2 Построение блок-схемы и расчет надежности крыши хоппер – минераловоза

Крыша хоппер – минераловоза имеет металлический каркас, обшитый снаружи гофрированными листами, и две фрамуги. Каркас крыши образован девятью дугами, тремя стрингерами и двумя боковыми продольными обвязками. Отказ какой-либо из элементов крыши ведет к отказу крыши, следовательно, при определении надежности крыши, как системы элементов, считаем, что элементы системы соединены последовательно. Блок-схема надежности крыши представлена на рисунке 1.

Рисунок 1 – Блок-схема надежности крыши хоппер – минераловоза

Вероятность безотказной работы крыши определим по формуле:

Р_кр = Р₁ ∙Р₂ ∙Р₃ ∙Р₄ ∙Р₅ ∙Р₆ ∙Р₇ ∙Р₈ ∙Р₉ ∙Р₁₀ ∙Р₁₁ ∙Р_12∙Р₁₃ ∙Р₁₄ ∙Р₁₅∙Р₁₆ ∙Р₁₇ ∙

∙ Р₁₈ ∙Р₁₉ ∙Р₂₀ ∙Р₂₁ ∙Р₂₂ ∙Р₂₃ ∙Р₂₄ ∙Р₂₅ ∙Р₂₆ (1)

где Р₁, ∙∙∙, Р₁₀ – вероятность безотказной работы гофрированных листов;

Р₁₁, ∙∙∙, Р₁₉ – вероятности безотказной работы дуг;

Р₂₀, Р₂₁ – вероятности безотказной работы боковых обвязок;

Р₂₂, Р₂₃ – вероятности безотказной работы фрамуг;

6

Р₂₄,…, Р₂₆ – вероятности безотказной работы стрингеров.

3 Определение показателей надежности фрамуги крыши хоппер – минераловоза на стадии проектирования

Для оценки надежности деталей вагонов используют следующие показатели безотказности их работы:

1. вероятность безотказной работы;

2. параметр потока отказов;

3. долговечность;

4. ремонтопригодность.

3.1 Определение вероятности безотказной работы фрамуги

Вероятность безотказной работы – вероятность того, что при определенных условиях эксплуатации в заданном интервале времени или в пределе заданной наработки не произойдет ни одного отказа.

Вероятность безотказной работы может быть определена для трех частных случаев отказа:

• для модели постепенного отказа усталостного характера, при ограниченном ресурсе детали, когда число циклов нагружения за срок службы Т_р составляет N₀ = 10⁷÷10⁸;

• для модели внезапных прочностных отказов;

• для модели постепенного отказа усталостного характера без ограничения ресурса детали, когда число циклов нагружения за срок службы Т_р

N₀ >10⁷÷10⁸.

Определим вероятность безотказной работы фрамуги для модели постепенного отказа усталостного характера без ограничения ресурса детали. Тогда вероятность безотказной работы Р(Т_Р), определяется по формуле:

7

, (2)

где Ф – функция Лапласа;

– относительный коэффициент запаса;

– коэффициент вариации предела выносливости (при полуавтоматической и ручной сварке =0,07);

– коэффициент вариации амплитуд динамических

эксплуатационных напряжений, определяется по данным

динамических расчетов или экспериментальным данным

( =0,25).

Относительный коэффициент запаса определяется по формуле

, (3)

где n_р, n – соответственно предельный коэффициент нагруженности

и предельный коэффициент нагруженности по средним.

Значение предельного коэффициента нагруженности n_р определяется по номограммам в зависимости от показателя степени m кривой усталости и коэффициента вариации динамических напряжений. В случае нормального распределения динамических напряжений n_р лежит в пределах 1÷2,5.

Предельный коэффициент нагруженности по средним определяется по формуле

8

, (4)

где – среднее значение амплитуды динамических напряжений

( =350 МПа - для стали фрамуги 10ХНДП);

– среднее значение предела выносливости натурной детали для стали фрамуги 10ХНДП;

=0,45∙ =0,45∙470=211,5МПа,

где - нормативная величина предела выносливости 470 МПа для стали 10ХНДП;

U_pmax – максимальная расчетная квантиль (U_pmax=5).

По расчету:

,

,

Вероятность безотказной работы фрамуги для модели постепенного отказа усталостного характера без ограничения ресурса детали равна 0,9821.