Надежность технических систем

3.4. Анализ и расчет надежности, расчёт риска объекта

методами «дерева неисправностей» и «дерева рисков»

Анализ и расчет надежности, расчет риска проводится на основе анализа причинно-следственных связей «дерева неисправностей» с последующим рас-

чётом вероятности отказа, вероятности безотказной работы объекта и риска.

Для определения причин возникновения отказов на производственном оборудовании применяется метод «дерева неисправностей». Он заключается в построении и анализе модели надежности, представляющей собой логико-

вероятностную модель причинно-следственных связей отказов объекта с отка-

зами его элементов и другими событиями.

Последовательность построения «дерева неисправностей» описана в гл. 8 первой части данного учебного пособия и состоит в осуществлении анали-

за сверху вниз. Для наглядного представления причинной взаимосвязи с помо-

щью «дерева неисправностей» используется два типа элементарных блоков: ло-

гические символы (табл. 8.1) и символы событий (табл. 8.2). Логические сим-

волы связывают события в соответствии с их причинными взаимосвязями.

3.4.1. Расчетные формулы

При расчетах вероятности события, объединенные условием «И», пере-

множаются. Вероятность события А в зависимости от исходных событий

1, 2,…, n, вероятности которых Р1, Р2, … , Рn (рис. 3.5), будет определяться по формуле

i 1

Вероятность события А в зависимости от исходных событий, соединенных символом «ИЛИ» (рис. 3.6), определяется по формуле

В частности, при n = 2 выражение (3.9) преобразуется к виду

РА = Р1 + Р2 – Р1 · Р2 ,

при n = 3 – к виду

РА = Р1 + Р2 + Р3 – Р1 · Р2 – Р3 · Р1 – Р2 · Р3 + Р1 · Р2 · Р3.

101

струмента достигается перемещением шпинделя станка относительно неподвижной детали.

Многошпиндельные сверлильные станки обеспечивают значительное повышение производительности труда по сравнению с одношпиндельными станками.

Горизонтально-сверлильные станки предназначены для глубокого свер-

ления.

К группе сверлильных станков можно также отнести центровальные станки,

которые служат для получения в торцах заготовок центровых отверстий. Основными размерами сверлильных станков являются наибольший ус-

ловный диаметр сверления, размер конуса шпинделя, вылет шпинделя, наибольший ход шпинделя, наибольшие расстояния от торца шпинделя до стола и до фундаментной плиты и др.

Вертикально-сверлильный станок 2Н135

На станине 1 вертикально-сверлильного станка (рис. 3.7, табл. 3.3) раз-

мещены основные части. Станина имеет вертикальные направляющие, по которым перемещаются стол 9 и сверлильная головка 3, несущая шпиндель 7 и дви-

гатель 2. Управление коробками скоростей и подач осуществляется рукоятками 4, ручная подача – штурвалом 5. Глубину обработки контролируют по лимбу 6.

В нише размещены электрооборудование и противовес. В некоторых станках электрооборудование выносят в отдельный шкаф 12. Фундаментная плита 11

служит опорой станка. Стол 9 станка перемещают по направляющим с помощью винтового механизма маховичком 10. Охлаждающая жидкость подается электронасосом по трубопроводу 8.

103

можность перемещаться вдоль колонны при вращении соответствующей рукоятки через червячную и реечную (z = 14; т = 3) пары. Вертикальное перемещение стола можно производить также вручную поворотом рукоятки через коническую и винтовую пары.

Радиально-сверлильный станок 2М55

Станок (рис. 3.9, 3.10, табл. 3.4) предназначен для сверления, зенкерования и развертывания отверстий и нарезания резьбы в заготовках крупных деталей при единичном и серийном производстве.

Рис. 3.9. Общий вид радиально-сверлильного станка 2М55

106

Рис. 3.10. Схема электрическая принципиальная радиально-сверлильного станка модели 2М55

Обрабатываемую заготовку устанавливают на приставном столе 6 или непосредственно на фундаментной плите 1. Инструмент закрепляют в шпинделе станка, а затем устанавливают относительно обрабатываемой заготовки, поворачивая траверсу 4 вместе с поворотной наружной колонной 2 и перемещая шпиндельную головку 5 по траверсе. В зависимости от высоты заготовки траверса может быть поднята или опущена. Станок имеет механизированные зажимы шпиндельной головки, траверсы и поворотной наружной колонны.

Движения в станке. Главным движением в радиально-сверлильных станках является вращение шпинделя, а движением подачи – осевое перемещение шпинделя вместе с пинолью (гильзой). К вспомогательным движениям относятся: поворот траверсы вместе с поворотной наружной колонной и последующее закрепление на неподвижной внутренней колонне, вертикальное перемещение по наружной колонне и закрепление траверсы на нужной высоте.

Горизонтальное перемещение шпиндельной головки по траверсе вручную производят с помощью маховичка и реечной передачи. Механическое вертикальное перемещение траверсы по поворотной колонне осуществляется отдельным электродвигателем. Закрепление траверсы по окончании перемещения, а также освобождение траверсы перед началом перемещения происходит автоматически.

Закрепление поворотной наружной колонны на неподвижной внутренней, а также закрепление шпиндельной головки на направляющих траверсы происходит с помощью гидромеханизмов, управляемых кнопками. Нажим на одну кнопку вызывает закрепление колонны и головки, нажим на другую – их освобождение. Сила закрепления регулируется продолжительностью нажима на кнопку. Траверсу с полой колонной поворачивают вручную.

3.4.3. Анализ и расчет надежности системы «станок»

Возможные причины отказа станка: функциональный отказ как следствие внезапного отказа блоков, узлов, деталей или параметрический отказ, который произойдет, когда будет исчерпана технологическая надежность.

Функциональный отказ, приводящий к остановке станка, наступит в результате реализации приведенных прогнозируемых причинно-следственных цепей опасностей:

–отказ электродвигателя;

–отказ концевого выключателя;

–короткое замыкание кабеля на землю;

–короткое замыкание электрооборудования на корпус;

–отказ предохранителя;

–отказ насоса;

–отказ дросселя;

108

–отказ обратного клапана;

–отказ предохранительного клапана;

–потеря герметичности в маслопроводе;

–отказ муфты главного привода;

–отказ муфты первого вала коробки скоростей;

–отказ зубчатого колеса коробки скоростей;

–отказ ограничителя передвижных зубчатых колес коробки скоростей;

–отказ зубчатого колеса коробки подач;

–отказ муфты сцепления зубчатых колес коробки подач.

Система рассматривается в период нормальной эксплуатации, поэтому принимается, что параметрические отказы не происходят.

На рис. 3.11 представлено построенное на основе рассмотренных при- чинно-следственных цепей «дерево неисправностей» металлорежущего станка.

Остановка станка Б

Функциональный отказ В

>--1

Рис. 3.11. «Дерево неисправностей» металлорежущего станка:

1 – отказ электродвигателя, отказ концевого выключателя; 2 – короткое замыкание кабеля на землю; 3 – короткое замыкание электрооборудования на корпус;

4 – отказ предохранителя; 5 – отказ насоса; 6 – отказ дросселя; 7 – отказ обратного клапана; 8 – отказ предохранительного клапана; 9 – потеря герметичности в маслопроводе;

10 – отказ муфты главного привода; 11 – отказ муфты первого вала коробки скоростей; 12 – отказ зубчатого колеса коробки скоростей; 13 – отказ ограничителя передвижных зубчатых колес коробки скоростей; 14 – отказ зубчатого колеса коробки подач;

15 – отказ муфты сцепления зубчатых колес коробки подач

109

Оценка возможности отказа или безотказной работы отдельных элементов технических систем производится на основе статистических данных по ин-

тенсивности их отказа.

Используя статистические данные по интенсивности отказов, заполняют табл. 3.5.

Определяют вероятности безотказной работы элементов по формуле

Pi t e it exp( i t).

Вероятность отказа подсистемы Г:

Q Г 1 P1 P2 P3 P4 P5

Вероятность события (отказа подсиситемы) Д:

Q Д 1 P6 P7 P8 P9 P10 .

110