Расчет характеристик надежности восстанавливаемых изделий

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство транспорта Российской Федерации

Федеральное агентство железнодорожного транспорта

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ»

Кафедра «Подвижной состав железных дорог»

Расчет характеристик надежности восстанавливаемых изделий

Пояснительная записка к курсовому проекту по дисциплине

«Прикладная статистика и надежности вагонов»

Студент гр.145 И.А. Гальцева

Руководитель Е.А. Дроздов

Хабаровск - 2015



Исходные данные

Вагон - крытый 13-907;

Узел - колесная пара РУ-1;

Деталь - Ось;

Количество изделий, поставленных на испытание, N0 = 20.



Содержание

Введение

1. Анализ надежности заданного узла подвижного состава

1.1 Назначение узла. Силы, действующие на него

1.2 Параметры при проектировании и допускаемые размеры в эксплуатации

1.3 Конструкция и типы осей

1.4 Виды, сроки, порядок осмотра и ремонта колесных пар

1.5 Текущий, средний и капитальный ремонт колесных пар

1.6 Обработка подступичных частей осей

1.7 Обработка резьбы шеек и средней части оси

2. Построение блок-схемы и расчет надежности узла

3. Определение показателей надежности колесной пары на стадии проектирования

3.1 Расчет сопротивления усталости

3.2 Показатели безотказной работы

3.3 Расчет долговечности

3.4 Расчет параметра потока отказов

3.5 Расчет показателей ремонтопригодности при проектировании

4. Определение показателей надежности детали во время эксплуатации

5. Разработка мероприятий по повышению надежности буксового узла

6. Краткие сведения из теории надежности

Список литературы



Введение

буксовый ремонт узел ось

Большинство технических объектов, в том числе вагон, являются сложными системами, состоящими из отдельных узлов и деталей. При определении структуры технической системы в первую очередь необходимо оценить влияние каждого элемента на работоспособность системы в целом. Для расчетов показателей надежности используются структурно-логические схемы надежности, которые графически отображают взаимосвязь элементов и их влияние на работоспособность системы в целом.

Расчеты надежности в настоящее время стали обязательным элементом инженерного проектирования любого технического объекта.

Статистическое моделирование является мощным инструментом анализа надежности по результатам испытаний. При этом важно иметь достоверный источник первичной статистической информации по надежности и корректные методы математической обработки. Необходимо использовать методы обработки испытаний, а также методы доверительной оценки показателей надежности систем по результатам испытаний отдельных ее элементов.

Для анализа надежности конкретного технического объекта нужно достаточно хорошо знать сам объект. Построение математических моделей требует глубокого понимания исследуемого технического объекта, знания его особенностей. Анализ надежности вагона зависит не только от умения применять математические средства, но и от разработанной математической модели, ее максимальной степени адекватности, физической сущности реального исследуемого объекта.

Постановка задачи оптимизации надежности определяется сложностью технической системы, характером и важностью выполняемых функций, тяжестью последствий отказов. Требования достижения высокой надежности зачастую находятся в противоречии с другими необходимыми характеристиками, такими как уменьшение размеров, получение высокой точности, низкая стоимость. Поэтому возникает вопрос, как оптимально выбрать необходимые количественные характеристики для получения компромиссного решения.

Основное условие обеспечения надежности состоит в строгом выполнении правила: надежность закладывается при проектировании, обеспечивается при изготовлении и поддерживается при эксплуатации.



1. Анализ надежности заданного узла подвижного состава

1.1 Назначение узла. Силы, действующие на него

Колёсные пары относятся к ходовым частям и являются одним из ответственных элементов вагона. Они предназначены для направления движения вагона по рельсовому пути и восприятия всех нагрузок, передающихся от вагона на рельсы при их вращении. Работая в сложных условиях нагружения, колёсные пары должны обеспечивать высокую надёжность, так как от них во многом зависит безопасность движения поездов. Поэтому к ним предъявляют особые, повышенные требования Госстандарта, Правила технической эксплуатации железных дорог, Инструкция по освидетельствованию, ремонту и формированию вагонных колёсных пар, а также другие нормативные документы при проектировании, изготовлении и содержании. Конструкция и техническое состояние колёсных пар оказывают влияние на плавность хода, величину сил, возникающих при взаимодействии вагона и пути, и сопротивление движению.

Силы действующие на колесную пару:

Вертикальная статическая нагрузка груженого вагона (брутто), приходящаяся на шейку оси.

Вертикальная динамическая нагрузка, обусловленная колебаниями обрессоренных колес.

Вертикальная нагрузка от центробежной силы, загружающая одну шейку и разгружающая другую.

Вертикальная нагрузка от давления ветра на боковую поверхность вагона, загружающая одну шейку оси и разгружающая другую.

Горизонтальные нагрузки от центробежной силы и давления ветра вместе с усилиями взаимодействия колес с рельсами при движении вагона по кривой.

Вертикальная нагрузка от сил инерции необрессоренных масс Вибрации подшипника

Вертикальные реакции рельсов, определенные из условий равновесия (равенство нулю суммы моментов всех рассматриваемых сил относительно точек контакта колес с рельсами)осевую, действующую в направлении, параллельном оси подшипника.

Колесная пара (рис. 1) состоит из оси 1 и напрессованных на нее колес 2.

Рис.1. Колесная пара типа РУ1-950-Г

Тип колесной пары (см. таблицу 1.2) определяется типом оси и диаметром колес.

Колеса насаживаются на ось на равных расстояниях от ее середины так, чтобы расстояние между их внутренними гранями было в установленных пределах (см. таблицу 1.2). Правильное положение колес и прочное соединение их с осью - важные условия обеспечения безопасности движения подвижного состава по рельсовому пути. Проверка колесных пар на соответствие этим условиям осуществляется в процессе эксплуатации вагонов постоянно.

У внутренней грани колеса имеется гребень высотой 28 мм. Такая высота достаточна для предотвращения схода подвижного состава с рельсов и вместе с тем исключает возможность повреждения деталей рельсовых скреплений и стрелочных переводов. Толщина гребня, измеряемая на расстоянии 18 мм от вершины, у новых и обточенных колес составляет 33 мм. Вследствие трения гребня о головку рельса в эксплуатации эта величина уменьшается, поэтому установлены предельные нормы износа.

1.2 Параметры при проектировании и допускаемые размеры в эксплуатации

Таблица 1 - Параметры при проектировании и допускаемы размеры в эксплуатации

Основные размеры, в мм	Значение
Расстояние между внутренними боковыми поверхностями ободов колес (L) в одной колесной паре	1440 +2/-1
Разность расстояний между внутренними боковыми поверхностями ободов колес в одной колесной паре, измеренная в четырех точках, расположенных в двух взаимно-перпендикулярных плоскостях, не более	1,5
Разность диаметров колес по кругу катания (D) в одной колесной паре, не более: - при восстановлении профиля поверхности катания колес; - без восстановления профиля поверхности катания колес;	0,5 1,0
Разность расстояний от торцов предподступичных частей оси до внутренних боковых поверхностей ободов колес (l) с одной и другой сторон колесной пары, не более	3,0
Отклонение от соосности кругов катания колес относительно оси базовой поверхности, не более	1,0

1.3 Конструкция и типы осей

Ось типа РУ1 по ГОСТ 22780 (рисунок 1.3.1). С 1993 года новые оси типа РУ1 не изготавливают



Исполнение узла В

Вариант 1 Вариант 2

Рисунок 1.3.1 - Ось типа РУ1

Для закрепления осей и колесных пар при механической обработке эле-ментов на станках на каждом из торцов осей выполняются центровые отверстия (рисунок 1.3.2).

Для осей типа РУ1 Для осей типа РУ1Ш и РВ2Ш

Основные размеры новых осей по ГОСТ 22780 и конструкторской документации приведены в таблице 2.

	Тип оси
Наименование показателя	РУ1
	номинальный раз-мер, в мм	предельное отклонение
d1	130	+ 0,052 + 0,025
d2	1651)	+ 0,20 + 0,12
d3	1942)	+ 2,0 - 0,5
d4	1723)	+ 3,0
R2	25	-
l1	176	+ 1,0 - 0,5

1.4 Виды, сроки, порядок осмотра и ремонта колесных пар

1.4.1 Положение о праве проведения осмотра и ремонта колесных пар

1.4.2 Для проверки состояния и изъятия из эксплуатации колесных пар, а также для контроля качества подкатываемых и отремонтированных колесных пар устанавливается система их осмотра и ремонта, предусматривающая:

1.4.3 техническое обслуживание (осмотр) колесных пар под вагонами;

1.4.4 текущий ремонт колесных пар (обыкновенное освидетельствование);

1.4.5 средний ремонт колесных пар (полное освидетельствование);

1.4.6 капитальный ремонт колесных пар (ремонт со сменой элементов).

1.4.7 Техническое обслуживание колесных пар под вагонами производится осмотрщиками вагонов, а при текущем отцепочном ремонте вагонов - мастером или бригадиром.

Мастера и бригадиры текущего отцепочного ремонта вагонов должны еже-годно сдавать экзамены на знание настоящего РД. Осмотрщики вагонов должны сдавать экзамены в знании настоящего РД в объеме своих должностных обязанностей в сроки и в порядке, соответствующем требованиям Инструкции по техническому обслуживанию вагонов в эксплуатации» (Инструкция осмотрщику вагонов), утвержденной Советом по железнодорожному транспорту Государств-участников Содружества (протокол от 21-22 мая 2009г.).

1.4.8 Капитальный, средний и текущий ремонты колесных пар разрешается производить лицам, сдавшим экзамены на знание настоящего РД и получившим право на выполнение этих работ.

Лицам, сдавшим экзамен и получившим право на выполнение работ, выдается удостоверение по форме, приведенной в приложении Б. Периодические испытания должны проводиться ежегодно.

1.4.9 Порядок проведения и сдачи экзаменов, состав комиссии, круг работников, допускаемых к сдаче экзаменов, а также выдачу удостоверений на право производства капитального, среднего и текущего ремонтов колесных пар на вагоноремонтных предприятиях, входящих и не входящих в инфраструктуру железнодорожных администраций должны определять железнодорожные администрации или владельцы инфраструктуры в соответствии с национальным законодательством.

1.5 Текущий, средний и капитальный ремонт колесных пар

1.5.1Текущий ремонт колесных пар (обыкновенное освидетельствование)

1.Проверяют ослабление торцевого крепления подшипников на оси:

а) типа РУ1 гайкой торцевой М110х4. При этом производят ее остукивание слесарным молотком массой до 0,5 кг, при отсутствии ослабления гайки, она не демонтируется.

В случае ослабления гайки, деформации хвостовика планки стопорной или при наличии коррозии под витками резьбы гайка демонтируется. При этом, снимают проволоку с болтов М12 планки стопорной, болты освобождают от стопорения и вывертывают, планку стопорную снимают. Болты и планку осматривают. Гайку отворачивают, кольцо плоское упорное переднего подшипника снимают, протирают насухо, осматривают и производят МПК или ВТК (при использовании автоматизированных средств неразрушающего контроля). Проверяют состояние резьбы на шейке оси, гайки и болтов М12, а также планки стопорной.

Колесная пара с поврежденной резьбой М110 оси или в отверстиях под болты М12 планки стопорной к дальнейшей эксплуатации не допускается. Гайка с поврежденной резьбой и следами механического воздействия на шлицы, неисправные болты М12, планка стопорная и кольцо плоское упорное бракуются и заменяются на исправные.

2. Оси колесных пар, независимо от даты изготовления, должны быть проверены методом УЗК (шейки, предподступичные и средние части), кроме колесных пар, проходивших последний средний ремонт не более шести месяцев назад.

При невозможности проверки методом УЗК шеек, предподступичных, подступичных и средних частей оси с цилиндрических поверхностей оси (отсутствие необходимых дефектоскопов и преобразователей) торцевое крепление подшипников на шейке оси демонтируется и УЗК производится со стороны торца оси.

Средние части осей колесных пар должны быть проверены методом МПК или ВТК (при использовании автоматизированных средств НК), кроме колесных пар, не бывших в эксплуатации после последнего среднего или текущего ремонта не более шести месяцев.

3. Каждая колесная пара после проведения ей текущего ремонта должна быть принята мастером или бригадиром.

1.5.2 Средний ремонт колесных пар (полное освидетельствование)

Средний ремонт колесным парам выполняется:

1. после крушений и аварий поездов всем колесным парам поврежденных вагонов;

2. после схода вагона с рельсов (колесным парам сошедшей тележки);

3.при повреждении вагона от динамических ударов падающего груза при погрузке;

4. при отсутствии или невозможности прочтения знаков и клейм о проведении последнего среднего ремонта на торце шейки оси;

5. при отсутствии бирки на буксовом узле или невозможности прочтения клейм на ней при ремонте колесной пары или подкатке ее под вагон.

Таблица 3 - Допускаемые размеры колесных пар при выпуске их из текущего и среднего ремонтов Оси

№ п/п	Измеряемые параметры	Значения, в мм
1	Диаметр шейки оси, типа *): РУ1 и РУ1Ш РВ2Ш	130 +0,052/+0,005 130 +0,090/0,045
2	Диаметр оси в месте зарезьбовой канавки у колесных пар с осями типа РУ1 *)	90 -2,2
3	Ширина зарезьбовой канавки колесных пар с осями типа РУ1 *)	8,5 +1,5
4	Занижение (уменьшение) диаметра шейки оси у галтели (глубина на сторону) *)	0,10…0,45
5	Расстояние от торца предподступичной части до начала занижения диаметра на шейке оси типа *): РУ1 и РУ1Ш РВ2Ш	27,0…34,0 33,0…37,0
6	Конусообразность и овальность шейки оси, не более *)	0,02
7	Радиальное биение шейки оси, не более *)	0,3
8	Диам Введениеетр предподступичной части оси типа *): РУ1 и РУ1Ш РВ2Ш	165 +0,2/+0,02…164 +0,02 185 +0,165/+0,091…185 +0,165/+0,066
9	Овальность и конусообразность предподступичной части оси, не более *)	0,05
10	Диаметр подступичной части оси типа, не менее: РУ1 и РУ1Ш РВ2Ш	182,0 196,0**)
11	Диаметр средней части оси типа, не менее *): РУ1 и РУ1Ш - ось с конусообразной средней частью - ось с цилиндрической средней частью РВ2Ш	155,0 160,0 175,0**)
12	Вмятины, забоины и протертости средней части оси, не более	2,0
13	Наружный диаметр резьбы М110 *)	110,0…108,7

1.5.3 Капитальный ремонт колесных пар (ремонт со сменой элементов)

При капитальном ремонте колесных пар производят:

1.демонтаж (п. 22) и монтаж (п. 26) буксовых узлов;

2.обмывку колесных пар (п. 18);

3.распрессовку колес с осей (п. 13);

4.расточку отверстий ступиц новых или старогодных колес цельнокатаных (п. 14);

5.механическую обработку подступичных частей новых или старогодных осей (п. 15);

6.прессовую посадку новых или старогодных колес на новые или старогодные оси (п. 17);

7.восстановление поврежденной или изношенной резьбы М110 и М12 осей РУ1 (п. 16);

8.УЗК и МПК (или ВТК при использовании автоматизированных средств НК) подступичных, предподступичных, средних частей и шеек осей перед прессовой посадкой колес (п. 21).

Допускается производить УЗК и МПК (или ВТК при использовании автоматизированных средств НК) шеек, предподступичных и средней частей осей после прессовой посадки колес на ось.

УЗК и ВТК старогодных колес цельнокатаных производится после их прессовой посадки на ось (п. 21).

9.контроль геометрических параметров колесных пар и их элементов.

10.Требования к колесным парам и их элементам при капитальном ремонте.

11.Новые элементы колесных пар, поступающие на вагоноремонтные предприятия, должны иметь сертификаты соответствия.

12.Новые оси и колеса должны иметь знаки маркировки и клеймения, относящиеся к их изготовлению в соответствии с требованиями ГОСТ 31334 и ГОСТ 10791.

Оси и колеса с отсутствующими приемочными клеймами и клеймами ОТК завода-изготовителя, а также с отсутствующей или плохо различимой маркировкой бракуются.

13.Колесные пары с неясными или отсутствующими знаками и клеймами, относящимися к формированию колесной пары, должны быть расформированы, при этом старогодные оси и колеса могут быть использованы при ремонте колесных пар.

Старогодные оси с неясными или отсутствующими знаками и клеймами за-вода-изготовителя бракуются.

Старогодные колеса с неясной или срезанной маркировкой завода-изготовителя могут быть использованы при ремонте колесных пар.

Таблица 4 - Значения шероховатости поверхностей новых и старогодных элементов колесных пар Оси

Наименование элементов и частей колесных пар Поверхность шейки (включая галтели): - до упрочнения накатыванием роликами - после упрочнения накатыванием роликами	Значение шероховатости, мкм не более Rz 20 Ra 1,25
Торцевые поверхности зарезьбовой канавки: - со стороны шейки - со стороны резьбы	Rz 20 Rz 40
Предподступичная часть: - до упрочнения накатыванием роликами - после упрочнения накатыванием роликами	Rz 20 Ra 1,25
Подступичная часть: - до упрочнения накатыванием роликами - после упрочнения накатыванием роликами	Rz 20 Ra 1,25
Заходный конус подступичной части: - до упрочнения накатыванием роликами - после упрочнения накатыванием роликами	Rz 20 Ra 1,25
Поверхность торца: - ось типа РУ1 - оси типа РУ1Ш и РВ2Ш на пояске шириной 20 мм от поверхности шейки	Rz 40 Rz 20
Средняя часть - до упрочнения накатыванием роликами - после упрочнения накатыванием роликами	Rz 40 Ra 2,5

1.6 Обработка подступичных частей осей

1.6.1 Для обеспечения геометрических параметров подступичных частей осей и установленных значений их шероховатости, а также для удаления коррозии, задиров и рисок, образовавшихся при распрессовке колес, подступичные части осей механически обрабатываются (обтачиваются) с последующим их упрочнением накаткой роликами в соответствии с требованиями Технологической инструкции по упрочнению накатыванием роликами осей колесных пар вагонов, утвержденной Комиссией Совета по железнодорожному транспорту полномочных специалистов вагонного хозяйства железнодорожных администраций (Протокол от 20-22 апреля 2011г.).

1.6.2 Подступичные части новых осей разрешается обтачивать до большего диаметра, чем предусмотрено п. 7.5 настоящего РД, при условии соблюдения размера допускаемой толщины стенки ступицы колеса.

1.6.3 Разница в диаметрах подступичных частей с одной и другой стороны старогодной оси не регламентируется.

1.6.4 Подступичные части осей после механической обработки должны быть цилиндрическими без вмятин и забоин по всей длине.

1.6.5 Для обеспечения плавного захода оси в ступицу колеса при прессовой посадке, наружный пояс подступичной части должен обтачиваться на конус с разностью наибольшего и наименьшего диаметров не более 1,0 мм и длиной 7,0 …15,0 мм.

1.6.6 Переходы от заходного конуса к цилиндрической подступичной части оси и от подступичной части к средней должны выполняться плавными, без уступов.

1.7 Обработка резьбы шеек и средней части оси

1.7.1 Восстановление поврежденной или изношенной резьбы М110 и М12 осей РУ1, а также центровых отверстий в торцах шеек осей производится по технологиям, согласованным и утвержденным железнодорожными администрация-ми в установленном порядке.

1.7.2 Механическая обработка средней части старогодных осей производится после удаления поверхностных дефектов при соблюдении требований.



2. Построение блок-схемы и расчет надежности узла

Практически во всех машинах и механизмах имеются как вращающиеся, так и неподвижные части. Колесная пара состоит из оси 1 и напрессованных на нее колес 2:

Рисунок 1 - Блок-схема надежности колесной пыры

Вероятность безотказной работы колесной пары Рк.п определяется по формуле

Рк.п = Ркол * Ркол* Р оси , (1)

где Ркол - вероятность безотказной работы колеса;

Роси - вероятность безотказной работы оси.



3. Определение показателей надежности колесной пары на стадии проектирования

3.1 Расчет сопротивления усталости

При расчете принимается, что:

- критерием отказа детали является появление развивающейся трещины длиной 10-15 мм;

- кривая усталости имеет вид уim * Ni =const во всем диапазоне долговечностей (число циклов Ni);

- при суммировании учитывается спектр повреждающих амплитуд динамических напряжений, при этом используется гипотеза линейного суммирования повреждений в виде У(ni /Ni) = a (для большинства деталей подвижного состава a = 1);

- не учитывается асимметрия циклов динамических напряжений, влияние которой на накопление усталостных повреждений реальных конструкций мало.

Расчет сопротивления усталости производится по коэффициенту запаса по формуле:

где - предел выносливости (по амплитуде) натурной детали при симметричном цикле и установившемся режиме нагружения на базе испытаний N0. Для корпусных несущих деталей база испытаний принимается, как правило, равной N0 = 107 циклов;

- расчетная величина амплитуды динамического напряжения условного симметричного цикла, приведенная к базе N0, эквивалентная по повреждающему действию реальному режиму эксплуатационных случайных напряжений за проектный срок службы детали;

[n] - допускаемый коэффициент запаса сопротивления усталости.

Предел выносливости детали может теоретически определяться с помощью теории подобия усталостного разрушения, в основе которой лежит соответствие между характеристиками сопротивления усталости образцов материала и деталей сложной геометрической формы, при учете технологических факторов.

Предел выносливости натурной детали (узла, конструкции) можно определить экспериментально путем проведения ускоренных стендовых испытаний.

Тогда расчетное значение определяется по формуле:

где - среднее (медианное) значение предела выносливости натурной детали;

- квантиль распределения, соответствующий односторонней вероятности P; полагая, что - случайная величина, имеющая нормальный закон распределения, для основных несущих деталей

рекомендуется принимать P = 0,95 и = 1,645;

- коэффициент вариации предела выносливости. =0,1

Для предварительных расчетов допускается определять по формуле:



где - среднее (медианное) значение предела выносливости гладкого стандартного образца из материала детали (по ГОСТ 25.502-79) при симметричном цикле изгиба на базе N0 (предел выносливости допускается условно принимать равным 0,45 ); =320 МПа, =570 МПа

- среднее значение общего коэффициента снижения предела выносливости данной натурной детали по отношению к пределу выносливости стандартного образца. = 3,5-4,0

;

3.2 Показатели безотказной работы

При анализе безотказности, вагон рассматривается, как сложная механическая система, состоящая из n последовательно соединенных в смысле надежности расчетных элементов, каждая из которых включает m последовательно соединенных деталей. Отказ каждой расчетной части ведет к отказу расчетной части, а отказ любой расчетной части ведет к отказу вагона.

Вероятность безотказной работы определяется для модели постепенного отказа усталостного характера без ограничения ресурсов. Должно действовать условие, что лишь небольшая часть амплитуд динамических напряжений превышает предел выносливости. Расчет вероятности безотказной работы производиться на основе гипотезы о смешении выносливости деталей вследствие перегрузок по формуле:



где - функция Лапласа;

- коэффициент вариации предела выносливости, ;

- относительный коэффициент запаса, ;

где - значение, определяемое по номограмме в зависимости от показателей степени, кривой усталости и коэффициента вариации динамических напряжений в случае нормального распределения динамических напряжений, ;

- допустимый коэффициент запаса сопротивления усталости,

,

где - среднее значение амплитуды от эксплуатационных нагрузок, ;

- коэффициент вариации амплитуд динамических напряжений, =0,25;

- максимальная расчетная квантиль, ;

- коэффициент вариации предела выносливости для стальных отливок, ;

Подставляя значения в формулу получаем:

;

.



3.3 Расчет долговечности

Долговечность узла - свойство узла сохранять работоспособное состояние до предельного состояния при установленной системе технического обслуживания и ремонта.

Оценка проектного срока службы узла по критерию усталостной долговечности при многоцикловом динамическом нагружении производится по формуле:

где - предел выносливости (по амплитуде) натурной детали при симметричном цикле и установившемся режиме нагружения на базе испытаний циклов;

- показатель степени в уравнении кривой усталости; - базовое количество циклов нагружения, при которых определяем ; - центральная(эффективная) частота процесса

- коэффициент, зависящий от степени обрессоренности рассчитываемого элемента; - ускорение свободного падения;

- статический прогиб рессорного подвешивания;

- коэффициент перевода календарного расчетного срока службы во время непрерывного движения в секундах



- проектный среднесуточный пробег вагона км/сутки; - средняя техническая скорость движения, м/c;

- расчетная амплитуда динамических напряжений в -том элементе при средней скорости -того интервала;

- вероятность появления амплитуды с уровнем .

Для деталей, долговечность которых определяется износом, средний срок службы элемента определяется по формуле:

,

где - расчетная допускаемая величина износа (линейное уменьшение размера детали в направлении нормали к исходной поверхности);

- начальный (номинальный) и предельно допустимый в эксплуатации размеры элемента.

Если работоспособность сопряжения деталей определяется зазором между сопряженными поверхностями элементов, то

,

где - предельно допустимая и начальная (номинальная проектная) величина конструктивного зазора.

- средняя интенсивность (скорость) изнашивания детали мм/t.

Оценка среднего срока службы новой конструкции при наличии данных по сроку службы конструкции - аналога производится по формуле:

,

где - средний срок службы конструкции-аналога до предельного состояния;

- доля отказов конструкции-аналога по неисправности -го элемента (или -той зоны повреждения);

- число элементов новой (проектируемой) конструкции, подвергшихся изменениям;

- долговечность -го элемента (или -той зоны повреждения) конструкции-аналога и новой конструкции. Определяются экспериментальным расчетным или экспертным путем.

3.4 Расчет параметра потока отказов

Показатель «параметр потока отказов» используется для анализа, как вагона в целом, так и отдельных расчетных частей и входящих в них отдельных деталей, главным образом по фактическим эксплуатационным данным.

В общем случае параметр потока отказов определяется:

,

где - удельное (в расчете на один вагон, локомотив) количество отказов данного типа за расчетный период эксплуатации;

- средняя наработка за расчетный период эксплуатации до первого деповского ремонта (в годах, км пробега, ткм брутто, пасс. км перевозочной работы и т.п.).

По аналогичной формуле определяется параметр потока отказов унифицированных узлов: тележек, автосцепных устройств, узлов тормозного оборудования и их деталей:

,

где - удельное (на один вагон, локомотив) количество отказов данного узла за расчетный период эксплуатации;

- средняя наработка вагона за расчетный период эксплуатации до первого деповского ремонта, рекомендуется исчислять в км пробега, т*км и пасс*км перевозочной работы.

С учетом разделения вагона на расчетные части, а этих частей на отдельные детали, параметр потока отказов вагона можно представить в виде:

где - параметр потока отказов - ой расчетной части вагона;

- параметр потока отказов j-ого элемента i-ой расчетной части.

3.5 Расчет показателей ремонтопригодности при проектировании

Показатели ремонтопригодности включают в себя все затраты на техническое обслуживание и на плановые виды ремонта. В зависимости от поставленной задачи, рассчитывают данные показатели на вес период до капитального ремонта, среднегодовые значения по формуле:



где - длительность ремонтного цикла;

, - длительность эксплуатации между техническими осмотрами и деповскими ремонтами (ТО и ДР);

, - наименование jой регламентной работы при ТО и ДР;

, - количество регламентных работ при ТО и ДР;

,- трудозатраты jой работы при ТО и ДР;

- параметр потока отказов буксового узла по iой неисправности подлежащие устранению при ТО;

n - количество наименований отказов, устраняемых в процессе ТО и ДР;

- удельное число iых отказов, подлежащих устранению при ДР;

Объединенная удельная оперативная трудоемкость (время, стоимость) ТО и ДР в общем случае рассчитывается по выражению:

,

где - количество технических обслуживаний на протяжении ремонтного цикла;

- количество деповских ремонтов на протяжении ремонтного цикла;

- длительность ремонтного цикла (лет).



4. Определение показателей надежности детали во время эксплуатации

Показатели надежности детали во время эксплуатации определяют, испытывая деталь на прочность.

Государственным стандартом определены следующие планы испытаний:

1. При естественных условиях эксплуатации.

2. Ускоренные (интенсивные при полной загрузке и по наиболее сложному профилю).

При разработке плана испытаний определяются следующие параметры:

N0 - количество изделий, поставленных на испытание;

R - характеристика изделия;

Т - период окончания испытания (наработка, после которой прекращается испытание);

r - испытание заканчивается при достижении отказов r изделий;

N - испытание заканчивается, когда все N0 изделия откажут.

При определении надежности невосстанавливаемых деталей план испытаний имеет вид

[N0; R; Т].

Для деталей вагонов и локомотивов берем Т равное 12 месяцам.

Временную сетку выбираем 12 интервалов, через 1 месяц. При определении надежности восстанавливаемой детали план испытаний имеет следующий вид:

[N0; h; Т],

h - количество восстанавливаемых деталей.

Результаты испытаний следует занести в ведомость испытаний.

На испытании находятся N=20 деталей, время испытания T=1 год.

Условимся, что отказы в процессе эксплуатации происходят в конце интервала или в пределах заданной наработки не произойдет ни одного отказа.

1) Вероятность безотказной работы по статистическим данным об отказах оценивается выражением:

где - число изделий в начале испытаний;

- число отказов за время T.

2) Плотность распределения отказов изделий называется отношение числа отказавших изделий в единицу времени к первоначальному испытываемых изделий.

Вероятностное определение:

Статическое определение:

где - число изделий, отказавших в интервале времени ;

3) Интенсивность отказов называется отклонение числа отказавших изделий в единицу времени и среднему числу корпусов букс, исправно работающих в данный отрезок времени.

Вероятностное определение:

Статическое определение:



где - среднее число исправно работающих изделий в интервале ;

- количество изделий, исправно работающих изделий в интервале ;

- соответственно в начале интервала .

Таблица 4 - Ведомость испытаний корпуса подшипника

По результатам испытаний определяют показатели надежности детали:

1) ti - наработка изделия;

2) n(Дt) - количество отказов в интервале времени Дt;

3) Ni - суммарное количество отказов на момент времени t;

4) для восстанавливаемых деталей определяется:

- статистическая оценка средней наработки на отказ



- статистическая оценка среднего времени восстановления

где - время восстановления;

Nв - количество восстанавливаемых деталей;

- параметр потока отказов

5) вероятность безотказной работы (считается для каждого интервала):

6) частота отказов

Результаты вычисления по формулам сведем в таблицу.

Интервал испытания	Наработка изделия, ti	Количество отказов за период времени, n(?t)	Суммарное количество отказов, ni	Вероятность безотказной работы, Р(t)	Частота отказов, f(t)	Интенсивность отказов, л(t)
0-1	1	0	0	1	0	0
1-2	2	2	2	0,9	0,1	0,11111
2-3	3	0	2	0,9	0	0
3-4	4	3	5	0,75	0,15	0,2
4-5	5	0	5	0,75	0	0
5-6	6	3	8	0,6	0,2	0,33333
6-7	7	1	9	0,85	0,15	0,27273
7-8	8	0	9	0,95	0,05	0,09091
8-9	9	5	14	0.75	0,25	0,83333
9-10	10	3	17	0,85	0,15	1
10-11	11	3	20	0	0,15	0
11-12	12	0	20	0	0	0

Строим графики показателей надежности.

Рисунок 2 - График зависимости частоты отказов во времени

Рисунок 3 - График зависимости вероятности безотказной работы во времени



Рисунок 4- График зависимости вероятности безотказной работы во времени

Статистическая оценка средней наработки на отказ определяется по формуле:

Статистическая оценка среднего времени восстановления определяется по формуле:



5. Разработка мероприятий по повышению надежности буксового узла

а) Конструкционные: повышение надежности за счет изменения конструкции подшипника.

б) Технологические: обеспечение высокого уровня технологических процессов производства и ремонта объектов. К этому направлению относятся упрочнение, применение современных материалов и оборудования.

в) Эксплуатационные: снижение или ограничение нагрузок действующих в процессе эксплуатации на подшипник.



6. Краткие сведения из теории надежности

Наука о надежности ставит целью установить статистические закономерности появления отказов в работе изделий серийного или массового производства, изучить причины отказов и научно обосновать общие принципы обеспечения высокой надежности изделий. Теоретические методы изучения надежности наиболее широко развиты в электронике и автоматике.

Предметом науки о надежности является изучение изменения показателей надежности различных технических устройств с течением времени.

Основной задачей изучения дисциплины является подготовка специалистов, владеющих методами теории надежности и умеющих их использовать при решении инженерных задач.

К общим понятиям теории надежности относятся работоспособность, система, отказ, неисправность, исправность, восстановление, срок службы, наработка и резервирование.

Работоспособность - это состояние вагона, при котором он способен выполнять свои функции, сохраняя значение выходных параметров (грузоподъемность, скорость) в пределах, установленных нормативно-технической документацией.

Система - это совокупность совместно действующих объектов. Система - понятие относительное и зависит от конкретно решаемой задачи. Например, вагон при оценке его надежности рассматривается как механическая система. При оценке надежности поезда вагон выступает как элемент системы.

Отказ - это событие, заключающееся в нарушении работоспособности. Появление отказа всегда связано с неисправностью, хотя не всякая неисправность приводит к отказу. Критериями отказа являются повреждения и неисправности, при наличии которых вагоны не допускаются к эксплуатации в соответствии с действующей нормативно-технической документацией.

Неисправность - это состояние вагона, при котором оно не соответствует некоторым требованиям, установленным как в отношении основных параметров, характеризующих нормальное выполнение заданных функций, так и в отношении второстепенных параметров, характеризующих удобство эксплуатации, внешний вид и т.д.

Исправность вагона - это такое его состояние, при котором он соответствует всем требованиям нормативно-технической документации как в отношении основных, так и в отношении второстепенных функций и параметров.

Событие, заключающееся в переходе из неисправного состояния в исправное называется восстановлением работоспособности.

Срок службы - это календарная продолжительность эксплуатации вагона от ее начала до момента возникновения предельного состояния, при котором ремонт и дальнейшая эксплуатация невозможна или экономически нецелесообразна.

Наработка - продолжительность или объем работы вагона или его узлов до рассматриваемого момента времени, измеряемая в часах, вагоно*км, км, и других подобных единицах.

Резервирование - метод повышения надежности путем введения резервных элементов, являющихся избыточными по отношению к минимальной функциональной структуре вагона или его узла (агрегата), необходимой и достаточной для выполнения ими заданных функций.



Список литературы

1. Амелина А.А., Устройство и ремонт вагонных букс с роликовыми подшипниками. М.:Транспорт,1971 - 288с.

2. Алехин С. В., Продан К. C. Надежность механической части подвижного состава. - М. : Транспорт, 1969. - 175 с.

3. Капур К., Ламберсон Л. Надежность и проектирование систем. - М. : Мир, 1980. - 604 с.

4. Кугель Р. В. Испытания на надежность машин и их элементов. - М. : Машиностроение, 1982. - 181 с.

5. Е.А. Дроздов, надежность подвижного состава. Методические указания на выполнение курсовой работы по дисциплине «Надежность подвижного состава». 2014

Размещено на Allbest.ru

...