете: уровень вибрации, максимальные перегрузки, местные перегревы и др.

Отказы, вызванные ошибками в действиях технического персонала, относятся к разряду внезапных; квалификация, дисциплина и практические навыки лиц, допущенных к эксплуатации авиационной техники, также влияют на интенсивность отказов.

Понижение уровня внезапных отказов во втором периоде жизненного цикла работы изделия (см. пунктирную линию на рис. 5.9) может быть достигнуто совершенствованием конструкции и технологии изготовления изделия, применением более надежных и более прочных материалов, строгим соблюдением правил эксплуатации.

Третий период жизненного цикла работы изделия связан со старением изделия.